基于AT89C2051的电子钟设计

电路见图1.

一片20引脚的单片机AT89C2051为电子钟主体，其显示数据从P1口分时输出，P3.0~3.3则输出对应的位选通信号。由于LED数码管点亮时耗电较大，故使用了四只PNP型晶体管VT1~VT4进行放大。本来笔者还有一种更简的设计方案(见图2)，可省去VT1~VT4及R1~R4八个元件，但这种设计由于单片机输出口的灌入电流有限(约20mA)，数码管亮度较暗而不向读者介绍，除非你采用了高亮度的发光数码管。

P3.4、P3.5、3.7外接了三个轻触式按键，这里我们分别命名为：模式设定键set(P3.4)、时调整键hour(P3.5)、分调整键min(P3.7)。C1、R13组成上电复位电路。VT5及蜂鸣器Bz为闹时讯响电路。三端稳压器7805输出的5V电压供整个系统工作。此电子钟可与任何9~20V/100mA的交直流电源适配器配合工作，适应性强。

电子钟功能

1.走时：通过模式设定键set选择为走时，U1、U2显示小时，U3、U4显示分。U2的小数点为秒点，每秒闪烁一次。

2.走时调整：通过模式设定键set选择为走时调整，按下hour键对U1、U2的走时“时”显示进行调整(每0.2秒递加1)。按下min键对U3、U4的走时“分”显示进行调整(每0.2秒递加1)。

3.闹时调整：通过模式设定键set选择为闹时调整，按下hour键对U1、U2的闹时“时”显示进行调整(每0.2秒递加1)。按下min键对U3、U4的闹时“分”显示进行调整(每0.2秒递加1)。

4.闹时启/停设定：通过模式设定键set选择为闹时启/停设定，按下min键U3的小数点点亮，闹时功能启动;按下hour键U3的小数点熄灭，闹时功能关停。

由于电路设计得极其简单，因此丰富的功能只能由软件完成，这里软件设计成为了关键。下面介绍软件设计要点。

图3为主程序状态流程。

运行时建立的主要状态标志如下：

flag-掉电标志。掉电后，flag内为一随机数;重新设定时间后flag内写入标志数55H.

set-工作模式设定标志。

hour-走时“时”单元。

min-走时“分”单元。

sec-走时“秒”单元。

dEDA-走时5mS计数单元

t_hour-闹时“时”单元。

t_min-闹时“分”单元。

d_05s-0.5秒位标志。每秒钟的前0.5秒置1,后0.5秒置0,以使秒点闪烁。

o_f-闹时启/停位标志。闹时启动置1,闹时关停置0.

另外将定时器T0设定为5mS的定时中断。这里晶振频率为12MHz,因此5mS的初值为-5000,但实际上程序还要作其它运算，使得时间偏长，经调整为-4800后试验刚好。计时单元deda每次中断均加1.走时函数判断deda>=200时即令秒单元sec加1.同理秒单元sec满60后令分单元min加1.分单元min满60后令时单元hour加1.时单元hour满24后清0.

上电后，首先进行初始化，对各状态标志、输入输出口及定时器T0进行初始化工作，以适应后面程序的要求。

随后程序判断有无set键按下，如按下，则set键值从0起加1.set键值只能从0加到3,然后又回到0.

接下来，根据键值进行散转。若set=0,运行走时程序;若set=1,进入调整闹时时间程序;若set=2,进入调整走时时间程序;若set=3,显示已调好的闹时时间，同时进入启/停闹时程序。

散转完后，进行判断掉电标志flag是否等于55H.若不等，说明刚开机上电或运行过程中掉过电，这时四个数码管以1Hz的频率闪烁四个8字，提示时间不准;若相等，说明未掉电，RAM区内容未变化，时间准确。

再下来程序又转回到初始化之后进行循环运行。

由于使用了四只数码管密集排列，因此只能采用双面印刷板设计，图4、5分别为正面(元件面)、反面的印板图。尺寸3000milx4000mil(7.62cmx10.16cm)。图6为计算机输出的三维仿真印制板。

元件选用

为了走时准确，晶振X最好选用温漂小的。四个数码管U1~U4可选用发绿光的，这样光泽较柔和。蜂鸣器Bz要购买绕线型的电动式蜂鸣器(市场上有一种加电压即工作的蜂鸣器这里不适用)，因驱动信号为脉冲信号。其它元件一般无特殊要求。

使用方法

上电后，四个LED数码管闪烁四个8字。

按一下set键，闪烁现象消失(此时set=1)，U1的小数点亮，说明此刻可以调整闹时时间。按下hour键，U1、U2作加法;按下min键，U3、U4作加法。这些调整好的数据被同时送入RAM区的闹时记忆“时”单元t_hour和闹时记忆“分”单元t_min.

再按一下set键，set=2,U2的小数点亮，此刻可以调整走时时间。按下hour键，U1、U2作加法;按下min键，U3、U4作加法。这些调整好的数据也被同步送入RAM区的“时”记忆单元hour和“分”记忆单元min.

再按一下set键，set=3,显示刚才调整的闹时时间，此刻可以选择启动/关停闹时。按下min键，o_f位标志置1,U3的小数点亮，闹时启动;按下hour键，o_f位标志置0,U3的小数点灭，闹时关闭。

若再按一下set键，set=0,电路进入走时状态，U1、U2显示小时，U3、U4显示分。U2的小数点作秒点闪烁。

在闹时启动的情况下，走时到达设定闹时，则蜂鸣器Bz鸣响一分钟进行提醒。

附：用C51编写的源程序清单(已由实验板运行通过)

#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的数码管段码*/

uchar hour=0,min=0,sec=0; /*时、分、秒单元清零*/

uchar deda=0; /*5mS计数单元清零*/

uchar t_hour=0,t_min=0; /*闹时时、分单元清零*/

bit d_05s=0; /*0.5秒标志*/

bit o_f=0; /*闹时启/停标志*/

uchar set=0; /*模式设定标志*/

uchar m=0;

uchar flag=0; /*RAM掉电标志*/

void delay(uint k); /*延时子函数*/

void conv(); /*走时单元转换*/

void p_out(); /*判别闹时到否子函数*/

void dirve(); /*走时时间输出驱动子函数*/

void t_dirve(); /*闹时时间输出驱动子函数*/

/*闹时启/停子函数*/

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);

}

}

/*走时函数*/

void time()

{

conv(); /*走时单元转换*/

dirve(); /*走时时间输出驱动子函数*/

p_out(); /*判别闹时到否子函数*/