帶有矩陣鍵盤的數字鐘設計

摘 要

數字鐘是人們日常生活中常見的電子產品，廣泛應用于學校、醫院、廣場、銀行等公共場合。本設計采用AT89C51單片機，制作數碼管顯示24小時的數字鐘，上電后系統自動進入時間顯示，從初始值開始計時，可用4×4矩陣鍵盤調整時間。

【關鍵詞】數字鐘 單片機 數碼管 矩陣鍵盤

數字鐘是人們日常生活中常見的電子產品，具有精度高、功耗低、運行穩定、攜帶方便等特點。數字顯示“時、分、秒”的數字鐘，廣泛應用于諸多場合，也是單片機課程中重要的項目訓練。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機，4k字節Flash 閃速存儲器，128字節內部RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，具備兩個16位定時/計數器。本設計利用單片機STC89C52 的定時器實現時鐘的運行，“時、分、秒”用數碼管顯示，利用4*4矩陣鍵盤外部修改時間。大多數的數字鐘采用獨立鍵盤，遞增或遞減式調整時間。本文采用程序調整時部、分部、秒部，數字鍵0-9直接調節時間，使用起來十分方便。

1 硬件系統

本設計方案是利用單片機內部16位的定時/計數器進行中斷定時， 配合軟件程序實現24小時制計時功能。上電后系統自動進入時間顯示， 從初始值（由程序設定）開始計時，可以用4×4矩陣鍵盤設置初始值或修改時間。如圖1所示，數字鐘的硬件電路圖。

1.1 單片機最小系統

本次設計的數字鐘，采用AT89C51單片機，XTAL1和XTAL2引腳之間接一個12MHz的晶振和兩個33pF的電容。第9引腳接復位電路，第20引腳接地，第31引腳、40引腳接電源，組成了單片機最小系統。

1.2 數碼管

數碼管是最常用的顯示器件，分為靜態顯示和動態顯示。動態顯示就是將所有數碼管的段選線并聯在一起，通過控制位選信號來控制數碼管的點亮。輪流向各位數碼管送出字形碼和相應的位選，利用發光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數碼管同時都在顯示。在proteus仿真中選擇六個共陽數碼管合一的模塊7SEG-MPX6-CA-BLUE，123456表示位選的管腳，接P2口；abcdefg dp是數碼管的段碼輸入，接P1口。

1.3 矩陣鍵盤

本設計采用4×4矩陣鍵盤，P3口的低四位作行線，P3口的高四位作列線，按鍵設置在行列的交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，可組成16個鍵的鍵盤。判斷有無按鍵按下的方法是：1、由軟件設置行線高電平，列線低電平，設置P3=0x0F，判斷是否有鍵按下；2、如果有鍵按下，依次按列掃描，確定是哪個鍵按下。按下星號鍵后，依次修改時、分、秒部時間，按下0-9鍵有效，其它鍵無效。

2 軟件

主程序：如圖2所示，主程序流程圖，主程序主要對中斷源和定時器初始化。選用定時器T0，定時時間為50ms，由于系統晶振采用是12MHz，設置TH0=0X3C，TL0=0XB0。設置四個全局變量con、 second、minute、hour和中斷函數完成24小時計數。T0定時50ms，con計到20時，1秒到，second加1；second計到60，1分鐘到，minute加1，second清零；minute計到60，1小時到，hour加1，minute清零；hour計到24，hour清零。

顯示子程序：六個共陽數碼管依次顯示時、分、秒，采用動態掃描的方式，LED0至LED5為數碼管位選，P1為數碼管段選。

鍵盤子程序：4*4矩陣鍵盤，可以顯示數字0-9、*鍵、#鍵、字母A、B、C、D鍵。首先判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，依次按列掃描，確定是哪個鍵按下。有鍵按下后，延時一段時間后再次判斷是否按下，進行防抖處理。定義變量keyshu，矩陣鍵盤按下的鍵轉化為十六進制賦值給keyshu，以備鍵盤調整時間子程序調用。

鍵盤調整時間子程序：如果按下*鍵，進行4*4鍵盤調整顯示時間子程序。利用變量keyshe依次對時部、分部、秒部高位和低位進行修改，此時只有數字0-9鍵有效，其它鍵無效。同時還要注意小時的高位范圍為0-2，分和秒的高位范圍為0-5，按鍵超出此范圍則為無效。

keyshezhi（）

{if（keyshu==0x0E）

{keyshe=1；keyshu=0x10；}

while（keyshe==1）

{keymain（）；

display（）；

if（keyshu！=0x10）

{if（keyshu==0x0F）

{keyshe=0；keyshu=0x10；}

if（keyshu<=0x02）

{hour=hour-（hour/10*10），

hour=hour+（keyshu*10）；

keyshu=0x10；

keyshe=2；}

else keyshu=0x10；}}

while（keyshe==2）

{keymain（）；

display（）；

if（keyshu！=0x10）

{if（keyshu==0x0F）

{keyshe=0；keyshu=0x10；}

if（keyshu<=0x09）

{hour=hour-（hour%10），

hour=hour+keyshu；

keyshu=0x10；

keyshe=3；}

else keyshu=0x10；}}

……

}

3 結語

本數字鐘的設計是以單片機AT89C51為核心控制部件， 通過軟件編程實現4×4矩陣鍵盤調整時間功能。此方案進行Protues仿真，發現在按下*鍵調整時間時，再按下數字鍵，時分秒六個數碼管一起改變成相同的數。經反復調試后，在鍵盤子程序中一直調用顯示子程序，就可以正常運行。結果表明， 此數字時鐘設計方案簡單可行， 運行可靠， 還可以擴展成帶有年、月、日的萬年歷設計。

參考文獻

[1]鄒顯圣.基于AT89C51單片機數字時鐘的研究[J].機電產品開發與創新，2009（05）.

[2]徐瑋，沈建良.單片機快速入門[M].北京：北京航空航天出版社，2009.

[3]杜力，肖學玲.使用proteus 仿真矩陣鍵盤時遇到的問題和解決方案[J].科技經濟市場，2011（02）.

[4]樊清海，劉培培，耿娟平.基于單片機的數字時鐘C語言設計[J].北華航天工業學院學報，2010（01）.

作者簡介

蘆寶娟（1980-），女，遼寧省撫順市人。碩士學位。現為貴州工業職業技術學院講師，主要從事物理和電子類的教學和科研工作。

作者單位

貴州工業職業技術學院 貴州省貴陽市 550008endprint

摘 要

數字鐘是人們日常生活中常見的電子產品，廣泛應用于學校、醫院、廣場、銀行等公共場合。本設計采用AT89C51單片機，制作數碼管顯示24小時的數字鐘，上電后系統自動進入時間顯示，從初始值開始計時，可用4×4矩陣鍵盤調整時間。

【關鍵詞】數字鐘 單片機 數碼管 矩陣鍵盤

數字鐘是人們日常生活中常見的電子產品，具有精度高、功耗低、運行穩定、攜帶方便等特點。數字顯示“時、分、秒”的數字鐘，廣泛應用于諸多場合，也是單片機課程中重要的項目訓練。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機，4k字節Flash 閃速存儲器，128字節內部RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，具備兩個16位定時/計數器。本設計利用單片機STC89C52 的定時器實現時鐘的運行，“時、分、秒”用數碼管顯示，利用4*4矩陣鍵盤外部修改時間。大多數的數字鐘采用獨立鍵盤，遞增或遞減式調整時間。本文采用程序調整時部、分部、秒部，數字鍵0-9直接調節時間，使用起來十分方便。

1 硬件系統

本設計方案是利用單片機內部16位的定時/計數器進行中斷定時， 配合軟件程序實現24小時制計時功能。上電后系統自動進入時間顯示， 從初始值（由程序設定）開始計時，可以用4×4矩陣鍵盤設置初始值或修改時間。如圖1所示，數字鐘的硬件電路圖。

1.1 單片機最小系統

本次設計的數字鐘，采用AT89C51單片機，XTAL1和XTAL2引腳之間接一個12MHz的晶振和兩個33pF的電容。第9引腳接復位電路，第20引腳接地，第31引腳、40引腳接電源，組成了單片機最小系統。

1.2 數碼管

數碼管是最常用的顯示器件，分為靜態顯示和動態顯示。動態顯示就是將所有數碼管的段選線并聯在一起，通過控制位選信號來控制數碼管的點亮。輪流向各位數碼管送出字形碼和相應的位選，利用發光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數碼管同時都在顯示。在proteus仿真中選擇六個共陽數碼管合一的模塊7SEG-MPX6-CA-BLUE，123456表示位選的管腳，接P2口；abcdefg dp是數碼管的段碼輸入，接P1口。

1.3 矩陣鍵盤

本設計采用4×4矩陣鍵盤，P3口的低四位作行線，P3口的高四位作列線，按鍵設置在行列的交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，可組成16個鍵的鍵盤。判斷有無按鍵按下的方法是：1、由軟件設置行線高電平，列線低電平，設置P3=0x0F，判斷是否有鍵按下；2、如果有鍵按下，依次按列掃描，確定是哪個鍵按下。按下星號鍵后，依次修改時、分、秒部時間，按下0-9鍵有效，其它鍵無效。

2 軟件

主程序：如圖2所示，主程序流程圖，主程序主要對中斷源和定時器初始化。選用定時器T0，定時時間為50ms，由于系統晶振采用是12MHz，設置TH0=0X3C，TL0=0XB0。設置四個全局變量con、 second、minute、hour和中斷函數完成24小時計數。T0定時50ms，con計到20時，1秒到，second加1；second計到60，1分鐘到，minute加1，second清零；minute計到60，1小時到，hour加1，minute清零；hour計到24，hour清零。

顯示子程序：六個共陽數碼管依次顯示時、分、秒，采用動態掃描的方式，LED0至LED5為數碼管位選，P1為數碼管段選。

鍵盤子程序：4*4矩陣鍵盤，可以顯示數字0-9、*鍵、#鍵、字母A、B、C、D鍵。首先判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，依次按列掃描，確定是哪個鍵按下。有鍵按下后，延時一段時間后再次判斷是否按下，進行防抖處理。定義變量keyshu，矩陣鍵盤按下的鍵轉化為十六進制賦值給keyshu，以備鍵盤調整時間子程序調用。

鍵盤調整時間子程序：如果按下*鍵，進行4*4鍵盤調整顯示時間子程序。利用變量keyshe依次對時部、分部、秒部高位和低位進行修改，此時只有數字0-9鍵有效，其它鍵無效。同時還要注意小時的高位范圍為0-2，分和秒的高位范圍為0-5，按鍵超出此范圍則為無效。

keyshezhi（）

{if（keyshu==0x0E）

{keyshe=1；keyshu=0x10；}

while（keyshe==1）

{keymain（）；

display（）；

if（keyshu！=0x10）

{if（keyshu==0x0F）

{keyshe=0；keyshu=0x10；}

if（keyshu<=0x02）

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hour=hour+（keyshu*10）；

keyshu=0x10；

keyshe=2；}

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while（keyshe==2）

{keymain（）；

display（）；

if（keyshu！=0x10）

{if（keyshu==0x0F）

{keyshe=0；keyshu=0x10；}

if（keyshu<=0x09）

{hour=hour-（hour%10），

hour=hour+keyshu；

keyshu=0x10；

keyshe=3；}

else keyshu=0x10；}}

……

}

3 結語

本數字鐘的設計是以單片機AT89C51為核心控制部件， 通過軟件編程實現4×4矩陣鍵盤調整時間功能。此方案進行Protues仿真，發現在按下*鍵調整時間時，再按下數字鍵，時分秒六個數碼管一起改變成相同的數。經反復調試后，在鍵盤子程序中一直調用顯示子程序，就可以正常運行。結果表明， 此數字時鐘設計方案簡單可行， 運行可靠， 還可以擴展成帶有年、月、日的萬年歷設計。

參考文獻

[1]鄒顯圣.基于AT89C51單片機數字時鐘的研究[J].機電產品開發與創新，2009（05）.

[2]徐瑋，沈建良.單片機快速入門[M].北京：北京航空航天出版社，2009.

[3]杜力，肖學玲.使用proteus 仿真矩陣鍵盤時遇到的問題和解決方案[J].科技經濟市場，2011（02）.

[4]樊清海，劉培培，耿娟平.基于單片機的數字時鐘C語言設計[J].北華航天工業學院學報，2010（01）.

作者簡介

蘆寶娟（1980-），女，遼寧省撫順市人。碩士學位。現為貴州工業職業技術學院講師，主要從事物理和電子類的教學和科研工作。

作者單位

貴州工業職業技術學院 貴州省貴陽市 550008endprint

摘 要

數字鐘是人們日常生活中常見的電子產品，廣泛應用于學校、醫院、廣場、銀行等公共場合。本設計采用AT89C51單片機，制作數碼管顯示24小時的數字鐘，上電后系統自動進入時間顯示，從初始值開始計時，可用4×4矩陣鍵盤調整時間。

【關鍵詞】數字鐘 單片機 數碼管 矩陣鍵盤

數字鐘是人們日常生活中常見的電子產品，具有精度高、功耗低、運行穩定、攜帶方便等特點。數字顯示“時、分、秒”的數字鐘，廣泛應用于諸多場合，也是單片機課程中重要的項目訓練。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機，4k字節Flash 閃速存儲器，128字節內部RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，具備兩個16位定時/計數器。本設計利用單片機STC89C52 的定時器實現時鐘的運行，“時、分、秒”用數碼管顯示，利用4*4矩陣鍵盤外部修改時間。大多數的數字鐘采用獨立鍵盤，遞增或遞減式調整時間。本文采用程序調整時部、分部、秒部，數字鍵0-9直接調節時間，使用起來十分方便。

1 硬件系統

本設計方案是利用單片機內部16位的定時/計數器進行中斷定時， 配合軟件程序實現24小時制計時功能。上電后系統自動進入時間顯示， 從初始值（由程序設定）開始計時，可以用4×4矩陣鍵盤設置初始值或修改時間。如圖1所示，數字鐘的硬件電路圖。

1.1 單片機最小系統

本次設計的數字鐘，采用AT89C51單片機，XTAL1和XTAL2引腳之間接一個12MHz的晶振和兩個33pF的電容。第9引腳接復位電路，第20引腳接地，第31引腳、40引腳接電源，組成了單片機最小系統。

1.2 數碼管

數碼管是最常用的顯示器件，分為靜態顯示和動態顯示。動態顯示就是將所有數碼管的段選線并聯在一起，通過控制位選信號來控制數碼管的點亮。輪流向各位數碼管送出字形碼和相應的位選，利用發光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數碼管同時都在顯示。在proteus仿真中選擇六個共陽數碼管合一的模塊7SEG-MPX6-CA-BLUE，123456表示位選的管腳，接P2口；abcdefg dp是數碼管的段碼輸入，接P1口。

1.3 矩陣鍵盤

本設計采用4×4矩陣鍵盤，P3口的低四位作行線，P3口的高四位作列線，按鍵設置在行列的交點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，可組成16個鍵的鍵盤。判斷有無按鍵按下的方法是：1、由軟件設置行線高電平，列線低電平，設置P3=0x0F，判斷是否有鍵按下；2、如果有鍵按下，依次按列掃描，確定是哪個鍵按下。按下星號鍵后，依次修改時、分、秒部時間，按下0-9鍵有效，其它鍵無效。

2 軟件

主程序：如圖2所示，主程序流程圖，主程序主要對中斷源和定時器初始化。選用定時器T0，定時時間為50ms，由于系統晶振采用是12MHz，設置TH0=0X3C，TL0=0XB0。設置四個全局變量con、 second、minute、hour和中斷函數完成24小時計數。T0定時50ms，con計到20時，1秒到，second加1；second計到60，1分鐘到，minute加1，second清零；minute計到60，1小時到，hour加1，minute清零；hour計到24，hour清零。

顯示子程序：六個共陽數碼管依次顯示時、分、秒，采用動態掃描的方式，LED0至LED5為數碼管位選，P1為數碼管段選。

鍵盤子程序：4*4矩陣鍵盤，可以顯示數字0-9、*鍵、#鍵、字母A、B、C、D鍵。首先判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，依次按列掃描，確定是哪個鍵按下。有鍵按下后，延時一段時間后再次判斷是否按下，進行防抖處理。定義變量keyshu，矩陣鍵盤按下的鍵轉化為十六進制賦值給keyshu，以備鍵盤調整時間子程序調用。

鍵盤調整時間子程序：如果按下*鍵，進行4*4鍵盤調整顯示時間子程序。利用變量keyshe依次對時部、分部、秒部高位和低位進行修改，此時只有數字0-9鍵有效，其它鍵無效。同時還要注意小時的高位范圍為0-2，分和秒的高位范圍為0-5，按鍵超出此范圍則為無效。

keyshezhi（）

{if（keyshu==0x0E）

{keyshe=1；keyshu=0x10；}

while（keyshe==1）

{keymain（）；

display（）；

if（keyshu！=0x10）

{if（keyshu==0x0F）

{keyshe=0；keyshu=0x10；}

if（keyshu<=0x02）

{hour=hour-（hour/10*10），

hour=hour+（keyshu*10）；

keyshu=0x10；

keyshe=2；}

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while（keyshe==2）

{keymain（）；

display（）；

if（keyshu！=0x10）

{if（keyshu==0x0F）

{keyshe=0；keyshu=0x10；}

if（keyshu<=0x09）

{hour=hour-（hour%10），

hour=hour+keyshu；

keyshu=0x10；

keyshe=3；}

else keyshu=0x10；}}

……

}

3 結語

本數字鐘的設計是以單片機AT89C51為核心控制部件， 通過軟件編程實現4×4矩陣鍵盤調整時間功能。此方案進行Protues仿真，發現在按下*鍵調整時間時，再按下數字鍵，時分秒六個數碼管一起改變成相同的數。經反復調試后，在鍵盤子程序中一直調用顯示子程序，就可以正常運行。結果表明， 此數字時鐘設計方案簡單可行， 運行可靠， 還可以擴展成帶有年、月、日的萬年歷設計。

參考文獻

[1]鄒顯圣.基于AT89C51單片機數字時鐘的研究[J].機電產品開發與創新，2009（05）.

[2]徐瑋，沈建良.單片機快速入門[M].北京：北京航空航天出版社，2009.

[3]杜力，肖學玲.使用proteus 仿真矩陣鍵盤時遇到的問題和解決方案[J].科技經濟市場，2011（02）.

[4]樊清海，劉培培，耿娟平.基于單片機的數字時鐘C語言設計[J].北華航天工業學院學報，2010（01）.

作者簡介

蘆寶娟（1980-），女，遼寧省撫順市人。碩士學位。現為貴州工業職業技術學院講師，主要從事物理和電子類的教學和科研工作。

作者單位

貴州工業職業技術學院 貴州省貴陽市 550008endprint