基于AT89S51單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計與實現(xiàn)

祝良+郭臣鵬+蘇宏鋒

摘要：設(shè)計了一種以AT89S51單片機(jī)為控制器的數(shù)字鐘，基于Proteus 7.8開發(fā)平臺與Keil軟件進(jìn)行電路設(shè)計與仿真，實現(xiàn)數(shù)字鐘的PCB實物制作、元件焊接與程序設(shè)計。軟件仿真與試驗結(jié)果表明，數(shù)字鐘電路通電后工作穩(wěn)定，具有自動計時，時間設(shè)置與鬧鐘功能。

關(guān)鍵詞：AT89S51；數(shù)字鐘；PCB；電路仿真

中圖分類號：TH39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0160-02

Design and Implementation of Digital Clock Based on AT89S51 Single Chip Microcomputer

Zhu Liang，Guo Chenpeng，Su Hongfeng

（Sichuan Vocational and Technical College of Communication， Sichuan Chengdu，611130）

Abstract：A digital clock with AT89S51 microcontroller as the controller is designed. Circuit designing and simulation are realized based on Proteus 7.8 development platform and Keil software.It achieves the PCB physical production， component welding and program design. Software simulation and test results show that the digital clock circuit with power works well and has automatic timing， time setting and alarm function.

Key Words：AT89S51；Digital Clock；PCB； Circuit simulation

1 引言

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的鐘表，與機(jī)械鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，具有更長的使用壽命，已得到廣泛的使用[1]。本文所設(shè)計的數(shù)字鐘具有如下功能：

（1）數(shù)字鐘電路上電后，系統(tǒng)從00：00：00開始計時自動顯示時間，6位LED顯示器分別顯示時、分、秒；

（2）具有時鐘校準(zhǔn)功能，可設(shè)置當(dāng)前時間；

（3）具有鬧鐘設(shè)置/啟鬧/停鬧功能：按下鬧鐘設(shè)置鍵，數(shù)碼管顯示00：00：00，進(jìn)入鬧鐘設(shè)置狀態(tài)；可以設(shè)置啟鬧時間，等待鍵入啟鬧時間，按一次設(shè)置分，按兩次設(shè)置小時，按三次確認(rèn)設(shè)置完畢；當(dāng)定時時間到，蜂鳴器鳴叫10秒后停鬧。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)選用主流芯片AT89S51單片機(jī)作為主控制器，利用單片機(jī)內(nèi)部定時器實現(xiàn)計時、以行列式鍵盤（4*4矩陣鍵盤）完成時鐘的設(shè)置、修改，利用單片機(jī)并行I/O端口連接6位數(shù)碼管，實現(xiàn)數(shù)字鐘的動態(tài)LED顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計圖1所示。

3 數(shù)字鐘設(shè)計

3.1 硬件電路設(shè)計

控制器選用主流芯片AT89S51[2]，內(nèi)部帶有4KB的Flash ROM，無需外擴(kuò)程序存儲器。由于數(shù)字鐘不需要進(jìn)行大量運算和數(shù)據(jù)暫存，片內(nèi)128B的RAM可以滿足設(shè)計要求，無須外擴(kuò)片外RAM。AT89S51內(nèi)部定時/計數(shù)器進(jìn)行中斷定時，配合軟件延時實現(xiàn)時、分、秒的設(shè)計。使用單片機(jī)并行口作為顯示接口，無須外擴(kuò)接口芯片，實現(xiàn)LED動態(tài)顯示。

單片機(jī)的P1口作為6位LED顯示的位選口，其中P0.0～P0.5分別對應(yīng)連接LED0～LED5，P0口作為段選口，由于采用共陰數(shù)碼管，因此P1口輸出低電平選中相應(yīng)的位，而P0口輸出高電平則點亮相應(yīng)的段。單片機(jī)P2口的P2.3～P2.6為鍵盤輸入端（行輸入掃描口），對應(yīng)0～3行，P2口的P2.0～P2.2做鍵盤的列掃描口。單片機(jī)的P2.7引腳接蜂鳴器，高電平驅(qū)動蜂鳴器鳴叫，模擬鬧鐘啟鬧。所設(shè)計的數(shù)字鐘硬件電路原理圖與PCB圖如圖2與圖3所示。

3.2 軟件設(shè)計

主程序函數(shù)用于完成系統(tǒng)初始化工作，主要包括時鐘、鬧鐘初始參數(shù)及初始標(biāo)記的設(shè)定；I/O端口、定時/計數(shù)器初始狀態(tài)的設(shè)定；時間更新顯示，循環(huán)掃描按鍵，根據(jù)按鍵分別進(jìn)行鬧鐘和時鐘的設(shè)置管理。LED顯示函數(shù)根據(jù)顯示單元首地址顯示時鐘（或鬧鐘）時間，實現(xiàn)6位LED的動態(tài)顯示功能。時鐘設(shè)置函數(shù)實現(xiàn)時鐘時間的設(shè)置修改。鬧鐘判斷啟動函數(shù)判斷鬧鐘啟動時間到否，若時間到，則啟動鬧鐘，延時10S后自動關(guān)鬧鐘，清除鬧鐘設(shè)置標(biāo)志。定時器中斷函數(shù)定時修改時鐘參數(shù)中斷服務(wù)子程序。數(shù)字鐘程序模塊如圖4所示。

3.3 系統(tǒng)仿真

在Proteus 7.8開發(fā)環(huán)境下，設(shè)計了數(shù)字鐘的硬件電路，結(jié)合Keil uvision5軟件環(huán)境，采用C語言編程，編譯通過后生產(chǎn).hex文件，將程序?qū)雙roteus[3]中進(jìn)行仿真。搭建的仿真電路運行如圖5所示，仿真結(jié)果表明該電路實現(xiàn)了計時、時鐘校準(zhǔn)與鬧鐘功能。

3.4 PCB實物制作與調(diào)試

仿真結(jié)果準(zhǔn)確無誤后，接下來進(jìn)行PCB板實物制作。結(jié)合四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子實訓(xùn)情況，采用曝光法制作PCB，主要步驟包括硫酸紙的打印、銅面的處理、貼膜、靜置、曝光、顯影、腐蝕及脫膜[4]。曝光法具有成本低，浪費少，精度高，成功率高的優(yōu)點。根據(jù)元件清單和PCB裝配圖，完成PCB板上的元件焊接。

焊接完成后，使用萬用表進(jìn)行線路檢測，按照電路原理圖，檢查印制電路板中所有器件的引腳，尤其是電源的連接是否正確，排除短路故障；檢查P0口、P1口和P2口的連接線是否有短路等故障，順序是否正確；檢查各開關(guān)按鍵是否能正常開關(guān)，是否連接正確；檢查各限流電阻是否短路等。用下載線連接單片機(jī)下載接口與電腦，上電后將編譯通過的程序下載到單片機(jī)，完成了時間顯示、時間校準(zhǔn)與鬧鐘設(shè)置等功能，如圖6所示。

4 結(jié)語

本文根據(jù)數(shù)字鐘的功能，設(shè)計數(shù)字鐘的硬件電路、分析系統(tǒng)軟件流程，實現(xiàn)了系統(tǒng)硬件仿真與實物制作，仿真與實物調(diào)試結(jié)果表明，系統(tǒng)方案可行，可實現(xiàn)數(shù)字鐘的時間顯示，時鐘校準(zhǔn)與鬧鐘功能。該方案已應(yīng)用與四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子專業(yè)學(xué)生實訓(xùn)課程中，通過數(shù)字鐘的設(shè)計，使學(xué)生熟練操作Proteus 7.8與Keil uVision5軟件，對提高學(xué)生實踐能力與單片機(jī)知識的綜合應(yīng)用能力具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]程光璇.普通單片機(jī)電子時鐘的設(shè)計[J].電子世界，2011（8）：33-35.

[2]郭占苗，潘魯寧.基于STC89C52單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計[J].微處理機(jī)，2016（4）：83-86.

[3]黃智偉.印制電路板（PCB）設(shè)計技術(shù)與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[4]徐作華.基本數(shù)字鐘電路的設(shè)計、制作與檢測[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（6）：180-180.endprint