原标题：基于51单片机的多功能数字电子表设计方案（内含源码、PCB）

　　第一章 项目计划

　　1.1 项目分析

　　1.1.1 项目名称

　　多功能数字电子表

　　1.1.2 项目的发展趋势

　　随着现代电子技术的发展，人们对钟表的精确度的要求也越来越高。机械钟虽然不会被淘汰，但它所表现出来的作用有所限制，它未来的发展也不会无穷无尽。在满足现代人生活节奏的同时，电子表不单为时间而生，它将有很大的发展空间，比如现在流行的电话手表，一个电子表还可以用来跑步计数，查看天气，温度检测等等。电子表的发展也随着时代的发展一起前进，正好迎合了我们的项目多功能数字电子表。在不久的将来，通过人类的不断进步，电子表的功能将逐渐增加，比如导航，视频通话等都有可能实现。

　　1.1.3 市场需求

　　过去几年市场对电子表的需求越来越大每年销量增长加快，其中精度高，功能多样的电子表的需求更是猛增。使用电子表的人群主要是学生，上班族。他们需要价格较低，功能丰富的电子表，因此我们团队设计研发一种低价的多功能电子表来满足市场需求。

　　1.2 方案设计

　　1.2.1 项目功能

　　多功能数字电子表将实现以下功能：

　　1.时间功能。显示当前时间，精确到秒，并且当时间有误时，用户可以手动校准。

　　2.日期功能。日期是年、月、日。用户可通过按键来切换查看当前日期，也可以实现手动设置进行校准。

　　3.闹钟功能。用户可通过按键设置闹钟。

　　4.秒表功能。用户可进行启动、暂停(继续)、清零操作，精确到0.01秒。

　　5.倒计时功能。用户设置初始时间按下启动键电子表开始倒计时，当时时间归零时，响铃提醒用户。

　　1.2.2项目材料及计划

　　该设计中单片机采用STC12C5A60S2和低功耗实时时钟芯片DS1302搭配上按

　　键来实现基本功能。STC12C5A60S2单片机集高速、低功耗、超强抗干扰于一身。选择具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路DS1302对时间进行计时，它可以精确到秒，还具备闰年补偿等多种功能，而且该芯片的使用寿命长，误差小，还具有时间校准等功能。显示这方面我们打算用数码管显示，但根据最后的需要可能有变，目前有液晶和数码管显示这两种方案，液晶比普通数码管相比硬件连接更复杂，价格更贵，对系统的要求较高。此外，我们还将用到的材料是蜂鸣器，用于闹铃和倒计时的响铃提醒。按键可用于切换显示、时间校准、闹钟的设定等功能。

　　除了以上的器件外，在项目设计过程中我们还会用到其他一些电子元件，比如电容，电阻，三极管等等。

　　1.3 可行性分析

　　我方团队三人各有所长，李林航擅长程序设计和编写，有些较为丰富的经验，参加过多次比赛，成绩优异，彭建峰在电路设计方面很有经验，主要负责电路方面的主体任务，梁斌则在各个方面协助两位组员，并且主要负责报告的撰写整合，采购原件等任务。分工合作，通过硬件和编程结合，和实际的手工操作，就可以实现多功能数字电子表功能。在按键不超过三个的条件下，要实现多个功能，可以采用按键结合共同作用来实现多个功能。

　　第二章 设计说明

　　2.1 功能指标

　　2.1.1 显示器

　　选用共阴极4位数码管作为显示器。

　　2.1.2 按键

　　设计三个按键，通过按键操作来实现切换和设置功能，可分别显示时、分、秒、年份、月份、天数、秒表、倒计时、闹钟。考虑到功能多，按键少，所以我们采用了组合键操作来减少按键数量节约设计空间和成本。

　　2.1.3 蜂鸣器

　　选用蜂鸣器作为闹钟和倒计时的响铃提醒，采用单片机推挽式输出和9013来控制其正常工作。

　　2.1.4 单片机

　　选用STC12C5A60S2单片机，它是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机。并且它的功能性强，价格合理，用起来也比较方便主要具有以下几个特点： 4KB可改编程序Flash储存器。、全静态工作、128*8字节内部RAM、32个外部双向输入/输出(I/O)口、中断优先级有四种状态可定义、2个16位可编程定时计数器、低功耗和掉电模式。配合DS1302时钟芯片，用C语言编写程序来完成项目的软件需求。

　　2.2 设计原理及原理图

　　我们多功能电子表原理图如图2-1所示，包括的元器件有：4位数码管、STC12C5A60S2单片机、电阻、DS1302时钟芯片、振荡器、ISP下载器、蜂鸣器、瓷片电容，按键以及三极管。用三线制SPI串行通信协议控制DS1302相应的寄存器修改和读取它的时间数据(BCD码)，再通过转码函数将其数据转换成十进制数后控制数码管显示。通过按键切换读取或更改对应的时间，再通过设置STC12C5A60S2的定时器完成秒表和倒计时功能。

　　图2-1 电子表电路设计原理图

　　2.3 关键硬件模块设计原理

　　2.3.1 振荡电路

　　在电子表的设计中，振荡电路是必不可少的。它用于产生一个标准频率，也就是时间标准信号，然后通过分频器产生时间脉冲。其频率精度与稳定性决定了多功能电子表时间的准确度。为了使电路更容易起震，频率更稳定，并联两个22pF的瓷片电容。如图2-2。

　　我们采用的是12M石英晶振。

　　图2-2 振荡电路

　　2.3.2 显示器

　　采用4位共阴极数码管作为显示器，段选端接P0口，位选端接P2口高四位。数码管直接由P0口电流驱动，串联1k电阻控制电流大小，P2口直接连接数码管的选择位即可，如图2-3。

　　I/O口输出电压约为5V， 红色发光二极管导通压降约为1.8-2.2V，数码管工作总电流不超过20mA，可以计算出限流电阻为(5V-1.8V)/(20mA/8)=1.28kΩ, (5V-2.2V)/(20mA/8)=1.12kΩ。所以电阻阻值在1.12k-1.28kΩ之间均可。但为了留有冗余本方案设计的限流电阻为1.3kΩ。

　　图2-3 显示器电路

　　2.3.3 按键

　　三个按键分别接到P2.0，P2.1，P2.2口，并联，用户通过按键来实现相应功能，如图2-4。

　　图2-4 按键电路

　　当童锁打开时，只有K1可以工作，用来切换显示，K2和K3不能工作。

　　当童锁关闭时，按键K1切换设置的位置，按键K2和K3进行加减操作，具体功能如下：

　　1、按K1切换显示时、分、秒、年、月、日。K2进行减操作，K3进行加操作。

　　2、按K1切换设置闹钟，K2进行减操作，K3进行加操作，K2，K3一起按进行开/关闹钟。

　　3、按K1切换设置秒表，K2开始/暂停，K3清零。

　　4、按K1切换设置倒计时，K2进行减操作，K3进行加操作。

　　2.3.4 DS1302时钟芯片

　　该芯片可提供秒、分、时、日、月、年，并且具有闰年补偿功能。如图2-5

　　图2-5 时钟芯片电路

　　X1和X2接32.768kHz的晶振，使得芯片能正常工作。RET控制移位寄存器或复位。

　　VCC2接输入电源，VCC1接大电容的正极，在主电源失效时保持时间和日期数据。该芯片工作于VCC1和VCC2中较大者。当VCC2比VCC1高0.2V时，VCC2给DS1302供电，当VCC1比VCC2高时，VCC1给DS1302供电，GND接地，DS1302连接单片机外接4.7k上拉电阻来确保芯片可以正常工作。

　　SCLK用来同步串行接口上的数据动作。I/O表示输入与推挽输出，I/O管脚是三线接口的双向数据管脚，为了使其正常工作。CE是输入，当CE信号在读写时要保持高电平。为了使它们连接单片机能够正常工作，我们依次外接了一个47k的上拉电阻。

　　2.3.5 蜂鸣器

　　采用蜂鸣器作为闹铃。蜂鸣器结构简单，控制方便。占用单片机I/O口P2.3，用NPN型三极管9013控制蜂鸣器。三极管基极连接单片机I/O口，发射极接地，当P2.3引脚为高电平时，三极管导通，使得蜂鸣器正常工作，如图2-6。

　　

　　图2-6 蜂鸣器电路

　　2.3.6 电源电路

　　图2-7 电源电路

　　采用了大容量电解电容旁边并联一只小电容的电路结构作用有三：一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

　　2.4 软件设计

　　2.4.1 main程序

　　void main(void)

　　{

　　P2M0 = 0xff;

　　P2M1 = 0x00; //P2强推挽输出

　　P0M0 = 0xff;

　　P0M1 = 0x00; //P0强推挽输出

　　//****************定时器初始化*******************

　　TMOD= 0x12; //设置定时器1为方式1，定时器0为方式2

　　TH1 = -10; //2.5ms中断一次

　　TL1 = -250;

　　TH0 = -250; //0.25ms中断一次

　　TL0 = -250;

　　TR1 = 1; //打开定时器1

　　ET1 = 1; //打开定时器1中断

　　ET0 = 1; //打开定时器0中断

　　EA = 1; //开总中断

　　display(); //读取DS1302的时间信息并数码管显示

　　while(1)

　　{

　　if(cKey)

　　{

　　DisposeKEY(); //按键扫描

　　}

　　if (hour > 23 || second > 59 || minute > 59)

　　{

　　Ds1302Init();

　　}

　　}

　　}

　　}

　　2.4.2 定时器0

　　void IntT0() interrupt 1

　　{

　　if (DJS == 1) //倒计时模式

　　{

　　uchar j,k;

　　j++;

　　if(j == 40) //中断40次0.01s

　　{

　　j = 0;

　　if (k == 0)

　　{

　　k = 100;

　　if (DL == 0)

　　{

　　if (DH == 0)

　　{

　　DD = 1; //倒计时结束标志位

　　TR0 = 0; //关闭定时器0

　　return;

　　}

　　DH--;

　　DL = 60;

　　}

　　DL--;

　　}

　　k--;

　　}

　　}

　　else //秒表模式

　　{

　　uchar i;

　　i++;

　　if(i == 40) //中断40次0.01s

　　{

　　i = 0;

　　mL++;

　　if(mL == 100) //中断4000次1s

　　{

　　mL = 0;

　　mH++;

　　if(mH == 60) //中断240000次一分钟

　　{

　　mH = 0;

　　}

　　}

　　}

　　}

　　}

　　2.4.3 定时器1

　　void IntT1() interrupt 3

　　{

　　TH1 = -10; //2.5ms中断一次

　　TL1 = -250;

　　//*************************中断次数计数******************

　　nTimer++;

　　if(nTimer == 200)

　　{

　　SMG = ~SMG; //0.5s数码管亮/灭一次

　　nTimer = 0;

　　}

　　//*************************显示刷新******************

　　P0 = 0; //先清显示再换位选

　　if ((Nhour == hour && Nminute == minute && kk == 1)||(DD == 1))

　　{

　　P2 = acLEDCS[cScanIndex]|0x0f; //送位选数据

　　}

　　else

　　{

　　P2 = acLEDCS[cScanIndex]|0x07; //送位选数据

　　}

　　P0 = acLED[cScanIndex++]; //送显示数据，位选指针移位

　　cScanIndex &= 3; //位选指针回位

　　DisposeKEY();

　　//*************************扫描按键******************

　　if(nDelayKey==0)

　　{

　　cKey = P2 & 0x07; // 取键值P10、P11、P12

　　if(cKey != 0x07)nDelayKey=100; // 设置延迟时间削颤

　　else

　　{

　　bStill=0;

　　cLongDelay=0;

　　} // 松键

　　}

　　else // 利用DelayKey按键消颤

　　{

　　nDelayKey--;

　　if(nDelayKey==0)

　　{

　　cKeyCode = P2 &0x07; // 取键值P10、P11、P12

　　if(cKey != cKeyCode)

　　{

　　cKeyCode = 0;

　　}

　　}

　　}

　　}

　　2.5 Proteus仿真图

　　当童锁打开时，只有K1可以工作，用来切换显示，K2和K3不能工作。

　　当童锁关闭时，按键K1切换设置的位置，按键K2和K3进行加减操作，如图3-1

　　3-1 电路Proteus仿真图

　　2.6 流程图

　　主程序流程图：

　　4-1 主程序流程图

　　注：I/O口初始化将P0、P2设置为强推挽输出。

　　定时器初始化设置定时器1为方式1，定时器0为方式2。

　　定时器1的流程图：

　　定时器0流程图：

　　2.7 PCB图 见图5-1