基于51单片机电子时钟设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析................................................................................................................................1

1.1产品背景及意义........................................................................................................1

1.2功能要求....................................................................................................................1

2设计方案遴选................................................................................................................................1

2.1数字时钟....................................................................................................................1

2.2数码管........................................................................................................................2

2.3系统框图设计............................................................................................................3

3产品硬件设计................................................................................................................................3

3.1单片机的选择（STC89C52RC）.............................................................................3

3.2单片机最小系统图....................................................................................................4

3.3数码管显示模块........................................................................................................5

3.4蜂鸣器模块................................................................................................................6

3.5按键模块....................................................................................................................7

4产品软件设计................................................................................................................................8

4.1程序主流程图............................................................................................................8

4.2时钟与闹钟设置流程图............................................................................................9

4.3程序设计..................................................................................................................10

4.4产品程序清单..........................................................................................................10

5产品装配调试与使用说明..........................................................................................................11

5.1产品装配图..............................................................................................................11

5.2产品调试..................................................................................................................11

5.3产品使用说明..........................................................................................................12

6产品设计技术标准......................................................................................................................14

7参考资料.......................................................................................................................................14

附录...................................................................................................................................................15

附录1元器件清单.........................................................................................................15

附录2电路原理图.........................................................................................................15

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附录3PCB设计图..........................................................................................................16

附录4产品实物图.........................................................................................................16

附录5主程序代码.........................................................................................................17

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基于51单片机电子时钟设计与制作

1产品功能分析

1.1产品背景及意义

在如今，电子时钟已经成为每家每户的必需品。电子时钟通过不断的创新和

改进，逐渐满足了市场需求和消费者的期待。人们DIY设计，使电子时钟具有更

多创意和个性化的特点。

本设计的电子时钟使用了由单片机STC89C52RC所实现的功能,并利用了单

片化微式电脑的定时器功能和蜂鸣器,实现了定时响铃的功能。另外,电子时钟上

还引入了数码管显示和按键模块,使其更易于调节和校准。这样的设计也让电子

时钟更为符合于日常生活。这样的设计在现实中具有重要的意义和实用价值。它

不仅为我们提供了准确的时间显示和提醒功能，还能够与我们的生活需求相匹配，

使我们的生活更加方便和舒适。

因此，这个设计对于满足人们对电子时钟的需求，提升生活品质具有重要的

作用。

1.2功能要求

1、能显示时、分、秒。

2、按键调整、校准时间。

3、可实现设定闹钟并响铃功能。

4、上电后，电子钟显示“12-59-00”。

5、整点报时（蜂鸣器响）。

2设计方案遴选

2.1数字时钟

方案一：

利用时钟芯片DS12887A控制，赋予了时钟和闹钟功能，让编程得以上手。

方案二：

利用单片机的内部定时器，完成数字时钟功能。原理是在单片机内部存储器

中设置三个字节，储存时、分、秒信息。利用定时器和软件实现定时中断。若秒

到60时则清0，另外分加1，当分到60时，则时加1，若时到达24时，则清0。

1

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2.2数码管

方案一：

静态显示。数码管的静态显示是指在特定的时间段内，将数字或字符固定显

示在数码管上，不进行闪烁或刷新。静态模式下，数码管上的数字或字符保持不

变，直到下一次更新。

数码管通常由多个数字显示单元组成，每个单元可以显示数字0到9中的一

个。在静态显示中，每个数字显示单元被控制为显示需要的数字或字符，而不会

进行变化。这意味着当静态显示数字"123"时，每个数字显示单元将分别显示数

字"1"、"2"和"3"，并且保持这种显示状态。

实现数码管的静态显示通常需要一个控制器或驱动器来解码输入的数字或

字符，并通过适当的控制信号将对应的段位打开或关闭。这可以通过使用数字集

成电路（如译码器）或微控制器等实现。

数码管的静态显示常用于需要显示固定数字或字符的应用，例如电子计算器、

数字时钟、仪表盘等。在这些应用中，静态显示可以提供清晰和稳定的显示效果。

方案二：

动态显示。数码管的动态显示是指通过逐个刷新数码管的不同段位，以一定

的速率连续显示数字、字符或图形的变化。在动态显示模式下，数码管上的内容

会不断变化，呈现出动态效果。

动态显示常用于需要显示流动数字、滚动文本、计时器等需要连续变化的应

用场景。例如，在一个倒计时器中，数码管可以以每秒钟刷新一次的速率，从9

到0依次显示，模拟时间的递减过程。

实现数码管的动态显示通常需要一个控制器或驱动器来解码输入的数字或

字符，并通过适当的控制信号和刷新速率来逐个刷新数码管的段位。通过控制信

号和刷新速率的变化，不同的数字、字符或图形可以在数码管上连续变化显示。

数码管的动态显示可以通过多路复用技术实现，即在一段时间内将不同的数

字、字符或图形依次显示在数码管的各个段位上，然后快速切换到下一个内容。

需要注意的是，动态显示的刷新速率足够快，使人眼无法察觉到刷新的过程，

而只看到连续的变化。刷新速率的选择取决于应用的需要和人眼的感知能力。

2

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2.3系统框图设计

如图2-1所示，本次设计制作采用STC89C52RC单片机，实现核心控制功能。

按键模块提供用户输入，实现时钟设置、调整等功能。复位电路确保系统正常运

行，避免意外情况造成程序跑飞。数码管显示模块直观展示当前时间信息，闹铃

（蜂鸣器）模块则在特定时刻发出提醒，如每日的闹钟时间。复位电路确保系统

正常工作。各个模块相互配合完成电子时钟。

图2-1电子时钟系统组成

3产品硬件设计

3.1单片机的选择（STC89C52RC）

STC89C52RC是一片国产的单片机。它配合了Flash，所以制造成本低，利用

存储制造技术将CPU和存储器结合在芯片中。为中国广大的用户提供了快速且易

于接受的解决方案。

STC89C52RC程序特性电可擦性，这让开发和实验变得更加容易，它不仅具

有高度的集成性，而且功能强大，可靠性高，为各种应用提供了优秀的性能表现。

如图3-1。STC89C52RC的引脚功能详细如下：

首先，我们来看电源引脚。VCC是芯片的电源接口，我们将其连接到+5V的

电源。而VSS是接地引脚，它确保了电路的稳定运行。

3

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接下来是时钟引脚。XTAL1和XTAL2是晶体振荡电路的输入输出端口。这两

个引脚在我们的电路设计中起着关键作用，为芯片提供稳定的时钟信号。

然后是ALE/PROG引脚是地址锁存和片内EPROM编程功能的复合端口。其中，

ALE引脚用于确保低8位地址的稳定传输，而PROG引脚则在片内EPROM编程期

间接收编程脉冲，实现数据的稳定写入。PSEN引脚则是外部ROM读取的选通信

号，确保芯片能够准确读取外部存储器中的数据。

RST/VPD是复位和备用电源的复合引脚。RST（Reset）功能是复位信号的输

入端，当系统出现异常时，可以通过此引脚进行复位操作。而VPD功能则是在电

源Vcc掉电的情况下，接入备用电源以确保系统的正常运行。

最后是I/O口的引脚。P0、P1、P2、P3等一共四个八位口,也是计算机实现

大数据与管理功能的重要入口。其中,P0口是一种三态双向口,一般被叫做数据

总线接口,因为人们通过此口就可以直接进行对外部存储设备的读/写运算。另

外,P0口就好比指南针,引导了对外界部存储设备的最低八位地址,使人们可以

在信息的海洋中轻易发现目标，而P3口则是一把万能的钥匙，每一位都能独立

地开启第一I/O功能或第二I/O功能的门，让系统能够根据需要灵活变身，应对

各种复杂任务。

图3-1STC89C52引脚

3.2单片机最小系统图

如图3-2所示，单片机最小系统，此系统仅需用最少的元件，便能使单片机

正常运行，尽显单片机之强大功能。

4

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此系统主要包括电源、单片机、晶振电路以及复位电路等核心部分。设计之

简洁令人赞叹，其高效性能更是无可匹敌。其目标在于以最少的元件数量，实现

单片机的功能最大化，从而降低系统的复杂性，节约成本。

在单片机最小系统中，电源是整个系统的能量之源，提供充足的动力。晶振

电路则犹如系统的节拍器，产生时钟信号，使得单片机能够按照预设的节奏进行

工作。而复位电路则犹如系统的守护神，确保系统能够准确启动并正常运行。

如此优雅而高效的单片机最小系统，无疑是人类智慧的结晶，是电子工程领

域的瑰宝。

图3-2单片机最小系统图

3.3数码管显示模块

数码管的工作原理是利用七段显示技术，由七个LED灯组成，每个LED灯代

表数字的一个线段。通过精心操控这些LED灯的明亮与熄灭，我们将演绎出数字

的优美展示。

数码管分为俩个极，一个共阳一个共阴。在共阳极数码管中，所有阳极连接

在一起，每个LED灯的阴极则独立连接到不同的引脚上。这样的设计使得数码管

在显示数字时具有更加清晰明了的视觉效果。当需要显示某个数字时，将该数字

对应的LED灯的阴极引脚接地，使其亮起来，同时将阳极引脚接到电源上，使整

个数码管显示该数字。共阴极数码管则相反，阴极连接在一起，而阳极分别连接

到不同的引脚上。

数码管能够通过接收数字信号来掌控其显示内容。为了达到这一目的，我们

通常会利用译码器将数字信号转化为相应的LED灯控制信号。这样一来，便能将

所输入的数字精确无误地展示出来。译码器可以将二进制信号转换为七段显示的

5

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控制信号，从而实现数字的显示。例如，当输入二进制数“0000”时，译码器会

将其转换为控制数码管显示数字“0”的信号，从而实现数字的显示。

如图3-3所示，数码管与单片机的P0和P2口相连。P0口负责段选信号，

P2口负责位选信号。

图3-3数码管显示模块

3.4蜂鸣器模块

图3-4，由9012三极管和蜂鸣器组成，通过按键设置闹铃。用户可根据自

己的需求，将时间设定为特定的闹钟时间，届时蜂鸣器便会准时发出响亮的铃声，

提醒人们起床或提醒其他重要事务。这一设计不仅方便实用，还充满了趣味性。

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图3-4蜂鸣器图

3.5按键模块

如图3-5所示,本次设计使用了四组独立式键,依次是S2"时间设置"键,S3"

闹钟设置"键,S4"+"键,S5"-"键,这四键实现了电子时钟显示和闹钟设置。

图3-5按键图

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4产品软件设计

4.1程序主流程图

如图4-1所示，进入编程后,首先将所有模块进行初始化(单片机,数码管,

按键等),数码管显示"12-59-00",当有键按下后,调用程序,刷新一次，数码管显

示时间。完成后,程序返回等待的按键,如此循环执行。

开始

初始化单片机、数码管、按键等

数码管固定显示

等待按键、数码管

正常显示

调用时间，设置子程序

刷新

正常时间显示

图4-1系统程序流程框图

8

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4.2时钟与闹钟设置流程图

开始

设置键1按下1次，进入时调整设置2键按下1次，进入闹钟时设置

等待按键程序等待按键程序

加键有效减键有效加键有效减键有效

时加1时减1时设定加1时设定减1

设置1键按下2次，进入分调整设置2键按下2次，进入闹钟分调整

等待按键程序等待按键程序

加键有效减键有效加键有效减键有效

分加1分减1分设定加1分设定减1

设置1键按下3次，进入秒调整

等待按键程序

加键有效减键有效

秒加1秒减1

图4-2时钟与闹钟设置流程图

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4.3程序设计

图4-3

4.4产品程序清单

图4-4

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5产品装配调试与使用说明

5.1产品装配图

数码管

排阻

瓷片电容

STC89C52R

晶

蜂鸣器

按键

电容

PNP三极管

图5-1产品装配图

5.2产品调试

电子时钟的程序设计是一个复杂的过程，需要充分了解单片机的特性和各

种外设的驱动方法。虽然硬件部分看似简单，但编写程序却需要深入的理解和

大量的实践经验。

在实现电子时钟的显示功能时，遇到了一个问题：数码管显示的乱码。经

过深入学习和研究，发现这是由于对十六进制数处理不够熟练导致的。通过耐

心地学习和实践，最终实现了正确的显示。

通过一系列操作，发现动态显示才是关键。

在处理按键方面，采用了独立按键。为了实现每个按键的功能，我们需要

逐一编写程序。在开始时，按键的处理存在一些问题，按下按键时会出现跳过

多个数值的现象。通过查阅资料和观看视频，了解到这是由于按键的“抖动”

现象导致的。为了消除抖动，在程序中增加了额外的处理语句，最终实现了正

确的加减和复位功能。

通过这个过程，逐步掌握了按键的使用方法，也为今后更复杂的开发打下

了基础。

11

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5.3产品使用说明

使用51单片机电子时钟的步骤如下：

1.初始化：设置时钟的初始状态，例如时、分、秒的初始值。

图5-2

2.显示：编写程序让数码管显示时、分、秒的数值。

图5-3

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3.按键处理：对按键进行处理，例如按下按键时进行时、分、秒的加减操作。

打开单片机，数码管显示当前时间，时-分-秒（时间为24小时制）。

图5-4

按键1：按下一次进入时的修改，按下两次修改分钟，按下三次修改秒。

按键2：该设备具备定时功能，用户可以通过按键1来设定具体的小时、

分钟和秒数。同时，按键3和按键4可用于对时间进行微调，以满足不同需求。

当设定的时间到达时，蜂鸣器会发出响亮的报警声，以便用户知晓时间已到。

这一设计让人们能够在忙碌的生活中轻松管理时间，并确保不会错过重要事件。

按键3：时间增加按键，一次增加1。

按键4：时间减少按键，一次减少1。

4.动态显示：实现数码管的动态显示，即让时、分、秒的数据在数码管上

实时更新。

5.闹钟功能：加入闹钟功能，在设定的时间到达时发出提示音。

6.整点响铃：当数码管上的时间显示为整点时蜂鸣器响。

具体来说，初始化需要设置好时钟的初始状态，例如当前时、分、秒的数

值。显示则是通过控制数码管亮灭的顺序来实现数字的显示。按键处理需要编

写程序来检测按键的按下和释放，并根据按键的类型进行相应的操作，例如加

减时、分等。动态显示则是通过不断刷新数码管的显示内容来实现实时更新。

闹钟功能则需要编写程序来检测当前时间是否到达设定的闹钟时间，并在到达

时发出提示音。

使用51单片机电子时钟需要注意以下几点：

1.正确连接数码管和单片机的接口，确保数码管能正常显示时间。

2.在按键按下时，需要消除抖动，保证操作的准确性。

3.在动态扫描时，要注意消影时间应尽可能短，避免影响定时功能的准确

性。

4.在进行定时操作时，需要正确计算时间，确保定时准确。

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6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E标准涉及电气与电子组件的焊接要求，它强调了焊接工艺

的规范性和可靠性，以确保电子产品的稳定性和性能。

[2]IPC-A-610D和IPC-A-610E标准对电子组件的可接受性进行了详细规

定，以确保电子组件的质量和可靠性。这些标准为电子制造过程中的质量控制

提供了指导。

[3]IPC-7711/21标准涉及电子组件和电路板的返工和返修，为电子制造

过程中的问题修复提供了规范和指导。

[4]GB/T11457-2006标准定义了信息技术软件工程的相关术语，为软件

开发过程中的交流和沟通提供了统一的语言。

[5]GB/T8566-2007标准规定了软件生存周期过程的标准，为软件开发的

全过程提供了指导和规范。

[6]GB/T8567-2006标准制定了计算机软件文档编制的规范，以确保软件

开发过程中的文档记录准确、完整，并为软件的使用和维护提供了便利。

7参考资料

[1]张道德所著的《单片机接口技术》一书，由权威的中国水利水电出版

社于2007年出版。该书是单片机应用领域的经典之作，为读者提供了丰富的接

口技术知识和实用案例。

[2]《手把手教你学51单片机（C语言版）》。这本书是清华大学出版社出

版的，内容详尽，从最基础的电路搭建讲起，用生动的实例引导大家入门，然

后通过多个综合项目的设计，使大家对单片机的开发过程有全面的了解。

[3]张靖武和周灵斌所著的《单片机原理、应用与PROTEUS仿真》一书，

由电子工业出版社于2008年出版。该书将理论和实践相结合，深入浅出地介绍

了单片机的原理和应用，并附带了PROTEUS仿真软件的使用说明。

[4]郭天祥所著的《51单片机C语言教程》一书，由电子工业出版社于2010

年出版。该书是学习51单片机C语言编程的经典教材，结合了丰富的实例和实

践经验，适合初学者和进阶读者。

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附录

附录1元器件清单

附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

附录4产品实物图

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附录5主程序代码

//21互联1班甘铁11

#include<reg51.h>

#definetl0xba;

#defineth0x3c;

sbittime=P1^0;//时间设置

sbittimer=P1^1;//闹钟设置

sbitadd=P1^2;//加

sbitdec=P1^3;//减

sbitspeaker=P3^6;//闹钟输出

bitdisp_sd;//数码管闪动显示标志位

bitdisp_ms;//数码管显示时间/闹钟标志位

bitdisp_sdt;//数码管闪动间隔反转标志位

bitzhengdian=0;//整点报时标志位

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unsignedcharcode

led[]={0xaf,0xa0,0xce,0xea,0xe1,0x6b,0x6f,0xa2,0xef,0xeb};//数字

0-9的编码

unsignedchartime_cc,timer_cc,ml;//调时计数器

unsignedchartally1,com,tally2,miaozhong,fenzhong,shizhong;

//时间时分秒

unsignedint

miaozhong1,fenzhong1,shizhong1,yers,yers2,Months,days,ryears,daydata,

Mothdata,dsfl,dsfg;//闹钟时分秒

unsignedcharshizhong_zd;//整点小时记

录

unsignedcharnaozhong1,naozhong2,naozhong3,f1,f2,st;

unsignedintdsflg,timeval,timerval,addval,adcval,dayfl,alfl;

voiddelay(void)

{

unsignedinti;

for(i=0;i<100;i++);

}

voiddelay1(unsignedintk)

{

unsignedintx,y;

for(x=0;x<k;x++)

for(y=0;y<110;y++);

}

//***********************************数码管显示函数

************************************

voiddisplay(void)

{

P0=led[shizhong/10];//p0口送数据拆数显示

P2=0xFE;//片选

delay();//延时

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P2=0xff;//片选关1

P0=led[shizhong%10];

P2=0xfd;//2

delay();

P2=0xFF;

P0=0x40;

P2=0xfb;//3

delay();

P2=0xFF;

P0=led[fenzhong/10];

P2=0x7f;//4

delay();

P2=0xFF;

P0=led[fenzhong%10];

P2=0xdf;//5

delay();

P2=0xFF;

P0=0x40;

P2=0xef;//6

delay();

P2=0xFF;

P0=led[miaozhong/10];

P2=0xf7;//7

delay();

P2=0xFF;

P0=led[miaozhong%10];

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P2=0xbF;//8

delay();

P2=0xFF;

}

//***********************************数码管显示函数

************************************

//**************************************按键函数

***************************************

voidKeykonzhi()

{

if(time==0)//键盘时间设定键按下

{

delay();

delay();

if(time==0)

{

while(!time);

naozhong1++;//标记++

TR1=0;

f2=0;

}

}

if(naozhong1==1)//如果naozhong1==1调时

{

dsflg=0;

st=0;

if(add==0)//加键按下

{

delay();

delay();

if(add==0)

20

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{

while(!add);//松手检测

shizhong++;//小时++

}

}

if(dec==0)//减键按下

{

delay();

delay();

if(dec==0)

{

while(!dec);//松手检测

shizhong--;//小时--

}

}

if(shizhong>23)//限位

{shizhong=0;}

P0=led[shizhong/10];//显示小时函数

P2=0xfe;

delay();

P2=0xFF;

P0=led[shizhong%10];//显示小时函数

P2=0xfd;

delay();

P2=0xFF;

}

21

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if(naozhong1==2)////如果naozhong1==2调分//以下也是和调

时一样的方法

{

dsflg=0;

st=0;

if(add==0)

{

delay();

delay();

if(add==0)

{

while(!add);

fenzhong++;

}

}

if(dec==0)

{

delay();

delay();

if(dec==0)

{

while(!dec);

fenzhong--;

}

}

if(fenzhong>59)

{fenzhong=0;}

P0=led[fenzhong/10];

P2=0x7f;

delay();

P2=0xFF;

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P0=led[fenzhong%10];

P2=0xdf;

delay();

P2=0xFF;

}

if(naozhong1==3)////如果naozhong1==3调秒

{

dsflg=0;

st=0;

if(add==0)

{

delay();

delay();

if(add==0)

{

while(!add);

miaozhong++;

}

}

if(dec==0)

{

delay();

delay();

if(dec==0)

{

while(!dec);

miaozhong--;

}

}

if(miaozhong>59)

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{miaozhong=0;}

P0=led[miaozhong/10];

P2=0xf7;

delay();

P2=0xFF;

P0=led[miaozhong%10];

P2=0xbf;

delay();

P2=0xFF;

}

if(naozhong1==4)////如果naozhong1==4退出

{

TR1=1;

naozhong1=0;

dsflg=1;

f2=1;

st=1;

}

}

voidalmset()

{

naozhong1=0;

if(timer==0)//键盘上的闹钟键按下

{

delay();

delay();

if(timer==0)

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{

while(!timer);//松手

naozhong2++;//标记++

f1=0;

}

}

if(naozhong2==1)//如果naozhong2=1设定脑钟的小时

{

dsflg=0;

st=0;

if(add==0)//加键按下

{

delay();

delay();

if(add==0)

{

while(!add);//松手

shizhong1++;//小时++

}

}

if(dec==0)//减键按下

{

delay();

delay();

if(dec==0)

{

while(!dec);//松手

shizhong1--;//小时--

}

}

if(shizhong1>23)//限位

25

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{shizhong1=0;}

P0=led[shizhong1/10];//小时显示

P2=0xFE;

delay();

P2=0xFF;

P0=led[shizhong1%10];

P2=0xFD;

delay();

P2=0xFF;

P0=0xe7;//显示A

P2=0xf7;

delay();

P2=0xFF;

P0=0x0d;//显示L

P2=0xbf;

delay();

P2=0xFF;

}

if(naozhong2==2)//如果naozhong2=1设定脑钟的分钟和上面

小时一样

{

dsflg=0;

st=0;

if(add==0)

{

delay();

delay();

if(add==0)

26

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{

while(!add);

fenzhong1++;

}

}

if(dec==0)

{

delay();

delay();

if(dec==0)

{

while(!dec);

fenzhong1--;

}

}

if(fenzhong1>59)

{fenzhong1=0;}

P0=led[fenzhong1/10];

P2=0x7f;

delay();

P2=0xFF;

P0=led[fenzhong1%10];

P2=0xdf;

delay();

P2=0xFF;

P0=0xe7;

P2=0xf7;

delay();

27

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P2=0xFF;

P0=0x0d;

P2=0xbf;

delay();

P2=0xFF;

}

if(naozhong2==3)//如果naozhong2=3退出

{

naozhong2=0;

dsflg=1;

f1=1;

st=1;

}

}

voidalmkozi()

{

timer_cc=1;

//miaozhong,fenzhong,shizhong;//时间时分秒

//miaozhong1,fenzhong1,shizhong1;//闹钟时分秒

if(alfl==1)

{

if((shizhong1==shizhong)&&(fenzhong1==fenzhong)&&(miaozhong==

0))

{time_cc=1;}

if(com==20)

{com=0;

if(time_cc==1)

{

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湖南商务职业技术学院毕业设计

speaker=~speaker;

}

}

}

if(fenzhong1!=fenzhong)

{

time_cc=0;

speaker=1;

}

}

//***********************************按键函数

************************************

//******************************主函数

********************