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摘要
本设计以 stm32G431RBT6 芯片为核心，AT86C52RC 芯片为辅助，设计一个多
功能实时时钟。本设计通过 stm32 内部的 RTC 芯片实现实时时间的功能，利用四
个按键实现时间或功能的调整，通过串口实现双机通信，时间信息可通过 LCD 与
数码管进行显示，并通过 iic 进行数据储存，LED 与蜂鸣器可在预定时间点进行
铃声提示。软件方面采用 C 语言编程，整个时钟系统能完成时间的显示、修改、
闹钟、秒表和倒计时的功能，通过快速扫描程序与各模块程序，完成所需求的软
件环境。
关键词：实时时钟，RTC，闹钟，秒表，倒计时
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目录
一、课题背景 ..................................................................................................................................4
二、功能描述 ..................................................................................................................................4
2.1 整体功能 ..........................................................................................................................4
2.2 本设计完成的工作...........................................................................................................5
2.2.1 基本任务................................................................................................................5
2.2.2 扩张任务................................................................................................................6
2.3 具体功能 ..........................................................................................................................6
2.3.1 stm32 部分............................................................................................................6
2.3.2 51 单片机部分......................................................................................................8
三、 总体方案设计 ........................................................................................................................8
3.1 方案提出 ...........................................................................................................................8
3.1.1 数码管显示模块的方案........................................................................................8
3.1.2 秒表、倒计时功能的定时器的方案....................................................................9
3.2 方法论证 ...........................................................................................................................9
3.2.1 数码管显示模块....................................................................................................9
3.2.2 秒表、倒计时功能的定时器................................................................................9
3.3 方案选择 ..........................................................................................................................9
四、 硬件实现及单元电路设计...................................................................................................10
4.1 主控模块 .........................................................................................................................10
4.2 单片机细节介绍..............................................................................................................11
4.3 51 单片机细节介绍........................................................................................................12
4.4 STM32 的软件实现..........................................................................................................13
4.4.1 LED 显示模块......................................................................................................13
4.4.2 LCD 显示模块......................................................................................................13
4.4.3 蜂鸣器模块.........................................................................................................13
4.4.4 按键控制模块.....................................................................................................14
4.4.5 串口发送模块.....................................................................................................14
4.4.6 iic 模块..............................................................................................................14
4.4.7 RTC 实时时钟......................................................................................................15
4.4.8 闹钟、秒表、倒计时与时间设置.....................................................................15
4.5 51 单片机的软件实现....................................................................................................16
4.5.1 数码管显示模块.................................................................................................16
4.5.2 定时器部分.........................................................................................................16
4.5.3 串口接收模块.....................................................................................................16
五、系统软件设计方案.................................................................................................................17
5.1 按键扫描程序框图..........................................................................................................17
5.2 串口发送程序框图.........................................................................................................18
六、总结体会 ................................................................................................................................19
参考文献 ........................................................................................................................................20
附录 1 CubeMX 设置......................................................................................................................21
附录 2 参考代码(main.c) ..............................................................................................................21
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一、课题背景
随着电子科技的不断发展，传统的时钟已被一些高档的电子时钟所取代，与
传统的时钟相比，电子时钟融合了挂历和时钟的优点，能昼夜清晰显示，集年、
月、日、时、分、秒、星期于一体，外观新颖，造型别县一格。除此之处电于其
历以及一些传统电子表的制作成本相对较高，其销售价格也大多在 15 一 30 元之
间，而一个电子时钟的价格也在这之间，传统电子表无法显示显示年、月、日,
而电子时钟则由于它可以自动识别闰年、大小月份、星期无须调整，在价格相差
不大的情况下，电子时钟的性价比显然要高的多。就其阅读功能而言，电子时钟
阅读起来更加方便，同时他还有闹铃等的功能，这比传统的挂历以及电子表要强
大的多。如今安卓系统的时钟软件就具有闹钟、时钟、秒表和计时功能，其他系
统也自带着不同风格的电子时钟，电子时钟取代传统的挂历以及传统电子表已成
为不可抵挡的趋势。
二、功能描述
2.1 整体功能
本次设计为基于 stm32 的多功能实时时钟，主界面可显示当前的日期、星期
与时间，附加页面下可实现闹钟、秒表、倒计时与更改当前时间的功能（含 2 个
闹钟、2 个秒表、3 个倒计时），通过 iic（EEPROM）进行时间与状态实时保存
且可通过串口通信将当前时间显示在 51 单片机的八位数码管上。系统框图如图
2.1 所示。
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STM32主控模块
LCD显示
51单片机
串口
IIC（EEPROM）
蜂鸣器模块
LED显示
按键控制
定时器模块
TX RX
数码管显示
定时器模块
图 2.1 系统框图
2.2 本设计完成的工作
2.2.1 基本任务
（1）在 STM32 上设计一个单片机电子时钟，设计的电子时钟时间通过串口
传输至 51 单片机并通过 51 单片机数码管显示；
（2）具有能通过按键实现设置时间的功能；
（3）显示格式为小时十位、小时个位，分十位、分个位，秒十位、秒个位；
（4）闹钟时间设置和报警功能。
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2.2.2 扩张任务
（1）设计闹钟、秒表、倒计时与时间设置功能；
（2）通过 LCD 显示时钟相关功能；
（3）显示当天日期与星期；
（4）实施保存当前时间与闹钟、秒表、倒计时的状态。
2.3 各模块具体任务
2.3.1 stm32 部分
2.3.1.1 LED 显示
当闹钟时间到达、秒表每运行运行一分钟、倒计时计时结束时，对应 LED 交
替闪烁。
闹钟：闪烁 10 次，对应 LED7-8；
秒表：闪烁 1 次，对应 LED5-6；
倒计时：闪烁 5 次，对应 LED1-4。
2.3.1.2 LCD 显示
颜色设置：黑色背景，白色字体，蓝色设置填充。
主页面：显示当前日期、星期与时间。
闹钟界面：显示设定时间与当前状态，系统预留 2 个存储位置用于存储常用
的时间。当设置闹钟时，当前状态为 Setting，当闹钟启用时，当前状态为 On，
当闹钟禁用时，当前状态为 Off。
秒表界面：显示秒表运行时间与当前状态，系统预留 2 个存储位置用于存储
常用的时间。当秒表运行时，当前状态为 Running，当秒表暂停时，当前状态为
Pause，当秒表停止时，当前状态为 Off。
倒计时界面：显示设定时间或剩余时间与当前状态，系统预留 3 个存储位置
用于存储常用的时间。当设置倒计时时，当前状态为 Setting，当倒计时运行时，
当前状态为 Running，当倒计时暂停时，当前状态为 Pause，当倒计时停止时，
当前状态为 Standby。
更 改 时 间 界 面 ： 显 示 设 定 时 间 ， 当 保 存 时 间 时 ， 显 示 ”
