用单片机设计一个时钟，可显示时和分，可以调时间，也要有闹钟功能，要有设计的电路图
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了用单片机设计一个时钟，可显示时和分，可以调时间，也要有闹钟功能，要有设计的电路图相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
各位大虾有吗？要有设计程序啊！！
参考技术A 其实不用定时中断也能实现功能：#include<reg51.h> 主函数
unsigned char tab[]=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;定义0-9数组
unsigned int tmp;定义变量
void delay(unsigned int xms)定义延时函数
unsigned int j,i;
for(i=0;i<xms;i++)
for(j=0;j<100;j++);
void disp()定义子函数
P1=tmp;
delay(1);
P2=0xff;
tmp=tmp<<1;
void main( )
unsigned char z,s=00,m=00,h=00;给时钟初始值
while(1)
for(z=0;z<100;z++)
tmp=0x01;
P2=tab[h/10];小时显示
disp();
P2=tab[h%10];
disp();
P2=tab[m/10];分钟显示
disp();
P2=tab[m%10];
disp();
P2=tab[s/10];秒显示
disp();
P2=tab[s%10];
disp();
s++;
while(s==60)秒进一位，到60清0
m++;
s=00;
while(m==60)分钟进一位，到60清0
h++;
m=00;
while(h==24)小时进一位，到24清0
h=00;
参考技术B 转：
本题给出基于单片机的数字中的设计，设计由单片机作为核心控制器，通过频率计数实现计时功能，将实时时间经由单片机输出到显示设备——数码管上显示出来，并通过键盘来实现启动、停止、复位和调整时间的功能。
关键词： 单片机、数字钟、AT89S52、LED
1 引言
在单片机技术日趋成熟的今天，其灵活的硬件电路的设计和软件的设计，让单片机得到了广泛的应用，几乎是从小的电子产品，到大的工业控制，单片机都起到了举足轻重的作用。单片机小的系统结构几乎是所有具有可编程硬件的一个缩影，可谓是“麻雀虽小，五脏俱全”。
现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失，因此我们需要一个计时系统来提醒这些忙碌的人。 然而，随着科技的发展和社会的进步，人们对时钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能上还是在样式上都发生了质的变化，如电子闹钟、数字闹钟等等。 单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，基于单片机的数字钟给人们带来了极大的方便。
现今，高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校，数字式电子钟用集成电路计时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好。本文利用单片机实现数字时钟计时功能的主要内容，其中AT89S52是核心元件同时采用数码管动态显示“时”，“分”，“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比，它具有走时精确,显示直观等特点。它的计时周期为24小时，显满刻度为“23时59分59秒”，另外具有校时功能，断电后有记忆功能，恢复供电时可实现计时同步等特点。
2 方案论证
2.1 方案一
数字钟采用FPGA作为主控制器。由于FPGA具有强大的资源，使用方便灵活，易于进行功能扩展，特别是结合了EDA，可以达到很高的效率。此方案逻辑虽然简单一点，但是一块FPGA的价格很高，对于做电子钟来说有一点浪费，而且FPGA比较难掌握，本设计中不作过多研究，也不采用此方案。
2.2 方案二
数字钟由几种逻辑功能不同的CMOS数字集成电路构成，共使用了10片数字集成电路，其原理图如图2.1所示。它是由秒信号发生器（时基电路）、小时分钟计数器及译码和驱动显示电路3部分组成，其基本工作过程是：时基电路产生精确周期的脉冲信号，经过分频器作用给后面的计数器输送1HZ的秒信号，最后由计数器及驱动显示单元按位驱动数码管时间显示，但是这样设计的电路比较复杂，使用也不灵活，而且价格比较高，故不采用此方案。
图2.1 方案二原理示意图
2.3 方案三
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。它具有串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
基于AT89S52单片机来实现系统的控制,外围电路比较简单，成本比较低，此系统控制灵活能很好地满足本课题的基本要求和扩展要求，因此选用该方案。其硬件框图如图2.2所示，原理图见附录图6.1。
图2.2 数字钟硬件框图
2.4 电路组成及工作原理
本文数字时钟设计原理主要利用AT89S52单片机,由单片机的P0口控制数码管的位显示，P2口控制数码管的段显示，P1口与按键相接用于时间的校正。在设计中引入220V交流电经过整流、滤波后产生+5V电压，用于给单片机及显示电路提供工作电压。
整个系统工作时，秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出，通过六个七段LED显示器显示出来。校时电路是直接加一个脉冲信号到时计数器或者分计数器或者秒计数器来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。在本设计中，24小时时钟显示、秒表的设计和显示都是依靠单片机中的定时器完成。使用定时器T0产生1s的中断，在中断程序中完成每一秒数字的变化，并在主程序中动态显示该字符。其功能框图如图2.3所示。
图2.3 秒表外中断的功能示意图
数字钟的电路设计主要功能是提供单片机和外部的LED显示、273地址锁存和片选以及外部存储器2764的接口电路，此外还需要设计相关的LED驱动电路。
（1）电路原理和器件选择
本实例相关的关键部分的器件名称及其在数字钟电路中的主要功能：
89S52：单片机，控制LED的数据显示。
LED1--LED6：用于显示单片机的数据，其中三个采用7段显示用于显示时、分、秒的十位，另三个采用8段显示用于显示时、分、秒的个位。
74LS273：锁存器，LED显示扩展电路中的段码和位码使用了两片74LS273，上升沿锁存。
74LS02：与非门，与单片机的读写信号一起使用，选中外部的74LS273，决定LED的字段和字位的显示内容。
7407：驱动门电路，提供数码管显示的驱动电流。
74LS04：非门，对单片机的片选信号取反，并和读写信号一起使用，决定74LS273的片选。
L1--L4：发光二极管，通过单片机的P1.4--P1.7控制，用以显示秒表和时钟的时间变化。
BUZZER：扬声器，在程序规定的情况下，发出声音，提示计时完毕。
74LS373：地址锁存器，将P0口的地址和数据分开，分别输入到2764的数据和地址端口。
2764：EPROM，为单片机提供外部的程序存储区。
开关K0、K1、K2分别调整秒、分、时。
按键RESET：在复位电路中，起到程序复位的作用。
按键PULSE：提供单脉冲，从而实现单片机对外部脉冲的计数功能，利用单脉冲实现相应位加1。
（2）地址分配和连接
P2.7：和写信号一起组成字位口的片选信号，字位口的对应地址位8000H
P2.6：和写信号一起组成字段口的片选信号，字段口的对应地址位4000H
D0--D7：单片机的数据总线，LED显示的内容通过D0--D7数据线从单片机传送到LED
P2.0--P2.5：单片机的P2口，和2764的高端地址线相连，决定2764中的存储单元的地址。
P1.4--P1.7：单片机的P1口，和反光二极管L1--L4相连，通过单片机的P1.4--P1.7控制，用以显示秒表和时钟的时间变化。
（3）功能简介
LED显示模块与单片机的连接中，对LED显示模块的读写和字位、字段通道的选择是通过单片机的P2.6、P2.7口完成。其中，P2.6、P2.7口的片选信号需要和读写信号做一定的逻辑操作，以保证字位和字段选择的正确性。
外部存储器2764是通过74LS373和单片机相连，并且通过P2口的相关信号线进行地址的分配。地址范围为0000H--1FFFH。
3 各电路设计和论证
3.1电源电路设计
在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它不仅为系统提供多路电压源，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。要想得到我们所要的+5V输出电压，就需将交流220V的电压经过二极管全波整流、电容滤波、7805稳压输出稳定的5V直流电压为整个电路提供电源。
图3.1 电源电路图
4个IN4004组成桥式整流电路，电容(104uf)用于滤波，LM7805将经过整流滤波的电压稳定在5V输出。
3.2 晶体振荡器
51系列单片机内部有一个时钟电路（其核心时一个反相放大器），但并没有形成时钟的振荡信号，因此必须外接谐振器才能形成振荡。如何用这个内部放大器，可以根据不同的场合做出不同的选择。这样就对应了单片机时钟产生的不同方式：若采用这个放大器，产生振荡即为内部方式；若采用外部振荡输入，即为外部方式。
方案一、内部方式
如果在51单片机的XTAL1和XTAL2引脚之间外接晶体谐振器，便会产生自激振荡，即可在内部产生与外加晶体同频率的振荡时钟。
最常见的内部方式振荡图如图3.2所示。
图3.2 晶体振荡电路
不同单片机最高工作频率不一样，如AT89C51的最高工作频率为24MHZ，AT89S51的最高工作频率可达33MHZ。由于制造工艺的改进，现在单片机的工作频率范围正向两端延伸，可达40MHZ以上。振荡频率越高表示单片机运行的速度越快，但同时对存储器的速度和印刷电路板的要求也就越高。频率太高有时反而会导致程序不好编写（如延时程序）。一般来说，不建议使用很高频率的晶体振荡器。51系列的单片机应用系统一般都选用频率为6～12MHZ的晶振。
这个电路对C1、C2的值没有严格的要求，但电容的大小多少会影响振荡器的稳定性、振荡器频率的高低、起振的快速性等。一般外接晶体时，C1、C2的值通常选为20～100PF。
晶体振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度和频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常采用石英晶体构成振荡器电路。一般说来，振荡器的频率越高，计时的精度也就越高。在此设计中，信号源提供1HZ秒脉冲，它是采用晶体分频得到的。AT89S52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件，XTAL2可以不接，而从XTAL1接入，由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，两端连接石英晶体及两个电容形成稳定的自激振荡器。电容通常取30PF左右。振荡频率范围是1.2～12MHz。
晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输出到片内的时钟发生器上。时钟发生器为二分频器。向CPU提供两相时钟信号P1和P2。每个时钟周期有两个节拍（相）P1和P2，CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥AT89S52单片机各部件协调工作。在本次设计中取石英晶体的振荡频率为11.0592MHz。
另外在设计电路板时，晶振、电容等均应尽量靠近单片机芯片，以减小分布电容，进一步保证振荡器的稳定性。
方案二、外部方式
在较大规模的应用系统中可能会用到多个单片机，为保证各单片机之间时钟信号的同步，应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的共同的振荡脉冲，也就是要采用外部方式，外部振荡信号直接引入XTAL1和XTAL2引脚。
由于HMOS、CHMOS单片机内部时钟进入的引脚不同，因此外部振荡信号的接入方式也不一样。所以不选用此方案。
3.3 校时电路
当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。校时控制电路实现对“秒”、“分”、“时”的校准。其电路图如图3.3所示：
图3.3 校时电路
3.4 译码显示电路
译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时” 计数器中每个计数器的输出状态（8421码），翻译成七段(或八段)数码管能显示十进制数所要求的电信号，然后再经数码管把相应的数字显示出来。译码器采用74LS248译码/驱动器。显示器采用七段共阴极数码管。显示部分是整个电子时钟最为重要的部分，共需要6位LED显示器。采用动态显示方式，所谓动态显示方式是时间数字在LED上一个一个逐个显示，它是通过位选端控制在哪个LED上显示数字，由于这些LED数字显示之间的时间非常的短，使的人眼看来它们是一起显示时间数字的，并且动态显示方式所用的接口少，节省了CPU的管脚。由于端口的问题以及动态显示方式的优越性，在此设计的连接方式上采用共阴级接法。显示器LED有段选和位选两个端口，首先说段选端，它由LED八个端口构成，通过对这八个端口输入的不同的二进制数据使得它的时间显示也不同，从而可以得到我们所要的时间显示和温度。但对于二十个管脚的AT89S52来说，LED八个段选管脚太多，于是我选用2764芯片来扩展主芯片的管脚，74LS164是数据移位寄存器，还选用了74LS373作为数据缓存器。
选用器件时应注意译码器和显示器的匹配，包括两个方面：一是功率匹配，即驱动功率要足够大。因为数码管工作电流较大，应选用驱动电流较大的译码器或OC输出译码器。二是逻辑电平匹配。例如，共阴极型的LED数码管采用高电平有效的译码器。推荐使用的显示译码器有74LS48、74LS49、CC4511。
3.5 显示电路结构及原理
（1）单片机中通常用七段LED构成 “8” 字型结构，另外，还有一个小数点发光二极管以显示小数位！这种显示器有共阴和共阳两种！发光二极管的阳极连在一起的（公共端）称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。
一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划,另一个发光二极管为小数点为。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。
在本设计中时、分、秒的十位采用七段显示，个位采用八段显示，使得更易于区分时、分、秒。
（2）LED显示器接口及显示方式
LED显示器有静态显示方式和动态显示方式两种。静态显示就是当显示器显示某个字符时，相应的段恒定的导通或截止，直到显示另一个字符为止。LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极接地；若为共阳极则接+5V电源。每位的段选线分别与一个8位锁存器的输出口相连，显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存的输出将维持不变。
正因为如此，静态显示器的亮度较高。这种显示方式编程容易，管理也较简单，但占用I/O口线资源较多。因此，在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。
由于所有6位段皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，6位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码（字型码），而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平（因为LED为共阴，故应送低电平），以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。
在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。而共阴（共阳）极公共端分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。
段选码，位选码每送入一次后延时2MS，因人的视觉暂留效应，给人看上去每个数码管总在亮。
图3.4 六位LED动态显示电路
3.6 键盘部分
它是整个系统中最简单的部分，根据功能要求，本系统共需三个按键：分别对时、分、秒进行控制。并采用独立式按键。
按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。
按键按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类，这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。
全编码键盘能够由硬件逻辑自动提供与键对应的编码，此外，一般还具有去抖动和多键、窜键保护电路。这种键盘使用方便，但需要较多的硬件，价格较贵，一般的单片机应用系统较少采用。非编码键盘只简单地提供行和列的矩阵，其它工作均由软件完成。由于其经济实用，较多地应用于单片机系统中。在本套设计中由于只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。
独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如图3.5 所示。
独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，不宜采用。
图3.5 独立式按键结构图
3.7 复位电路
复位时使CPU和系统中的其他功能部件都处于一个确定的初始状态，复位后计算机就从这个状态开始工作。在复位期间，CPU并没有开始执行程序，是在做准备工作。
无论时在计算机刚上电时、断电后、还是系统出现故障时都需要复位。
51单片机的复位条件靠外部电路实现。当时钟电路工作时，只要在单片机的RESET引脚上持续出现2个TP以上的高电平就可以使单片机复位。但时间过短往往使复位部可靠。为了确保复位，RESET引脚上的高电平一般要维持大约10ms以上。
常见的复位电路有上电复位和按键复位电路。在此我们选用按键复位电路。
（1）上电复位电路
上电复位电路是利用电容充电来实现的。在接通电源的瞬间，RESET端的电位与VCC相同，都是+5V。随着RC电路的充电，RESET的电位逐渐下降，只要保证RESET为高电平的时间大于10ms就能正常复位了。如图3.6（1）所示。
图3.6（1）上电复位电路
（2）按键复位电路
在单片机已经通电的情况下，只需要按下图3.6（2）的K键也可以复位，此时VCC经过电阻Rs、Rk分压，在RESET端产生一个复位高电平。
在图3.6（2）的电路中，干扰容易窜入复位端，虽然在大多数情况下不会造成单片机的错误复位，但可能会引起内部某些寄存器的错误复位。这时可在RESET端接上一个去耦电容。
另外有些单片机应用系统中的外围芯片也需要复位，如果这些复位端的复位电平要求和单片机的复位要求一致，则可以直接与之相连。常将RC电路接施密特电路后再接入单片机的复位端。这样系统可以有多个复位端，以便保证外部芯片和单片机可靠地同步复位。
图3.6（2） 按键复位电路
4 软件设计
4.1 程序流程
程序整体设计：定时模块，显示模块，时间调整模块，状态调整模块。
（1）总体介绍：此部分主要介绍定时模块，和显示模块。定时部分采用经典的定时器定时。它实现了数字钟的主要部分和秒表的主要部分，以及进行定时设置。显示模块是实现数字钟的又一重要部分，其模块的独立程度直接影响到数字钟的可视化程度。在此部分的设计中，设置专用显示数据缓冲区，与分、时及其他数据缓冲区数据区别，在其中存放的是显示段码，而其他缓冲区存放的是时间数据。在显示时，首先将时间十进制数据转化为显示段码，然后送往数码管显示。显示段码采用动态扫描的方式。在要求改变显示数据的类别时，只须改变指向数据缓冲区的指针所指向的十进制数据缓冲区即可。
（2）时间调整：时间调整有多种方式。一、可以直接进入相关状态进行有关操作，二、将调整分两步，先进入状态，然后执行操作，这两步分别由两个键控制。方式一，比较直接，设计思想也比较简单，但是，这种方式存在操作时间和控制键数目的矛盾。如果用比较少的键，那么可能会在进入状态后处于数据调整等待状态，这样会影响到显示的扫描速度（显示部分可以采用8279芯片来控制，可以解决此问题）。 当然在这种方式下，还可以使用多个状态键，每个状态键，完成一个对应数据的调整。如果采用二的方式，就不会出现这种情况。因为状态的调整，与状态的操作可以分别由两个键控制，其状态的调整数可以多达256个（理论上），操作的完成是这样的，一键控制状态的调整，一键控制数据的调整。以上两种方式的实现都可以采用查询和中断的方式。两种方式必须注意的问题是两者进行相关操作的过程不能太长否则会影响显示的扫描。利用查询的方式，方法传统，对此就不作过多的讨论，以下是采用中断的方式实现的数字钟的一些讨论和有关问题作的一些处理。基于以上的讨论可以设计如下：将调整分为状态调整和数据调整两部分，每次进入中断只执行一次操作，然后返回，这样，就不必让中断处于调整等待状态，这样，可以使中断的耗时很小。将定时器中断的优先级设置为最高级，那么中断的方式和查询的方式一样不会影响到时钟的记数。
（3）中断方式应注意的问题：
采用中断的方式，最好将定时器中断的优先级设置为最高级，关于程序数据的稳定性应注意两个问题：一、在低优先级中断响应时，应在入栈保护数据时禁止高优先级的中断响应。二、在入栈保护有关数据后，对中断程序执行有影响的状态位，寄存器，必须恢复为复位状态的值。例如，在用到了十进制调整时，在中断进入时，需将PSW中的AC，CY位清零，否则，十进制调整出错。
（4）定时准确性的讨论：
程序中定时器，一直处于运行状态，也就是说定时器是理想运作的，其中断程序每隔0.1秒执行一次，在理想状态下，定时器定时是没有系统误差的，但由于定时器中断溢出后，定时器从0开始计数，直到被重新置数，才开始正确定时，这样中断溢出到中断响应到定时器被重新置数，其间消耗的时间就造成了定时器定时的误差。如果在前述定时器不关的情况下，在中断程序的一开始就给定时器置数，此时误差最小，误差大约为：每0.1秒，误差7—12个机器周期。当然这是在定时器定时刚好为0.1秒时的情况，由以上分析，如果数字钟设计为查询的方式或是在中断的方式下将定时器中断设置为最高级，我们在定时值设置时，可以适当的扣除9个机器周期的时间值。但如果在中断的情况下，没有将定时器中断设置为最高级，那就要视中断程序的大小，在定时值设置时，扣除相应的时间值。
（5）软件消抖：
消抖可以采用硬件（施密特触发器）的方式如图4.4所示，也可以采用软件的方式。在此只讨论软件方式。软件消抖有定时器定时，和利用延时子程序的方式。一，定时器定时消抖可以不影响显示模块扫描速度，其实现方法是：设置标志位，在定时器中断中将其置位，然后在程序中查询。将其中断优先级设置为低于时钟定时中断，那么它就可以完全不影响时钟定时。二，在采用延时子程序时，如果显示模块的扫描速度本来就不是很快，此时可能会影响到显示的效果，一般情况下，每秒的扫描次数不应小于50次，否则，数码的显示会出现闪烁的情况。因此，延时子程序的延时时间应该小于20毫秒，如果采用定时器定时的方式，延时时间不影响时钟。
如果，设计时采用的是中断的方式来完成有关操作，同样可以采用软件的方式来消抖，其处理思想是：中断不能连续执行，两次之间有一定的时间间隔。
基于单片机的电子万年历的设计
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基于51单片机的电子万年历的设计
摘 要
电子万年历是单片机系统的一个应用，由硬件和软件相配合使用。硬件由主控器、时钟电路、温度检测电路、显示电路、键盘接口5个模块组成。主控模块用AT89C52、时钟电路用时钟芯片DS1302、显示模块用LED数码管、温度检测采用DS18B20温度传感器、键盘接口电路用普通按键接上拉电阻完成；软件利用C语言编程实现单片机程序控制。单片机通过时钟芯片DS1302获取时间数据，DS18B20采集温度信号送该给单片机处理，单片机再把时间数据和温度数据送给74LS154译码，然后通过三极管C9015放大驱动LED数码管显示阳历年、月、日、时、秒、闹钟、星期、温度。
关键词 电子万年历；单片机；温度传感器；时钟；数码显示
1 引言
随着微电子技术和超大规模集成电路技术的不断发展，家用电子产品不但种类日益丰富，而且变得更加经济实用，单片微型计算机体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独有的特点，在各个领域得到了广泛的应用。电子万年历是一种应用非常广泛的日常计时工具，数字显示的日历钟已经越来越流行，特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议室、车站和广场等使用。LED数字显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视，并且还可以扩展出多种功能。功能也越来越齐全，除了公历年月日、时分秒、星期显示及闹铃。但通过我们对各种电子钟表、历的不断观察总结发现目前市场的钟、历都存在一些不足之处，比如：时钟不精确、产品成本太高、无环境温度显示等，这都给人们的使用带来了某些不便。为此设计了一种功能全面、计时准确、成本低廉的基于51单片机的万年历。
2 功能要求
1. 万年历能用数码管显示阳历年、月、日、星期、[小]时、分、秒并设置指定时间的闹铃。
2. 数字式温度计要求测温范围-50~100°C， LED数码管直读显示。
3 方案论证与设计
3.1 控制部分的方案选择
1. 用可编程逻辑器件设计。可采用ALTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。设计起来结构清晰，各个模块，从硬件上设计起来相对简单，控制与显示的模块间的连接也会比较方便。但是考虑到本设计的特点，EDA在功能扩展上比较受局限，而且EDA占用的资源也相对多一些。从成本上来讲，用可编程逻辑器件来设计也没有什么优势。
2. 用凌阳16位单片机设计。凌阳16位单片机有丰富的中断源和时基，方便本实验的设计。它的准确度相当高，并且C语言和汇编兼容的编程环境也很方便来实现一些递归调用。I/O口功能也比较强大，方便使用。用凌阳16位单片机做控制器最有特色的就是它的可编程音频处理，可完成语音的录制播放和识别。这些都方便对设计进行扩展，使设计更加完善。成本也相对低一些。但是，在控制与显示的结合上有些复杂，显示模组资源相对有限，而且单片机的稳定性不是很高。
3. 主控芯片使用51系列AT89C52单片机，时钟芯片用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的时钟DS1302。采用DS1302作为主要计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302可以在很小电流的后备电源（2.5～5V电源，在2.5V时耗电小于300nA）下继续计时，停电后时钟无需重新调整，并可编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电，还可自设闹铃，阳历、星期与年月日自动对应。本系统采用了此方案。
3.2 测温部分的方案选择
1.在日常生活及工农业生产中经常要乃至温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻。而热电偶和热电阻测一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部硬件支持，硬件电路复杂，软件调试复杂，制作成本高。
2.与前面相比，采用美国DALLAS半导体公司继DS1820之后推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20作为检测元件，测温范围为-55～125°Ｃ，最大分辨率可达0.0625°Ｃ。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。
3.3 显示部分的方案选择
1. 液晶显示方式。液晶显示效果出众，可以运用菜单项来方便操作，但是在显示时，特别是使用秒表功能时扫描速度跟不上，屏幕会有明显的闪烁。而且由于61板的存储空间有限，液晶显示就不能与语音播抱程序同时实现。这些大大影响了电子万年历的性能。
2. 相比液晶显示，8段数码管虽然操作比液晶显示略显繁琐，但可视范围十分宽，而且经济实惠，也不需要复杂的驱动程序。所以最后选择LED数码管显示方案。
综上所述，按照系统设计功能的要求，确定硬件系统由主控制器、时钟模块、测温电路、显示模块、键盘接口共5个模块组成，总体系统构成框图如图3.1所示。
4 系统硬件电路设计
电子万年历电路原理图见附件一，系统由主控制器AT89C52、时钟芯片DS1302、温度传感器DS18B20传感器、显示电路及键盘扫描电路组成。
4.1 主控器 AT89C52
ATMEL公司生产的AT89C52单片机采用高性能的静态80C51设计，由先进工艺制造，并带有非易失性Flsah程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。主要性能特点有：
8KB Flash ROM，可以檫写1000次以上，数据保存10年。
256字节内部RAM。
电源控制模式
时钟可停止和恢复；
空闲模式；
掉电模式。
6个中断源。
4个中断优先级。
4个8位I/O口。
全双工增强型UART。
3个16位定时/计数器，T0、T1（标准80C51）和增加的T2（捕获和比较）。
全静态工作方式：0～24MHz。
4.2 时钟电路 DS1302
4.2.1. DS1302的性能特性
实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数；
用于高速数据暂存的31×8位RAM；
最少引脚的串行I/O；
2.5～5.5V电压工作范围；
2.5V时耗电小于300nA；
用于时钟或RAM数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；
简单的3线接口；
可选的慢速充电（至Vcc1）的能力。
DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于31天的月和月末的日期自动调整，还包括闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24h或带AM(上午)/PM（下午）的12h格式。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302有主电源/后备电源双电源引脚：Vcc1在单电源与电池供电的系统中提供低电源，并提供低功率的电池备份；Vcc2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式中，Vcc1连接到备份电，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由Vcc1或Vcc2中较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电；当Vcc2小于Vcc时， DS13026由Vcc1供电。
4.2.2 DS1302数据操作原理
DS1302在任何数据传送时必须先初始化，把RST脚置为高电平，然后把8位地址和命令字装入移位寄存器，数据在SCLK的上升沿被输入。无论是读周期还是写周期，开始8位指定40个寄存器中哪个将被访问到。在开始8个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作是写入时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8，在多字节方式下为8加字节数，最大可达248字节数。
如果在传送过程中置RST脚为低电平，则会终止本次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc大于等于2.5V之前,RST脚必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。DS1302的引脚及内部结构图如图4.1所示，表4.1为各引脚的功能。
DS1302的控制字如图4.2所示。控制字节的最高位（位7）必须是逻辑1；如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0，则表示存取日历时钟数据；为1表示存取RAM数据。位5～1（A4～A0）指示操作单元的地址。最低有效位（位0）如为0，表示要进行写操作；为1表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。
为了提高对32个地址的寻址能力（地址/命令位1～5=逻辑1），可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能寄存数据。在多字节方式中，读或写从地址0的位0开始。必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有31字节。不管是否写了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。
DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字见表3.2，其中奇数为读操作，偶数为写操作。
时钟暂停：秒寄存器的位7定义位时钟暂停位。当它为1时，DS1302停止震荡，进入低功耗的备份方式。通常在对DS1302进行写操作时（如进入时钟调整程序），停止震荡。当它为0时，时钟将开始启动。
AM－PM/12－24[小]时方式：[小]时寄存器的位7定义为12或24[小]时方式选择位。它为高电平时，选择12[小]时方式。在此方式下，位5是AM/PM位，此位是高电平时表示PM低电平表示AM。在24[小]时方式下，位5为第二个10[小]时位（20～23h）。
DS1302的晶震选用32.768kHz，电容推荐值为33pF，因为震荡频率较低，也可以不接电容，对计时精度影响不大。
4.3 测温电路的设计
测温电路主要使用温度传感器DS18B20，由于精度要求不高所以采用2位共阳LED数码管以动态扫描法实现温度显示。其设计原理图如附件一所示。
4.3.1 温度传感器工作原理
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要示通过简单的编程 实现9～12位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：
独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；
无须外部器件；
可通过数据线供电，电压范围为3.0～3.5V；
零待机功耗；
温度以9或12数字量读出；
用户可定义的非易失性温度报警设置；
报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
DS18B20采用3脚PR—35封装或８脚SOIC封装，其内部结构框图如图4.3所示。
64位ROM的位结构如图4.4所示。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个调整暂存RAM和一个易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节存储器，结构如图4.5所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应
5 系统程序的设计
5.1 阳历程序设计
因为使用了时钟芯片DS1302，阳历程序只需从DS1302各寄存器中读出年、周、月、日、[小]时、分、秒等数据，再处理即可。在首次对DS1302进行操作之前，必须对它进行初始化，然后从DS1302中读出数据，再经过处理后，送给显示缓冲单元。阳历程序流程图见图5.1所示。
5.2 时间调整程序设计
调整时间用5个调整按钮，1个作为移位、控制用，2个作为加和减用，还有2个作为闹钟调整使用，分别定义为控制按钮、加按钮、减按钮、闹钟加按纽、闹钟减按纽。在调整时间过程中，要调整的位与别的位应该有区别。所以增加了闪烁功能，即调整的位一直在闪烁，直到调整下一位。闪烁原理就是，让要调整的一位每隔一定时间熄灭一次，比如说50ms。利用定时器计时，当达到50ms溢出时，就送给该位熄灭符，在下一次溢出时，再送正常显示的值，不断交替，直到调整该位结束。此时送正常显示值给该位，再进入下一位调整闪烁程序。时间调整程序流程图如图5.2所示。
5.3 温度程序设计
系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序等等。
5.3.1 主程序
主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量温度值，温度测量每1s进行一次。其程序流程图见5.3。
5.3.2 读出温度子程序
主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图5.4所示。
5.3.3 温度转换命令子程序
温度转换子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。温度转换命令子程序流程图如图5.5所示。
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