基于单片机AT89C2051的电子钟设计方案

　电路见图1.

　　一片20引脚的单片机AT89C2051为电子钟主体，其显示数据从P1口分时输出，P3.0~3.3则输出对应的位选通信号。由于LED数码管点亮时耗电较大，故使用了四只PNP型晶体管VT1~VT4进行放大。本来笔者还有一种更简的设计方案（见图2），可省去VT1~VT4及R1~R4八个元件，但这种设计由于单片机输出口的灌入电流有限（约20mA），数码管亮度较暗而不向读者介绍，除非你采用了高亮度的发光数码管。

　　P3.4、P3.5、3.7外接了三个轻触式按键，这里我们分别命名为：模式设定键set（P3.4）、时调整键hour（P3.5）、分调整键min（P3.7）。C1、R13组成上电复位电路。VT5及蜂鸣器Bz为闹时讯响电路。三端稳压器7805输出的5V电压供整个系统工作。此电子钟可与任何9~20V/100mA的交直流电源适配器配合工作，适应性强。

　　电子钟功能

　　1.走时：通过模式设定键set选择为走时，U1、U2显示小时，U3、U4显示分。U2的小数点为秒点，每秒闪烁一次。

　　2.走时调整：通过模式设定键set选择为走时调整，按下hour键对U1、U2的走时“时”显示进行调整（每0.2秒递加1）。按下min键对U3、U4的走时“分”显示进行调整（每0.2秒递加1）。

　　3.闹时调整：通过模式设定键set选择为闹时调整，按下hour键对U1、U2的闹时“时”显示进行调整（每0.2秒递加1）。按下min键对U3、U4的闹时“分”显示进行调整（每0.2秒递加1）。

　　4.闹时启/停设定：通过模式设定键set选择为闹时启/停设定，按下min键U3的小数点点亮，闹时功能启动；按下hour键U3的小数点熄灭，闹时功能关停。

　　由于电路设计得极其简单，因此丰富的功能只能由软件完成，这里软件设计成为了关键。下面介绍软件设计要点。

　　图3为主程序状态流程。

　　运行时建立的主要状态标志如下：

　　flag-掉电标志。掉电后，flag内为一随机数；重新设定时间后flag内写入标志数55H.

　　set-工作模式设定标志。

　　hour-走时“时”单元。

　　min-走时“分”单元。

　　sec-走时“秒”单元。

　　dEDA-走时5mS计数单元

　　t_hour-闹时“时”单元。

　　t_min-闹时“分”单元。

　　d_05s-0.5秒位标志。每秒钟的前0.5秒置1,后0.5秒置0,以使秒点闪烁。

　　o_f-闹时启/停位标志。闹时启动置1,闹时关停置0.

　　另外将定时器T0设定为5mS的定时中断。这里晶振频率为12MHz,因此5mS的初值为-5000,但实际上程序还要作其它运算，使得时间偏长，经调整为-4800后试验刚好。计时单元deda每次中断均加1.走时函数判断deda>=200时即令秒单元sec加1.同理秒单元sec满60后令分单元min加1.分单元min满60后令时单元hour加1.时单元hour满24后清0.

　　上电后，首先进行初始化，对各状态标志、输入输出口及定时器T0进行初始化工作，以适应后面程序的要求。

　　随后程序判断有无set键按下，如按下，则set键值从0起加1.set键值只能从0加到3,然后又回到0.

　　接下来，根据键值进行散转。若set=0,运行走时程序；若set=1,进入调整闹时时间程序；若set=2,进入调整走时时间程序；若set=3,显示已调好的闹时时间，同时进入启/停闹时程序。

　　散转完后，进行判断掉电标志flag是否等于55H.若不等，说明刚开机上电或运行过程中掉过电，这时四个数码管以1Hz的频率闪烁四个8字，提示时间不准；若相等，说明未掉电，RAM区内容未变化，时间准确。

　　再下来程序又转回到初始化之后进行循环运行。

　　由于使用了四只数码管密集排列，因此只能采用双面印刷板设计，图4、5分别为正面（元件面）、反面的印板图。尺寸3000milx4000mil（7.62cmx10.16cm）。图6为计算机输出的三维仿真印制板。

　　元件选用

　　为了走时准确，晶振X最好选用温漂小的。四个数码管U1~U4可选用发绿光的，这样光泽较柔和。蜂鸣器Bz要购买绕线型的电动式蜂鸣器（市场上有一种加电压即工作的蜂鸣器这里不适用），因驱动信号为脉冲信号。其它元件一般无特殊要求。

　　使用方法

　　上电后，四个LED数码管闪烁四个8字。

　　按一下set键，闪烁现象消失（此时set=1），U1的小数点亮，说明此刻可以调整闹时时间。按下hour键，U1、U2作加法；按下min键，U3、U4作加法。这些调整好的数据被同时送入RAM区的闹时记忆“时”单元t_hour和闹时记忆“分”单元t_min.

　　再按一下set键，set=2,U2的小数点亮，此刻可以调整走时时间。按下hour键，U1、U2作加法；按下min键，U3、U4作加法。这些调整好的数据也被同步送入RAM区的“时”记忆单元hour和“分”记忆单元min.

　　再按一下set键，set=3,显示刚才调整的闹时时间，此刻可以选择启动/关停闹时。按下min键，o_f位标志置1,U3的小数点亮，闹时启动；按下hour键，o_f位标志置0,U3的小数点灭，闹时关闭。

　　若再按一下set键，set=0,电路进入走时状态，U1、U2显示小时，U3、U4显示分。U2的小数点作秒点闪烁。

　　在闹时启动的情况下，走时到达设定闹时，则蜂鸣器Bz鸣响一分钟进行提醒。

　　附：用C51编写的源程序清单（已由实验板运行通过）

　　#include                        /*包含器件配置文件*/

　　#define uchar unsigned char

　　#define uint unsigned int

　　char DATA_7SEG[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,

　　0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,};/*0~9的数码管段码*/

　　uchar hour=0,min=0,sec=0;                /*时、分、秒单元清零*/

　　uchar deda=0;                                  /*5mS计数单元清零*/

　　uchar t_hour=0,t_min=0;                   /*闹时时、分单元清零*/

　　bit d_05s=0;                             /*0.5秒标志*/

　　bit o_f=0;                                         /*闹时启/停标志*/

　　uchar set=0;                                      /*模式设定标志*/

　　uchar m=0;

　　uchar flag=0;                                     /*RAM掉电标志*/

　　void delay（uint k）；                              /*延时子函数*/

　　void conv（）；                                       /*走时单元转换*/

　　void p_out（）；                                      /*判别闹时到否子函数*/

　　void dirve（）；                                       /*走时时间输出驱动子函数*/

　　void t_dirve（）；                                    /*闹时时间输出驱动子函数*/

　　/*闹时启/停子函数*/

　　void time1_of（）

　　{uchar m;

　　if（P3_7==0）delay（1）；

　　if（P3_7==0）o_f=1;

　　for（m=0;m<30;m++）

　　{

　　t_dirve（）；

　　P1=DATA_7SEG[t_min/10];P3=0xfd;delay（1）；

　　if（P3_1==0）{if（o_f==1）P1_7=0;}else P1_7=1;

　　delay（1）；

　　}

　　if（P3_5==0）delay（1）；

　　if（P3_5==0）    o_f=0;

　　for（m=0;m<30;m++）

　　{

　　t_dirve（）；

　　P1=DATA_7SEG[t_min/10];P3=0xfd;delay（1）；

　　if（P3_1==0）{if（o_f==1）P1_7=0;else P1_7=1;}

　　delay（1）；

　　}

　　}

　　/*走时函数*/

　　void time（）

　　{

　　conv（）；                                              /*走时单元转换*/

　　dirve（）；                                              /*走时时间输出驱动子函数*/

　　p_out（）；                                             /*判别闹时到否子函数*/

　　}

　　/*定时器T0  5mS初始化*/

　　void init_timer（）

　　{

　　TMOD=0x01;

　　TH0=-（4800/256）；

　　TL0=-（4800%256）；

　　IE=0x82;

　　TR0=1;

　　}

　　/*扫描按键子函数*/

　　void sCAN_key（）

　　{

　　delay（1）；

　　if（P3_4==0）set++;

　　if（set>=4）set=0;

　　if（set==1）flag=0x55;

　　F0:if（P3_4==0）goto F0;                      /*按键未释放，在此等候*/

　　}

　　/*延时子函数*/

　　void delay（uint k）

　　{

　　uint i,j;

　　for（i=0;i

　　for（j=0;j<121;j++）

　　{;}}

　　}

　　/*5mS定时中断服务子函数*/

　　void zd（void） interrupt 1

　　{

　　TH0=-（4800/256）；

　　TL0=-（4800%256）；

　　deda++;

　　}

　　/*调整走时时间*/

　　void time_adj（）

　　{uchar m;

　　if（P3_5==0）delay（1）；

　　if（P3_5==0）hour++;

　　if（hour==24）hour=0;

　　for（m=0;m<30;m++）

　　{

　　dirve（）；

　　if（P3_2==0）P1_7=0;

　　else P1_7=1;

　　delay（1）；

　　}

　　if（P3_7==0）delay（1）；

　　if（P3_7==0）min++;

　　if（min==60）min=0;

　　for（m=0;m<30;m++）

　　dirve（）；

　　if（P3_2==0）P1_7=0;

　　else P1_7=1;

　　delay（1）；

　　}

　　}

　　/*调整闹时时间*/

　　void time1_adj（）

　　{uchar m;

　　if（P3_5==0）delay（1）；

　　if（P3_5==0）t_hour++;

　　if（t_hour==24）t_hour=0;

　　for（m=0;m<30;m++）

　　{

　　t_dirve（）；

　　}

　　if（P3_7==0）delay（1）；

　　if（P3_7==0）t_min++;

　　if（t_min==60）t_min=0;

　　for（m=0;m<30;m++）

　　{

　　t_dirve（）；

　　}

　　}

　　/*时、分、秒单元及走时单元转换*/

　　void conv（）

　　{

　　if（deda<=100）d_05s=0;

　　else d_05s=1;

　　if（deda>=200）{sec++;deda=0;}

　　if（sec==60）{min++;sec=0;}

　　if（min==60）{hour++;min=0;}

　　if（hour==24）{hour=0;}

　　}

　　/*走时时间输出驱动子函数*/

　　void dirve（）

　　{

　　P1=DATA_7SEG[hour/10];P3=0xf7;delay（1）；

　　P1=DATA_7SEG[hour%10];P3=0xfb;delay（1）；

　　if（d_05s==1）{if（P3_2==0）P1_7=0;else P1_7=1;}

　　delay（1）；

　　P1=DATA_7SEG[min/10];P3=0xfd;delay（1）；

　　if（o_f==1）{if（P3_1==0）P1_7=0;else P1_7=1;delay（1）；}

　　P1=DATA_7SEG[min%10];P3=0xfe;delay（1）；

　　}

　　/*闹时时间输出驱动子函数*/

　　void t_dirve（）

　　{

　　P1=DATA_7SEG[t_hour/10];P3=0xf7;delay（1）；

　　if（P3_3==0）P1_7=0;else P1_7=1;

　　delay（1）；

　　P1=DATA_7SEG[t_hour%10];P3=0xfb;delay（1）；

　　P1=DATA_7SEG[t_min/10];P3=0xfd;delay（1）；

　　P1=DATA_7SEG[t_min%10];P3=0xfe;delay（1）；

　　}

　　/*判别闹时到否子函数*/

　　void p_out（）

　　{

　　if（o_f==1）{

　　if（t_hour==hour）{if（t_min==min）

　　if（P3_0==0）{P1_7=0;delay（1）；}

　　else P1_7=1;

　　}

　　}

　　}

　　/*主函数*/

　　void main（）

　　{

　　init_timer（）；                       /*定时器T0初始化*/

　　while（1）                                     /*无限循环*/

　　{

　　if（P3_4==0）scan_key（）；               /*有按键，调用

　　键扫描子函数*/

　　switch（set）                                        /*根据set键值散转*/

　　{

　　case 0:time（）；break;                                   /*走时时间程序*/

　　case 1:time1_adj（）；break;                     /*闹时时间调整*/

　　case 2:time_adj（）；break;                      /*走时时间调整*/

　　case 3:time1_of（）；break;                      /*启/停闹时*/

　　default:break;                                     /*其它退出*/

　　}

　　if（flag!=0x55）                             /*判断掉电标志*/

　　{for（m=0;m<100;m++）               /*点亮四个8字400mS*/

　　{

　　P1=0x80;P3=0xf7;delay（1）；

　　P1=0x80;P3=0xfb;delay（1）；

　　P1=0x80;P3=0xfd;delay（1）；

　　P1=0x80;P3=0xfe;delay（1）；

　　}

　　P1=0xff;P3=0xff;delay（400）； /*熄灭四个8字400mS*/