基于AT89C2051的電子鐘設計

電路見圖1.

一片20引腳的單片機AT89C2051為電子鐘主體，其顯示數據從P1口分時輸出，P3.0~3.3則輸出對應的位選通信號。由于LED數碼管點亮時耗電較大，故使用了四只PNP型晶體管VT1~VT4進行放大。本來筆者還有一種更簡的設計方案(見圖2)，可省去VT1~VT4及R1~R4八個元件，但這種設計由于單片機輸出口的灌入電流有限(約20mA)，數碼管亮度較暗而不向讀者介紹，除非你采用了高亮度的發光數碼管。

P3.4、P3.5、3.7外接了三個輕觸式按鍵，這里我們分別命名為：模式設定鍵set(P3.4)、時調整鍵hour(P3.5)、分調整鍵min(P3.7)。C1、R13組成上電復位電路。VT5及蜂鳴器Bz為鬧時訊響電路。三端穩壓器7805輸出的5V電壓供整個系統工作。此電子鐘可與任何9~20V/100mA的交直流電源適配器配合工作，適應性強。

電子鐘功能

1.走時：通過模式設定鍵set選擇為走時，U1、U2顯示小時，U3、U4顯示分。U2的小數點為秒點，每秒閃爍一次。

2.走時調整：通過模式設定鍵set選擇為走時調整，按下hour鍵對U1、U2的走時“時”顯示進行調整(每0.2秒遞加1)。按下min鍵對U3、U4的走時“分”顯示進行調整(每0.2秒遞加1)。

3.鬧時調整：通過模式設定鍵set選擇為鬧時調整，按下hour鍵對U1、U2的鬧時“時”顯示進行調整(每0.2秒遞加1)。按下min鍵對U3、U4的鬧時“分”顯示進行調整(每0.2秒遞加1)。

4.鬧時啟/停設定：通過模式設定鍵set選擇為鬧時啟/停設定，按下min鍵U3的小數點點亮，鬧時功能啟動;按下hour鍵U3的小數點熄滅，鬧時功能關停。

由于電路設計得極其簡單，因此豐富的功能只能由軟件完成，這里軟件設計成為了關鍵。下面介紹軟件設計要點。

圖3為主程序狀態流程。

運行時建立的主要狀態標志如下：

flag-掉電標志。掉電后，flag內為一隨機數;重新設定時間后flag內寫入標志數55H.

set-工作模式設定標志。

hour-走時“時”單元。

min-走時“分”單元。

sec-走時“秒”單元。

dEDA-走時5mS計數單元

t_hour-鬧時“時”單元。

t_min-鬧時“分”單元。

d_05s-0.5秒位標志。每秒鐘的前0.5秒置1,后0.5秒置0,以使秒點閃爍。

o_f-鬧時啟/停位標志。鬧時啟動置1,鬧時關停置0.

另外將定時器T0設定為5mS的定時中斷。這里晶振頻率為12MHz,因此5mS的初值為-5000,但實際上程序還要作其它運算，使得時間偏長，經調整為-4800后試驗剛好。計時單元deda每次中斷均加1.走時函數判斷deda>=200時即令秒單元sec加1.同理秒單元sec滿60后令分單元min加1.分單元min滿60后令時單元hour加1.時單元hour滿24后清0.

上電后，首先進行初始化，對各狀態標志、輸入輸出口及定時器T0進行初始化工作，以適應后面程序的要求。

隨后程序判斷有無set鍵按下，如按下，則set鍵值從0起加1.set鍵值只能從0加到3,然后又回到0.

接下來，根據鍵值進行散轉。若set=0,運行走時程序;若set=1,進入調整鬧時時間程序;若set=2,進入調整走時時間程序;若set=3,顯示已調好的鬧時時間，同時進入啟/停鬧時程序。

散轉完后，進行判斷掉電標志flag是否等于55H.若不等，說明剛開機上電或運行過程中掉過電，這時四個數碼管以1Hz的頻率閃爍四個8字，提示時間不準;若相等，說明未掉電，RAM區內容未變化，時間準確。

再下來程序又轉回到初始化之后進行循環運行。

由于使用了四只數碼管密集排列，因此只能采用雙面印刷板設計，圖4、5分別為正面(元件面)、反面的印板圖。尺寸3000milx4000mil(7.62cmx10.16cm)。圖6為計算機輸出的三維仿真印制板。

元件選用

為了走時準確，晶振X最好選用溫漂小的。四個數碼管U1~U4可選用發綠光的，這樣光澤較柔和。蜂鳴器Bz要購買繞線型的電動式蜂鳴器(市場上有一種加電壓即工作的蜂鳴器這里不適用)，因驅動信號為脈沖信號。其它元件一般無特殊要求。

使用方法

上電后，四個LED數碼管閃爍四個8字。

按一下set鍵，閃爍現象消失(此時set=1)，U1的小數點亮，說明此刻可以調整鬧時時間。按下hour鍵，U1、U2作加法;按下min鍵，U3、U4作加法。這些調整好的數據被同時送入RAM區的鬧時記憶“時”單元t_hour和鬧時記憶“分”單元t_min.

再按一下set鍵，set=2,U2的小數點亮，此刻可以調整走時時間。按下hour鍵，U1、U2作加法;按下min鍵，U3、U4作加法。這些調整好的數據也被同步送入RAM區的“時”記憶單元hour和“分”記憶單元min.

再按一下set鍵，set=3,顯示剛才調整的鬧時時間，此刻可以選擇啟動/關停鬧時。按下min鍵，o_f位標志置1,U3的小數點亮，鬧時啟動;按下hour鍵，o_f位標志置0,U3的小數點滅，鬧時關閉。

若再按一下set鍵，set=0,電路進入走時狀態，U1、U2顯示小時，U3、U4顯示分。U2的小數點作秒點閃爍。

在鬧時啟動的情況下，走時到達設定鬧時，則蜂鳴器Bz鳴響一分鐘進行提醒。

附：用C51編寫的源程序清單(已由實驗板運行通過)

#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的數碼管段碼*/

uchar hour=0,min=0,sec=0; /*時、分、秒單元清零*/

uchar deda=0; /*5mS計數單元清零*/

uchar t_hour=0,t_min=0; /*鬧時時、分單元清零*/

bit d_05s=0; /*0.5秒標志*/

bit o_f=0; /*鬧時啟/停標志*/

uchar set=0; /*模式設定標志*/

uchar m=0;

uchar flag=0; /*RAM掉電標志*/

void delay(uint k); /*延時子函數*/

void conv(); /*走時單元轉換*/

void p_out(); /*判別鬧時到否子函數*/

void dirve(); /*走時時間輸出驅動子函數*/

void t_dirve(); /*鬧時時間輸出驅動子函數*/

/*鬧時啟/停子函數*/

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);

}

}

/*走時函數*/

void time()

{

conv(); /*走時單元轉換*/

dirve(); /*走時時間輸出驅動子函數*/

p_out(); /*判別鬧時到否子函數*/