电子信息工程自动化 基于单片机的电子时钟设计
摘要
电子时钟具有长远的发展历史，它的出现使得人们对时间的概念有了进一步的认知和了解，可以说意义十分的重大。在时代的推动，以及市场的需求下，电子时钟的功能以及性能都有着质的突破，而且应用的范围也越来越广，到处都有着电子时钟的影子。电子时钟和人们的日常生活早已密不可分，同时也起到了重要的引导作用，例如工作、出行、娱乐、饮食等，在很大程度上给人们提供了便捷。本课题所设计的一种多功能电子时钟将51单片机作为一个核心交换器，它外接振荡电路来给单片机提供一个时钟信号，利用LED数码管来实现时钟信息的显示，并且它采用按键的方式，可以对时、分、秒进行单独的调整，从而使之达到一个标准时间，实现定时闹铃。本设计以软、硬件结合为整体的设计思路，并通过软件和硬件控制，充分发挥了单片机的作用。同时，该系统在技术上具有很高的实用价值，由于整个系统在结构和功能上都比较简洁，因此它具备良好的可持续性。
关键词：电子时钟；51单片机；振荡电路；LED数码管；按键模块
硬件电路设计
1 硬件电路的设计方案
本设计的硬件电路设计框图如图1所示：
图1 硬件电路框图
复位电路
刚通上电源的那一刻，单片机处于一种杂乱的、无序的状态，这时就很可能导致单片机无法正常工作。单片机中的复位就是清除所有的设置从最初的状态重新开始工作，也就相当于手机中的返回操作。单片机通电后，软件系统便会自动觉此复位后从哪里开始实行第一条命令。常用的复位电路有按键脉冲复位电路、上电复位电路和按键电平复位电路。本设计中采用的是按键电平复位电路，如图2所示。
图2 按键电平复位电路
主程序设计
上电之后，系统便会自动对电路进行初始化操作。单片机依次开始调用按键子程序、显示子程序、中断子程序，随后返回初始化之后，并循环运行。主程序流程图如图1所示。
图1 主程序流程图
子程序设计
2 按键子程序
按键子程序流程图如图2所示。上电之后，单片机会自动扫描是否按键被按下，若没有按键被按下，时钟则会正常走时显示时间，且此时按键K2和按键K3起不到调节时间的作用，一旦K0或K1按键被按下，则会进入校时或闹铃的调时状态，这个时候再按下K2和K3键，便能够调节时单元的加减；第二次按下K0或K1键，则可进行调分状态；如此反复，再次按下便可对秒单元进行调节。
图2 按键子程序流程图
仿真调试
本设计的仿真调试采用的是Proteus软件，它不但能够实现同类仿真软件的所有功能，而且他还可以对外部电路中的元器件仿真，其内含元器件库十分的丰富，当你在电路布线的过程中出现错误，也可以直接更改，设计使用十分的灵活，这就使得Proteus软件在众多的仿真软件中脱颖而出，尤其适合学生或对单片机感兴趣以及从事与单片机有关工作的人。在Proteus下，将编写好的C语言程序载入到单片机内，随后点击运行，便可进入调试环境，程序无误，此时电路中的各个元器件连接点便会亮起红蓝指示灯（红色代表高电平，蓝色代表低电平），LED数码管亮起，时间显示开始正常的走时。初始运行状态如图1所示。
图1 初始运行状态
总结
电子时钟具有长远的发展历史，使用单片机控制电子时钟的技术早已成熟，也早已成为主流。本次设计的电子时钟的整体工作主要分为硬件电路和软件系统两部分，首先是选择所需要的元器件，再按照实现的功能将各个元器件整合到一起，完成设计的硬件电路，然后是设计软件系统部分，通过程序控制硬件电路，从而实现时间的显示、校时以及闹铃功能。本设计所需实现的功能，但是功能较为简单，不足之处就是每次开始运行或是初始化电路，都需要对其进行校时，比如每次运行都需要重新进行校时，每次到达闹铃时间蜂鸣器只会响一声，时间较短，提示作用有点不太明显，在实际的生活中使用还是有所欠缺，实用性不强，还需对其进行完善。本次设计给了我一次很好的实践的机会，但也让我看到了自己的不足，虽然在课堂上我们已经学习了很多的理论知识，但要知道理论绝大部分是理想的，实际的使用和操作还是和理论有很大的差别，从被动的接受知识到主动的去学习，再通过实际的操作和应用，让我真真切切的明白了什么叫学以致用，让我对所学的知识有了进一步的认知和了解，也让我知道了理论结合实践的重要性，在今后的工作中仍需不断学习，只有这样才能够不断进步。
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