xxx：基于单片机的电子钟设计
第1章 绪论
1.1 课题的背景与意义
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，耽误可能酿成大错。
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。下面是单片机的主要发展趋势。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。
数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 1.2 电子钟的现状与发展
自从有了时间的概念，人们就开始研究如何计时，随着时间的发展，尤其是近些年来科学技术的飞速发展。计时的方式有了很大的进步。现在，也可以说是前些年。计时系统并不单单具有计时的功能。大都带有定时、自动报时的功能，并且，这种技术日趋完善，现在，已被广泛地应用在我们生活、生产的方方面面。例如奥运会倒计时显示屏。铁路安全日显示屏、生产线看板，体育比赛计时屏，大型室外高亮度时钟等， 这类产品覆盖银行、医院、地铁车站、体育运动，电视台、监控系统，高大建筑物等行业。而在这些时钟里，带有自动报时功能的时钟以其特有的方式得到了更广泛的研究 。 电子钟的发展趋势将会朝着功能多，读取操作简单，显示更加直观，电路更加简洁，成本越来越低，满足大部分人的要求。不难想象，随着科学技术的飞速发展，各种高新技术的出现并被广泛应用到生产、生活中，未来电子钟产品也必将沿着体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便、直时准确、携带方便等方向发展而其成本却越来越低，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。 1.3设计的主要内容
本设计主要围绕对电子钟系统的设计为主线展开，主要包括硬件部分设计，软件部分设计。其中硬件部分设计包括最小系统电路的设计、闹钟电路的设计、按键电路的设计、电子钟的显示电路设计等。软件部分要设计出各个功能模块的控制程序。
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安徽工程大学机电学院毕业设计(论文）
第2章 设计方案论证
2.1电子钟系统的分析
利用单片机（AT89C51）制作简易电子时钟，系统可分为7大模块，分别是电源模块、晶振电路、主控制模块、显示电路、键盘接口等。由六个LED数码管分别显示小时十位、小时个位、分钟十位、分钟个位、秒钟十位、秒钟个位。 框图（2-1）：
电源模块 主控制模块 AT89C51 键盘扫描电路 复位电路 闹钟模块 晶振模块 显示电路 图2-1 系统硬件结构框图
2.2 设计方案论证
数字时钟方案
数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。
方案一：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。
方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用单片机内部的定时功能来实现时钟的走时，通过编程实现每50毫秒产生一次中断，中断20次后，秒单元加1，秒单元加到60时，跳回到零再继续加，同时分单元加1。若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。本次设计中采用的是内部振荡器，频率为12MHZ的晶体振荡器及30pf的瓷片电容。
基于硬件电路的考虑，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。 数码管显示方案
方案一：静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8 位输出口控制。静态显示时较小的
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电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。
方案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。
从节省I/O口和降低能耗出发，本设计采用方案二。
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第3章 系统硬件设计
3.1 单片机最小系统电路设计
单片机最小系统电路实现对采集数据的处理和输出显示的控制，主控电路由AT89C51单片机、晶振电路、复位电路三部分组成。
图3- 1 单片机最小系统电路图
由其三部分构成的单片机最小系统电路如图3-1所示。CPU的时钟振荡信号有两个来源：一是采用内部振荡器，此时需要在XTAL1和XTAL2脚连接一只频率范围为0—33MHZ的晶体振荡或陶瓷振荡器及两只30pf电容。二是采用外部振荡，此时应将外部振荡器的输出信号接至XTAL1脚，将XTAL2脚浮空。
利用单片机内部的定时功能来实现时钟的走时，通过编程实现每50毫秒产生一次中断，中断20次后，秒单元加1，秒单元加到60时，跳回到零再继续加，同时分单元加1。以次类推，从而实现秒、分、小时的走时。本次设计中采用的是内部振荡器，频率为12MHZ的晶体振荡器及30pf的瓷片电容。
复位是指在规定的条件下，单片机自动将CPU以及与程序运行相关的主要功能部件、I/O口等设置为确定初始状态的过程。如果电路参数不符合规定的条件或干扰导致单片机不能正确的复位，系统将无法进行正常的工作，因此，复位电路要滤除可能的干扰。
3.2 键盘控制电路设计
该设计需要校对时间，所以用三个按键来实现。按k hour来调节小时的时间，按 k min来调节分针的时间，按 k sec来调节秒的时间。下图是按键硬件连接图。
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图3-2 按键控制电路的硬件连接图
当用手按下一个键时，如图3-2所示，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况；在释放一个键时，也回会出现类似的情况。这就是抖动。抖动的持续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms。很容易想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键的识别。用软件方法可以很容易地解决抖动问题，这就是通过延迟10ms来等待抖动消失，这之后，在读入键盘码。
前沿抖动 闭合 稳定 图3-3 按键抖动信号波形
后沿抖动 键按下 3.3 语音闹铃模块设计
报警模块采用单片机输出一定频率的方波从而使蜂鸣器发出声音。报时器可用蜂鸣器
或者扬声器来实现，本次设计采用蜂鸣器实现闹铃报时，蜂鸣器俗称喇叭，是一种结构一体化的电子讯响器。
由于单片机I/O引脚输出的电流较小，所以单片机输出的TTL电平基本上驱动不了
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