摘要：随着电子科技的飞速发展，尤其是超大规模集成电路的出现，给我国的经济带来了实质性的改变。其中，对于单片机的使用已经在很多领域都有出现，比如说在工业自动化控制房间、在智能仪器仪表方面以及各种家用电器方面，单片机都起到了很大的作用。由于其极高的性能价格比，使其在电子时钟方面的应用也是很常见的。本文通过对普通单片机电子时钟的设计分析，从而达到对单片机进行更深入的学习与设计。

关键词：单片机；电子时钟；设计分析

中图分类号：F407.63文献标识码：A 文章编号：

单片机自20世纪70年代问世以来，由于其体积小、重量轻等多种优势，深受广大人们的喜爱，由于其开发容易、灵活性好，也同时被很多设计者拿来应用到各种设备中。时钟就是一个最典型的例子，由于人们的生活速度越来越快，人们的时间观念也在不断增强，生活中处处离不开时钟，时钟对人们可以说是不可或缺的东西。现如今，时钟的样式很功能也越来越多，人们对时钟的精准度要求也越来越高。本文就是针对时钟的精准度来设计一个普通单片机电子时钟。

一、单片机的简单介绍

(一)单片机的定义与分类

单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器、随即存储器、只读存储器等集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。主要分类包括：STC系列单片机、AVR单片机、AT系列单片机等等 。

(二)单片机的应用与发展

目前，随着电子自动化的广泛应用，单片机以其自身的诸多优势已经应用到了各个领域之中，这些领域主要包括智能仪器仪表、计算机网络、机器人控制、工业控制、家电管理等等。由于单片机的优势很有多，在未来的生活中一定会被更多的领域所应用，有很好的发展趋势。

二、单片机电子时钟的设计方案

单片机电子时钟的构成主要由：一个8位CPU；一个片内振荡器及时钟电路；4K字节ROM程序存储器；256字节RAM数据存储器；两个16位定时器/计数器；可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口)和一个可编程全双工串行口组成。

单片机电子时钟的设计主要是对时钟的内部工作和外部显示进行设计，主要的设计方案则分为数字时钟方案和数码管显示方案。通过数字时钟和数码管显示的完美结合使电子时钟的质量得到完善和保证。

(一)数字时钟方案

这部分是单片机电子时钟最主要的设计，也是时钟内部工作部分。在单片机的内部存储器中设置三个分别代表时、分、秒信息的字节。在对内部的存储器进行设置的时候，要根据时钟的运作规律设定，时钟的工作是由内部的定时器和软件结合来实现的。对此设定1秒中断，以此来推动秒针的运动，而当秒针中断的次数达到60次的时候，则将其清零，同时分针的字节开始运行，以此类推，当分钟的中断次数达到60次的时候，时钟的字节开始运行。当时钟的字节达到24的时候，便将时钟的字节清零，以上的操作反复进行，这就是单片机电子时钟关于数字时钟的设计方案。这部分的设计起来比较繁琐，每个步骤都要做到很好的处理，设置时、分、秒的顺序也不能打乱。

(二)数码管显示方案

数码管显示方案主要是对时钟的外部显示进行设计，主要分为静态显示和动态显示两个部分，在电子时钟外部显示中占主导地位的就是动态显示。所谓动态显示就是根据内部设计中的秒针的运行情况，在出现的显示器数字的轮流点亮，每隔一段时间都要点亮一次，这部分要求显示器的扫描必须要有足够快的速度，只有这样，显示出来的字符才不会出现闪烁的效果。同时，秒钟和显示器的运作应该是保持一致的，否则在电子时钟运行的时候，就很容易出现时间上的误差，这种动态显示节省了I/O口，也会降低耗能。

(三)电子时钟的硬件选择

1、单片机的选择，在单片机电子时钟的设计中，通常都会选用AT89c52单片机，配备12MHz晶振，采用上电复位来对电路进行系统复位。

2、显示电路选择，在显示电路的选择上，采用软件译码动态显示。

3、电源选择，采用直流电源供电，电源基本选择在4.5V左右。

4、选择器的选择，通常采用741s04.

主要流程图如1-1、1-2所示：

三、系统软件设计

对系统软件的设计主要包括软件的设计思想、总体设计以及按键扫描子程序。

(一)软件设计思想

根据人们对电子时钟功能的需求，需要设计出来的电子时钟程序必须具备动态扫描、时钟信号产生以及按键扫描处理等功能。利用单片机来实现电子时钟的这些功能，主要利用的方法就是分时复用，要协调好各个器件的占用时间，这样才能实现单片机电子时钟以上的功能，使电子时钟对人们的需求造成满足。

(二)总体设计

1、系统说明及设计框图

利用普通单片机制作的简易时钟，其主要的工作原理就是运用6个PNP管来分别控制6个LED数码管来完成时钟的运行工作。这里出现的6个数码管主要负责显示小时、分钟以及秒针的十位位置和个位位置，还会设定一个按键用于对时间的调整。

2、模块设计

普通单片机电子时钟的设计主要包括电源部分、复位电路、显示部分、控制部分、位选部分等几个模块。对于电源部分的技术，要从外部引入直流电，电流应该选择4.5V，这样就可谓电子时钟提供电源，使其能够正常运行。

位选电路、复位电路二极管、电解电容部位，在其运行的时候，相应的引脚也会出现不同。在开关按下时引脚RST为高电平1，断开时引脚为低电平0。

(三)按键扫描子程序

普通单片机电子时钟的运行，最好选用按键来切换各种不同的状态，这样不仅简单，容易操作，而且在电子时钟出现状况而需要查询按键信息的时候，电子时钟所具有的按键扫描功能就可以提供以往的按键情况，这种按键程序中还嵌套了按键扫描程序用来处理在不同情况下的电子时钟状态切换。

四、对整体系统进行调试

在单片机电子时钟设计完成之后，要对电子时钟所应用的系统进行简单的测试，仔细分析在测试的过程中所出现的问题，进行问题的统计与分析，从而找到合理、科学的解决方法。使单片机电子时钟更加完善。

(一)系统调试方法

对于单片机电子时钟各个系统的调试，首先要对每个单独的程序进行调试，将出现的问题归纳整理，找到合理的解决方法后，针对出现问题的程序进行系统的调试。确保每个程序都没有问题之后，再进行整体的调试工作。只有这样，才调试的过程中才会使调试工作有理有序的进行。

(二)系统时钟误差分析

时间准确，长时间不容易出现误差是一个时钟被认可的标准之一。对于系统误差，设计者应该及时进行误差的分析和调试工作。

在单片机电子时钟系统中，能够出现误差的地方有很多，比如说晶体频率的误差，定时器溢出误差以及延迟误差等等，设计者要结合不同的误差进行不同的分析，找出其内在的原因，从而拟定出解决的方案，使电子时钟的精准度提高。

(三)软件调试问题及解决

在软件调试的过程中，应该将调试的重点分别放在各个模块上，对这些模块的调试可以采取在线调试和离线调试两种方法，在调试过程中出现的问题要及时分析及时解决。

结语：

随着我国电子技术的迅速发展，单片机的应用也会越来越广泛，对于电子时钟系统的设计一定也会日趋完善，功能也会越来越全面，性能会更加稳定，可以预见，在未来的几年里，单片机的应用也会越来越广泛。更好的造福人们。

参考文献：

[1]何立民.MCS251单片机应用系统设计技术[M].北京:北京航天航空大学.1999

[2]程光璇.普通单片机电子时钟的设计[J].电子世界.2011(8)

[3]华贵山.基于单片机微机测控系统中的数字滤波技术研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报.2006(5)

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。