基于单片机的多功能数字钟系统设计与分析

摘要：文章简述了系统各模块方案的论证与选择的相关内容。文中在对本系统的各个模块的方案进行论证与实际应用相比较的基础上，最终方案选用AT89C52作为主控制系统来控制时钟的准时运转，采用独立式按键控制本设计系统将要实现的全部功能，选用LCD液晶动态扫描来显示时间。并对系统的硬件设计与实现进行分析，同时，对系统的软件设计进行分析。
关键词：单片机；I／O口；多功能；数字钟；模块

0 引言
随着科技的发展，电子技术也在不断地向前飞速发展。本设计是制作一款多功能数字钟，其具有显示年、月、日，时、分、秒、星期及闹钟功能，而且秒、分、时、日、月、年可自动关联进位。秒具备清零功能，分、时、日、月、年可自动修改、手动设置等功能。它是以一块AT89S52芯片作为主控模块，采用DS1302作为定时来源的多功能数字钟。多功能数字钟结构较简单，因此便于操作使用。它具有高度的智能化和集成化，是现代人办公、生活、学习的好帮手，具有广阔的市场前景。同时，它具有闹铃和播放音乐等功能，由于这些完善的功能，它必将越来越受到社会各界人士的欢迎。

1 系统方案的论证与选择
1．1 各模块方案的论证与选择
1．1．1 主控模块的论证与选择
方案一：采用8031芯片。8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器，由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，从而造成成本较高，性价比低。
方案二：采用89C51芯片。80C51芯片内部有ROM，且片内ROM全部采用Flash ROM，它能在3V的超低压工作，与MCS-51系列单片机完全兼容，但是其不具备ISP在线编程技术，需把程序编写好以后再放到编程器中烧写，才可以进行硬件电路的调试，倘若程序编写出现问题，调试电路就较麻烦，而且其芯片内存也只有4kB。
方案三：采用AT89S52芯片。该芯片内部既有Flash ROM，又与MCS-51兼容，而且ISP在线编程技术适用于AT89S52芯片，这样既降低了成本也无需反复插拔芯片，可避免损坏芯片；而且它的性能稳定，且内存达8kB。
经过三种方案的比较，方案三主要容量较大，具有成本低的优点。因此主模块采用AT89S52。
1．1．2 显示模块的论证与选择
方案一：点阵显示。是由八行八列的LED管集成在一块电路上组成，主要用来显示汉字，同时也能显示数字和少量图象，但它的焊接较麻烦，价格高，鉴于所设计的内容要求用它不切实际，所以排除此方案。
方案二：LED数码管静态显示。此方案电路容易理解且驱动的程序简单，但需多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还占用单片机多个I／O口，也给电路的焊接带来一定的困难，因此不选用此方案。
方案三：采用LED数码管动态扫描显示。此方案价格低廉，不仅减少了对I／O口的浪费，而且能够同时驱动多个数码管。但其驱动程序不容易编写和理解。
方案四：采用LCD液晶显示。由ks0108驱动，能显示大量数据、文字、图形，显示的位数多，字体清晰多样、美观，而且外部接线较简单。
经过四种方案的比较，本设计主要显示字体较多，因此，最后选择了方案四。
1．1．3 控制按键的论证与选择
方案一：选取阵列式按键，减少了I／O口的使用，且扫描M×N个按键只需占用M+N个I／O口即可实现，但给编程带来了一定的困难，虽然节省了很多的口线，降低了成本，但在此设计中所用的按键要尽量少，因此排除此方案。
方案二：独立式按键，每个按键实现一个功能，易于控制且编写程序简单，容易理解，虽然会占用一定的单片机I／O口资源，但是题目中要求使用的按键要尽量少。
通过以上两种方案比较，采用方案二。
1．2 系统各模块的最终方案
经过以上对本系统各模块的方案进行论证与实际应用相比较，本设计电路最终选用AT89C52作为主控系统来控制时钟的准时运转，采用独立试按键控制本设计系统将要实现的全部功能，选用LCD动态扫描来显示时间。本设计选择最优的方案，并设计出如图1所示的系统框图。

如图1所示，系统的整个控制流程是：由单片机AT89C52的内部程序定时控制LCD使之显示出本文所要实现的效果，当计时到整点时单片机发出一条命令去控制喇叭进行整点报时，若出现特殊状况，比如突然断电则单片机将会停止工作，从而会造成时间的不准确，所以加一组键盘便于随时修正时间使时间能够准时计时。此外，为了使所设计的数字钟秒表更为准确，本系统电路又添加了时钟芯片DS1302，此芯片计时精度非常高，一个星期误差只有3s。添加了此芯片使本系统更具实用性。

2 系统的硬件设计与实现
本设计的多功能时钟主要由四个模块组成，其核心元件是一块单片机AT89C52，并采用了误差小的时钟芯片DS1302作时钟定时，它一星期的误差只有为3s。
系统主要通过单片机AT89C52对各个模块进行实时控制，其中P3．1＼P3．1＼P3．2用来接独矩阵式按键，此模块用于控制电路以便于实现预期要实现的各个功能：P1和P2口用来接LCD进行动态显示，利用AT89C52单片机直接控制LCD来实现对LCD的动态扫描显示，其中驱动LCD用芯片KS0108；P2．0＼P2．1＼P2．2还接了时钟芯片DS1302的第5、7、6脚作定时用；本系统还有一部分是闹铃，闹铃用普通蜂鸣器即可，外加三极管电阻对其声音进行放大。
2．1 主控制模块电路的设计
主控模块电路的电路如图2所示。