基于单片机的电子时钟设计及实现

收藏和点赞，您的关注是我创作的动力

文章目录

概要

一、设计目标

二、系统电路设计

2.1 硬件电路的设计方案

三、 系统软件设计

3.1 主程序设计

3.2 仿真调试

四、 总结

五、 文章目录

概要

  电子时钟具有长远的发展历史，它的出现使得人们对时间的概念有了进一步的认知和了解，可以说意义十分的重大。在时代的推动，以及市场的需求下，电子时钟的功能以及性能都有着质的突破，而且应用的范围也越来越广，到处都有着电子时钟的影子。电子时钟和人们的日常生活早已密不可分，同时也起到了重要的引导作用，例如工作、出行、娱乐、饮食等，在很大程度上给人们提供了便捷。本课题所设计的一种多功能电子时钟将51单片机作为一个核心交换器，它外接振荡电路来给单片机提供一个时钟信号，利用LED数码管来实现时钟信息的显示，并且它采用按键的方式，可以对时、分、秒进行单独的调整，从而使之达到一个标准时间，实现定时闹铃。本设计以软、硬件结合为整体的设计思路，并通过软件和硬件控制，充分发挥了单片机的作用。同时，该系统在技术上具有很高的实用价值，由于整个系统在结构和功能上都比较简洁，因此它具备良好的可持续性。

关键词：电子时钟；51单片机；振荡电路；LED数码管；按键模块

一、设计目标

  本课题设计主要分为四个部分，其中以AT89C51单片机为核心枢纽，通过其向外部发送时钟信号；以石英振荡器为主要计时部件，通过石英振荡器分频后得到一个稳定的方波信号，从而确保数字电子钟的计时准确以及稳定[2]；以LED灯为核心显示部件，通过输入相应的命令或数据便可显示所需要的时间；以蜂鸣器为主要的定时闹铃部件，当输出的为低电平时，蜂鸣器不发出声音，当输出为高电平时，蜂鸣器发出声音。根据硬件电路设计编写C语言程序并载入到单片机内，完成对外接电路的控制，以此来实现能够显示时、分、秒，并且可以校时和闹铃的电子时钟。

二、系统电路设计

2.1 硬件电路的设计方案

本设计的硬件电路设计框图如图3.1所示：

图3.1 硬件电路框图
  本设计的硬件电路主要分为振荡电路、复位电路、按键模块、发声模块和时间显示模块五个部分。振荡电路的主要任务就是不断地给单片机提供周期性的时钟信号；复位电路的作用就是在通电以后是整个电路复位，或者通过按键的形式手动将电路复位；电路通电后，在单片机和动态显示函数的作用下，LED数码管上便会自动的出现时、分、秒的显示；同时，按键的引脚会在扫描函数的作用下，一直处于检测状态，一旦某一个按键被按下，与之对应的函数功能便会总动启用；假如到达了定时设定的时间，蜂鸣器便会发出声音进行提示。

三、 系统软件设计

  系统的软件设计非常重要，它主要就是控制着整个硬件电路实现所需的功能，在设计的过程中必须有清晰的思路，如果程序设计的不合理，或是语法错误，使得硬件电路与程序不匹配，这样整个硬件电路就会处于一种瘫痪状态，无法运行。然而需要实现的功能越多，程序的编写也就越繁琐，因此，程序的设计一般要做到以下几点：
（1）根据硬件电路所实现的功能，将软件分为各个部分，设计出合理的框架结构；
（2）根据总体的设计选择适当的参数；
（3）制作出程序流程图；
（4）在程序中添加注释，便于后期阅读和修改程序；
（5）注意程序的抗干扰设计，保证程序在运行中的有效、可靠。
  本系统采用C语言程序而成，其结构简单清晰，很容易让人读懂，语句连贯紧密。它聚集了高级语言和汇编语言的多种特点，并且在编写的过程中还能加入其他语言的子程序，由此可以看出，其使用的灵活性是很多语言不可相比的。因其良好的性能，不仅应用于各类系统的拓展和开发，同时还应用于各种科研项目中。

3.1 主程序设计

  上电之后，系统便会自动对电路进行初始化操作。单片机依次开始调用按键子程序、显示子程序、中断子程序，随后返回初始化之后，并循环运行。主程序流程图如图4.1所示。

图4.1 主程序流程图

3.2 仿真调试

本设计的仿真调试采用的是Proteus软件，它不但能够实现同类仿真软件的所有功能，而且他还可以对外部电路中的元器件仿真，其内含元器件库十分的丰富，当你在电路布线的过程中出现错误，也可以直接更改，设计使用十分的灵活，这就使得Proteus软件在众多的仿真软件中脱颖而出，尤其适合学生或对单片机感兴趣以及从事与单片机有关工作的人。在Proteus下，将编写好的C语言程序载入到单片机内，随后点击运行，便可进入调试环境，程序无误，此时电路中的各个元器件连接点便会亮起红蓝指示灯（红色代表高电平，蓝色代表低电平），LED数码管亮起，时间显示开始正常的走时。初始运行状态如图5.1所示。

图5.1 初始运行状态

四、 总结

  电子时钟具有长远的发展历史，使用单片机控制电子时钟的技术早已成熟，也早已成为主流。本次设计的电子时钟的整体工作主要分为硬件电路和软件系统两部分，首先是选择所需要的元器件，再按照实现的功能将各个元器件整合到一起，完成设计的硬件电路，然后是设计软件系统部分，通过程序控制硬件电路，从而实现时间的显示、校时以及闹铃功能。本设计所需实现的功能，但是功能较为简单，不足之处就是每次开始运行或是初始化电路，都需要对其进行校时，比如每次运行都需要重新进行校时，每次到达闹铃时间蜂鸣器只会响一声，时间较短，提示作用有点不太明显，在实际的生活中使用还是有所欠缺，实用性不强，还需对其进行完善。本次设计给了我一次很好的实践的机会，但也让我看到了自己的不足，虽然在课堂上我们已经学习了很多的理论知识，但要知道理论绝大部分是理想的，实际的使用和操作还是和理论有很大的差别，从被动的接受知识到主动的去学习，再通过实际的操作和应用，让我真真切切的明白了什么叫学以致用，让我对所学的知识有了进一步的认知和了解，也让我知道了理论结合实践的重要性，在今后的工作中仍需不断学习，只有这样才能够不断进步。

五、 文章目录

目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 电子时钟的特点及应用 1
1.3 设计目标 1
1.4 设计意义 2
2 元器件的的选择 2
2.1 芯片的选择 2
2.2 显示部件的选择 3
2.3 其他元器件的选择 3
2.3.1 NPN型三极管 3
2.3.2 上拉电阻和下拉电阻 3
2.3.3单片机的选择 4
2.3.4蜂鸣器模块的选择 4
3 硬件电路设计 4
3.1 硬件电路的设计方案 4
3.2 各功能模块电路设计 5
3.2.1 振荡电路 5
3.2.2 复位电路 5
3.2.3 按键模块 6
3.2.4 时间显示模块 6
3.2.5 发声模块 7
4 控制系统的软件设计 8
4.1 主程序设计 8
4.2 子程序设计 9
4.2.1 按键子程序 9
4.2.2 显示子程序 10
4.2.3 中断子程序 10
5 仿真调试 11
5.1 功能调试 12
5.1.1 校时调试 12
5.1.2 闹铃调试 13
5.1.3 复位调试 13
5.2 仿真结果分析 13
总结 14
参考文献 15
附录 16
致谢 17