基于單片機的數字時鐘的設計與制作

楊傳燕 唐敏 安莉莉

本文主要針對職業院校的學生，設計與制作基于單片機的數字時鐘，系統采用6位數碼管進行時、分、秒的顯示，采用24小時顯示方式，具有時間調整及整點報時等功能。本文主要從硬件電路設計、電路板制作、軟件設計、產品成型4個方面進行介紹，提高職業院校學生職業崗位能力的培養。

0引言

單片機因其具有集成度高、運算速度快，體積小、運行可靠、價格低等特點而在過程控制、數據采集、機電一體化產品、家用電器、智能化儀表和網絡技術中得到大量使用，稱為工廠自動化和各控制領域的支柱產業之一，對于電氣自動化設備安裝與維修專業的同學來說是必不可少的專業技能。而職業教學的社會功能是培養生產、服務和管理第一線的應用型職業人才，因此職業教育要適應社會發展，順應社會發展規律，為滿足設置需求造就合格的“職業人”。

數字時鐘是實現對時、分、秒進行數字顯示的計時裝置，廣泛用于車站、辦公室等公共場所，成為人們日常生活中的必需品。鐘表的數字化給人們的生產生活帶來了極大的方便，數字時鐘的精度，遠遠超過傳統時鐘，本文針對單片機教學中的不足，以數字時鐘的設計與制作為載體，培養電子產品裝配基本能力、電子線路檢測與調試能力、單片機硬件電路設計與程序開發能力、單片機設計師綜合開發與創新能力。

1、系統硬件設計

本系統控制器選用ATMEL公司生產的AT89C51單片機，它是一種新型的低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，4個8位可編程并行I/O口，2個外部中斷，2個可編程16位定時器。系統硬件電路由單片機的最小系統、按鍵輸入電路和數碼管顯示電路三個部分組成。

數碼管時鐘電路圖如下所示，其采用單片機最小化應用設計，LED顯示用動態掃描方式實現，P0口輸出段碼數據，P2.0～P2.5口作掃描輸出，P3.0～P3.3接按鈕開關。在仿真電路中LED數碼管可以直接和單片機管腳相接，但在實際電路中需要用三極管提供LED數碼管的驅動電流，用三極管作電源驅動輸出。為了提高秒計時的精確中。本設計中的計時采用定時器T0中斷完成，其余狀態循環調用顯示子程序，當P3.0端口開關按下時，轉入調時功能程序。

2、電路板制作

（1）列寫元器件清單

根據電路原理圖，分析并統計本系統要用到的元器件，并列出詳細的元件明細表，以便到電子市場進行購買。

（2）元器件裝配

在本次任務中就是要設計各個元件所在印制板上的位置，它直接關系到產品的外觀是否美觀，操作是否方便，產品在后期焊接過程中的難易程度，甚至可以直接導致產品設計成功與否。在裝配中要求元器件位置要從大到小來進行，并且位置要占到印制板80%的面積較為合適;晶振和單片機的位置要盡量靠近;顯示時間的數碼管必須安置在顯眼、易觀察的位置，不宜放在角落;單片機在調試程序時可能要反復插拔，所以應留出方便插拔的空間;元件的安置要便于走線，走線越短，交叉越少越好。

（3）元件的插裝

印制電路板上，元器件插裝應遵循先小后大、先輕后重、先低后高、先里后外的原則;兩引線左右彎折要對稱，引出線要平行，其間的距離應與印制電路板兩焊盤孔德距離相同，以便于插裝;元器件引線成型后，其標志符號應在查看方便的位置;安裝時元器件通常離板高度2-5MM。

（3）元件及導線的焊接

通過五步法焊接視頻學習焊接，要求焊點具有良好的導電性、焊料要適當、具有一定的機械強度、焊點表面應有良好光澤、焊點不應該有毛刺和空隙、焊點表面應清潔。

（4）電路板的檢測

用萬用表R*1K檔測量集成電路各引出腳對地電阻值，并按照標準值可判斷集成電路的好壞。

3、軟件設計

程序設計是本次的難點，為了徹底消除同學們對編程的畏難情緒，將軟件設計分成主程序、定時程序、顯示程序、按鍵程序。

（1）主程序

主程序的主要功能是進行定時器/計數器的初始化編程，然后通過反復調用顯示子程序的方法，等待125ms定時中斷的到來。定時器的定義如下：

TMOD=0x01;//定時器0設置

TH0=（65535-50000）/256; //設定定時時間

TL0=（65535-50000）%256;

EA=1;//開啟T0中斷功能

ET0=1;

TR0=1;//定時器開始工作

（2）定時中斷

TH0=（65535-50000）/256; //重新設定定時器0定時時間

TL0=（65535-50000）%256;

tt++;

if（tt==20）

{? ? tt=0;? ? sec++;

if（sec==60）

{? ?sec=0; min++;

if（min==60）

{? min=0; hour++;

if（hour==24）

{? ? hour=0;? ?} } } }

（3）數碼管時分秒的顯示

disp_buffer[0]=num[sec%10];

disp_buffer[1]=num[sec/10];

disp_buffer[2]=num[min%10];

disp_buffer[3]=num[min/10];

disp_buffer[4]=num[hour%10];

disp_buffer5]=num[hour/10];

（4）按鍵調時

設定鍵接外部中斷P3.2，另外設置兩個鍵用來對調整對象進行+和-操作。

4、產品調試

產品的調試分為單元部件調試和整機調試。

（1）單元部件調試的流程為：

外觀檢查--靜態工作點測試和調整--波形、頻率測試與調整--頻率特性測試與調整--性能指標綜合測試。

（2）整機調試的流程為：

整機外觀檢查--機械傳動外觀調整--整機功能測試--單元部件性能指標測試--整機技術指標測試--例行試驗--整機復測

（3）將各部分子函數調試完成后，組合成完成程序并在仿真軟件上進行仿真調試，成功后下載到單片機中測試產品功能與性能。

5、結束語

本文以AT89C51為核心，輔以數碼管、按鍵等電路，設計了一款簡易數字電子時鐘，該設計較之集成時鐘省去了很多復雜的線路，使得控制電路簡單易懂，具有成本低、體積小、簡單實用等優點，通過對數字時鐘的硬件設計、裝配，軟件編程與調試，大大提高了職業院校學生學習單片機的興趣，掌握了單片機產品的設計制作流程，為后期的就業奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

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