基于单片机的简易电子时钟硬件设计

刘 锐 范少慧

(河北农业大学机电工程学院，河北 保定 071001)

1 单元电路模块分析

1.1 控制器模块

微型控制器单片机的运算能力强、程序设计方式多样且灵活、实际操作使用性强，所以可使用编程软件设计程序和各种算法来实现各种功能的逻辑控制。此外单片机还具有重量轻、消耗低、生产成本低、抗干扰性能强大等优点，因此单片机在各个领域得以广泛加工使用。本设计无须高性能的处理系统处理数据，所以本简易电子时钟设计方案考虑选择经济且实用的STC89C51单片机作为控制核心器件。

1.2 计时模块

简易电子时钟数码管上“时”“分”“秒”的数字显示和时钟走时的功能几乎完全借助于软件程序实现。定时器的功能也是通过计数器的计数来实现的，不同于计数器的计数功能是对外来脉冲进行计数，定时器的计数脉冲是来自单片机的内部。程序设计的总体框架为：在单片机内部存储器设置3个足够大的字节分别用于存放简易电子时钟的“时”“分”“秒”信息。单片机每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每经过一个机器周期的时间，计数器加1。当计数器计数溢出时，利用中断程序向CPU发出中断请求信号，CPU转向中断服务程序后单片机内“秒”的存储器的数值加1;若“秒”的存储器的数值达到60，则将其清零，并在“分”的存储器的字节内数值加1;若“分"的存储器的数值达到60，则将其清零，并在“时”的存储器的字节内的数值加1;当“时”的存储器的字节内的数值达到24时，则将其清零。虽然本简易电子时钟设计具备简单的电路特性，但是微型处理器单片机CPU执行程序时，定时器都需要再次赋予电子时钟初始值，所以电子时钟的精确度低。

1.3 显示模块

显示模块釆用的是LED数码管来实现“时”“分”“秒”的显示功能。LED数码管显示屏展示的字母字符有限，但是LED数码管已经足够满足本次设计中显示电子时钟“时”“分”“秒”需求，并且LED数码管成本低，所以从降低生产制作的成本的层面出发，在此次简易电子时钟设计中选择LED数码管作为显示模块。

2 系统硬件介绍

2.1 STC89C51 单片机

STC89C51单片机是一种低功耗、高性能8位微控制处理器。微型处理器单片机具有灵敏的8位CPU、4KB的片内ROM和最多能扩展64KB的片外程序处理器，使其为嵌入式控制应用系统提供灵活有效的系统设计。STC89C51单片机片内还含有ROM/EPROM，因此，由STC89C51单片机组成的电路系统简洁实用、可靠安全。

2.2 数码管

本次简易电子时钟设计采用的是共阴数码管、动态显示的显示方式。数码管是一个把8个LED显示段集在一起的电子显示器件，8个显示段可以显示数字0～9，显示屏右下的dp点可以将简易数字时钟显示的“时”“分”“秒”数字分隔开。本次设计采用的共阴型数码管是把8个LED显示段的阴极接在一起形成公共端，二极管的正极为阳极。八段数码管的8个LED显示段分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小数点位段。当单片机输出一个“1”的控制信号时，共阴型数码管该显示段LED点亮。数码管动态显示的原理是各数码管的同名端连接在一起，另为每个数码管的公共极增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制。当单片机输出字形码时只要将需要显示的数码管的选通控制打开，数码管就显示出字形，而没有选通的数码管就不会亮。

2.3 74HC573芯片

本次简易电子时钟的设计只利用了74HC573的驱动功能来驱动数码管的显示功能。74HC573芯片是包括八路D型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D型输入，以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能(LE)端和一个输出使能(OE)端。D是输入，Q是输出。LE端的作用是通过高低电平控制八位输入与内部数据保持器的输入端的连通和开关。当LE端为高电平时，数据从D输入到锁存器，锁存器的输出Q随着对应输入D的变化而变化。当LE端为低电平时，锁存器D输入上的信息不会被输出。当OE为低电平时，芯片内部数据保持输出器与芯片的八位输出端之间联通，8个锁存器的内容可被正常输出；当OE为高电平时，8个锁存器进入高阻态将不会输出内容。

3 结语

基于单片机的简易电子时钟硬件设计，是数字化综合运用的体现。以STC89C51单片机为整体设计中心，对基于单片机的简易电子时钟的控制模块、计时模块、显示模块进行要点剖析，并且详细介绍了STC89C51单片机、数码管和74HC573芯片的功能。因此，文章研究结果将为基于单片机的电子元件的设计提供参考与借鉴。