基于單片機的文字時鐘設計

郭潔

摘要： 本文設計一款文字時鐘，以文字的形式顯示時間信息，設計由顯示模塊與控制模塊組成，模塊設置兩個調時按鍵分別用于調小時與調分鐘。本文字時鐘通過英文顯示時間，顯示模塊由英文字母組成，對應不同時間點亮對應字母下的背光板上的LED，時間顯示變動范圍設置為5分鐘。

關鍵詞： 文字時鐘;AT89C52;LED

設計方案

本設計主要由兩部分組成，控制部分與顯示部分。控制模塊一AT89C52單片機為主控芯片，引入DS1302時鐘芯片，將計時部分與控制部分分開。時鐘計時具有獨立功能，備用電源可保證主電路掉電之后，時鐘仍然可以工作，繼續計時。驅動電路采用74HC245驅動芯片來驅動顯示模塊，輸入電壓5V測試，輸出4.9V，輸出電流最小為73mA，可以滿足系統的要求。顯示部分采用顯示面板設計與LED背光板設計，文字顯示在菲林片或其他無色透明紙上以負片方式打印需要文字。設計中每組文字需要多個燈，為不出現一個LED有故障導致所有LED無法正常顯示的現象，本設計采用并聯驅動LED。系統總體框圖如圖1所示。

直流電源提供5V電壓為主控電路供電，主控電路以單片機為中心，另外有時鐘與復位電路，完成基本控制，按鍵控制進行時間設置，時鐘電路則完成計時。主控電路與驅動電路進行通信，通過程序控制驅動電路以驅動顯示模塊進行時間顯示。

電路設計

控制部分主要包含以AT89C52單片機為控制芯片的單片機最小系統，另外控制部分連接DS1302時鐘芯片電路和驅動電路，時鐘芯片與單片機連接電路圖如圖2所示。

顯示部分時間以英文形式顯示，遵循英語語法結構，在進行文字面板上文字排列時，為了更加直觀的讀取時間信息，同組字母排列在一起中間沒間隔。文字顯示面板主要分三個區域，面板中的“IT IS”為常亮區，排在面板的最前面，隨之間變化的區域中分鐘顯示應排列在小時顯示的前面，在分鐘和小時之間排列“PAST TO”用于表示目前分鐘和小時之間的關系。面板隨按鍵變化而顯示的區域“H”和“M”可以在不影響讀取時間和美觀的前提隨意排列。

文字顯示面板有103個英文字母，25組個英文文字組成，分別是：“IT”、“IS”、“THE”、“HALT”、“QUARTER”、“FIVE”、“MINUTES”、“PAST”、“TO”、“ONE”、“TWO”、“THREE”、“FOUR”、“FIVE”、“SIX”、“SEVEN”、“EIGHT”、“NINE”、“TEN”、“ELEVEN”、“TWELVE”、“OVLOCK”、“H”、“M”，排列方式如圖3所示。

軟件設計

軟件設計首先是對各個模塊進行初始化，先對LED進行初始化，之后對DS1302進行初始化，初始化之后則是通過時鐘芯片對時鐘信息進行讀寫，從而控制驅動驅動點亮對應LED，通過兩個按鍵可以盡心改時間校準，按下分鐘鍵則是對分鐘進行設置，按下小時鍵則是對小時進行設計，通過按鍵的鍵值來調整時間并顯示出來，主控流程圖如下圖4所示。

時鐘芯片上電后會對其寄存器進行讀取，讀操作利用時間數據所在寄存器地址相鄰的特點對小時和分鐘信息一次讀出，工作方式類似于SPI通信。

系統測試

檢驗74HC245輸出口輸出電壓能夠達到額定的電壓，單片機正常向74HC245發送數據。確保驅動芯片管腳電壓穩定，從而使得單片機讀取時間正常，保證數據傳輸穩定。在測試條件下的輸入電壓電流值如下表所示。

顯示模塊供電5V，連接在同一組字母的LED正向電源接口，觀察各組LED的亮滅與預期理論推測結果相同，測試顯示結果如圖5所示。

結論

本設計改變傳統的機械和電子時鐘，以文字的形式顯示時間，設計引入模塊化設計的思想，控制和顯示部分均根據功能的不同來劃分各個模塊，所有功能模塊實現整體功能。模塊化設計不僅使得設計結構簡單而且后期調試時排除故障和維護方便。時鐘的外觀新穎，不僅使用而且可以作為裝飾品，由于陳本低廉可以普遍應用，應用前景廣闊。

參考文獻

白林峰，李國厚.單片機原理及應用設計[M].化學工業出版社，2009.

王質樸，呂運朋. MCS-51單片機原理、接口及應用[M].北京理工大學出版社，2009.

張繼峰.實時時鐘芯片DS1302在教學中的研究與應用[J].科學技術創新，2017（5）：12–12.

蘇杰.基于51單片機的液晶時鐘設計[J].價值工程，2017（12）：101–102.

王仲夏，馬甲甲，馬萬國.基于DS1302實時時鐘顯示系統的設計[J].電腦知識與技術，2016，12（34）：264–266.

王衛東，李旭瓊.模擬電子技術基礎.第2版[M].電子工業出版社，2010.