【文章內容簡介】 題有兩大方面，即硬件電路設計和軟件設計兩大方面。其中硬件電路部分又可分為四 個模塊：鍵盤模塊、顯示模塊、計時模塊和發(fā)聲模塊。硬件電路部分致力于低成本、低功耗和易實現(xiàn)性。軟件部分則應做到代碼的精簡 、易懂 。最后通過硬軟件的結合實現(xiàn)數(shù)字鐘的精確計時、校時、三組鬧鐘設置和定時報警功能。 單片機的選型 單片機是一種集成在 電路 芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、 只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器 等功能（可能還包括顯示驅動電路、 脈寬調制 電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的 計算機系統(tǒng) 。 單片機的發(fā)展趨勢： 多功能 單片機中盡可能地把所需要 的存儲器和 I/O 口都集成在一塊芯片上，使得單片機可以實現(xiàn)更多的功能。比如 A/D、 PWM、 PCA（可編程計數(shù)器陣列）、 WDT（監(jiān)視定時器 看家狗）、高速 I/O 口及計數(shù)器的捕獲 /比較邏輯等。 有的單片機針對某一個應用領域，集成了相關的控制設備，以減少應用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如，有的芯片以 51 內核為核心，集成了 USB 控制器、 SMART CARD 接口、 MP3 解碼6 器、 CAN 或者 I*I*C 總線控制器等， LED、 LCD 或 VFD 顯示驅動器也開始集成在 8 位單片機中。 高效率和高性能 為了提高執(zhí)行速度和執(zhí) 行效率，單片機開始使用 RISC、流水線和 DSP 的設計技術，使單片機的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：單片機的時鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機運行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機的尋址能力、片內 ROM（ FLASH）和 RAM 的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。 由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復雜程度的增加，開始使用高級語言（如 C 語言）來開發(fā)單片機的程序。使用高級語言可以降低開發(fā) 難度，縮短開發(fā)周期，增強軟件的可讀性和可移植性，便于改進和擴充功能。 低電壓和低功耗 單片機的嵌入式應用決定了低電壓和低 功耗的特性十分重要。由于 CMOS 等工藝的大量采用，很多單片機可以在更低的電壓下工作（ 或 ），功耗已經降低到 uA 級。這些特性使得單片機系統(tǒng)可以在更小電源的支持下工作更長的時間。 低價格 單片機應用面廣，使用數(shù)量大，帶來的直接好處就是成本的降低。目前世界各大公司為了提高競爭力，在提高單片機性能的同時，十分注意降低其產品的價格。 考慮到本課題的數(shù)字時鐘功能較為簡單，采用 51 系列單片機即可滿足要求，且在價格和功耗等方面具有優(yōu)勢，所以本設計采用 AT89C51 單片機。 下面我們對 AT89C51 單片機進行簡單的介紹。 7 AT89C51 單片機介紹 圖 單片機 AT89C51 引腳 圖 I/O引腳 （小標題的格式不對） MCS51 單片機本身提供了 4 個 8 位的并行口，分別是 P0、 P P2 和 P3，共有 32 條I/O 口線。其端口都是雙向端口，每個口包含兩個鎖存器，（及特殊功能寄存器 P0、 PP2 和 P3）、一個輸出驅動器和輸出緩沖器。為了方便，將 4 個端口和其中的鎖存器都表示為 P0、 P P2 和 P3。 MCS51 單片機的并行端口可以按字節(jié)操作，也可以按位操作。 P0 是多功能 8 位雙向端口，可用作 低 8 位地址 /數(shù)據(jù)總線。 P1 位準雙向口，輸入前要先向鎖存器寫 1。 P2 為多功能口，可用作高 8 位地址總線。 P3 的各位都有第二功能，可以為系統(tǒng)提供控制總線以及定時器 /計數(shù)器和串行口的信號總線。 VCC：正常操作、 EPROM 編程和校驗是接 +5V。 GDN：接地。 外接晶振引腳 XTAL1：片內振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端 RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。 8 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號。 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號。 總體方案設計 本設計總體結構包括單片機 、晶振電路、按鍵、段碼驅動、位碼驅動、 LED 數(shù)碼管、蜂鳴器電路等。 硬件部分設置了的三個按鍵 S S S S4。當按鍵 S1 第一次按下時，停止計時進入鬧鐘 1 的秒設置，當按鍵 S1 第二、第三次按下時，分別進入鬧鐘 1 的分設置和時設置，當按 S1 第四 、第五、第六次按下時分別進入鬧鐘 2 的秒、分、時設置，當按 S1 第七 、第八、第九次按下時分別進入鬧鐘 3 的秒、分、時設置，當按 S1 第十 、第二一、第十二次按下時分別進入時間的秒、分、時設置，在 S1 按下的各階段，可用按鍵 S S3 進行時間和鬧鈴時間的時、分、秒進行加減設置；當按鍵 S1 第十三次按下時恢復到時間顯示功能。當顯示的時間和定時設置的時間一致時，蜂鳴器發(fā)出等時間斷蜂鳴聲，鬧鈴時間設置為 60 秒。在各個鬧鐘設置階段，如果有 S4 按下，則相應鬧鐘功能關閉或開啟；如在鬧鈴時有 S4 按下則提前停止鬧鈴。 另外，鬧鈴電路有 音樂鬧鐘的擴展的功能 (可以將蜂鳴器換成揚聲器再加一段音樂程序或利用音樂芯片即可實現(xiàn) )。 其結構如如圖 所示 A T 8 9 C 5 1晶 振 電 路按 鍵 電 路L E D 數(shù) 碼 管位 碼 驅 動段 碼 驅 動蜂 鳴 器圖 總體方案 9 3 硬件設計 鍵盤模塊 鍵盤電路的設計有兩種選擇： (1) 44 矩陣式鍵盤 選用此方案，在修改時鐘或設置鬧鐘時可以直接從鍵盤輸入，方便快捷但程序比較復雜。 (2) 獨立式鍵盤 如果設置過多按鍵，將會占用較多 I/O 口，而且會給布線帶來不便，因此，此方案適用于按鍵較少的情況。如果選擇此方案，由于 按鍵較少，在修改時間或設置鬧鈴時間時就不能直接輸入，只能通過加或減完成，稍為麻煩一些，但其程序簡單。 考慮到本設計不需要經常修改時間和設置鬧鈴，并且方案二比較簡單，我們采用方案二。其電路圖如圖 所示： 圖 按鍵電路設計圖 方案一：液晶顯示器。如果選擇此方案，會降低系統(tǒng)的功耗，所以 可以使用電池供電，便于攜帶。 但是由于 液晶顯示驅動器電路的復雜性，使用有一定的難度。 方案二： 數(shù)碼管顯示。數(shù)字驅動控制電路簡單，使用方便，如果選擇這個方案，你會看到當在夜間 的時候并不需要一個光源，非常方便 。缺點是耗電量大。 10 由于數(shù)字驅動控制電路使用較為方便，且夜間使用方便，所以本設計我們應用數(shù)碼管顯示。 本設計采用 8 塊 8 段 LED 數(shù)碼管作為顯示設備。 LED 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管 封在 一起組成 “ 8” 字型的器件，引線已在內部連接完成只需引出它們的各個筆劃，公共電極。 LED 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于 3 位 “+1”型。位數(shù)有半