基于单片机的多功能数字钟的设计

作者/尹克岩，开封大学电子电气工程学院

基于单片机的多功能数字钟的设计

作者/尹克岩，开封大学电子电气工程学院

多功能电子钟除了具有时钟的功能外还可以包含星期、日历，以及对环境温度的检测功能。星期是一种时间依据，也是现在制定工作日、休息日的依据。日历是现在通用的历法与纪年。温度是环境的基本参数，在各行各业中占有着很重要的位置。本文以AT89S52为核心控制器制作了一款多功能数字钟，该数字钟具有功耗低，实用性强等特点，具有较高是推广应用价值。

电子钟；单片机；农历；温度检测

引言

数字钟是一种利用数字电路来显示时分秒的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛的应用。随着人们生化环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到电子钟。随着科技的进步和发达，人们对数字钟的要求越来越多，能够显示周边的气候和湿度，自带投影，可以让时间显示在天花板上，在汽车中带有背景光等等，衍生的辅助功能越来越多。多功能数字钟在外观、性能、用途上都出现了极大的变化，大部分电子钟都已具备了闹钟、秒表、温湿度检测等功能。本文将以单片机为基础的对于带日历、温湿度检测电子钟进行设计。

1. 硬件设计

1.1 系统框图

数字钟硬件有单片机、数码管显示、温度检测、按键输入和蜂鸣器组成电气回路。接通电源数字钟显示“00—00—00”，按下按钮可以调节时间和闹钟，整点蜂鸣器报警，按下相应按键可以显示日历和环境温度。整体框图如图1所示。

图1 系统框图

1.2 模块设计

1.2.1 单片机系统

AT89S52是一种低功耗、高性能的微控制器，具有低功耗空闲和掉电模式以及三级加密程序存储器。40个引脚，VCC接5V电源，GND接地，EA接高电平，XTAL接晶振电路，RST接复位电路，P1和P2口接数码管显示，P3口接5位控制按键以及蜂鸣器和温度检测器。

1.2.2 晶振电路

在51 单片机内部有一个高增益反向放大器，其输入输出端引脚为XTAL1和XTAL2，只要在它们之间接晶体振荡器和微调电容，就可构成一个稳定的自激振荡器。如图2(a)所示。

1.2.3 复位电路

单片机在刚接通电源时，或者是发生故障和断电时都需要进行复位。即在RST引脚上加持续两个机器周期的高电平，使系统中的各功能部件回复到初始状态。如图2(b)所示。

图2

1.2.4 数码管显示

数码管是靠内部的发光二极管来发光，内部有8个发光二极管，还有一个公共端。公共端分为共阳极和共阴极，分别接电源和地。本文采用8个共阴极数码管进行显示。发光二极管点亮需要5mA以上电流，而单片机输出不了如此大的电流，采用74HC573锁存器连接P1口驱动段选，其输出电流较大，电路接口简单。位选连接P2口，采用动态显示，轮流向各个数码管送出字形段选和相应的位选，利用发光二极管的余晖和人眼视觉暂留，使人感觉各数码管同时显示。

1.2.5 温度检测

温度是环境检测的一项重要参数，在各行各业中最经常使用的传感器就是温度传感器，早期的温度传感器传输的是模拟信号。随着科技的发展进步，现代的温度传感器在内部集成有模数转换模块，输出的是数字信号。DS18B20采用单总线协议，即仅需占用单片机的一个I/O口，无需外部元件，直接将环境温度转化为数字信号。如图3所示。

1.2.6 蜂鸣器

蜂鸣器是电流流过电磁线圈产生磁场，从而来驱动振动膜发声，因此需要的驱动电流较大，而单片机引脚输出电流较小，无法驱动蜂鸣器，因此需要对单片机的输出电流进行放大。通过一个8550的三极管来放大输出电流从而驱动蜂鸣器，如图4所示。

图3 温度检测

共有5个按键，用来调节时间、闹钟、公历，控制显示内容。连接P3口的前5个I/O口。K1增加时间，K2减少时间，K3控制调节单位，K4控制调节内容，K5控制显示内容。

2. 软件设计

2.1 主程序流程图

该数字钟主要实现时间显示、星期显示、日历显示、温度显示，以及时间调整和闹钟报警功能。流程图如图5所示。

2.2 系统源程序

程序包括主程序、中断调节控制子程序、调节时间子程序、调节闹钟子程序、调节日历子程序、公历—星期换算子程序、判断按键子程序、延时子程序、中断显示控制子程序、显示子程序、闹钟子程序。

该电子钟能够实现时分秒的显示，还能显示星期和日历。开机初始时间为00—00—00，闹钟时间为24—00，即闹钟没有开启，公历2017.1.1.，2017年的头两位不显示。

图5 主程序流程图

3. 总结

随着科学技术的不断进步和发展，多功能电子钟在性能、样式、用途上都发生着重大变化。单片机在电子钟中的应用已经非常普遍。本文以AT89S52为核心，对带星期、日历和温度检测的电子钟进行设计完成，进而体现了电子钟的智能，但还没有实现湿度检测、农历显示等，还可以进一步的完善和优化。

＊ [1]叶青.基于51单片机的多功能数字电子钟的设计[J].电子技术，2016（10）：158—160

＊ [2]孟羽佳.基于51单片机的简易电子钟设计[J].设计与研发，2017（07）：24—28

＊ [3]郭占苗，潘鲁宁.基于STC89C52单片机的数字钟设计[J].微处理机，2016（08）：83—86

＊ [4]熊刚，胡启迪.基于单片机的多功能时钟设计[J].电子设计工程，2016（02）：164—167

＊ [5]李世瑾.基于单片机的智能电子时钟的设计于应用[J].信息通信，2016（06）：90—92