摘 要 数字钟是现代电子器件最基本的部分，有较高的探讨价值。数字钟的设计方式有很多，比如采用数字电路中的计数器、触发器等组成数字钟，或者采用专用的数字钟芯片，还可以用单片机来实现数字钟，其中采用单片机方式编程更加灵活。本设计数字钟采用AT89C51单片机为核心设计，用数码管显示时间，通过按键调整秒、分、时，用Proteus 仿真平台搭建硬件电路，用Keil编写软件程序生成.HEX文件，并导入Proteus 进行联合仿真调试。
关键词 数字钟 单片机 PROTUSE
中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2021）11-0001-03
数字钟是可以实现时、分、秒计时的钟表，应用非常广泛，它与传统的机械时钟相比较，数字钟拥有更加直观、精度高且使用寿命更长等优点[1]。数字钟给人们的生活工作带来了非常多的便利，而且增加了很多实用功能，比如整点报时、按时打铃、各种家用电器的自启动等，所以研究数字钟有着非常重要的意义。
数字钟的设计方法有很多，可以使用数字电路中的触发器、计数器等组成数字钟，也可以采用专用的电子时钟芯片加上外围电路组成，还可以使用单片机实现，这些方法各有优势[2-3]，由数字电路组成的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码显示电路、校时电路等组成，还可以增加扩展功能，如整点报时电路、倒计时电路等。本文采用单片机AT89C51实现，单片机式数字钟编程更加灵活、功能也更方便扩展。
1 数字钟硬件电路设计
单片机设计的数字钟主要包括AT89C51单片机、晶体振荡电路、数码显示电路和秒分时调整电路。AT89C51能提供4k字节，Flash闪速存储器，256字节片内数据存储器，三十二个IO口，两个十六位定时/计数器，一个五向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。AT89C51因其性能优良和价格低廉而被广泛应用，数字钟的整体原理方框图如图1所示。
1.1 晶体振荡电路
目前频率发生器主要分两种：（1）采用555定时器构成的多谐振荡器作为数字钟的频率发生器，灵敏度非常高且稳定，同时对电源电压和环境温度的影响较小，但是不方便调节频率占空比，且频率一般不能太高;（2）采用石英晶体振荡器作为频率发生器。晶体振荡电路采用压电材料振动晶体的机械共振，创建给定频率的电信号，采用晶体振荡电路发出的频率非常稳定，且受温度影响小，所以本设计采用晶体振荡电路用于提供稳定的时钟信号。晶体振荡电路和复位上电电路如图2所示。
1.2 时钟显示电路
时钟显示电路模块采用八个共阳极八段数码管，其中P1.0～P1.7控制数码管的八段LED灯的亮灭，即输入段码;P3.0～P3.7控制具体一位数码管显示，即输入位码，而AT89C51对P3.0～P3.7端口进行动态扫描。
1.3 按键电路
当数字钟运行一段时间后，存在一定误差，采用按键电路可以分别对时、分、秒进行调节。本数字钟用P1.0、P1.1、P1.2三个端口分别控制时、分、秒三个按键。当按键中某个端口输入低电平时，AT89C51单片机读取此时按键状态，并采用软件去抖，时钟按键每按下一次时钟加一，当累加到二十四时，重新从零开始计数;分钟按键每按下一次时钟加一，当累加到六十时，重新从零开始计数;秒钟同理。
2 数字钟软件设计
2.1 本电路的功能
1.数字钟开机时，显示12：00：00的时间开始计时。
2.校正功能：P0.0控制“秒”的调整，每按一次加1秒; P0.1控制“分”的调整，每按一次加1分;P0.2控制“时”的调整，每按一次加1小时。
2.2 部分程序
1.初始化使显示时间的位全为12：00：00，其他都不点亮;首先建立两个数组，dispcode[]存放0～f的段码，dispbitc ode[]存放位码，通过dispbuf[8]显示12：00：00。如果把dispbitcode[2]、dispbitcode[3]对应的16改为X（10～15中的一个），并将其指向dispcode[16]即0x00改为dispcode[X]即0x40。时分秒的间隔就为“—”。
Unsigned char code dispcode[]={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，
0x07，0x7f，0x6f，0x77，0x7c，0x39，0x5e，0x79，0x71，0x00};
unsigned char dispbitcode[]={0xfe，0xfd，0xfb，0xf7，0xef，0xdf，0xbf， 0x7f};
unsigned char dispbuf[8]={0，0，16，0，0，16，2，1};
2.秒显示程序，每来一个脉冲信号，second自加一，当second等于60时，重新计数，并且在数码管上分别显示秒的十位和个位。时钟和分钟也是类似的编写方式。
if（P0_0==0）
{
for（i=5;i>0;i--）
for（j=248;j>0;j--）;
if（P0_0==0）
{
second++;
if（second==60）
{
second=0;
}
dispbuf[0]=second%10;
dispbuf[1]=second/10;
while（P0_0==0）;
}
}
3 电路仿真
本文以PROTUES作为仿真软件，在PROTUES中搭建数字钟电路，再用Keil仿真软件编写程序，导出.HEX文件，再把.HEX文件导入到PROTUES仿真运行。Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA软件工具，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，而且还能从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计[4-5]。
在仿真过程中要注意以下几点：
（1）要认真检查元器件型号、位置以及引脚是否正确;
（2）检查电源电压是否正确，常用的工作电压有5V、12V、15V等;
（3）仿真时注意要修改晶振频率为12MHZ，否则可能不能运行。如图3所示为数字钟仿真图。
4 结语
本文基于Proteus仿真软件和 Keil开发环境设计出数字钟，在产品投入实验前，先用软件仿真，减少了成本，也提高了产品设计的工作效率，缩短了周期。数字钟在生活和工作中也非常常用，我们还可以给数字钟增加闹钟、整点报时等功能，增加数字钟的应用范围。
参考文献：
[1] 李冠霖，张宝玲.Verilog HDL数字钟电路的设计研究[J].无线互联科技，2021，18（04）：67-68.
[2] 譚铭明，姚玲英，阮煜琴，梁俊焱，钟楚洪.基于52单片机智能贴心时钟的研究与设计[J].电子制作，2021（09）：16-19.
[3] 傅仁轩，王庆华.基于单片机的可调正弦波的Proteus设计[J].电子设计工程，2021，29（10）：147-151.
[4] 孙凤乾，郑太恒，刘海英，刘大鹏.基于STC89C51单片机的数字时钟设计[J].齐鲁工业大学学报，2021，35（03）：47-51.
[5] 孙万麟.Proteus软件应用于技术类课程的电路设计及仿真[J].微型电脑应用，2021，37（07）：63-66.