基于单片机的电子钟的设计

1、基于单片机的电子时钟设计摘要：自古以来时钟便是我们人类生活中异常重要的不可缺少的一部分。时钟可以让人们准确地了解和知道每时每刻的时间。所以不管你在哪里在哪个地方，你都能看到时钟。传统的时钟操作方式是利用绕线驱动让指针旋转起来，也有采用继电器的方法。有时代的发展，大家的时间观念也是变得更加强烈，对时钟的技术也随之变得更高了。所以电子钟也就这样现世而生了。文中首要研究的是一种基于单片机的电子钟设计方案，并利用对单片机和他的设计原理的分析，讨论电子钟的工作结构。关键词：电子时钟；单片机；仿真分析Design of Electronic Clock Based on Single Chip Micro

2、computerAbstract: Since ancient times, the clock has been a very important and indispensable part of our human life. Clocks allow people to accurately understand and know the time of every hour. So wherever you are, you can see the clock. The traditional way of clock operation is to use winding driv

3、e to make the pointer rotate. There are also relays. With the development of the times, peoples concept of time has become stronger, and the technology of clock has also become higher. So the electronic clock came into being. In this paper, the main research is a design scheme of electronic clock ba

4、sed on single-chip computer, and using the analysis of single-chip computer and its design principle, the working structure of electronic clock is discussed. Key words: electronic clock; microcontroller; simulation analysis一绪论随着社会的不断发展，时钟已经对我们起到越来越重要的作用。它不仅是人们越来越重视的东西，也是我们能够严肃对待时间的基础。守时是我们眼下要在社会上站住脚

5、跟的基础。因此时间比任何事情都重要。正式因为它的重要从而就引起了时钟的不断发展。在这项技术的发展的过程中，我们也变已经不能离开它们。由于社会的快速发展和人类的进步，所有的事物都子不断的做进一步的进步。当然钟表也是随着社会发展而不断发展起来的。时间稍为过去，只剩下了人们生活过的印记。每一点都提醒我们，要随时随地的清醒和保持时间感对我们来说是必不可少的。因此我们必须在任何时间、任何地方都了解和掌握使劲按，这样我们是否需要更方便、更简洁、更准确的去掌握时间，从而使我们的生命效率更高呢？因此，要达到这个效果，我们需要做些甚麽呢？这便是我们本文中研究的方向。这些拥有高精度的工具通常与称为石英晶体的振荡器

6、一起应用。这便是本文研究的电子钟表、石英钟和石英表都是基于石英技术的原理设计的。应用此原理，我们能够使时钟的时间更加精确，并确保更好的稳定性。它不会晃动和松散。另一个优点是不必一直调节时间。它通常不会弄得乱七八糟。这样，应用异常容易。另一类是经过数字电子时钟的时钟。在应用集成电路计算时间时，它改变一种方式，应用该解码来代替传统的方案，并应用LCD显示器去代替了传统的指针。这样，它也可以用来显示时间。这种方式。一般来说，所显示的时间相来说很小，也便是说没有太大的误差，这种手表是也很便捷。它即表示小时和分钟，而且还表示秒。这是什么优势呢？那便是我们能得到更准确的时间，更方便地调整时间。不便是提高了

7、它的灵活性吗？其余，时钟和手表对于许多应用也是方便的。小时钟和手表在计算机中起着重要的作用。它们在计算机中不能被忽略，那是由于它们保证了计算机能够正常的去运行，在计算机中起到了重要作用。但是我们经常谈论的时钟和手表通常不涉及单片机中的时间。在应用系统里面，特别是指单片机系统中，时钟通常拥有不一样对的含义，把它们分为两种：一类是确保某个程序能够被正确地执行，因此它将产生一个大致被称为晶体的信号。另一类便是振荡器是外部电路部件的组合，并且该晶体振荡器将绝对拥有频率，该频率将确定单片计算机的操作的速度的快还是慢。还存在系统中的定时时间或标准定时时间，它也能以不一样的方式存在。可利用软件完成，软件必须

8、由程序构成。我们能将单片机工作到一个相对来说比较简单的程序。程序中存在指令计数器，因此我们可以做到这一点。还有一种是购买计算机中所需要的时钟芯片去工作，两种办法无论哪一种办法都能完成。二单片机的概念及应用2.1 单片机的概念按一般的观点来分析，单片机是一个异常小的计算机。有一句中国谚语是这样说的：麻雀是小，但五脏俱全，单片机的应用在很大程度上解释了这句谚语的意思。那便是尽管单片机体积看起来很小，但是它里面的功能和计算机功能拥有差不多的功能，计算机中的CPU、存储器，并行总线等等的一些部件单片机也是有的。但和计算机相比，这些功能的差异在于这些组件的性能相对较低，其性能异常低，价格较低。这种单片机

9、一般价格都不会高于10块钱，不过这也不可以防止他的性能。核心部件便是单片机。2.2单片机的结构我们采用美国英特尔公司生产的51系列单片机MCS-51.与系列升级前的单片机相比，拥有集成度高的优点.将更多的电路元件和指令添加到相同尺寸的芯片上，最高可达111。由于其优越性，眼下仍是单片机应用的主流.51系列分为8031系列、8051系列、8751系列和其余系列2。8031、8051和8751为双列直倾角结构，封装在40 Pin中，有40个引脚，包括正极电源、地线和适合振荡器的外部时钟线。共有32个I/O端口，分为4组8位，其中断线与P3端口线复用。其余，8051复位模式异常不一般，它支持自动复位

10、和手动复位。从上面提到的单片机可以了解到，单片机一定会有一个运算单元，而且唯有在逻辑和数字操作中，控制器发送的全部控制信号都会是被算术单元所执行掉。第二，控制器就等同于法院的“决策机构”，它有着协调和率领的首要任务。指令寄存器IR和数据寄存器DR、累加器A和指令译码器一起构成了主寄存器，它们也只是其中的一部分，本文不作详细讨论。2.3单片机的应用在各种各样的情况下，我们能知道不一样的单片机的效果也是不一样的。在科学技术越来越快速发展的现在，单片机已经开始慢慢的在人们生活的每一个地方。就像柳树管理工厂、人性化控制电梯、多种与互联网有关的报警系统和计算机网络的智能管理构成了辅助控制系统。所以单片机

11、的普及已经给人们造成了很大的影响。在网上或在物理存储器中销售的单片计算机普遍上存在通信接口。唯有这样的接口才能越来越快速和便捷地和计算交换数据。它们将构建用于计算机网络和通信设备之间的通信的网桥，并且提供材料通信接口，不管是电话、程控交换机、机动车辆的无线通信还是手机。与DSP作比较，价格较低，单片机的适用范围异常泛，DSP是独特的单片机，第一步是需要了解单片机的他的工作是的原理。由于它在低端市场有很高的应用量，因此学习单片机是异常有用的。单片机是可以在各种玩具、灯具、驱动电路等等其余东西。单片机有异常客观的商业价值。随着社会的不断发展，单片机大发展也是让良多人都发现了它存在的价值，就比如从人

12、类来说，大家的衣食住行等等大多都日常生活都会利用到单片机。单片机已经成为了我们生活中不能缺少的一部分了。我们也离不开计算机，在良多地方都可以随时随地的看到和应用计算机，而计算机中就必须应用单片机，单片机是计算机中不可缺少的一部分，它们构成了计算机的大脑和肢体。人们日常应用的医疗设备和洗衣机以及摄像机电动玩具之类的都是利用单片机来运作的。单片机还能用于转移资金的银行卡都和单片机有关。单片机的应用范围还远远不止这些，它的应用范围还包括：计算机网络、大型电器模块、通信领域、家用电器、智能仪表、医疗设备、工业控制等等。实验采用的方案拥有明显的优点。该设计的可扩展性含有很大很大的含义。经济方面来所，我们

13、可以经过应用拥有异常高的效率的仿真系统来节省大量的成本和时间。仿真采用Proteus软件来完成虚拟的实验。我们在PC上构建硬件的电路，用于电路的分析理解、系统调试和输出显示的设计。Keill软件用于编写、编译和模拟和完成软件设计。等这两个步骤结束，我们就能看到PC上所需的效果，然后在去设计PCB用来调试。2.4单片机的存储器单片机的内存设计都是不一样的，但是大致上可以分为两类：一类是程序和数据存储器分开，第二类是程序和数据内存量一起。在科学的领域里面，第一类是被叫做哈佛结构，第二类是叫做普林斯顿结构。本文中首要是采用了哈佛结构的51系列的单片机。2.4.1程序存储空间程序存储的空间是能够按照他

14、的间隔来完成分类的。首要是在0000H-0FFFH的区间里面，可以把它分为内部和外部两种。识别办法的最关键的一项便是单片机里面的31引脚的电平高低。高的地方就代表内部存储，低的地方就代表外部存储。在0 FFFH间隔以内，程序存储的空间就可以映射到外部程序的内存里。在这个范围以外外的部分，高低电平就都是外部存储的空间部分了。2.4.2数据存储空间内部数据存储256字节可分为低128字节和高128字节。可以输入和输出数据的RAM区域称为低128字节的内部数据存储。内部数据存储的容量特别小可是他的功能却不小，它能分出三个工作区域。相对低的128字节是在内部数据存储中的，而最低的32字节00H地址到1

15、 FH，有四个工作寄存器组，每个工作寄存器拥有8个工作寄存器。每组八个工作寄存器的名称从R0到R7。在各个时间点，CPU只同时运行一组工作寄存器。寄存器是让程序状态字寄存器中的第三位和第四位的数据高128个字节确定的。我们能在内部数据存储中给出工作寄存器的地址映射。三单片机电子时钟设计仿真分析和研究3.1单片机的应用仿真分析就拿该单片机来说，本文中设计的整个电路总的来说有电路显示模块、内部电路模块和电子时钟的关键模块。电子时钟首要是用按键去调节时间的，而由电子管用去显示时间。利用单片机的实际程序，来调整每个地方显示的数量和内容.键的功能是利用调整不同的键来设定时间。时钟要在12分钟以内，不多于

16、60秒。譬如，长时间的按住调整键就能去各种的模式设置，不一样的时间利用能调节时间等等。不过也有开关设计的关键。这些设计理念是利用单片机的.模拟电路、C语言知识和数字电路都是单片机的三大知识理论。这三个基本理论中电路设计有异常重要的意义。大家应该都知道这三大理论，为单片机的未来奠定良好的基垫。单片机的学习更不能没有C语言和VB编程。必须掌握这几种技术，单片机才能更好地应用于电子钟的仿真设计。3.2电子时钟的仿真第一步，去挑选仿真组件也是很重要的一个部分，不然要是设备不好，仿真就不可以完全达到所需的目标，及所挑选的组件是完美的、非破坏性的，但不适合，结果将不会达到理想状态。选择正确的组件后，我们必

17、须在Keil中测试该程序。如果程序合格，我们可以对其进行模拟。其次，在执行编程的时候，能利用仿真软件仿真调试功能去让程序完成一些调节，让编程的结构越来越有理。仿真和调试步骤里，必须重视这几个问题部分：(1)应根据时间基准保持程序和振荡电路中的晶体频率。(2)保持仿真的精度就必须在做中断问题的时候一定要扣除定时器中的中断程序的时间。(3)应屡次调试数码管的发光时间，确保显示的成果，以防出现闪烁的现象。接着我们要利用Proteus软件绘制电子时钟电路的示意图，并屡次去找出错误并改善。原理图中最核心的一部分便是驱动器芯片MAX7219。数码管的八段显示屏有这四个按键、蜂鸣器、时钟芯片DS1302等。

18、其余，还在电路图中详细介绍了晶振电路和单片机复位电路。设备说明：DS1302是在美国达拉斯制造的。它的高性能使行业内的人都惊讶，它的低功耗也是为他本人提高了知名度。它拥有RAM实时时钟的功能，它还有优秀的定时能力、不一般的定时功能，可从跳年计时功能中看到。其余，它还有异常独特的通信方式，那便是三线接口和核心微控制器芯片两者一起通信，时钟信号的传输异常有效，同时它可以去传输良多个字节和突发模式。类似地，RAM数据也是10。该软件已升级数次。最新的升级将双引脚添加到主/后电源。这样的一次变化可以防止在后电源中缺少电源。MAX7219由美国信贷公司制造。这种显示驱动器芯片也是异常不一般的。它的串行输

19、入和输出是通用的阴极数字管。单个MAX7219可以驱动8个七段数字LED和LED条形图形显示器和64个分立LED发光二极管。芯片三线式串行接口的传输速率高达10MHz。任何微处理器都可以应用它。给它一个电阻，它可以设置LED段的所有电流。它的串联模式是高度兼容的，并支持唯一的7219系列模式。它的MCU控制大量的数码管，只能经过三线端口进行。应用：89C51单片机是电子时钟的CPU。源程序加载电路控制数据的输入和输出属于MCU。MAX7219连接MCU和数码管。尽管在时间显示设备中唯有一个数码管，但我们选择高端数码管。键盘调整或输入时间和日期。DS1302是系统中的定时器芯片。它统计年、月、日

20、、小时、秒等的时间。蜂鸣器起闹钟的作用。单片机晶振电路及复位电路属于电路部分,信号数据的传输。3.3单片机调试仿真软件第一步我们必须去清楚调试仿真软件过程中源文件的输入：在Keil软件中，有一个文本编辑器源程序将用于编辑。操作很简便，由于是专业的软件。编辑器在File-New中被打开。接着去创建一个新项目，在Project-New uVision项目中打开它-Atmel-AT89C51-OK。我们一开始会不熟。我们仍然得有一个良好的英语底子，但最完美的是，我们一直在不停的学习。在这个步骤中我们一定要重视一个问题，那便是建设项目很容易被流失掉，必须要把他放在一个异常明显的地方才行，那么工作就不能

21、顺利进行。接着，创建的项目需要添加输入源代码。如何加入：选择位于左侧窗口子目录中的SourceGroup 1，再按右键单击快捷菜单，选择AddFileGroup(SourceGroup1)。再接着在AddFileDialog中，我们查找文件，即被我们存储在汇编程序里面的文件。添加过程里我们应该把文件类型去做一个改变，改为ASM源文件(*.a*；*.src)，否则源文件将不会出现。在决定选择源文件的时候，按Add或双击.模拟还需要应用一个软件Proteus。它可以用于Windows的操作系统，可以实现对所有集成电路分析模拟器的分析和物理仿真。其厉害的一部分是因为单片机与SPICB分析合二为一.实

22、现了最佳的电子钟设计，有必要应用世界上最先进、最完善的嵌入式系统设计与仿真平台&最好的仿真软件。无论是对数字电路、微控制系统、模拟电路、外围混合电路系统等进行仿真，以及对PCB设计的调试，都能达到眼下最完善、最严格的要求。而且它的仿真和调试都是采用实时来监管的，这样出不多的仿真工具中是绝无仅有的。其余，为确保完成仿真，还必须有另一个软件，即Keil C5Lu-Vision 2。它的编译和仿真环境是排在第一个的。它不单单可以运行C语言的编入，还能支持其余的不同语言，就像PLM、汇编语言等当其余的语言。其余，在编程的步骤中，因为其界面容易、操作也很方便，不需要去学习如何应用它，从而减低了仿真时间，

23、提高仿真效率。最首要的是，它的微处理器和仿真电路能同一时间在虚拟原理模型图上去做其余的编程和调试，并且可以利用电机、LED等明显的方式实时展现效果。而示波器逻辑分析仪等虚拟仪器配合系统配置便是电子设计仿真创建了好的底子和完善的开发条件。3.4坚定单片机对电子时钟的研究信心单片机的发展日益递增，不过实际的单片机学习过程却很困难。开发人员在硬件上及必须有一套完善的学习和开发工具，理论和实践相互联合的重点应该要再软件中。软件应首要去了解理论与实践的结合。无论是电子钟的还是其余实体的应用，单片机都必须有很强的实用性，所以必须去操练实践、持续探索。3.5注意单片机的理论与实践相结合单片机里面一定要重视编

24、程。书籍中的编程看起来好像如此简单，不过在电子时钟的设计中应用单片机并不是一件不困难的是。这必须要去反复测试才能得到数据，目的是本人完成一个可操作的程序。计划的变成不单单要相关知识，也要独立思想。它一定要把个人创造力和想法纳入方案。创造力和创意通常是单芯片发明成功最首要的部分。不管是HT68F40单片机或者AVR单片机都给电子钟的生产施加压力，单片机是不是能给无线互联网技术带来很大的改变。如今的科学技术一直再持续进步，单片机的优点太多了，比如体积小，重量轻，抗干扰能力强，和其余的部件去做对比的话，他的环境要求也不高，还拥有这样多的优点，所以一定会受到人们的广泛喜爱，在现代技术发展的许多方面似乎

25、有着很大的发展前景，不单单是电子产品3.5.1实验平台图1的实验平台能完成了智能电子钟的各个功能，不但方便了学生对单片机实验的研究和开发。也降低学生实验成本，减少了实验周期，使学生在很少的时间里了解超级多的单片机知识。3.5.2智能电子时钟的系统构成该系统以AT89C51作为核心控制芯片，如图2所示，实完成了日历的定时、定时和闹钟功能。该系统采用矩阵键盘和红外遥控器进行控制，也能对数字时钟去做调节，设置数据，设置闹钟，提示整点，用蜂鸣器敲响闹钟。四数码管与视听模块4.1数码管的分类数字电子管可以根据不同的方法进行分类，意识从管段的数量上，可以分为7段数字管，8段数字管。二是从显示字数上可以分为

26、1，2，4位数码管。三是从公共阳极数码管，将发光二极管的所有阳极连接起来变成共同阳极，而公共阴极数码管连接发光二极管的所有阴极变成共同阴极4.1.1静态显示驱动静态驱动，也叫做是直流驱动。在单片机端口 I/O 去完成驱动，它只会相应的对单一的数码管去做段码。编程过程尽管不复杂，显示的亮度也是相对来说更好。但便是端口太多了。4.1.2动态显示驱动动态显示货币静态显示效果较好，因此它得到了更多的应用。它以英文字母表示数码管上每一个数字的笔画，而且都是同一时间按的。通用数码管的每个位置都是独立去完成控制的。当代码变成过程中，所显示的数码管将由公共集合控制。总之，经过分时和旋转控制，每个数码管的通用I

27、/O端口将被控制和显示。当显示时，亮度时间也是有一定时间的，唯有1到2秒。根据人类学，我们经过人脑视觉的延迟反应，使人们的印象不会那么一闪一闪，比较像静态一样，即我们会看到一套稳定的数字显示器。很明显，它节省了I/O端口，并有效地显示了人们想了解的数据。4.2数码管应用的电流与电压一般来说，静态电流 1015mA 是完全足够用的，但动态的时候必须规定平均电流是 45mA，最高规定是 5060mA之间；而电压应用时区分必须应用到数码管的颜色，红色的就用 1.9v，绿色的就用 2.1v。4.3 蜂鸣器闹钟提示闹钟提醒器通常采用小型扬声器，可是为了设计电路紧凑、稳定、携带方便的，本文就选择了蜂鸣器作

28、为声音提醒设备。蜂鸣器是一个简单的音响设备。该工艺不难，成本也很低。所以它经常被用在电脑，电子玩具和计时器中去。蜂鸣器通利用向压电材料提供动力产生声音。蜂鸣器分为主动蜂鸣器和被动蜂鸣器。有源蜂鸣器有内部振荡器只要有直流电源就可以产生声音。相应的无源蜂鸣器没有集成振荡器，必须要和音频输出电路连接才会有声音。所以i本文挑选了有源蜂鸣器。五电子时钟的设计5.1可实现功能（1)显示时间：6位数字显示时间、秒和周。（2）定时：可任意设置，时间可按年、月、日的方式显示。（3）闹钟：同时显示时间。(4)下面是一个具体的介绍：一般来说，我们的时钟显示时间，即时间显示函数，它是时钟的初始状态。要是我们要实现其余

29、功能，我们就必须利用设置完成。如果我们要改或看时间，我们就必须要输入必须按的0键去做时间调整界面，我们以123的次序去查看时间，并改时间。改时间之后，按0开始，也是0结束。在数码管闪烁的时候就要按按钮开始调整：1+1分钟/小时，2-1分钟/小时。5.2软件设计流程第一步我们将第二个定时器的标准设置为1Hz。接着要确定秒与分钟和时间之间的进位输出信号关系，即从秒到分钟再到小时。我们一定要去搞定的是，要是我们想要显示全时，就会出现很大的电流烧掉电路板。为了消除这样的意外，所以应用扫描电路来降低电流，即分离每个数码管的显示时间，并提前应用眼睛的视觉延迟。只要频率不超过24 hz，就不会引起时间不定的

30、问题和看不清楚的毛病也一方面搞定了过流的意外的发生。5.1总体设计图1是系统描述和设计框图。应用单片机(AT89S51)制作了一个简单的电子钟。6个LED数码管分别显示10位/小时、10位/分钟、10位/秒和10位/秒。6个PNP管(9012)分别控制6个数字管，并应用一个按钮进行时间调整5.2模块设计就像图2所表达的一样，从外面引入的4.5V直流电流是为单片机和位选择电路而提供电源的。就像图3所示，复位电路是由二极管、陶瓷电容器、电解电容器、10K电阻器和键S1构成的。芯片的相应引脚RST为S1。按下开关以后引脚RST便是高电平1，开关断开的时候引脚便是低电平0。晶体管里面的集电极和数字管的公共端是相连的。在和P2端口相对的引脚在高电平是由晶体管控制的，对应的数码管是显示数据用的。利用这样的方式唯有选择的六个LED中的其中一个显示字符，则其另外五个就会被熄灭。差不多在下一时刻，就会有下一个位选