摘要：本设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、带有定时闹铃功能的电子闹钟。当前电子钟开发手段采用了较多的分立元器件，不仅占用很大空间而且利用率比较低。单片机是集CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种接口于一体的微控制器。它体积小、成本低、功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。本设计应用单片机STC12C5A16AD芯片作为核心，由LCD1602液晶屏显示，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。 关键词：电子闹钟，单片机，C语言编程
1 绪论
单片机是微型机的一个主要分支，就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。
单片机具有如下特点：
1集成度高、体积小、有很高的可靠性；有优异的性能价格比；
2控制功能强；
3低功耗、低电压，便于生产便携式产品；
4外部总线增加了I2C、SPI等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构；
5单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
所以单片机的应用非常广泛，在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统以及人们的生活中均有用武之地。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思路和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术，是对生产控制技术的一次革命。
利用单片机的智能性，可方便地实现具有智能的电子钟设计。单片机均具有时钟振荡系统，利用系统时钟借助微处理器的定时器/计数器可实现电子钟功能。然而系统时钟误差较大，电子钟的积累误差也可能较大，所以可以通过误差修正软件加以修正，或者在设计中加入高精度时钟日历芯片，以精确时间。另外很多功能不同的单片机是兼容的，这就更便于实现产品的多功能性。由于单片机具有货源充足、价格低廉，可软硬件结合使用，能够较方便的实现系统的多功能性，性价比高等诸多优点，故采
用单片机作为本设计的硬件基础。
2 基于单片机的电子闹钟硬件设计
2.1 IC芯片选择
2.1.1微处理器选择
STC12 系列单片机简要介绍：
1. STC12系列单片机为增强型 8051 芯片，1T，单时钟/ 机器周期，指令代码完全兼容传统8051单片机。
2. 工作电压：
STC12C5410AD 系列工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）STC12C2052AD 系列工作电压：5.5V - 3.4V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机，可到2V）
3. 工作频率范围：0 - 35 MHz，相当于普通8051 的 0～420MHz.实际工作频率可达48MHz
4. 用户应用程序空间12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K / 1K 字节
5. 片上集成 512 字节 RAM(STC12C5410AD 系列), STC12C2052AD 系列单片机为256 字节RAM
6. 通用I/O 口（27/23/15 个），复位后为：准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）
透风窗可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏
每个I/O 口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA
7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8. EEPROM 功能
9. 看门狗
10.内部集成MAX810 专用复位电路（外部晶体20M 以下时，可省外部复位电路）
11. 时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部R/C 振荡器
用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟
常温下内部R/C 振荡器频率为：5.2MHz ～ 6.8MHz
精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，应认为是4MHz ～8MHz
12. 共2 个16 位定时器/ 计数器，但可用PCA 模块再产生4 个定时器(2052 系列只有两路PCA)
13. 外部中断2 路，下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断唤
醒
14. PWM(4 路）/PCA（可编程计数器阵列,4 路）,5410 系列是4 路，2052 系列只有两路
--- 也可用来当4 路D/A 使用
--- 也可用来再实现4 个定时器
--- 也可用来再实现4 个外部中断(上升沿中断/ 下降沿中断均可分别或同时支持)
纸袋展开图15. A/D 转换, 10 位精度ADC，共8 路。STC12C2052AD 系列只有8 位精度
16. 通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12 系列是高速的8051，也可再用定时器软件实现多串口
17. SPI 同步通信口，主模式/ 从模式
18. 工作温度范围： 0 - 75℃ / -40 - +85℃
19. 封装：PLCC-32, PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，TSSOP-20(超小封状6.4mm × 6.4mm，定货)
PLCC-32 有27 个I/O 口，PDIP28/SOP28 有23 个I/O 口，PDIP20/SOP20/TSSOP20 有15 个I/O 口，
I/O 口不够时，可用74HC595 / 74HC165 串行扩展I/O 口，或用双CPU，三线通信，还多了串口。
钢帘线STC12C5410AD 系列及STC12C2052AD 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/ 机器周期(1T)的单片机，是
划线仪
高速/ 低功耗/ 超强抗干扰的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12 倍，内部集成
MAX810 专用复位电路。4 路PWM,8 路高速10 位A/D 转换，针对电机控制，强干扰场合。
STC12C2052AD 系列只有2 路PWM,8 路高速8 位A/D 转换。
图2.1 STC12C5A16AD芯片PDIP封装引脚图
2.1.2 常用时钟日历芯片比较
在电子闹钟设计中，常用的实时时钟芯片有DS12887、DS1216、DS1643、DS1302。每种芯片的主要时钟功能基本相同，只是在引脚数量、备用电池的安装方式、计时精度和扩展功能等方面略有不同。DS12887与DS1216芯片都有内嵌式锂电池作为备用电池； X1203引脚少，没有嵌入式锂电池，跟DS1302芯片功能相似，只是相比较之下，X1203与AT89S51搭配使用时占用I/O 口较多。DS1643为带有全功能实时时钟的8K ×8非易失性SRAM ，集成了非易失性SRAM 、实时时钟、晶振、电源掉电控制电路和锂电池电源，BCD 码表示的年、月、日、星期、时、分、秒，带闰年补偿。同样，DS1643拥有28只管脚，硬件连接起来占用微处理器I/O 口较多，不方便系统功能拓展和维护。故而从性价比和货源上考虑，本设计采用实时时钟日历芯片DS1302。 2.1.3 DS1302简介 DS1302是美国DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，附加31字节静态RAM ，采用SPI 三线接口与CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5～5.5V 。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。有主电源和备份电源双引脚，而且备份电源可由大容量电容（＞1F ）来替代。此外，DS1302需要使用32.768KHz 的晶振。 2.1.4 DS1302引脚说明
DS1302引脚图参照图2.2。
VCC11
X12X23GND
4
VCC28SCLK 7I/O 6RST
5
DS1302
图2.2 DS1302芯片引脚图
其引脚功能参照表2.1。
表2.1 DS1302引脚功能说明
2.1.5 DS1302控制字说明
在编程过程中要注意DS1302的读写时序。DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如表2.2。
表2.2 DS1302控制字（即地址及命令字节）
控制字的作用是设定DS1302的工作方式、传送字节数等。每次数据的传输都是由控制字开始。控制字各位的含义和作用如下：
BIT7：控制字的最高有效位，必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。
烟道蝶阀BIT 6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；
BIT 5至BIT 1（A4～A0）：用A4～A0表示，定义片内寄存器和RAM的地址。
定义如下：
当BIT 6位=0时，定义时钟和其他寄存器的地址。A4～A0=0～6，顺序为秒、分、时、日、月、星期、年的寄存器。当A4～A0=7，为芯片写保护寄存器地址。当A4～A0=8，为慢速充电参数选择寄存器。当A4～A0=31，为时钟多字节方式选择寄存器。
当BIT 6=1时，定义RAM的地址，A4～A0=0～30，对应各子地址的RAM，地址31对应的是RAM多字
节方式选择寄存器。
隐形茶杯
4．BIT 0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。2.2 电子闹钟硬件电路设计
电子闹钟至少要包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源、闹铃指示电路等几部分。硬件电路框图参照图2.3。
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