多功能数字电子钟设计
基于51单片机的多功能电子钟设计
基于51单片机的多功能电子钟设计1. 本文概述随着现代科技的发展，电子时钟已成为日常生活中不可或缺的一部分。
本文旨在介绍一种基于51单片机的多功能电子钟的设计与实现。
51单片机因其结构简单、成本低廉、易于编程等特点，在工业控制和教学实验中得到了广泛应用。
本文将重点阐述如何利用51单片机的这些特性来设计和实现一个具有基本时间显示、闹钟设定、温度显示等功能的电子钟。
本文的结构安排如下：将详细介绍51单片机的基本原理和特点，为后续的设计提供理论基础。
接着，将分析电子钟的功能需求，包括时间显示、闹钟设定、温度显示等，并基于这些需求进行系统设计。
将详细讨论电子钟的硬件设计，包括51单片机的选型、时钟电路、显示电路、温度传感器电路等。
软件设计部分将介绍如何通过编程实现电子钟的各项功能，包括时间管理、闹钟控制、温度读取等。
本文将通过实验验证所设计的电子钟的功能和性能，并对实验结果进行分析讨论。
通过本文的研究，旨在为电子钟的设计提供一种实用、经济、可靠的方法，同时也为51单片机的应用提供一个新的实践案例。
2. 51单片机概述51单片机，作为一种经典的微控制器，因其高性能、低功耗和易编程的特性而被广泛应用于工业控制、智能仪器和家用电器等领域。
它基于Intel 8051微处理器的架构，具备基本的算术逻辑单元（ALU）、程序计数器（PC）、累加器（ACC）和寄存器组等核心部件。
51单片机的核心是其8位CPU，能够处理8位数据和执行相应的指令集。
51单片机的内部结构主要包括中央处理单元（CPU）、存储器、定时器计数器、并行IO口、串行通信口等。
其存储器分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
程序存储器通常用于存放程序代码，而数据存储器则用于存放运行中的数据和临时变量。
51单片机还包含特殊功能寄存器（SFR），用于控制IO端口、定时器计数器和串行通信等。
51单片机的工作原理基于冯诺伊曼体系结构，即程序指令和数据存储在同一块存储器中，通过总线系统进行传输。
多功能数字钟-电子设计
多功能数字钟-电子设计
第一步实现多功能数字钟的基本功能，包括显示当前时间和设置定时
功能。
为了实现这一功能，我们需要使用一个定时器，以实现每秒钟更新
一次时间并显示在LCD屏上，同时实现定时功能。
第二步用一个按钮来切换显示当前时间和定时时间。
为了实现这一功能，我们需要在LCD屏上显示当前时间和定时时间，当按钮按下时，可以
改变当前时间和定时时间的显示。
第三步加入计时功能，使用者可以设置一个计时时间，当计时结束时，会有一个提醒和发出报警声。
为了实现这一功能，我们需要使用一个计数器，计算出时间差，当到达设定的计时时间时，发出报警声或者显示一个
提醒。
第四步增加闹钟功能，使用者可以设置一个闹钟时间，当达到闹钟时
间时，会有一个提醒和发出报警声。
为了实现这一功能，我们需要在指定
的时间段内，获取当前时间，通过一个实时检查程序，来实现闹钟功能，
当到达时间时，发出报警声或者显示一个提醒。
第五步加入天气预报功能，使用者可以查询当前城市的天气情况，以
及未来三天的天气预报。
为了实现这一功能，我们需要使用一个API来获
取天气情况，并将获取的信息在LCD屏上显示出来，方便使用者查询。
多功能数字钟电路设计
多功能数字钟电路设计1设计内容简介数字钟是一个简单的时序组合逻辑电路，数字钟的电路系统主要包括时间显示，脉冲产生，报时，闹钟四部分。
脉冲产生部分包括振荡器、分频器；时间显示部分包括计数器、译码器、显示器；报时和闹钟部分主要由门电路构成，用来驱动蜂鸣器。
2设计任务与要求Ⅰ以十进制数字形式显示时、分、秒的时间。
Ⅱ小时计数器的计时要求为“24翻1”，分钟和秒的时间要求为60进位。
Ⅲ能实现手动快速校时、校分；Ⅳ具有整点报时功能，报时声响为四低一高，最后一响为整点。
Ⅴ具有定制控制（定小时）的闹钟功能。
Ⅵ画出完整的电路原理图3主要集成电路器件计数器74LS162六只；74LS90三只；CD4511六只；CD4060六只；三极管74LS191一只；555定时器1只；七段式数码显示器六只，74LS00 若干；74LS03(OC) 若干；74LS20 若干；电阻若干，等4设计方案数字电子钟的原理方框图如图（1）所示。
该电路由秒信号发生器、“时，分，秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路、闹钟定时等电路组成。
秒信号产生器决定了整个计时系统的精度，故用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将秒信号送入“秒计时器”，“秒计时器”采用六十进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用六十进制计数器，每60分钟，发出一个“时脉冲”，该信号经被送到“时计数器”作为“时计数器”的时钟脉冲，而“时计数器”采用二十四进制计数器，实现“24翻1”的计数方式，可实现对一天二十四小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过七段式显示译码器译码，通过刘伟LED 七段显示器显示出来。
整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后触发一音频发生器实现整点报时，定时电路与此类似。
校时电路是用“时”、“分”、“秒”显示数5电路设计5.1秒信号发生器秒信号发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体整荡器产生的脉冲经过整形、分频获得1 Hz的秒脉冲。
多功能数字电子时钟设计
多功能数字式电子时钟设计说明：本设计内容是利用51单片机最小系统设计一个电子时钟，时钟采用24小时制，时、分、秒各采用2个共阳极LED数码管显示。
具体实现的的功能如下：（1）能够正常显示时钟。
六个LED数码管依次显示时钟的时、分、秒位。
（2）可以完成键盘采样，实现键值判断；（3）实现简单的键盘功能，例如运行键、暂停键处理。
（4）每当整点时，所有LED闪烁显示，显示次数等于整点数。
若为0点钟，则显示正常；（5）实现键盘功能，包括运行键、暂停键、上升键、下降键、切换健、校准健处理。
通过键盘来实现时钟的暂停、运行、调时等功能。
该电子时钟主要由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分主要包括：六个七段LED显示器，用来显示时钟的时、分、秒、位。
集成电路74LS240（反相器）和PNP型三极管9012，用于增加驱动电流的目的.还有AT89S51单片机以及RC组成的振荡电路。
软件部分则是通过软件编程利用51单片机来控制时钟，使其正常走动及按照我们的设计想法实现上述的：暂停、运行、调时及校准等功能。
设计完成后的电子钟可实现以下功能：当通电后，时钟开始正常走动。
当按下键后，时钟暂停运行、再按键时钟开始正常走动。
按下键（六）设计思路1、显示电路51单片机与七段LED显示器的接口为动态接口，需使用2组寄存器进行控制。
其中，一组寄存器控制几个显示器的七段发光二极管，该寄存器称为段选寄存器；另一组寄存器控制这几个七段显示器的公共端，控制这几个显示器逐个循环点亮。
适当的选择循环速度，利用人眼的“视觉暂留”效应，使其看上去好像这几个显示器同时在显示一样，该寄存器称为位选寄存器。
时钟的时、分、秒各用两个共阳极的七段LED显示器来显示，因此共需外接6个七段显示器。
所有显示器相同的段并接在一起，由P1口控制。
每个显示器的公共端分别由P3口的某一位控制。
集成电路74LS240（反相器）只起到增加驱动电流的目的，PNP型三极管9012也是为了增加驱动能力。
多功能电子时钟设计
多功能电子时钟设计多功能电子钟的设计与实现—硬件部分摘要电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时钟精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。
本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、带有定时闹铃的多功能电子时钟。
本文对当前电子钟开发手段进行了比较和分析，最终确定了采用单片机技术实现多功能电子时钟。
本设计应用AT89C51芯片作为核心，7位LED数码管显示，使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能，这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间精度高，操作简单，编程容易。
该电子时钟可以应用于一般的生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的方便。
关键词：电子时钟；多功能；AT89C51；时钟日历芯片The Design with Investigation of the Multi-functionElectron Clock－The Design of the HardwareAbstractThe electronic clock mainly uses the electronic technology make the clock computerization, the digitization, with the clock precision, small size, friendly interface, scalable performance and other characteristics, was widely used in life and work.The design for the main implementing a clock/calendar can be displayed normal, collecting personal ambient temperature, with the timing alarm of the multi-function electronic clock.Comparing and analysising the development technology of the electron clock, the design determines to use the MCU technology to realize the multi-functional electron clock. This design application AT89C51 as a core chips, 7 LED digital displaying, using DS1302 real-time clock chip to complete the basic function of the clock/calendar. The method has the advantage of being simple circuit, reliable performance, good real-time, high precision of the time, simply operation, easy programming.The electronic clock can be applied to the general living and working ,can also be modified to improve performance, add new functions, and brings more convenient to people’s life and work.Key words: Electronic clock; Multi-function; AT89C51; DS1302第一章绪论时间是人类生活必不可少的重要元素，如果没有时间的概念，社会将不会有所发展和进步。
多功能数字钟电路设计
多功能数字钟电路设计
1.时钟显示：设计一个数字时钟显示电路，可以显示当前的时间（小
时和分钟）。
可以使用七段显示器来显示数字。
2.闹钟功能：设计一个闹钟功能，可以设置闹钟时间，并在到达闹钟
时间时发出提示声音或闹铃。
3.温度显示：设计一个温度传感器电路，并将当前温度显示在数字时
钟上。
4.日历功能：设计一个日历功能，可以显示当前的日期和星期。
5.定时器功能：设计一个定时器功能，可以设置一个特定的时间间隔，并在到达时间间隔时发出提示声音或闹铃。
6.闹钟休眠功能：设计一个闹钟休眠功能，可以设置一个特定的时间
间隔，在此时间间隔内按下按钮可以将闹钟功能暂时关闭。
7.闹钟重复功能：设计一个闹钟重复功能，可以设置一个特定的时间
间隔，使闹钟在每天相同的时间段重复响铃。
8.亮度调节功能：设计一个亮度调节功能，可以调整数字时钟的显示
亮度。
这些功能可以根据需求进行组合设计，可以使用逻辑门、计数器、显
示器驱动器、温度传感器、按钮等元件来完成电路设计。
多功能数字电子钟的设计与实现
目录1 引言 (4)1.1 多功能电子钟的研究背景和选题意义 (4)2 方案设计与选择: (4)3 整体设计思路 (5)4、主要元件介绍 (7)4.1 AT89C51单片机芯片 (7)4.2 数码管 (7)4.3 7407驱动器 (8)5 电路设计 (9)5.1整体设计 (9)5.2 分块设计 (9)5．2.1 输入模块 (10)5．2.2 输出模块 (10)5．2.3 晶振与复位电路： (11)5.3 整体电路图 (11)6.1程序思路 (13)6.2程序设计步骤 (14)6.3程序的主要模块 (14)6.3.1延迟程序 (14)6.3.2 中断服务子程序： (14)6.3.3 主程序 (16)6.3.4显示程序 (16)6.3.5 闹铃程序和定时程序 (17)6.4程序调试 (17)7 日历功能的实现 (17)8 电子钟设计中遇到的问题及其解决方法 (19)参考文献............................................ 错误!未定义书签。
致谢 (24)声明 (25)摘要：本文所要论述的课题，主要使用以AT89C51芯片作为核心，运用12MHZ晶振与单片机AT89C51相连接，采用动态扫描方式显示作为主要论述中心。
通过使用单片机和在显示电路加上7407驱动电路，以达到实现在6个LED数码管上显示出时间，日期，定时，闹钟四大功能，并通过键位操作，达到日期设定，时间调整，闹钟设定，倒计时的功能。
在实现各个功能的时候数进行相对应的显示，蜂鸣器的启动和键位控制声音停止。
软件部分，本设计主要采用微机汇编语言进行实现，其中分为显示，调时，延迟，闹钟，日起调整等部分。
关键词：多功能电子钟；单片机技术；微机汇编语言；动态扫描技术Design of LED Show Electric Clock Based onMicroprocessorThis design uses a 12 MHZ crystal to connect with the machine AT89C51, takes AT89C51 chips as core. It adopts the dynamic state of the scanning method to show. Using this MCU and 7407 drive electric circuit, we are able to show date, time, fix the time, make bell on 6 LED figures tubes. We can use 6 key to constitute date, adjust time, enact the bell and set the countdown timer. When the electric carrying out each function, the figures tube show the tight function .When the alarm clock and the countdown timer were reached, the voice begins. While 3 or 4 is pressed, the voice stops. The software part is realized by assembler language. It was divided into to show, delay, adjust, make bell, in fixed time, adjust date etc. part. We get the end purpose combining the software and the hardware.Keyword：Electric clock MCU Dynamic state scaning assembler language1 引言1.1 多功能电子钟的研究背景和选题意义时间对于人类的重要意义不言而喻，正如郭沫若老先生曾经说过的一样：时间就是生命，时间就是速度，时间就是力量。
多功能数字电子钟设计报告
多功能数字电子钟设计报告本文将介绍一个多功能数字电子钟的设计报告。
这个钟具有多种功能，可以显示时间，日期，室内温度和湿度，还可以设置闹钟。
这个钟被设计成简单易用，具有时尚外观和实用性。
硬件设计这个数字电子钟由以下主要部件组成：1. 微控制器：使用STM32F103微控制器进行控制和处理2. 显示屏：采用高清彩色TFT屏幕，尺寸为3.5英寸3. 传感器：使用DHT11温湿度传感器，可以实时监测室内的温度和湿度4. 时钟模块：使用DS1302 RTC（实时时钟）模块确保精准的时间显示5. 按键：包括上、下、左、右、确定和返回六个按键，方便用户设置和控制软件设计这个数字电子钟的软件设计采用了嵌入式设计的方法，代码分为三个主要部分：1. 时钟控制：这个数字电子钟确保了精准的时间显示，使用DS1302 RTC模块，可以确保时钟精度误差不超过±2秒/天。
时钟控制部分还包括时钟校准和闹钟设置。
2. 屏幕控制：这个数字电子钟使用3.5英寸TFT高清彩色屏幕，可以实现时钟、日期、温湿度和闹钟的显示。
屏幕控制部分可以显示多种信息，具有时尚的外观和设计。
3. 传感器控制：使用DHT11温湿度传感器监测室内环境。
传感器控制部分可以实现实时监测温度和湿度，并在屏幕上显示当前的室内温度和湿度。
功能设计这个数字电子钟具有以下主要功能：1. 时间显示：可以精准的显示当前的时间，包括小时、分钟和秒钟。
2. 日期显示：可以显示当前的日期，包括月份、日期和星期几。
3. 温湿度监测：可以实时监测室内的温度和湿度，并在屏幕上显示当前的数值。
4. 闹钟设置：可以设置多个闹钟，并在设定的时间开始响铃。
闹钟响铃时可以选择静音或自动关闭。
5. 操作简便：采用方便简单的按键操作设计，方便用户使用。
总结这个数字电子钟设计具有多种功能，采用了高清彩色TFT 屏幕，集精准时间、日期信息、温湿度信息便利的闹钟设置于一身，是一款可以满足日常生活需求的设计。
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数字逻辑课程设计
-多功能数字电子钟
多功能数字钟的设计与仿真
一．设计任务与要求
设计任务：
设计一个多功能数字钟。
要求：
1．有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示且有校时功能。
（设计秒脉冲发生器）
2．有整点报时功能。
（选：上下午、日期、闹钟等）
3. 用中规模、小规模集成电路及模拟器件实现。
4. 供电方式: 5V直流电源
二．设计目的、方案及原理
1.设计目的
（1）熟悉集成电路的引脚安排。
（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
（3）了解面包板结构及其接线方法。
（4）了解多功能数字钟的组成及工作原理。
（5）熟悉多功能数字钟的设计与制作
2.设计思路
（1）设计数字钟的时、分、秒电路。
（2）设计可预置时间的校时电路。
（3）设计整点报时电路。
3.设计过程
3.1.总体设计方案及其工作原理为：
数字钟原理框图入图1所示，电路一般包括一下几个部分：振荡器、星期、小时、分钟、秒计数器、校时电路、报时电路。
数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间不可能与标准时间（如时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。
通常使用石英晶体振荡器电路构成数字
钟,但也可以用555定时器构成。
图1 系统框图
数字钟计时的标准信号应该是频率相当稳定的1HZ秒脉冲，所以要设置标准时间源。
数字钟计时周期是24小时，因此必须设置24计数器，秒、分、时由数码管显示。
为使数字钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的。
设计中采用开关控制校时电路“时”“分”“秒”计数器进行校时操作。
3.2.各独立功能部件的设计
(1)分、秒计时器（60进制），时计数器（24进制），星期计数器（7进制）
如下图，图中蓝色线为高电平+5v，绿色为接地线，红色线为时钟脉冲。
获得秒脉冲信号后，可根据60秒为一分，60分为一小时，24时为一个计数周期的计数规则，分别确定秒、分、时的计数器。
由于秒和分的显示都为60进制，因此他们可有两级十进制计数器组成，其中秒和分的个位为十进数器，十位为六进制计数器，可利用两片74160集成电路来实现。
74160和74161具有相同的逻辑符号，引脚图和功能表，各引脚图的功能和用法也相同。
所不同的是74160是十进制，而74161是十六进制。
于是可以用6片74160构成秒计时器、分计时器、时计时器、星期计时器。
图2 74160引脚及功能表
图3 秒计数器原理图
整个电路主体部分由7块74160芯片组成，从右至左依次编号为C1—C7。
其中芯片C1、C2构成秒计时器，因为74160为十进制，而秒的十位为六进制，所以要改变输出来实现所需要的进制数，芯片C2的QD QC QB QA当输出为0110（即十进制数6）时，与非门输出为0，清零端使芯片清零。
由于我们用的是异步清零芯片的出示状态为0000所以数码管不显示
6，当数码管显示出数字5以后，由于芯片自动清零所以下一时刻数码管显示为0。
芯片C3、C4构成分计时器，原理和秒计时器一样。
只是在低位向高位进位接法有所不同。
但芯片间进位原则是进位高电平持续时间为1秒，使高位芯片工作在计数状态的进位必须受其所有低级芯片控制，否则会出现进位后高位芯片还在计数的情况。
芯片C5、C6构成时计时器，由于小时为24进制，所以，当芯片C5的QB为1并且芯片C6的QC为1时（即此时整个第六位芯片完成24小时计时）此时应让两块芯片强制清零。
所以连接一个与非门，在这个条件成立时，与非门的输出将使芯片强制清零。
由于用的还是异步清零且初始状态为0，所以当第六位芯片的显示电路显示为23点59分59秒时，下一个状态为00点00分00秒。
芯片C7构成星期计时器，由于是7进制，所以只用一块74160芯片。
该芯片工作在计数状态的条件是低位小时芯片计数满24小时，给其ENT时能输入端的高点平持续时间为1秒。
当芯片C7的输出QC、QB、QA输出为1时应该让芯片强制清零。
所以连接一个与非门，在这个条件成立时，与非门的输出将使芯片强制清零。
由于用的还是异步清零且初始状态为0，所以第7位芯片显示电路显示为6时清零，这里我们认为0表示星期日。
该部分电路如图4所示：
图4 星期计时电路
(2)时间校对电路
所谓校准就是根据情况对星期，小时，分钟计时电路根据标准时间进行任意置数。
置数
的原理就是让芯片工作在计数状态。
在本电路中进位端是接在ENT使能输入端，只有ENT 出为高电平才能是芯片工作在计数状态。
这样就可以用一单刀双掷开关开关的双掷端一端接高电平为蓝色线，一端接地。
当双掷开关掷红色线段就可对小时和分钟的给位芯片进行独立置数，当个位计数十次后可以自动向十位进一，从而达到小时、分钟独立置数的要求。
星期的置数原理与小时、分钟的个位置数原理相同。
图5 校准电路原理图
(4)报时电路
其原理就是到59分50秒的时候,此电路的指示灯闪烁来达到报时的功能，并且会持续十秒钟。
下图即为报时电路的原理图：
图6报时电路原理图
(5)振荡器
振荡器是计时器的核心，其作用是产生一个标准频率的脉冲信号。
振荡频率的精度和稳度决定了数字钟的质量。
秒脉冲信号可以由集成电路555定时器构成多谐振荡器产生，也可以由函数发生器设置成1HZ的矩形方波来提供。
图7采用集成电路555定时器构成的多谐振荡器。
图7 555定时器构成的秒脉冲发生器
图8是脉冲产生器，它可以直接产生所需要频率的方波。
图8 脉冲产生器
三．数字电子钟电路图
1.系统电路图
图9 多功能数字电子钟系统电路图2.计时仿真图
图10多功能数字钟计时仿真图
四．安装和调试
1.用示波器检测用集成电路555定时器制成的多谐振荡器输出信号波形是否为矩形脉冲
频率是否为1Hz。
2.对“星期”、“时”、“分”、“秒”计数器，用显示器检查计数器的工作情况，看计数器是否按设计的进制计数。
3.观察校时电路的功能是否满足校时要求。
4.电路接通后对小时、分钟、星期进行挍时观察个单元之间进位情况。
5观察整点报时报时功能是否满足设计要求。
五．元件清单
器件名称型号数量
数码管显示器四引脚七段数码管 6
十进制计数器 74160 6
定时器 555 1 灯泡 1
直流电源 5v 4
与门 CD4081BF（四输入端） 1
74LS11（三输入端） 4
74LS08（两输入端） 2
与非门 74LS00（两输入端） 3
74LS10（三输入端） 1
开关单端双掷 2
电容 10UF 1
0.01UF 1
电阻 48k 2
导线若干
六．设计收获
通过对多功能数字钟的设计，我掌握了EWB软件的初步使用、如何合理的选用集成器件。
通过这次课程设计我对74160芯片的引脚及功能也更加的了解和熟悉，并且对所学习的数字电子这门课程更加的理解。
通过对电路性能指标的测试与调试，加强了我分析和解决故障方面的能力，例如在设计分钟向小时进位时遇到分钟和小时组成的计数器芯片单独运行时正常工作，当连接进位后出现了两个问题一个是进位后小时的个位和秒的个位一样走数，二是当解决前一个问题后小时个位完成计数后其十位没有变化。
我后来用示波器观察进位总线的波形与标准的秒脉冲相比较发现前者的高电平持续了10秒，而后者的高电平只是一瞬间。
通过这个观察和用示波器去检测正常计数器的进位得到结论：进位的高电平的持续时间要正好为1秒钟，这样才能完成由低位向高位的进位。
通过这次设计发现示波器在电子电路设计方面有很多用途。
在连接电路时进一步掌握了集成芯片的连接方法和对计数器进行同步、异步置数清零的技巧，和设计任意进制计数器的方法。
通过这次电子数字钟的设计，一方面让我知道知识的学习不能只限于课本上的学习，更多的是要把学过的知识运用到实际的生活中，要学以致用。
另一方面看到了自己在动手能力方面有很大的不足。
在今后的学习中要多锻炼自己的动手能力，谨防眼高手低。
七．参考文献
【1】阎石.数字电子技术基础.高等教育
【2】周凯.EWB虚拟电子实验室.电子工业
【3】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业
【4】解月珍.电子电路计算机辅助分析与设计.邮电大学
【5】周常森.电子电路计算机仿真技术.科技。