基于單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與制作

楊傳燕 唐敏 安莉莉

本文主要針對(duì)職業(yè)院校的學(xué)生，設(shè)計(jì)與制作基于單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘，系統(tǒng)采用6位數(shù)碼管進(jìn)行時(shí)、分、秒的顯示，采用24小時(shí)顯示方式，具有時(shí)間調(diào)整及整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。本文主要從硬件電路設(shè)計(jì)、電路板制作、軟件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品成型4個(gè)方面進(jìn)行介紹，提高職業(yè)院校學(xué)生職業(yè)崗位能力的培養(yǎng)。

0引言

單片機(jī)因其具有集成度高、運(yùn)算速度快，體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低等特點(diǎn)而在過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器、智能化儀表和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中得到大量使用，稱為工廠自動(dòng)化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)于電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維修專業(yè)的同學(xué)來(lái)說(shuō)是必不可少的專業(yè)技能。而職業(yè)教學(xué)的社會(huì)功能是培養(yǎng)生產(chǎn)、服務(wù)和管理第一線的應(yīng)用型職業(yè)人才，因此職業(yè)教育要適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，順應(yīng)社會(huì)發(fā)展規(guī)律，為滿足設(shè)置需求造就合格的“職業(yè)人”。

數(shù)字時(shí)鐘是實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，廣泛用于車站、辦公室等公共場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?。鐘表的?shù)字化給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，數(shù)字時(shí)鐘的精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)時(shí)鐘，本文針對(duì)單片機(jī)教學(xué)中的不足，以數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與制作為載體，培養(yǎng)電子產(chǎn)品裝配基本能力、電子線路檢測(cè)與調(diào)試能力、單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)與程序開(kāi)發(fā)能力、單片機(jī)設(shè)計(jì)師綜合開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新能力。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)控制器選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)，它是一種新型的低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，4個(gè)8位可編程并行I/O口，2個(gè)外部中斷，2個(gè)可編程16位定時(shí)器。系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)的最小系統(tǒng)、按鍵輸入電路和數(shù)碼管顯示電路三個(gè)部分組成。

數(shù)碼管時(shí)鐘電路圖如下所示，其采用單片機(jī)最小化應(yīng)用設(shè)計(jì)，LED顯示用動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)，P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，P2.0～P2.5口作掃描輸出，P3.0～P3.3接按鈕開(kāi)關(guān)。在仿真電路中LED數(shù)碼管可以直接和單片機(jī)管腳相接，但在實(shí)際電路中需要用三極管提供LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電流，用三極管作電源驅(qū)動(dòng)輸出。為了提高秒計(jì)時(shí)的精確中。本設(shè)計(jì)中的計(jì)時(shí)采用定時(shí)器T0中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序，當(dāng)P3.0端口開(kāi)關(guān)按下時(shí)，轉(zhuǎn)入調(diào)時(shí)功能程序。

2、電路板制作

（1）列寫(xiě)元器件清單

根據(jù)電路原理圖，分析并統(tǒng)計(jì)本系統(tǒng)要用到的元器件，并列出詳細(xì)的元件明細(xì)表，以便到電子市場(chǎng)進(jìn)行購(gòu)買。

（2）元器件裝配

在本次任務(wù)中就是要設(shè)計(jì)各個(gè)元件所在印制板上的位置，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的外觀是否美觀，操作是否方便，產(chǎn)品在后期焊接過(guò)程中的難易程度，甚至可以直接導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)成功與否。在裝配中要求元器件位置要從大到小來(lái)進(jìn)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(jī)的位置要盡量靠近;顯示時(shí)間的數(shù)碼管必須安置在顯眼、易觀察的位置，不宜放在角落;單片機(jī)在調(diào)試程序時(shí)可能要反復(fù)插拔，所以應(yīng)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(yīng)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(duì)稱，引出線要平行，其間的距離應(yīng)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(biāo)志符號(hào)應(yīng)在查看方便的位置;安裝時(shí)元器件通常離板高度2-5MM。

（3）元件及導(dǎo)線的焊接

通過(guò)五步法焊接視頻學(xué)習(xí)焊接，要求焊點(diǎn)具有良好的導(dǎo)電性、焊料要適當(dāng)、具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、焊點(diǎn)表面應(yīng)有良好光澤、焊點(diǎn)不應(yīng)該有毛刺和空隙、焊點(diǎn)表面應(yīng)清潔。

（4）電路板的檢測(cè)

用萬(wàn)用表R*1K檔測(cè)量集成電路各引出腳對(duì)地電阻值，并按照標(biāo)準(zhǔn)值可判斷集成電路的好壞。

3、軟件設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)是本次的難點(diǎn)，為了徹底消除同學(xué)們對(duì)編程的畏難情緒，將軟件設(shè)計(jì)分成主程序、定時(shí)程序、顯示程序、按鍵程序。

（1）主程序

主程序的主要功能是進(jìn)行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程，然后通過(guò)反復(fù)調(diào)用顯示子程序的方法，等待125ms定時(shí)中斷的到來(lái)。定時(shí)器的定義如下：

TMOD=0x01;//定時(shí)器0設(shè)置

TH0=（65535-50000）/256; //設(shè)定定時(shí)時(shí)間

TL0=（65535-50000）%256;

EA=1;//開(kāi)啟T0中斷功能

ET0=1;

TR0=1;//定時(shí)器開(kāi)始工作

（2）定時(shí)中斷

TH0=（65535-50000）/256; //重新設(shè)定定時(shí)器0定時(shí)時(shí)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(shù)碼管時(shí)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(diào)時(shí)

設(shè)定鍵接外部中斷P3.2，另外設(shè)置兩個(gè)鍵用來(lái)對(duì)調(diào)整對(duì)象進(jìn)行+和-操作。

4、產(chǎn)品調(diào)試

產(chǎn)品的調(diào)試分為單元部件調(diào)試和整機(jī)調(diào)試。

（1）單元部件調(diào)試的流程為：

外觀檢查--靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)試和調(diào)整--波形、頻率測(cè)試與調(diào)整--頻率特性測(cè)試與調(diào)整--性能指標(biāo)綜合測(cè)試。

（2）整機(jī)調(diào)試的流程為：

整機(jī)外觀檢查--機(jī)械傳動(dòng)外觀調(diào)整--整機(jī)功能測(cè)試--單元部件性能指標(biāo)測(cè)試--整機(jī)技術(shù)指標(biāo)測(cè)試--例行試驗(yàn)--整機(jī)復(fù)測(cè)

（3）將各部分子函數(shù)調(diào)試完成后，組合成完成程序并在仿真軟件上進(jìn)行仿真調(diào)試，成功后下載到單片機(jī)中測(cè)試產(chǎn)品功能與性能。

5、結(jié)束語(yǔ)

本文以AT89C51為核心，輔以數(shù)碼管、按鍵等電路，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易數(shù)字電子時(shí)鐘，該設(shè)計(jì)較之集成時(shí)鐘省去了很多復(fù)雜的線路，使得控制電路簡(jiǎn)單易懂，具有成本低、體積小、簡(jiǎn)單實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的硬件設(shè)計(jì)、裝配，軟件編程與調(diào)試，大大提高了職業(yè)院校學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，掌握了單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作流程，為后期的就業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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