今天我们来用制作一款简单的单片机作品：电子时钟。除了基本的走时功能，还能手动调节时间，设置闹钟，待机唤醒。
本文包括硬件与软件设计。
电子时钟需要考虑的两点：一是计时准确，二是省电。
硬件设计：
首先我们需要构思好系统框架：
基本的时钟电路与复位电路不用多说，我们用八位数码管来作为时间显示方式（12-00-00），其中P0口控制其段，P2口控制其位；以八个点动按钮作为键盘输入。
接下来就可以设计原理图：
可以看到数码管的接线较复杂，其原理暂不多说（可参考我上篇文章），可以看到两个数码管的1、2、3、4、5、7、10、11是分别连起来的，然后引出来连接到P0口；两个数码管的6、8、9、12共8个脚与P2口连接。
需要注意，数码管位控制与P2口之间加入了一个锁存器，其作用是在待机时方便关闭数码管。其11脚是地址锁存端口，将其接高电平时，锁存器为透明模式，输入与输出完全相同，这里我直接接入VCC；1脚为输出锁存，高电平时无输出，低电平才有输出，这里我们用P3.6来控制其输出。
为了简化电路，蜂鸣器与LED共用一个I/O口；
单片机的数据串口引出来接到排针上，方便程序烧录。
需要注意，为了防止数码管烧坏，在P0口应串联470欧姆的限流电阻（原理图中未画出）。
所以得到所需材料：
STC89C52芯片（1块），40P底座（1只），面包板（2片），3461BS数码管（2只），点动按钮（9只），LED灯（1只），74HC373锁存芯片（1片），10K 9P排阻（4只），470欧电阻（15只），12M晶振（1只），30pF瓷片电容（两个），排针（15针），led灯，有源蜂鸣器一只（关于有源与无源蜂鸣器的区别可在网上查阅），PNP型三极管一只。
最后我们按照原理图焊接元件，测试焊接无误后就可以写入程序测试。
为了使作品看起来简洁，我们采用双主板设计。由于定做PCB时间较长，所以我使用洞洞板来制作电路板，可以看到飞线很多，两块主板之间有较多的连接线（为了防止焊点受力而脱落，可以将线绕在洞洞之间）。注意焊接单片机底座时，不要把单片机装在底座上，以免焊接时烧坏单片机芯片；同样，焊接晶振时，要尽可能快，避免长时间给晶振加热而损坏晶振；安插单片机芯片时要注意对齐引脚，以免折断或者接触不良，插好后可以用万用表测量一遍所有引脚是否与底座导通；排阻公共端判断方法：在排阻最左边或者最右边会有个白色小点，有白点的一端为公共端。
单片机程序开发常用 keil软件（这里我们以Keil uVision3为例）：
首先新建工程（点击project→new→选择一个文件地址后保存），然后选择CPU型号。
STC89C52是完全兼容AT89C52的（因为STC是国产芯片，keil中没有STC芯片，只能用其他芯片代替），所以我们选择AT89C52即可（首先点Atmel，下拉之后，可以找到AT89C52）。
之后会弹出询问窗口：Copy standard 8051 Startup code to Project Folder and Add File to project？（是否复制8051启动编码到工程文件夹？），点击确认即可。若点击取消，在创建文件时也会自动添加。
可以看到创建了一个Target1的工程文件，下拉时候还有一个Source Group1的文件夹。这个文件夹里有个STARTUP.A51的文件，这就是刚才复制的8051启动编码，里面包含51单片机的寄存器、I/O口等地址的分配，这些都是软件自动生成的，一般不需要去更改。
之后添加C程序文件：File→new。然后会创建一个text1的空白文件。然后我们点击保存（或者Ctrl+S），选择保存地址（保存在一个容易找到的地方，后面需要用到），输入文件名，注意文件名要加后缀.c保存为C文件。如果是用汇编语言写程序，则加后缀.ASM。
接着右击Source Group1，在菜单中找到Add Files To Group ‘Source Group1’点击（这个选项在菜单中有加粗显示）。然后将刚才的c程序文件添加至工程，关闭对话框。可以看到Source Group1下多了之前的C文件。
然后就可以写程序了。
程序编写：
定义单片机C程序的头文件#include<reg51.h>
为了方便后面写程序时，搞混I/O口，我们可以先定义一些功能引脚。例如蜂鸣器，我们查看原理图可以看到，蜂鸣器是由P3.1控制的，所以我们定义P3.1为蜂鸣器：sbit fm=P3^1；（‘sbit’是单片机用于定义引脚的关键字，在C语言中是没有这个关键字的；P3.1之间的点在程序中要用‘^’表示），这样，在之后的程序中，如果我们要用到蜂鸣器，只要让fm等于0或者等于1，就可以控制蜂鸣器的工作了，而不再需要使用P3^1了。
然后我们还要对数码管进行编码，数码管需要显示的字符较多，我们可以使用一个数组来定义：
char codeduan[]={0xc0,0xcf,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f,0xbf,0xff,0x89};
（char数据类型：在单片机中，char数据类型所占空间最少，只有1个字节，但他的范围为 -128~127 (signed有符号型)，unsigned为0~255。所以除非数据范围太大，一般都是用char类型，这样做可以节省单片机空间） 。
接着定义全局变量 sec,min,hour.之所以定义为全局变量，是为了让这三个量所有函数中都是能使用的。
在本作品中，延时函数必不可少，比如数码管扫描，走时都需要延时函数。关于延时函数的计算问题可自行百度，为了方便，我们可以直接使用STC-IPS软件自动生成，只要输入需要延时的时间，软件可以自动生成一个延时函数，直接复制粘贴就可以（最小时间为1us）。 由于我们需要多种时间的延时，所以我们可以先把需要的延时函数先写在前面，方便之后的调用。
定义好需要的变量，我们就可以开始写主函数了。这里我们把数码管扫描与计时作为主程序，数码管扫描与计时同时进行（也可以使用定时器中断）。
接着编写调时子函数，闹钟子函数。在主程序插入判定条件，以此调用子函数。
为了添加更多花样，还添加了一个开机‘动画’ motos（）；（详情看后面的程序）
需要注意的是，子函数应置于主函数前面，否则编译时会提示 未定义子函数 。
再说说键盘的处理。键盘排列与键位设置如下。
K1、K2控制光标的左右移动，K3、K4控制数字加减，K5为确定键，K6为调时（长按4秒进入），K7设置闹钟，K8待机模式。
其他细节暂不多说，看程序即可。
完整程序如下：
#include<reg51.h>
#include<intrins.h> //定义单片机的头文件
sbit fm=P3^1; //定义单片机蜂鸣器
sbit plays=P3^6; //定义73HC373输出控制位
// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 //
char codeduan[]={0xc0,0xcf,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f,0xbf,0xff,0x89}; //数码管段编码
// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 dp - 空 H //
char codebite[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x00}; //数码管位编码
char sec=0,min=0,hour=0;
void Delay1ms() //@12.000MHz,1ms延时函数，用于数码管动态输出
{
unsigned char i, j;
i = 2;j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
void Delay50ms() //@12.000MHz,用于蜂鸣器提示音,30ms
{
unsigned char i, j, k;
i = 2;j = 95;k = 43;
do
{ do
{ while (--k);
} while (--j);
} while (--i);
}
void adjust() //时间调整模式子程序
{
int H=0,cursor=3;
char ks,twi,temps[8],K[8];
temps[2]=11;
temps[5]=11;
fm=0;Delay50ms();fm=1; //蜂鸣器响一声提示进入时间调整模式
while(P1!=0xef) //如果没有按下K8，则执行循环
{
if(H<180) {twi=0;} //进入调整模式后，光标闪烁
if(H>180) {twi=1;}
if(H==360) {H=0;}
for(ks=0;ks<8;ks++)
{
if(cursor==1&&twi==0)
{
temps[0]=12;temps[1]=12;
}
else
{temps[0]=sec%10; //求余计算秒个位
temps[1]=sec/10;} //求商计算秒十位
if(cursor==2&&twi==0)
{
temps[3]=12;temps[4]=12;
}
else
{temps[3]=min%10; //求余计算分个位
temps[4]=min/10;} //求商计算分十位
if(cursor==3&&twi==0)
{
temps[6]=12;temps[7]=12;
}
else
{temps[6]=hour%10; //求余计算时个位
temps[7]=hour/10;} //求余计算时十位
P2=codebite[ks]; //数码管输出选位，从第0位开始//
P0=codeduan[temps[ks]]; //输出段，输出要显示的数字//
Delay1ms(); //延时1ms，防止数码管串码
H++;
P0=codeduan[12];
}
if(P1==0xfe)
{ K[1]=1;}
if(K[1]==1&&P1!=0xfe)
{K[1]=0; cursor++;}
if(P1==0xfd)
{ K[2]=1;}
if(K[2]==1&&P1!=0xfd)
{K[2]=0; cursor--;}
if(cursor<1) { cursor=3;}
if(cursor>3) { cursor=1;}
if(P1==0xfb)
{ K[3]=1;}
if(K[3]==1&&P1!=0xfb)
{ K[3]=0;
switch(cursor)
{
case 1:sec++;break;
case 2:min++;break;
case 3:hour++;break;
default:break;
}
}
if(P1==0xf7)
{ K[4]=1;}
if(K[4]==1&&P1!=0xf7)
{ K[4]=0;
switch(cursor)
{
case 1:sec--;break;
case 2:min--;break;
case 3:hour--;break;
default:break;
}
}
if(sec>59) {sec=0; }
if(sec<0) {sec=59;}
if(min>59) {min=0; }
if(min<0) {min=59;}
if(hour>23){hour=0; }
if(hour<0) {hour=23;}
}
return; //如果检测到K8按下，则跳出循环，返回主函数
}
void motos()
{
int mot=0;
char m;
char motobit[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
char motoduan[8]={0xcf,0xa4,0xc0,0xa4,0x8e,0xc7,0xbf,0xbf};
while(mot<1800)
{
for(m=0;m<8;m++)
{
P2=motobit[m]; //数码管输出选位，从第0位开始//
P0=motoduan[m]; //输出段，输出要显示的数字//
Delay1ms(); //延时1ms，防止数码管串码
P0=codeduan[12];
mot++;
}
}
fm=0;Delay50ms();fm=1;Delay50ms();fm=0;Delay50ms();fm=1;
return;
}
void main()
{ int num=0,ks=0;
char k,temp[8],moto=1;
plays=0;
motos();
temp[2]=11;
temp[5]=11;
while(1)
{
for(k=0;k<8;k++)
{
temp[0]=sec%10; //求余计算秒个位
temp[1]=sec/10; //求商计算秒十位
temp[3]=min%10; //求余计算分个位
temp[4]=min/10; //求商计算分十位
temp[6]=hour%10; //求余计算时个位
temp[7]=hour/10; //求商计算时十位
P2=codebite[k]; //数码管输出选位，从第0位开始//
P0=codeduan[temp[k]]; //输出段，输出要显示的数字//
num++;
Delay1ms(); //延时1ms，防止数码管串码
P0=codeduan[12];
if(P1==0xdf) //每次循环判断是否按下K1键
{
if(num%10==0&&P1==0xdf) //每10次循环，10ms，判断K1是否仍然按下
{
ks++; //如果每10次循环K1均按下，ks则自加一次
if(ks==300) //如果KS记到300，表明k1已经连续按下4s，则进入时间调整模式,并将Ks清零
{
ks=0;
adjust();
}
} //如果K1仍然按下，则将KS+1
}
else{ks=0;} //如果K1不再按下，则清零ks
if(num==865) //经过与电脑时钟对比，找到最合适的值,以下为计时程序
{
sec++;
num=0;
if (sec==60)
{
sec=0;
min++;
if (min==60)
{
min=0;
hour++;
if (hour==24)
{hour=0;}
}
}
}
}
}
}
程序烧录：
写好程序之后，我们需要进行编译。若是首次编译，通常不会自动生成hex文件，需要进行如下设置：点击图中1处按钮“Option for Target”，在弹出的窗口中点击“Output”，然后勾选“Create HEX file”。点击确定后，点击序号4处的编译按钮，即可编译程序。
如果编译无误，则会显示0错误，0警告。并提示‘creating hex file from“#工程名#”’，说明HEX文件已经创建成功。
之后我们需要用到软件STC—IPS，这是专门用于STC系列单片机的程序烧录软件。
烧录之前，我们需要使用USB-TTL将电脑与单片机连接。连接方式如下图所示。
连接单片机之后，若提示“串口打开失败”，则点击“扫描”，电脑会自动找到对应的串口。
接着，我们点击“打开程序文件”，选择刚才生成的hex文件，然后点击“下载/编程”即可将程序下载到单片机。若点击下载之后无反应，则关闭单片机电源重新打开，程序便可写入单片机。
这样，整个作品就算完成了。
总结：
功耗计算（暂时找不到标准的5V、3V电源）：
充电宝供电：电压5.15V，电流30~40mA，功耗5.15X(30~40)=154.5mA~206mW;
三节镍氢电池：电压3.91V，电流20mA左右，功耗3.91X20=78.2mW。
总的来说，功耗还是偏高，经过测试，主要的功率都消耗在数码管。单片机的功耗不超过10mW，所以待机时将数码管关闭能有效减小功耗。
误差问题：本时钟经过实测，还是有可见的误差。
可调的误差：运行程序需要占用很多机器时间，总时间=延时函数的时间+其他程序执行时间。而其他程序执行时间是很难计算的，只能经过对比调试来压缩延时函数的时间。
欲尽可能减小误差，需要与标准时钟(电脑或者手机的网络时间)进行对比，计算出误差，然后调节延时函数的时间。
比如：我们延时函数刚开始设置为1000ms，经过与标准时间对比1小时发现，我的时钟慢了1S，说明我时钟的误差为1/3600=0.0002778s=0.2778ms=277.8us（为了更精确计算出误差，我们可以提高对比时间，时间越长，误差越好计算）。这样，我们就可以把延时函数的时间减小278us，那延时函数就要设置为1000000-278us=999722us.为了调节的方便，我们可以使用两级级延时，一级延时函数以ms为单位，二级延时函数以us为单位，这样就很方便调试。
不可调的误差是晶振的温漂问题，晶振的震荡频率是按照25℃环境制作的，如果温度偏大或者偏小，其震荡频率都会有略微变化，进而影响CPU执行速度，造成走时不准。
更为先进的办法是使用wifi模块esp8266从网络获取时间，再将时间送给单片机，这样，走时不准的问题就能得到彻底的解决。还能使用LCD1602或者LCD12864作为显示器，这样可以显示更多的内容，就可以加入更多的花样（以后会专门介绍这两款显示器）。
关于esp8266的用法，稍微复杂些，以后再做介绍。
本文仅供参考，如有不足，还请指出。
