基于单片机的定时报时系统

摘要

时间是现代社会中不可缺少的一项参数,无论是平时生活还是社会生产都需要对时间进行控制,有的场合对其精确性还有很高的要求.采用单片机进行计时，对于社会生产有着十分重要的作用。

本文首先介绍了单片机和时钟的概念，然后根据设计要求提出系统总体设计方案，并设计各部分硬件模块和软件模块，再用设计的具体软件程序，用PROTEUS 软件进行仿真和调试,结果证明该设计系统的可行性。

由于AT89S51系列单片机的控制器运算能力强，处理速度快，可以精确计时，很好地解决了实际生产生活中对计时高精确度的要求，因此该设计在现代社会中具有广泛的适用性。

关键词：单片机；定时；报时；设计

目录

第一章简介 (1)

一、基于单片机的数字钟介绍 (1)

二、本系统的特点和功能介绍 (1)

第二章硬件设计 (1)

一、总体设计方案 (1)

二、硬件结构设计 (2)

1、51单片机的最小系统 (2)

2、显示部分设计 (3)

3、电源部分设计 (4)

4、串口通信部分设计 (4)

5、报时部分的设计 (4)

6、键盘部分的设计 (5)

7、总体硬件电路图 (5)

第三章软件设计 (6)

一、部分设计思想的说明 (6)

二、参考程序 (9)

总结 (12)

参考文献 (13)

第一章简介

一、基于单片机的数字钟介绍

1.单片机定义：

“单片机”就是将计算机的基本部件集成到一块芯片上，包括CPU（Central Processing Unit）、ROM(Read Only Memory)、RAM（Random Access Memory）、并行口（Parallel Port）、串行口(Serial Port)、定时器／计数器(Timer/Counter)、中断系统(Interrupt System)、系统时钟及系统总线等。

2．数字钟介绍：

时钟是将小时、分钟、秒钟显示于人的肉眼的计时装置。而单片机模块中最常见的正是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。而LED电子定时时钟是以单片机为基础的数字电路实现对时、分、秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期为12小时，另外应有校时功能和一些显示日期、闹钟等附加功能。

由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性，所以尝试设计以单片机为核心的数字时钟是很有意义的。钟表原先的报时功能已经原不能满足人们日益增长的要求，现代的电子时钟多带有类似自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能。

二、本系统的特点和功能介绍

1．特点：

我所设计的是LED显示的自动报时系统，是一种基于单片机技术的电子产品，用到的单片机芯片是AT89C52芯片，除此之外还包括晶振电路和复位电路构成单片机最小应用系统，还有按键电路，显示电路，报时电路等等。

计时方案采用软件控制利用AT89C52单片机内部的定时/计数器进行定时，配合软件延时实现时、分的计时。

2．本单片机报时控制系统具备以下功能

（1）有电子时钟，定时闹铃功能。

（2）时钟显示功能：4位LED从左到右依次显示“分分秒秒”，采用12小时制显示。

（3）采用4个独立按键（移位键、加1键、减1键、校时置入键）移位键：每按动移位键一次，小数点从左向右移动1位。

加1键：对小数点所在位的数什进行十进制加1。

减1键：对小数点所在位的数值进行十进制减1。

校时置入键：将显示的时间值置入实时时钟的计时缓冲区。

（4）预设定时时间到则发出闹铃声

第二章硬件设计

一、总体设计方案

本LED定时闹钟，是以单片机及外围接口电路为核心硬件，辅以其他外围硬件电路，用软件程序来实现的。单片机定时报时控制系统硬件原理图见设计原理图如下图所示。

图2-1 总体设计方框图

二、硬件结构设计

1、51单片机的最小系统（见图2-

2、2-

3、2-4所示）

在晶振电路中XTAL1、XTAL2为AT89C52中连接晶振的管脚，本系统中所使用的晶振频率为12MHZ 。XTAL1为振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端，XTAL2为振荡器反相放大器的输出端。其中电容C18、C19起着系统时钟频率微调的作用，因此，在本定时报时系统的实际应用中一定要注意正确选择参数（30±10PF），并保证对称性（尽可能匹配），可能的话，温度系数要尽可能的低。实验表明这两个电容元件对时钟走时误差有较大关系。

本系统采用了RC复位电路，其实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

2、显示部分设计

用4位LED七段数码管作为显示器，到达定时时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。其驱动电路简单。采用了两片74HC595来驱动段码，8个510欧姆的限流电阻。

图2-2 引脚图

图2-3 晶振图2-4 复位电路

图2-4 LED显示器

图2-5 显示驱动部分

3、电源部分设计

如果是用电池供电，就比较方便携带，但是本系统，采用了数码管作为显示器，功耗较大，需要经常更换电池。况且，本系统的体积较大，即使使用电池供电也不能随身携带，因此，用电池供电不大合适，所以用外部稳压电源来供电。

应当说明的是，尽管有很多型号的7805三端稳压集成芯片，其标称最大输出电流均为1.5v，但在实际应用中，该最大的输出电流值往往取决于两个方面：足够的散热面积和不同的成产厂家。在设计中必须保证7805的输入电压Vi和输出电压Vo的压差大于2.5v，否则会失去稳压能力；同时考虑到功耗问题，此压差有不宜太大，太大则增加7805本身的功率消耗，增加芯片的温升，不利于安全。因此，本系统采用9v直流稳压源。

图2-6 电源电路

4、串口通部分块设计

软件程序可通过此口写入51单片机中，其原理图如图2-7所示。

5、报时部分的设计

报时指示可以有声或光两种形式，本系统采用声音指示。关键元件是蜂鸣器，蜂鸣器有无源和有源两种，前者需要输入声音频率信号才能正常发声，后者则只需外加适当直流电源电压即可，元件内部已封装了音频震荡电路，在得电状态下即起振发声。市场上的有源蜂鸣器分为3V、5V、6V等系列，以适应不同的应用需要，本系统采用5V有源蜂鸣器实现报时。由软件产生方波输出经三极管放大