基于單片機的簡易電子時鐘硬件設計

劉 銳 范少慧

(河北農業大學機電工程學院，河北 保定 071001)

1 單元電路模塊分析

1.1 控制器模塊

微型控制器單片機的運算能力強、程序設計方式多樣且靈活、實際操作使用性強，所以可使用編程軟件設計程序和各種算法來實現各種功能的邏輯控制。此外單片機還具有重量輕、消耗低、生產成本低、抗干擾性能強大等優點，因此單片機在各個領域得以廣泛加工使用。本設計無須高性能的處理系統處理數據，所以本簡易電子時鐘設計方案考慮選擇經濟且實用的STC89C51單片機作為控制核心器件。

1.2 計時模塊

簡易電子時鐘數碼管上“時”“分”“秒”的數字顯示和時鐘走時的功能幾乎完全借助于軟件程序實現。定時器的功能也是通過計數器的計數來實現的，不同于計數器的計數功能是對外來脈沖進行計數，定時器的計數脈沖是來自單片機的內部。程序設計的總體框架為：在單片機內部存儲器設置3個足夠大的字節分別用于存放簡易電子時鐘的“時”“分”“秒”信息。單片機每個機器周期產生一個計數脈沖，也就是每經過一個機器周期的時間，計數器加1。當計數器計數溢出時，利用中斷程序向CPU發出中斷請求信號，CPU轉向中斷服務程序后單片機內“秒”的存儲器的數值加1;若“秒”的存儲器的數值達到60，則將其清零，并在“分”的存儲器的字節內數值加1;若“分"的存儲器的數值達到60，則將其清零，并在“時”的存儲器的字節內的數值加1;當“時”的存儲器的字節內的數值達到24時，則將其清零。雖然本簡易電子時鐘設計具備簡單的電路特性，但是微型處理器單片機CPU執行程序時，定時器都需要再次賦予電子時鐘初始值，所以電子時鐘的精確度低。

1.3 顯示模塊

顯示模塊釆用的是LED數碼管來實現“時”“分”“秒”的顯示功能。LED數碼管顯示屏展示的字母字符有限，但是LED數碼管已經足夠滿足本次設計中顯示電子時鐘“時”“分”“秒”需求，并且LED數碼管成本低，所以從降低生產制作的成本的層面出發，在此次簡易電子時鐘設計中選擇LED數碼管作為顯示模塊。

2 系統硬件介紹

2.1 STC89C51 單片機

STC89C51單片機是一種低功耗、高性能8位微控制處理器。微型處理器單片機具有靈敏的8位CPU、4KB的片內ROM和最多能擴展64KB的片外程序處理器，使其為嵌入式控制應用系統提供靈活有效的系統設計。STC89C51單片機片內還含有ROM/EPROM，因此，由STC89C51單片機組成的電路系統簡潔實用、可靠安全。

2.2 數碼管

本次簡易電子時鐘設計采用的是共陰數碼管、動態顯示的顯示方式。數碼管是一個把8個LED顯示段集在一起的電子顯示器件，8個顯示段可以顯示數字0～9，顯示屏右下的dp點可以將簡易數字時鐘顯示的“時”“分”“秒”數字分隔開。本次設計采用的共陰型數碼管是把8個LED顯示段的陰極接在一起形成公共端，二極管的正極為陽極。八段數碼管的8個LED顯示段分別為A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小數點位段。當單片機輸出一個“1”的控制信號時，共陰型數碼管該顯示段LED點亮。數碼管動態顯示的原理是各數碼管的同名端連接在一起，另為每個數碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制。當單片機輸出字形碼時只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，數碼管就顯示出字形，而沒有選通的數碼管就不會亮。

2.3 74HC573芯片

本次簡易電子時鐘的設計只利用了74HC573的驅動功能來驅動數碼管的顯示功能。74HC573芯片是包括八路D型透明鎖存器，每個鎖存器具有獨立的D型輸入，以及適用于面向總線的應用的三態輸出。所有鎖存器共用一個鎖存使能(LE)端和一個輸出使能(OE)端。D是輸入，Q是輸出。LE端的作用是通過高低電平控制八位輸入與內部數據保持器的輸入端的連通和開關。當LE端為高電平時，數據從D輸入到鎖存器，鎖存器的輸出Q隨著對應輸入D的變化而變化。當LE端為低電平時，鎖存器D輸入上的信息不會被輸出。當OE為低電平時，芯片內部數據保持輸出器與芯片的八位輸出端之間聯通，8個鎖存器的內容可被正常輸出；當OE為高電平時，8個鎖存器進入高阻態將不會輸出內容。

3 結語

基于單片機的簡易電子時鐘硬件設計，是數字化綜合運用的體現。以STC89C51單片機為整體設計中心，對基于單片機的簡易電子時鐘的控制模塊、計時模塊、顯示模塊進行要點剖析，并且詳細介紹了STC89C51單片機、數碼管和74HC573芯片的功能。因此，文章研究結果將為基于單片機的電子元件的設計提供參考與借鑒。