单片机电子时钟设计

绪论

单片机在多功能数字电子钟中的应用已是非常普遍，人们对电子时钟的功能及工作顺序都已非常熟悉了，但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为电子时钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号来实现计时功能，将时间数据由单片机输出，利用显示器将时间显示出来。通过键盘可以进行时间的设定。输出设备显示器可以用液晶显示技术或数码管来显示技术。

本系统利用单片机实现具有计时、校时等功能的数字电子时钟，是以单片机AT89C51为核心元件同时采用LED数码管显示器动态显示“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。另外具有校时功能，利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点。

第一章概述

1.1课题研究的目的和意义

数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于电子集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域，因此进行电子钟的设计是必要的。尽管目前市场上已有现成的电子钟集成电路芯片出售，价格便宜、使用也方便，但鉴于单片机定时器的功能也可以完成电子钟电路的设计，因此进行电子钟的设计是可行的。在这里我们将已学过的比较零散的数字电路和单片机的知识有机的、系统的联系、组织起来应用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序，调试电路、程序的能力。

单片机具有体积小、功能强、可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。

1.2国内外研究的现状及发展趋势

从单片机电子时钟近年的发展趋势来看，正朝着多层次用户、多品种、多规格、高精度、小体积、低能耗等方面发展。在这种趋势下，时钟的数字化，智能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。带有时钟功能的电子产品和电子设备进年来广泛地出现在国内外市场中，例如奥运会倒计时显示屏、铁路安全显示屏、生产线看板、体育比赛记时屏、大型室外高亮度时钟等，这类产品覆盖银行、医院、地铁车站、体育运动、电视台、监控系统、高大建筑物等行业。作为一种人机接口方式，语音比显示屏，鼠标键盘等设备更易于使用。而在设计里加上语音提示、音乐或者其他语音功能，还使得设计显得既人性化又有趣，不但能提高开发者的兴趣和积极性，同时也能让设计作品与众不同，从而得到了各界领域的广泛应用所以对语音的研究有很大的实际意义。

1.3课题设计目的与要求

1.3.1设计目的：

按要求完成单片机实现电子时钟系统。

通过课题的设计与实现培养系统分析、设计的能力，从而达到以下能力训练：

(1)、调查研究、分析问题的能力

(2)、使用设计手册、技术规范的能力

(3)、查阅中外文献的能力

(4)、制定设计方案的能力

(5)、计算机应用的能力

(6)、设计、计算和绘图的能力

(7)、技术经济指示的分析能力

(8)、语言文字表达的能力

1.3.2设计要求：

利用DJ-598K试验仪的硬件资源，设计一个电子钟，利用四个数码管，在其上显示分、秒；用4个小键盘分别进行分＋1、分－1、秒＋1、秒－1改变时间值。

基本要求：

(1)、设计实验电路(要求利用试验仪的硬件资源)

(2)、分析实验原理

(3)、列出实验接线表

(4)、采用汇编语言写实验程序

(5)、通过实验验证功能的实现

(6)、编写课程设计说明书

第二章 总体方案设计

2.1课题总体功能分析与设计

2.1.1系统需求分析

本课题要求设计一个电子钟，利用四个数码管进行时间显示，在其上显示分、秒；用4个小键盘分别进行分＋1、分－1、秒＋1、秒－1改变时间值。但考虑到电子钟的实用性，这里将对其进行扩充，是利用六个数码管进行时间显示，在其上显示时、分、秒；用6个小键盘分别进行时＋1、时－1、分＋1、分－1、秒＋1、秒－1来改变时间值。

2.1.2系统功能分析与设计

有分析可得系统功能图2-1所示：

图2-1系统功能分析设计图

2.1.3系统设定详细说明

本课题设计需要六个数码管进行时间显示，刚打开电源时，系统初始状态显示的时间为12:00:00，然后电路会自动开始计时。当秒到60时，则分上加1同时秒位清零显示00，然后再从00自动开始计时；当分到60时，则小时上加1同时分位清零显示00，然后再从00开始；当小时显示变为23:59:59时，接下来的显示则变为00:00:00，电路自动开始计时，然后循环上述过程进行计时。电路中有对时、分、秒进行加/减1的各自单独的时间调整按钮，时间调整按钮每按一次，则相应调整的显示时间值加/减1。按S1键，则秒＋1；按S2键，则秒－1；按S3键，则分＋1；按S4键，则分－1；按S5键，则小时＋1；按S6键，则小时－1。

2.2实现时钟计时的基本方法

利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现时钟计数。

(1) 计数初值计算:

把定时器设为工作方式1，定时时间为50ms，则计数溢出20次即得时钟计时最小单位1s。

定时器方式1为16位定时/计数器工作方式，用于定时工作方式时，计数时间为：

T=(216-T0初值)×振荡周期×12

假设使用T/C0，方式1，50ms定时，晶振频率f osc=12MHz。则初值X满足：

（216-X）×1/12MHz×12×1μs = 50000μs

X=15536D→0011110010110000B→3CB0H

(2) 采用中断方式进行溢出次数累计,计满20次则为秒计时（1秒）；

(3) 从秒到分和从分到时的计时是通过累加和数值比较实现。

2.3电子钟的时间显示

电子钟的时钟时间要在六位数码管上进行显示，则要在内部RAM中设置缓存地址单元。

显示寄存器单元位：

2.4电子钟的时间调整

时间调整：用6个按键S1、S2、S3、S4、S5、S6，通过P1.0～ P1.5口将调整信号输入单片机，再通过程序控制来完成时间调整的功能。