一款电路极简的单片机电子钟设计详解
电路特点
这里介绍的电子钟，电路可称得上极简，它仅使用单片的20引脚单片机完成电子钟的全部功能，而笔者见到的其它设计方案均采用二片以上的多片IC实现。
电路见图1。
一片20引脚的单片机AT89C2051为电子钟主体，其显示数据从P1口分时输出，P3.0~3.3则输出对应的位选通信号。由于LED数码管点亮时耗电较大，故使用了四只PNP型晶体管VT1~VT4进行放大。本来笔者还有一种更简的设计方案（见图2），可省去VT1~VT4及R1~R4八个元件，但这种设计由于テ��涑隹诘墓嗳氲缌饔邢蓿ㄔ?0mA），数码管亮度较暗而不向读者介绍，除非你采用了高亮度的发光数码管。
P3.4、P3.5、3.7外接了三个轻触式按键，这里我们分别命名为：模式设定键set（P3.4）、时调整键hour（P3.5）、分调整键min（P3.7）。C1、R13组成上电复位电路。VT5及蜂鸣器Bz为闹时讯响电路。三端稳压器7805输出的5V电压供整个系统工作。此电子钟可与任何9~20V/100mA的交直流电源适配器配合工作，适应性强。
电子钟功能
1.走时：通过模式设定键set选择为走时，U1、U2显示小时，U3、U4显示分。U2的小数点为秒点，每秒闪烁一次。
2.走时调整：通过模式设定键set选择为走时调整，按下hour键对U1、U2的走时“时”显示进行调整（每0.2秒递加1）。按下min键对U3、U4的走时“分”显示进行调整（每0.2秒递加1）。
3.闹时调整：通过模式设定键set选择为闹时调整，按下hour键对U1、U2的闹时“时”显示进行调整（每0.2秒递加1）。按下min键对U3、U4的闹时“分”显示进行调整（每0.2秒递加1）。
4.闹时启/停设定：通过模式设定键set选择为闹时启/停设定，按下min键U3的小数点点亮，闹时功能启动；按下hour键U3的小数点熄灭，闹时功能关停。
由于电路设计得极其简单，因此丰富的功能只能由软件完成，这里软件设计成为了关键。下面介绍软件设计要点。
图3为主程序状态流程。
图3
运行时建立的主要状态标志如下：
flag—掉电标志。掉电后，flag内为一随机数；重新设定时间后flag内写入标志数55H。
set—工作模式设定标志。
hour—走时“时”单元。
min—走时“分”单元。
sec—走时“秒”单元。
deda—走时5mS计数单元
t_hour—闹时“时”单元。
t_min—闹时“分”单元。
d_05s—0.5秒位标志。每秒钟的前0.5秒置1，后0.5秒置0，以使秒点闪烁。
o_f—闹时启/停位标志。闹时启动置1，闹时关停置0。
另外将定时器T0设定为5mS的定时中断。这里晶振频率为12MHz，因此5mS的初值为-5000，但实际上程序还要作其它运算，使得时间偏长，经调整为-4800后试验刚好。计时单元deda每次中断均加1。走时函数判断deda>=200时即令秒单元sec加1。同理秒单元sec满60后令分单元min加1。分单元min满60后令时单元hour加1。时单元hour满24后清0。
上电后，首先进行初始化，对各状态标志、输入输出口及定时器T0进行初始化工作，以适应后面程序的要求。
随后程序判断有无set键按下，如按下，则set键值从0起加1。set键值只能从0加到3，然后又回到0。
接下来，根据键值进行散转。若set=0，运行走时程序；若set=1，进入调整闹时时间程序；若set=2，进入调整走时时间程序；若set=3，显示已调好的闹时时间，同时进入启/停闹时程序。
散转完后，进行判断掉电标志flag是否等于55H。若不等，说明刚开机上电或运行过程中掉过电，这时四个数码管以1Hz的频率闪烁四个8字，提示时间不准；若相等，说明未掉电，RAM区内容未变化，时间准确。
再下来程序又转回到初始化之后进行循环运行。
由于使用了四只数码管密集排列，因此只能采用双面印刷板设计，图4、5分别为正面（元件面）、反面的印板图。尺寸3000milx4000mil（7.62cmx10.16cm）。图6为计算机输出的三维仿真印制板。
元件选用
为了走时准确，晶振X最好选用温漂小的。四个数码管U1~U4可选用发绿光的，这样光泽较柔和。蜂鸣器Bz要购买绕线型的电动式蜂鸣器（市场上有一种加电压即工作的蜂鸣器这里不适用），因驱动信号为脉冲信号。其它元件一般无特殊要求。
使用方法
上电后，四个LED数码管闪烁四个8字。
按一下set键，闪烁现象消失（此时set=1），U1的小数点亮，说明此刻可以调整闹时时间。按下hour键，U1、U2作加法；按下min键，U3、U4作加法。这些调整好的数据被同时送入RAM区的闹时记忆“时”单元t_hour和闹时记忆“分”单元t_min。
再按一下set键，set=2，U2的小数点亮，此刻可以调整走时时间。按下hour键，U1、U2作加法；按下min键，U3、U4作加法。这些调整好的数据也被同步送入RAM区的“时”记忆单元hour和“分”记忆单元min。
再按一下set键，set=3，显示刚才调整的闹时时间，此刻可以选择启动/关停闹时。按下min键，o_f位标志置1，U3的小数点亮，闹时启动；按下hour键，o_f位标志置0，U3的小数点灭，闹时关闭。
若再按一下set键，set=0，电路进入走时状态，U1、U2显示小时，U3、U4显示分。U2的小数点作秒点闪烁。
在闹时启动的情况下，走时到达设定闹时，则蜂鸣器Bz鸣响一分钟进行提醒。
附：用C51编写的源程序清单（已由实验板运行通过）
#include /*包含器件配置文件*/
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
char DATA_7SEG[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,
0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};/*0~9的数码管段码*/
uchar hour=0,min=0,sec=0; /*时、分、秒单元清零*/
uchar deda=0; /*5mS计数单元清零*/
uchar t_hour=0,t_min=0; /*闹时时、分单元清零*/
bit d_05s=0; /*0.5秒标志*/
bit o_f=0; /*闹时启/停标志*/
uchar set=0; /*模式设定标志*/
uchar m=0;
uchar flag=0; /*RAM掉电标志*/
void delay(uint k); /*延时子函数*/
void conv(); /*走时单元转换*/
void p_out(); /*判别闹时到否子函数*/
void dirve(); /*走时时间输出驱动子函数*/
void t_dirve(); /*闹时时间输出驱动子函数*/
/*闹时启/停子函数*/
void time1_of()
{uchar m;
if(P3_7==0)delay(1);
if(P3_7==0)o_f=1;
for(m=0;m<30;m++)
{
t_dirve();
P1=DATA_7SEG[t_min/10];P3=0xfd;delay(1);
if(P3_1==0){if(o_f==1)P1_7=0;}else P1_7=1;
delay(1);
}
if(P3_5==0)delay(1);
if(P3_5==0) o_f=0;
for(m=0;m<30;m++)
{
t_dirve();
P1=DATA_7SEG[t_min/10];P3=0xfd;delay(1);
if(P3_1==0){if(o_f==1)P1_7=0;else P1_7=1;}
delay(1);
}
}
/*走时函数*/
void time()
{
conv(); /*走时单元转换*/
dirve(); /*走时时间输出驱动子函数*/
p_out(); /*判别闹时到否子函数*/
}
/*定时器T0 5mS初始化*/
void init_timer()
{
TMOD=0x01;
TH0=-(4800/256);
TL0=-(4800%256);
IE=0x82;
TR0=1;
}
/*扫描按键子函数*/
void scan_key()
{
delay(1);
if(P3_4==0)set++;
if(set>=4)set=0;
if(set==1)flag=0x55;
F0:if(P3_4==0)goto F0; /*按键未释放，在此等候*/
}
/*延时子函数*/
void delay(uint k)
{
uint i,j;
for(i=0;i
for(j=0;j<121;j++)
{;}}
}
/*5mS定时中断服务子函数*/
void zd(void) interrupt 1
{
TH0=-(4800/256);
TL0=-(4800%256);
deda++;
}
/*调整走时时间*/
void time_adj()
{uchar m;
if(P3_5==0)delay(1);
if(P3_5==0)hour++;
if(hour==24)hour=0;
for(m=0;m<30;m++)
{
dirve();
if(P3_2==0)P1_7=0;
else P1_7=1;
delay(1);
}
if(P3_7==0)delay(1);
if(P3_7==0)min++;
if(min==60)min=0;
for(m=0;m<30;m++)
{
dirve();
if(P3_2==0)P1_7=0;
else P1_7=1;
delay(1);
}
}
/*调整闹时时间*/
void time1_adj()
{uchar m;
if(P3_5==0)delay(1);
if(P3_5==0)t_hour++;
if(t_hour==24)t_hour=0;
for(m=0;m<30;m++)
{
t_dirve();
}
if(P3_7==0)delay(1);
if(P3_7==0)t_min++;
if(t_min==60)t_min=0;
for(m=0;m<30;m++)
{
t_dirve();
}
}
/*时、分、秒单元及走时单元转换*/
void conv()
{
if(deda<=100)d_05s=0;
else d_05s=1;
if(deda>=200){sec++;deda=0;}
if(sec==60){min++;sec=0;}
if(min==60){hour++;min=0;}
if(hour==24){hour=0;}
}
/*走时时间输出驱动子函数*/
void dirve()
{
P1=DATA_7SEG[hour/10];P3=0xf7;delay(1);
P1=DATA_7SEG[hour%10];P3=0xfb;delay(1);
if(d_05s==1){if(P3_2==0)P1_7=0;else P1_7=1;}
delay(1);
P1=DATA_7SEG[min/10];P3=0xfd;delay(1);
if(o_f==1){if(P3_1==0)P1_7=0;else P1_7=1;delay(1);}
P1=DATA_7SEG[min%10];P3=0xfe;delay(1);
}
/*闹时时间输出驱动子函数*/
void t_dirve()
{
P1=DATA_7SEG[t_hour/10];P3=0xf7;delay(1);
if(P3_3==0)P1_7=0;else P1_7=1;
delay(1);
P1=DATA_7SEG[t_hour%10];P3=0xfb;delay(1);
P1=DATA_7SEG[t_min/10];P3=0xfd;delay(1);
P1=DATA_7SEG[t_min%10];P3=0xfe;delay(1);
}
/*判别闹时到否子函数*/
void p_out()
{
if(o_f==1){
if(t_hour==hour){if(t_min==min)
if(P3_0==0){P1_7=0;delay(1);}
else P1_7=1;
}
}
}
/*主函数*/
void main()
{
init_timer(); /*定时器T0初始化*/
while(1) /*无限循环*/
{
if(P3_4==0)scan_key(); /*有按键，调用按键扫描子函数*/
switch(set) /*根据set键值散转*/
{
case 0:time();break; /*走时时间程序*/
case 1:time1_adj();break; /*闹时时间调整*/
case 2:time_adj();break; /*走时时间调整*/
case 3:time1_of();break; /*启/停闹时*/
default:break; /*其它退出*/
}
if(flag!=0x55) /*判断掉电标志*/
{for(m=0;m<100;m++) /*点亮四个8字400mS*/
{
P1=0x80;P3=0xf7;delay(1);
P1=0x80;P3=0xfb;delay(1);
P1=0x80;P3=0xfd;delay(1);
P1=0x80;P3=0xfe;delay(1);
}
P1=0xff;P3=0xff;delay(400); /*熄灭四个8字400mS*/
}
}
}
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