基于单片机的数字时钟的设计与实现

基于单片机的数字时钟的设计与实现

贾钰同1，李莉

（辽宁 大连116013；大连科技学院）

摘要：针对目前数字时钟掉电后需要重新设定时间、计时不准等问题，提出一种基于MCS-51内核微处理器STC89C52的数字时钟的设计方案；给出数字时钟的总体方案以及硬件电路方案，并进行数字时钟的软件设计，最后进行数字时钟的功能测试，确保数字时钟运行稳定可靠，实现数字时钟的精准计时并显示的功能。

0 引言

随着城镇化建设的推进和人们物质生活水平的快速提升，家庭中的家用电器数量越来越多，现代化家用电器如空调、洗衣机、微波炉等给人们更好地享受生活奠定了坚实的基础。同时，很多家用电器也朝着智能化、绿色节能等方向发展。传统机械时钟具有价格昂贵、易损坏等问题，且在电池耗尽后需要频繁更换电池，使用过程存在诸多不便。本文基于STC89C52单片机设计一款数字时钟，可以实现精准定时，且系统掉电后也无需重新设定时间，大大提高了数字时钟的使用便捷性。

1 系统总体设计

1.1 数字时钟的组成与功能

该数字时钟主要组成部分包括供电电路、单片机最小系统、按键电路、DS1302计时芯片、LCD1602液晶显示屏等。

1.2 MCS-51内核及微处理器STC89C52

STC89C52单片机兼容MC-51指令集，且设计有实用性较强的看门狗、串口通信以及定时计数器等功能，可以有效支撑控制系统各项操作的顺利实现。处于保证系统运行稳定的目的，一般将系统工频限定在0-40MHz区间内，但根据不同的应用场景可以灵活选择工作频率，满足不同场景对数据处理的要求。此外，STC89C52单片机具有较低的功耗，对于数字时钟设计十分适用，有助于延长数字时钟的续航能力。

2系统硬件介绍

2.1 核心处理单元

    设计的核心处理单元主要由STC89C52单片机以及其外部电路组成，通过STC89C52单片机接收时钟电路的数据信号，控制显示电路将时间信息显示出来，利用按键可以设定系统时间，如图2-1所示。

图2-1 系统总体结构框图

2.2 电源模块

数字时钟设计采用电池供电方案，考虑到电池供电的电压可能不稳定，因此在供电电路中基于L7805专用电源IC进行供电电路的设计，该电源管理芯片可以有效平抑电压波动，输出稳定、干净的电能给单片机。

查找L7805芯片的数据手册，按照推荐应用电路设计电源电路，可以看到该电源管理IC的前端设计有电解电容与贴片电容，分别起到稳压和滤除谐波的作用，同样地，在后端的输出端口，同样设计有稳压的电解电容以及滤除高频谐波的贴片电容，进一步保证输出电能的质量，让数字时钟稳定工作。

2.3 时间管理单元

在串行时钟电路中，十分常见的时间管理IC如DS1302、PCF8485都有着十分强大的性能，不但价格低廉，还具有精确至秒的计时功能，闰年补偿、涓流节能也是这些时间管理IC的特点。本次设计利用美国达拉斯公司推出的DS1302专用时间管理IC进行计时，该芯片内部自带RAM，是一款涓流充电的实时时钟IC。

DS1302主要采用8引脚封装，并设计有主、备两个电源，在工作过程中选择电压较大者供电；X1/X2为振荡源，接入晶振频率为32.768kHz；RST为复位/片选功能引脚。在使用过程中，为了避免系统供电中断导致计时电路停止工作，本次设计了纽扣电池为DS1302独立供电，保证时间数据不出错。

3 系统软件设计

数字时钟软件设计采用了KEIL开发工具，KEIL丰富的功能允许微控制系统设计人员进行程序的编写、调试以及测试，强大的项目管理功能让KEIL成为自动控制领域主流的开发工具。

程序设计采用模块化设计思想，先设计各子模块程序和主程序，再整合为系统总程序。系统主程序流程为：首先对液晶显示屏和时钟芯片进行初始化，然后循环过程开始，读取时钟芯片并检索数据。温度传感器DS18B20还将检测到的温度数据传输到LCD1602进行显示。再然后就是确定判断闹钟是否打开，判断时间按钮是否按下，还有判断语音按钮是否按下，如果被按下，则分别进入相对应子模块功能状态。

4、系统性能分析

通过修改与检测后，该数字时钟实现了日期时间校准、闹钟设置和农历显示等功能，在它的显示屏上能够同步显示下年、月、日、周、小时、分钟、秒等时间信息以及温度值以便同时查看，达到了预期目标。

5、结论

作为一个使用十分普遍的日常计时工具，本文设计的数字时钟采用了经典的MCS-51内核微处理器STC89C52，经检测系统信号传输快速，运行可靠，具有良好的应用前景。

参考文献:

[1] 孙凤乾,郑太恒,刘海英,等.基于STC89C51单片机的数字时钟设计[J],齐鲁工业大学报,2021,35(03):47-51.

[2] 张皓斐,刘雨潇.基于AT89C51单片机的多功能数字钟设计与仿真[J],电子作,2021,(23):74-76+93.

[3] 杨晓龙. 基于单片机可语音控制和报时的数字时钟的设计[J]. 机械工程与自动化, 2019(3):3.

[4] 黄昱凌, 瞿成明, 王凤随. 一种夜光数字高精度日历钟设计[J]. 电子世界, 2019(16):2.