基于STC89C52单片机的多功能数字钟的设计

基于STC89C52单片机的多功能数字钟的设计

【摘要】本文主要介绍了数字钟的功能以及相应的硬件电路的设计，并且用C语言编写了相应的程序下载到单片机上进行调试，让其结

合硬件电路实现对应的功能：时间显示、日期显示、跑表、闹铃、温度显示和湿度显示。本文着重地介绍了多功能数字钟的硬件制作。

【关键词】数字钟；STC89C52单片机；硬件设计

0前言

钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩

展了钟表原先的报时功能。数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、

秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无

机械装置，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数字钟的设计方

法有许多种,可用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的

电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟；还可以

利用单片机来实现电子钟。

1功能

本设计中选择STC89C52单片机来进行设计，主要由于其体积

小、成本低，功能丰富并且实用方便。配合时钟芯片来实现时钟、跑表、

闹铃、日历能功能，用温湿度传感器分别检测工作环境的温度和湿度，

通过按不同的键在1602液晶显示器上显示对应的数值。数字钟的基

本功能如下：

1.1计时及校时：数字钟的最基本功能既是显示和调整时间，本设计

可以让数字钟24小时制或12小时制显示，可以通过设置进行转换

等。

1.2跑表：本数字钟还具备跑表的功能，跑表功能包括跑表的启动

停止、保持显示、清除等。

1.3闹钟：可以通过键盘设定闹钟时间，在设置的时间进行闹钟提

示，每一次响5秒，每隔5秒响一次，如果不人为的进行干涉闹钟会一

直响60分钟。

1.4日历：让数字钟可以显示日期(包括年、月、日)，并且可以显示星

期几。

1.5温度、湿度等的显示：通过传感器等相关硬件配合相应的电路将

测试到的温度和湿度数据转换为数字在时钟液晶显示屏上显出来。

2系统硬件的设计

2.1硬件的选择

本设计选ATC89C52单片机作为主芯片以外，还要用的其他各种

元件来实现相应的功能，因此还要对其他电子元件做一个合理的选择

和安排。在设计过程中结合实际情况对相关硬件做了如下选择：时钟

电路中将用到DS12C887时钟芯片，温度检测电路用的是温度传感器

DS18B20，湿度检测电路用到的是HS1101湿度传感器，闹钟以及按键

提示均用到蜂鸣器。这样的硬件选择既可以实现数字钟的一系列功

能，又是一个简洁的选择结果，而且成本低，较容易入手。

2.2硬件的电路设计

2.2.1 A TC89C52芯片

2.2.1 A TC89C52芯片

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K

在系统可编程Flash存储器。根据实际搭建电路图画出芯片的电路图

如图1所示，端口接的其他设备在后面分别介绍[4]。

2.2.2时钟电路

DS12C887时钟芯片的电路图如图2所示，它是通过对应的端口

与单片机相连接的。

DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM P

上的时钟日历芯片DS12887，同时它的管脚也和MC146818B

DS12887相兼容。

2.2.3液晶显示电路

液晶1602与单片机的电路图如图3，它是通过对应的端口与单

片机的连接的。其中：

①1，2端为电源；15，16为背光电源；为防止直接加5V电压烧坏

背光灯，在15脚串接一个10Ω电阻用于限流。

②液晶3端为液晶对比度调节端，通过一个10kΩ电位器接地来

调节液晶显示对比度。首次使用时，在液晶上电状态下，调节至液晶上面一行显示出黑色小格为止。

③液晶4端为向液晶控制器写数据/写命令选择端，接单片机的

P1.3口。

④液晶5端为读/写选择端，因为我们不从液晶读取任何数据，只

向其写入命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地。

⑤液晶6端为使能信号，是操作时必须的信号，接单片机的P3.4

口[5]。

2.2.4温度检测电路

温度传感器DS18B20电路图和对应的端口与单片机的连接如图

4所示的。

从图4可以看出，DS18B20和单片机的连接非常简单，单片机只

需要一个I/O口就可以控制DS18B20，这里接的是P1.0口。这个图的接法是单片机与一个DS18B20通信，如果要控制多个DS18B20进行

温度采集，只要将所有DS18B20的I/O口全部连接到一起就可以了。在具体操作时，通过读取每个DS18B20内部芯片的序列号来识别。本设计只设计了一个DS18B20进行温度采集，它可以显示周围温度的

实时值。

2.2.5湿度检测电路

湿度传感器HS1101与单片机的连接如图5所示。HS1101测量湿

度采用将HS1101置于TLC555振荡电路中，将电容值的变化砖换成

电压频率信号，可以直接被微处理器采集。

HS1101作为一个变化的电容器,连接2和6引脚,引脚作为R15

的短路引脚。HS1101的等效电容通过R15和R14充电达到上限电

压，这时TLC555的引脚3由高电平变为低电平，然后通过R14开始放电，由于R15被7引脚内部短路接地，所以只放电到触发界线，这时TLC555芯片的引脚3变为高电平。通过传感器的不停充放电，产生方波输出。

单片机的T1引脚（P3.5）为定时器/计数器1计数脉冲输入端，因

为TLC555输出端有方波输出，所以将TLC555第3引脚（OUT端）接到单片机的T1引脚（P3.5）上,让单片机对该方波信号进行计数，进而推导出湿度值[6]。

2.2.6蜂鸣器及按键电路

1)蜂鸣器电路

2)2.2.6蜂鸣器及按键电路

3)1)蜂鸣器电路

4)2)按键电路

5)本设计一共有8个按键，按键的作用是对单

6)片机进行操控，按键连接如图7所示。各个按键

7)的功能说明如下：

8)s1———功能键，可以选择对时、分、秒、星期、

9)年、月、日其中的哪一项进行调节，当进入闹钟模

10)式后，可以选择对闹钟的时、分、秒进行调节;

11)s2———增加大键;s3———减少键;

12)s4———闹钟模式查看键，进入闹钟模式后，

13)可以通过s1、s2、s3设定闹钟。按下奇数次进入闹

14)钟模式，偶数次回到主模式;

15)s5———温度查看键

16)和秒表模式切换键，当前温度值在液晶

17)1602的第一行动态显示，秒表在第二行显示，没

18)按下s6键时，秒表显示00:00:00。按键方式与s4

19)键类似;

20)s6———秒表启动/暂停键，按下奇数次秒表启动，偶数次暂停;

21)s7———秒表清0键，只有在秒表暂停时才能清0，秒表工作时按下

22)此键无作用;

23)s8———湿度查看键，和s4、s5键类似，按下奇数次进入查看湿度模

24)式，偶数次回到主模式。

25)3测试结果

26)在本设计中主要是根据对单片机上的不同按键来执行对应的功

27)能，最后用C语言编写相应的程序并下载到单片机对每一个功能进行

28)调试，让其结合硬件电路实现对应的功能。设计出的实物整体图如图

29)8所示。

30)图7按键连接图