基于89C51时钟电路的设计与制作

随着电子技术的飞速发展，单片机的使用率越来越高。教学之余，为了激发学生对51单片机的学习兴趣，我利用89C51制作了一款电子时钟，经验证这款电子时钟简单实用，以至于班上的每个同学都制作一款。由于51系列单片机机展小巧、程序编写简、功能强大、价格便宜等优点，由51单片机制作的小型智能产品越来越多，也是电子技术相关专业学生毕业设计的首选芯片（见图1）。

1 电路设计流程框图（见图2）

2 基于89C51时钟电路的方案及原理

基于89C51时钟电路主要由主要由微处理器电路、LED数码管显示电路、键盘电路、显示驱动电路、时钟模块、电源电路等组成。89C51的管脚及技术细节可以查阅有关手册。电路模块的基本工作过程是：

（1）显示电路主要由两片74HC595和7个LED共阴红色数码管、LED发光二极管及限流电阻组成。74HC595是数码管和发光二极管的显示驱动电路，是一种8位串行输入、8位串行输出或并行输出的高速CMOS移位寄存器、8位并行输出口具有三态输出功能（即可被程控成高阻状态）。显示电路采用动态扫描方式驱动数码管，即数码管的阴极和阳极都用74HC595驱动，微处理器控制将将要显示的内容（7位数字段码）快速的分时送到LED两端。这种设计的优点是最大限度地降低了系统的硬件支出（与静态显示电路相比）。

（2）时钟模块电路DS12887是美国Dalls公司生产的实时时钟芯片，采用CMOS技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池。该芯片具有良好的微处理器接口（有Motorola和Intel两种时序可供选择，在本系统中采用Intel时序）。芯片内含128个字节RAM单元与软件接口，其中14个字节作为时钟和控制寄存器。114个字节为通用RAM（在本系统中未用），所有RAM单元都具有掉电保护功能。采用该芯片作为该系统的实时时钟基准，是为了保证时钟运行的高精度。

（3）键盘是单片机的主要输入设备，是时间设置和控制的人机接口。本系统中设计了16个键，本系统中实际使用9个键，其余7个键留备系统扩展用。16个按键的硬件连接方式是4×4矩阵。单片机对键盘状态的检测是通过动态扫描方式进行的。这样做的目的是大大减少了键盘电路所占用的单片机端口线的数量。16个键的键值读取占用了8根I/O口线（P2口）。如果采用静态键盘方式，则需占用16根口线。另外，这个键盘具有连击功能，即按下某一键达到一定时长后，该键对应的功能将得到反复执行。利用这个连击功能，可以快速地调整时钟和输入闹钟程序。

3 软件编程主程序流程框图（见图3）

4 定时闹钟扫描子程序

该子程序的功能是：将事先编好的闹钟程序代码从EEPROM中逐条读出，并与当前的实时时钟进行一次比较。若某一条闹钟程序的语句（下面有说明）中的时间代码与当前的实时时钟相同，则执行该语句对应的闹钟功能。否则扫描下一条语句，直至闹钟程序末。

闹钟程序：所以闹钟语句的集合闹钟语句：由一个时代码、一个分代码和一个闹钟时长代码组成。一条闹钟语句定义一个闹钟操作。闹钟程序存放在EEPROM芯片（型号AT24C16）中，AT24C16是ATMEL公司生产的电擦电写串行存储器，容量是2K字节。一周的闹钟程序被编成7页，一天一页，每一页占256个字节，AT24C16中剩下的256个字节留备用。

每条闹钟语句分配4个字节：

第一个字节：存放“时”代码（指定 时）

第二个字节：存放“分”代码（指定 分）

第三个字节：存放“时长”代码（控制闹钟时间长短）

第四个字节：未用。

因为一页占256个字节，那么一页中可存放约60条闹钟语句，即在一天中最多可设置60个闹钟点。定时闹钟程序流程框图（见图4）。

5 结论

以89C51为核心制作的数字时钟，经过电路调试和软件调试，可以实时时钟的显示和调整、整点报时、定时闹钟的设定、以一周为周期的闹钟功能。