基于單片機(jī)AT89C2051的電子鐘設(shè)計(jì)方案
電路見圖1.
一片20引腳的單片機(jī)AT89C2051為電子鐘主體，其顯示數(shù)據(jù)從P1口分時(shí)輸出，P3.0~3.3則輸出對(duì)應(yīng)的位選通信號(hào)。由于LED數(shù)碼管點(diǎn)亮?xí)r耗電較大，故使用了四只PNP型晶體管VT1~VT4進(jìn)行放大。本來(lái)筆者還有一種更簡(jiǎn)的設(shè)計(jì)方案（見圖2），可省去VT1~VT4及R1~R4八個(gè)元件，但這種設(shè)計(jì)由于單片機(jī)輸出口的灌入電流有限（約20mA），數(shù)碼管亮度較暗而不向讀者介紹，除非你采用了高亮度的發(fā)光數(shù)碼管。
P3.4、P3.5、3.7外接了三個(gè)輕觸式按鍵，這里我們分別命名為：模式設(shè)定鍵set（P3.4）、時(shí)調(diào)整鍵hour（P3.5）、分調(diào)整鍵min（P3.7）。C1、R13組成上電復(fù)位電路。VT5及蜂鳴器Bz為鬧時(shí)訊響電路。三端穩(wěn)壓器7805輸出的5V電壓供整個(gè)系統(tǒng)工作。此電子鐘可與任何9~20V/100mA的交直流電源適配器配合工作，適應(yīng)性強(qiáng)。
電子鐘功能
1.走時(shí)：通過模式設(shè)定鍵set選擇為走時(shí)，U1、U2顯示小時(shí)，U3、U4顯示分。U2的小數(shù)點(diǎn)為秒點(diǎn)，每秒閃爍一次。
2.走時(shí)調(diào)整：通過模式設(shè)定鍵set選擇為走時(shí)調(diào)整，按下hour鍵對(duì)U1、U2的走時(shí)“時(shí)”顯示進(jìn)行調(diào)整（每0.2秒遞加1）。按下min鍵對(duì)U3、U4的走時(shí)“分”顯示進(jìn)行調(diào)整（每0.2秒遞加1）。
3.鬧時(shí)調(diào)整：通過模式設(shè)定鍵set選擇為鬧時(shí)調(diào)整，按下hour鍵對(duì)U1、U2的鬧時(shí)“時(shí)”顯示進(jìn)行調(diào)整（每0.2秒遞加1）。按下min鍵對(duì)U3、U4的鬧時(shí)“分”顯示進(jìn)行調(diào)整（每0.2秒遞加1）。
4.鬧時(shí)啟/停設(shè)定：通過模式設(shè)定鍵set選擇為鬧時(shí)啟/停設(shè)定，按下min鍵U3的小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)亮，鬧時(shí)功能啟動(dòng)；按下hour鍵U3的小數(shù)點(diǎn)熄滅，鬧時(shí)功能關(guān)停。
由于電路設(shè)計(jì)得極其簡(jiǎn)單，因此豐富的功能只能由軟件完成，這里軟件設(shè)計(jì)成為了關(guān)鍵。下面介紹軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
圖3為主程序狀態(tài)流程。
運(yùn)行時(shí)建立的主要狀態(tài)標(biāo)志如下：
flag-掉電標(biāo)志。掉電后，flag內(nèi)為一隨機(jī)數(shù)；重新設(shè)定時(shí)間后flag內(nèi)寫入標(biāo)志數(shù)55H.
set-工作模式設(shè)定標(biāo)志。
hour-走時(shí)“時(shí)”單元。
min-走時(shí)“分”單元。
sec-走時(shí)“秒”單元。
dEDA-走時(shí)5mS計(jì)數(shù)單元
t_hour-鬧時(shí)“時(shí)”單元。
t_min-鬧時(shí)“分”單元。
d_05s-0.5秒位標(biāo)志。每秒鐘的前0.5秒置1,后0.5秒置0,以使秒點(diǎn)閃爍。
o_f-鬧時(shí)啟/停位標(biāo)志。鬧時(shí)啟動(dòng)置1,鬧時(shí)關(guān)停置0.
另外將定時(shí)器T0設(shè)定為5mS的定時(shí)中斷。這里晶振頻率為12MHz,因此5mS的初值為-5000,但實(shí)際上程序還要作其它運(yùn)算，使得時(shí)間偏長(zhǎng)，經(jīng)調(diào)整為-4800后試驗(yàn)剛好。計(jì)時(shí)單元deda每次中斷均加1.走時(shí)函數(shù)判斷deda>=200時(shí)即令秒單元sec加1.同理秒單元sec滿60后令分單元min加1.分單元min滿60后令時(shí)單元hour加1.時(shí)單元hour滿24后清0.
上電后，首先進(jìn)行初始化，對(duì)各狀態(tài)標(biāo)志、輸入輸出口及定時(shí)器T0進(jìn)行初始化工作，以適應(yīng)后面程序的要求。
隨后程序判斷有無(wú)set鍵按下，如按下，則set鍵值從0起加1.set鍵值只能從0加到3,然后又回到0.
接下來(lái)，根據(jù)鍵值進(jìn)行散轉(zhuǎn)。若set=0,運(yùn)行走時(shí)程序；若set=1,進(jìn)入調(diào)整鬧時(shí)時(shí)間程序；若set=2,進(jìn)入調(diào)整走時(shí)時(shí)間程序；若set=3,顯示已調(diào)好的鬧時(shí)時(shí)間，同時(shí)進(jìn)入啟/停鬧時(shí)程序。
散轉(zhuǎn)完后，進(jìn)行判斷掉電標(biāo)志flag是否等于55H.若不等，說明剛開機(jī)上電或運(yùn)行過程中掉過電，這時(shí)四個(gè)數(shù)碼管以1Hz的頻率閃爍四個(gè)8字，提示時(shí)間不準(zhǔn)；若相等，說明未掉電，RAM區(qū)內(nèi)容未變化，時(shí)間準(zhǔn)確。
再下來(lái)程序又轉(zhuǎn)回到初始化之后進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行。
由于使用了四只數(shù)碼管密集排列，因此只能采用雙面印刷板設(shè)計(jì)，圖4、5分別為正面（元件面）、反面的印板圖。尺寸3000milx4000mil（7.62cmx10.16cm）。圖6為計(jì)算機(jī)輸出的三維仿真印制板。
元件選用
為了走時(shí)準(zhǔn)確，晶振X最好選用溫漂小的。四個(gè)數(shù)碼管U1~U4可選用發(fā)綠光的，這樣光澤較柔和。蜂鳴器Bz要購(gòu)買繞線型的電動(dòng)式蜂鳴器（市場(chǎng)上有一種加電壓即工作的蜂鳴器這里不適用），因驅(qū)動(dòng)信號(hào)為脈沖信號(hào)。其它元件一般無(wú)特殊要求。
使用方法
上電后，四個(gè)LED數(shù)碼管閃爍四個(gè)8字。
按一下set鍵，閃爍現(xiàn)象消失（此時(shí)set=1），U1的小數(shù)點(diǎn)亮，說明此刻可以調(diào)整鬧時(shí)時(shí)間。按下hour鍵，U1、U2作加法；按下min鍵，U3、U4作加法。這些調(diào)整好的數(shù)據(jù)被同時(shí)送入RAM區(qū)的鬧時(shí)記憶“時(shí)”單元t_hour和鬧時(shí)記憶“分”單元t_min.
再按一下set鍵，set=2,U2的小數(shù)點(diǎn)亮，此刻可以調(diào)整走時(shí)時(shí)間。按下hour鍵，U1、U2作加法；按下min鍵，U3、U4作加法。這些調(diào)整好的數(shù)據(jù)也被同步送入RAM區(qū)的“時(shí)”記憶單元hour和“分”記憶單元min.
再按一下set鍵，set=3,顯示剛才調(diào)整的鬧時(shí)時(shí)間，此刻可以選擇啟動(dòng)/關(guān)停鬧時(shí)。按下min鍵，o_f位標(biāo)志置1,U3的小數(shù)點(diǎn)亮，鬧時(shí)啟動(dòng)；按下hour鍵，o_f位標(biāo)志置0,U3的小數(shù)點(diǎn)滅，鬧時(shí)關(guān)閉。
若再按一下set鍵，set=0,電路進(jìn)入走時(shí)狀態(tài)，U1、U2顯示小時(shí)，U3、U4顯示分。U2的小數(shù)點(diǎn)作秒點(diǎn)閃爍。
在鬧時(shí)啟動(dòng)的情況下，走時(shí)到達(dá)設(shè)定鬧時(shí)，則蜂鳴器Bz鳴響一分鐘進(jìn)行提醒。
附：用C51編寫的源程序清單（已由實(shí)驗(yàn)板運(yùn)行通過）
#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的數(shù)碼管段碼*/
uchar hour=0,min=0,sec=0; /*時(shí)、分、秒單元清零*/
uchar deda=0; /*5mS計(jì)數(shù)單元清零*/
uchar t_hour=0,t_min=0; /*鬧時(shí)時(shí)、分單元清零*/
bit d_05s=0; /*0.5秒標(biāo)志*/
bit o_f=0; /*鬧時(shí)啟/停標(biāo)志*/
uchar set=0; /*模式設(shè)定標(biāo)志*/
uchar m=0;
uchar flag=0; /*RAM掉電標(biāo)志*/
void delay（uint k）； /*延時(shí)子函數(shù)*/
void conv（）； /*走時(shí)單元轉(zhuǎn)換*/
void p_out（）； /*判別鬧時(shí)到否子函數(shù)*/
void dirve（）； /*走時(shí)時(shí)間輸出驅(qū)動(dòng)子函數(shù)*/
void t_dirve（）； /*鬧時(shí)時(shí)間輸出驅(qū)動(dòng)子函數(shù)*/
/*鬧時(shí)啟/停子函數(shù)*/
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）；
}
}
/*走時(shí)函數(shù)*/
void time（）
{
conv（）； /*走時(shí)單元轉(zhuǎn)換*/
dirve（）； /*走時(shí)時(shí)間輸出驅(qū)動(dòng)子函數(shù)*/
p_out（）； /*判別鬧時(shí)到否子函數(shù)*/[!--empirenews.page--]
}
/*定時(shí)器T0 5mS初始化*/
void init_timer（）
{
TMOD=0x01;
TH0=-（4800/256）；
TL0=-（4800%256）；
IE=0x82;
TR0=1;
}
/*掃描按鍵子函數(shù)*/
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; /*按鍵未釋放，在此等候*/
}
/*延時(shí)子函數(shù)*/
void delay（uint k）
{
uint i,j;
for（i=0;i
for（j=0;j<121;j++）
{;}}
}
/*5mS定時(shí)中斷服務(wù)子函數(shù)*/
void zd（void） interrupt 1
{
TH0=-（4800/256）；
TL0=-（4800%256）；
deda++;
}
/*調(diào)整走時(shí)時(shí)間*/
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）；
}
}
/*調(diào)整鬧時(shí)時(shí)間*/
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（）；
}
}
/*時(shí)、分、秒單元及走時(shí)單元轉(zhuǎn)換*/
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;}
}
/*走時(shí)時(shí)間輸出驅(qū)動(dòng)子函數(shù)*/
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）；
}
/*鬧時(shí)時(shí)間輸出驅(qū)動(dòng)子函數(shù)*/
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）；
}
/*判別鬧時(shí)到否子函數(shù)*/
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;
}
}
}
/*主函數(shù)*/
void main（）
{
init_timer（）； /*定時(shí)器T0初始化*/
while（1） /*無(wú)限循環(huán)*/
{
if（P3_4==0）scan_key（）； /*有按鍵，調(diào)用
鍵掃描子函數(shù)*/
switch（set） /*根據(jù)set鍵值散轉(zhuǎn)*/
{
case 0:time（）；break; /*走時(shí)時(shí)間程序*/
case 1:time1_adj（）；break; /*鬧時(shí)時(shí)間調(diào)整*/
case 2:time_adj（）；break; /*走時(shí)時(shí)間調(diào)整*/
case 3:time1_of（）；break; /*啟/停鬧時(shí)*/
default:break; /*其它退出*/
}
if（flag!=0x55） /*判斷掉電標(biāo)志*/
{for（m=0;m<100;m++） /*點(diǎn)亮四個(gè)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）； /*熄滅四個(gè)8字400mS*/
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