代码收藏家技术教程 2025-01-30

《从零开始学电子电路设计》第7章单片机电路设计基础

第7章单片机电路设计基础

7.1 C语言设计基础

7.1.1 C语言32个关键字

C语言定义了32个关键字，这些关键字在C语言中有特定的含义和用途，用户不能将它们用作标识符（如变量名、函数名等）。例如：

数据类型关键字：char（字符型）、int（整型）、float（单精度浮点型）、double（双精度浮点型）、short（短整型）、long（长整型）、signed（有符号型）、unsigned（无符号型）等，用于声明不同类型的变量。

控制语句关键字：if、else（用于条件判断和分支结构）、for、while、do - while（用于循环结构）、switch、case、default（用于多分支选择结构）等，实现程序流程的控制。

存储类型关键字：auto（自动变量）、register（寄存器变量）、static（静态变量）、extern（外部变量），用于指定变量的存储类型和作用域。

其他关键字：void（无类型）、return（函数返回）等，void常用于表示函数无返回值或指针指向无类型数据，return用于从函数返回值。

7.1.2 C语言9种控制语句

条件判断语句：

if - else语句：根据条件表达式的真假来决定执行不同的代码块。例如：

if (a > 10) {
    printf("a大于10\n");
} else {
    printf("a小于等于10\n");
}

- **`switch - case - default`语句**：用于多分支选择，根据表达式的值跳转到相应的`case`分支执行。例如：

switch (day) {
    case 1:
        printf("星期一\n");
        break;
    case 2:
        printf("星期二\n");
        break;
    default:
        printf("其他\n");
        break;
}

循环语句：

for语句：常用于已知循环次数的循环。例如：

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    printf("%d ", i);
}

- **`while`语句**：先判断条件表达式，为真时执行循环体。例如：

int num = 0;
while (num < 5) {
    printf("%d ", num);
    num++;
}

- **`do - while`语句**：先执行一次循环体，再判断条件表达式，为真时继续执行循环体。例如：

int count = 0;
do {
    printf("%d ", count);
    count++;
} while (count < 3);

跳转语句：

break语句：用于跳出当前循环（for、while、do - while）或switch语句。

continue语句：用于跳过本次循环体中剩余的代码，直接开始下一次循环。

return语句：用于从函数返回值，并结束函数的执行。

7.1.3 C语言34种运算符

C语言的运算符丰富，包括：

算术运算符：+（加）、-（减）、*（乘）、/（除）、%（取模）、++（自增）、--（自减）。例如：int a = 5 + 3;，int b = 10 % 3;

关系运算符：>（大于）、<（小于）、>=（大于等于）、<=（小于等于）、==（等于）、!=（不等于），常用于条件判断。例如：if (a > 10)

逻辑运算符：&&（逻辑与）、||（逻辑或）、!（逻辑非）。例如：if ((a > 5) && (b < 10))

位运算符：&（按位与）、|（按位或）、^（按位异或）、~（按位取反）、<<（左移）、>>（右移），用于对二进制位进行操作。例如：int c = 5 & 3;

赋值运算符：=（赋值）、+=、-=、*=、/=、%=、&=、|=、^=、<<=、>>=等，用于给变量赋值或进行复合赋值操作。例如：a += 5; 等价于 a = a + 5;

逗号运算符：，，用于将多个表达式连接起来，从左到右依次计算表达式的值，整个逗号表达式的值为最后一个表达式的值。例如：int x = (a = 3, b = 5, a + b);

条件运算符：? :，是C语言中唯一的三目运算符。例如：int max = (a > b)? a : b; 表示如果 a > b，则 max 取值为 a，否则取值为 b。

7.1.4 C语言数据类型

基本数据类型：

整型：int（通常为16位或32位，取决于编译器和硬件平台），short（通常比int短），long（通常比int长），long long（在C99标准中引入，提供更长的整型表示）。还有有符号和无符号之分，如unsigned int表示无符号整型，其取值范围为0到2^n - 1（n为该类型的位数）。

浮点型：float（单精度浮点型，通常占4字节），double（双精度浮点型，通常占8字节），long double（扩展精度浮点型，不同平台实现不同）。浮点型用于表示实数，其精度和取值范围不同。

字符型：char，用于存储单个字符，通常占1字节。字符在内存中以ASCII码形式存储，例如char c = 'A';

构造数据类型：

数组：用于存储多个相同类型的数据元素。例如：int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

结构体：可以将不同类型的数据组合在一起，形成一个新的数据类型。例如：

struct Student {
    char name[20];
    int age;
    float score;
};

- **共用体**：使几个不同类型的变量共占同一段内存空间。例如：

union Data {
    int i;
    float f;
    char c;
};

指针类型：指针是一种变量，其值为另一个变量的地址。例如：int *ptr; 声明了一个指向 int 类型变量的指针。指针在C语言中用于动态内存分配、函数参数传递等，增强了程序的灵活性和效率。

空类型：void，表示无类型。常用于函数声明中表示函数无返回值，或指针声明中表示通用指针类型。

7.1.5 简单的C程序

简单的C程序结构：一个简单的C程序通常包含main函数，它是程序的入口点。例如：

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

程序解释：#include <stdio.h> 是预处理指令，用于包含标准输入输出库，使程序能够使用 printf 等函数。main 函数是程序开始执行的地方，printf 函数用于在控制台输出字符串 "Hello, World!\n"，\n 是换行符。return 0; 表示程序正常结束，返回值 0 给操作系统。

例7 – 1 简单的小程序

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("这是一个简单的小程序\n");
    return 0;
}

该程序功能是在控制台输出指定的字符串，展示了C程序的基本结构和printf函数的简单使用。

例7 – 2 求两数之和

#include <stdio.h>

int main() {
    int num1, num2, sum;
    num1 = 5;
    num2 = 3;
    sum = num1 + num2;
    printf("两数之和为：%d\n", sum);
    return 0;
}

此程序定义了三个整型变量 num1、num2 和 sum，分别赋值并计算两数之和，最后通过 printf 函数输出结果。其中 %d 是格式控制符，用于指定输出整数。

例7 – 3 由main()函数和1个其他函数max()构成的C语言程序

#include <stdio.h>

int max(int a, int b) {
    return (a > b)? a : b;
}

int main() {
    int num1 = 10, num2 = 20;
    int result = max(num1, num2);
    printf("较大的数是：%d\n", result);
    return 0;
}

程序定义了一个 max 函数，用于比较两个整数并返回较大值。在 main 函数中调用 max 函数，传入两个整数并输出比较结果。

例7 – 4 改写(例7 – 3)，交换main()函数和max()函数的前后位置

#include <stdio.h>

int main() {
    int num1 = 10, num2 = 20;
    int result = max(num1, num2);
    printf("较大的数是：%d\n", result);
    return 0;
}

int max(int a, int b) {
    return (a > b)? a : b;
}

虽然交换了 main 函数和 max 函数的位置，但在C语言中，函数在调用前需要先声明（除非函数定义在调用之前）。这里因为没有提前声明 max 函数，可能会导致编译警告或错误。为避免此问题，可以在 main 函数之前添加 max 函数的声明：int max(int a, int b);

7.1.6 C语言函数的一般结构

函数定义：

返回值类型 函数名(参数列表) {
    // 函数体
    声明语句;
    执行语句;
    return 返回值;
}

解释：

返回值类型：指定函数返回的数据类型，若函数无返回值，使用 void。

函数名：函数的标识符，遵循C语言标识符命名规则。

参数列表：可以为空（void），也可以包含多个参数声明，参数之间用逗号分隔。参数是函数接收外部传入数据的变量。

函数体：包含声明语句（如变量声明）和执行语句，实现函数的具体功能。

return语句：用于返回函数的执行结果，返回值类型应与函数定义的返回值类型一致。若函数返回值类型为 void，则不需要 return 语句或使用 return; 直接返回。

7.1.7 C语言源程序书写格式

自由格式：C语言源程序的书写格式较为自由，一行可以写多个语句，一个语句也可以分多行书写。例如：

int a = 5; int b = 3; // 一行写多个语句
int sum = a + 
          b; // 一个语句分多行写

缩进和对齐：为了提高程序的可读性，通常采用缩进和对齐的方式。例如：

if (a > b) {
    printf("a大于b\n");
} else {
    printf("a小于等于b\n");
}

这里大括号内的语句缩进，使程序结构更清晰，便于理解和维护。

7.1.8 C语言格式特点

简洁紧凑：C语言的语法简洁，关键字和运算符丰富，能够用较少的代码实现复杂的功能。

运算符丰富：如前所述，C语言具有34种运算符，可实现各种类型的操作，增强了程序的表达能力。

数据类型丰富：提供多种基本数据类型和构造数据类型，满足不同编程需求。

可移植性好：C语言程序在不同的操作系统和硬件平台上具有较好的可移植性，通过适当修改可以在不同环境下运行。

7.1.9 C语言结构特点

结构化编程：C语言支持顺序结构、分支结构和循环结构，通过这些结构可以清晰地组织程序逻辑，使程序具有良好的可读性和可维护性。

模块化编程：可以将程序分解为多个函数，每个函数完成特定的功能，提高代码的复用性和可维护性。例如在例7 – 3中，max 函数实现了比较两个数大小的功能，可在其他需要比较大小的地方复用。

与硬件结合紧密：C语言可以直接访问内存和硬件寄存器，适用于系统软件和嵌入式系统开发，能够充分发挥硬件的性能。

7.1.10 C语言程序开发步骤

编辑：使用文本编辑器（如Notepad、Sublime Text等）或集成开发环境（IDE，如Code::Blocks、Visual Studio Code等）编写C语言源程序代码，保存为 .c 文件。

编译：使用C语言编译器（如GCC、Clang等）将源程序文件编译成目标文件（通常为 .obj 文件，在Windows系统下）或可执行文件（在Linux系统下直接生成可执行文件）。编译过程中，编译器会检查语法错误，若有错误，需返回编辑步骤修改代码。

链接：将目标文件与所需的库文件链接起来，生成最终的可执行文件。链接过程解决函数和变量的引用问题，确保程序能够正确运行。

调试：运行可执行文件，检查程序是否按照预期功能执行。若出现错误或结果不符合预期，使用调试工具（如GDB、IDE自带的调试器等）查找和解决问题，可能需要返回编辑步骤修改代码，然后重新编译和链接。

7.1.11 C语言顺序程序设计案例

#include <stdio.h>

int main() {
    float radius, area;
    printf("请输入圆的半径：");
    scanf("%f", &radius);
    area = 3.14159 * radius * radius;
    printf("圆的面积为：%f\n", area);
    return 0;
}

此程序展示了顺序结构，程序按顺序执行语句。首先提示用户输入圆的半径，使用 scanf 函数获取用户输入，然后计算圆的面积并输出。

7.1.12 C语言分支（选择）结构程序设计案例

#include <stdio.h>

int main() {
    int score;
    printf("请输入学生成绩：");
    scanf("%d", &score);
    if (score >= 60) {
        printf("成绩及格\n");
    } else {
        printf("成绩不及格\n");
    }
    return 0;
}

该程序使用 if - else 分支结构，根据用户输入的成绩判断是否及格，并输出相应结果。

7.1.13 C语言循环程序设计案例

#include <stdio.h>

int main() {
    int i;
    printf("1到10的整数：\n");
    for (i = 1; i <= 10; i++) {
        printf("%d ", i);
    }
    return 0;
}

此程序使用 for 循环，从1到10依次输出整数，展示了循环结构的应用。

7.2 输入接口电路

7.2.1 各种传感器输入电路

传感器信号类型与处理方式：不同类型的传感器产生不同类型的输出信号，主要分为模拟信号和数字信号。对于模拟传感器，如热电偶用于测量温度，其输出的微弱电压信号与温度成比例。由于单片机只能处理数字信号，因此需要通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字量。常见的ADC有逐次逼近型（如ADC0808/0809）和∑-Δ型。逐次逼近型ADC速度较快，适用于一般精度要求的场合；∑-Δ型ADC精度高，但速度相对较慢，常用于高精度测量领域。

以温度传感器为例的电路连接：以DS18B20数字温度传感器为例，它采用单总线通信协议。其DQ引脚直接与单片机的一个I/O口相连，该I/O口需模拟单总线协议规定的时序来实现数据的读写。在硬件连接上，还需为DS18B20提供电源（一般3.3V – 5V）和一个上拉电阻（通常4.7kΩ – 10kΩ）到电源正极，以保证信号的可靠传输。单片机通过该I/O口发送复位脉冲、写命令、读数据等操作，从而获取温度传感器测量的温度值。

压力传感器输入电路：应变式压力传感器输出的是与压力成正比的模拟电压信号。通常先通过信号调理电路，包括放大电路（如采用运算放大器构成的差动放大电路来提高共模抑制比）和滤波电路（如低通滤波器去除高频噪声），将传感器输出的微弱信号放大到适合ADC转换的范围，再接入ADC的模拟输入通道，最后与单片机连接。

7.2.2 键盘输入电路

独立式键盘电路：独立式键盘是每个按键单独与单片机的一个I/O口相连。例如，将按键的一端接地，另一端接单片机的I/O口，通过检测I/O口的电平状态来判断按键是否按下。当按键未按下时，I/O口为高电平；当按键按下时，I/O口接地变为低电平。这种方式的优点是电路简单，软件处理方便，适合按键数量较少的场合。缺点是占用I/O口资源较多，若按键数量增多，I/O口消耗过大。

矩阵式键盘电路：当按键数量较多时，为节省I/O口资源，常采用矩阵式键盘。矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行线和列线的交叉点上。例如，一个4×4的矩阵键盘，只需4条行线和4条列线共8个I/O口，就可实现16个按键的检测。单片机通过扫描行线和列线的电平状态来确定按下的按键。具体方法是先使某一行线为低电平，其余行线为高电平，然后检测列线电平，若某一列线为低电平，则可确定该行该列交叉点处的按键被按下。通过软件编程实现行线的轮流扫描，从而识别不同按键。

7.3 输出接口电路

7.3.1 单片机与数码管的电路连接

数码管类型：数码管分为共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管是将所有发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接高电平，通过控制各段阴极的电平来点亮相应的段；共阴极数码管则是将所有发光二极管的阴极连接在一起，公共阴极接地，通过控制各段阳极的电平来点亮相应的段。

静态显示电路：在静态显示方式下，单片机的每个I/O口直接连接数码管的一个段选引脚，数码管的公共端（共阳极接电源正极，共阴极接地）。例如，使用AT89C51单片机控制一个4位共阴极数码管，P0口连接数码管的段选线，P2口的低4位分别连接4个数码管的公共端。单片机通过向P0口发送段码（对应要显示数字的段选代码），并使相应的P2口引脚为低电平，即可使对应的数码管显示相应数字。静态显示的优点是显示稳定，程序编写简单；缺点是占用I/O口资源多，硬件成本较高，适用于显示位数较少的场合。

动态显示电路：为节省I/O口资源，常采用动态显示方式。动态显示是将所有数码管的段选线并联在一起，由一个I/O口控制，而每个数码管的公共端分别由独立的I/O口控制。例如，同样控制4位共阴极数码管，P0口控制段选线，P2口的低4位分别控制4个数码管的公共端。单片机通过分时轮流选通各个数码管的公共端，并向段选线发送相应的段码，利用人眼的视觉暂留效应，使多个数码管轮流显示不同数字，看起来就像同时显示一样。动态显示的优点是占用I/O口资源少，硬件成本低；缺点是需要不断扫描刷新，程序相对复杂，适用于显示位数较多的场合。

7.3.2 单片机与点阵型液晶显示器件的电路连接

液晶显示原理：点阵型液晶显示器件（LCD）通过控制液晶分子的排列来改变光线的透过率，从而显示出不同的字符、图形。其内部有一个点阵结构，每个点可以通过控制其电压来决定是否显示。

硬件连接：以常见的1602液晶为例，它有16个引脚，其中VSS（接地）、VDD（电源正极）、VO（对比度调节端）、RS（寄存器选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器）、RW（读写控制，高电平为读操作，低电平为写操作）、E（使能信号）等引脚是控制引脚，D0 – D7是数据引脚。单片机与1602液晶连接时，通常将RS、RW、E引脚连接到单片机的I/O口，用于控制液晶的操作；D0 – D7数据引脚可连接到单片机的P0口（若P0口作为地址/数据复用总线，需外接锁存器）。例如，通过向液晶发送指令（如清屏指令、设置显示模式指令等）和数据（要显示的字符编码），实现字符的显示。在软件编程上，需要根据液晶的指令集编写相应的驱动程序，按照规定的时序进行数据传输和控制信号的操作。

7.3.3 单片机与各种继电器的电路连接

继电器工作原理：继电器是一种电控制器件，当输入量（如电压、电流）达到一定值时，其触点会发生动作，实现对电路的导通或切断控制。常见的继电器有电磁继电器和固态继电器。电磁继电器通过电磁力吸引衔铁，使触点闭合或断开；固态继电器则利用电子元件实现无触点的通断控制，具有寿命长、开关速度快等优点。

单片机与继电器连接：由于单片机的I/O口驱动能力有限，一般不能直接驱动继电器，需要通过一个驱动电路。以电磁继电器为例，通常使用一个三极管（如NPN型三极管8050）作为驱动元件。将继电器的线圈一端接电源正极，另一端接三极管的集电极，三极管的发射极接地，基极通过一个限流电阻连接到单片机的I/O口。当单片机I/O口输出高电平时，三极管导通，继电器线圈通电，触点闭合，从而控制外部电路的通断。为防止继电器线圈断电时产生的反向电动势损坏三极管，通常在继电器线圈两端并联一个续流二极管（如1N4007）。

7.4 并行I/O口扩展电路的设计

7.4.1 并行I/O口的扩展方法

利用专用I/O扩展芯片：常见的专用I/O扩展芯片如8255A可编程并行接口芯片。8255A有A、B、C三个并行I/O端口，通过对其控制寄存器写入不同的控制字，可以设置各个端口的工作方式（如方式0：基本输入/输出方式、方式1：选通输入/输出方式、方式2：双向选通输入/输出方式）。单片机通过地址总线选择8255A的不同端口和控制寄存器，通过数据总线向其写入控制字和数据，实现I/O口的扩展。例如，若单片机的P0口作为地址/数据复用总线，P2口提供高位地址，通过地址译码电路产生8255A的片选信号，实现对8255A的控制和数据传输。

利用锁存器和缓冲器：对于简单的I/O口扩展需求，可以利用锁存器（如74LS373）和缓冲器（如74LS244）来实现。74LS373是一种带三态输出的8D锁存器，常用于地址锁存。单片机的地址/数据复用总线（如P0口）连接到74LS373的数据输入引脚，其锁存控制引脚（LE）连接到单片机的地址锁存信号（ALE），当ALE为高电平时，74LS373锁存P0口的地址信号，从而实现地址和数据的分离。74LS244是一种三态缓冲器，可用于扩展输入端口，将外部设备的输入信号通过74LS244连接到单片机的数据总线，其使能引脚由单片机控制，实现数据的输入。

7.4.2 外部三总线扩展

三总线结构：单片机的外部三总线包括地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）。地址总线用于传送单片机访问外部存储器或I/O设备的地址信息，其宽度决定了单片机的寻址范围；数据总线用于在单片机与外部设备之间传输数据；控制总线用于传输控制信号，如读/写信号（RD、WR）、片选信号（CS）等，控制数据的传输方向和外部设备的工作状态。

扩展原理：以扩展外部ROM为例，单片机的地址总线连接到ROM的地址输入引脚，确定要访问的存储单元地址；数据总线连接到ROM的数据输出引脚，用于读取ROM中的数据；控制总线中的读信号（RD）连接到ROM的输出使能引脚，当RD有效时，ROM将指定地址单元的数据输出到数据总线上，供单片机读取。在扩展过程中，需要通过地址译码电路（如使用74LS138等译码芯片）将单片机的高位地址信号译码产生各个外部设备的片选信号，以选择不同的外部设备进行访问。

7.5 电路设计实例

例7 – 5 单片机制作密码控制器

设计思路：利用单片机作为核心控制单元，结合键盘输入电路获取用户输入的密码，通过与预设密码比较判断密码是否正确。若密码正确，通过输出接口电路控制继电器打开门锁等设备；若密码错误，可通过数码管或液晶显示提示信息，并可设置一定次数的错误尝试限制。

硬件电路：包括单片机最小系统（晶振电路、复位电路等）、键盘输入电路（可采用矩阵式键盘以节省I/O口）、存储预设密码的EEPROM（如AT24C02，通过I2C总线与单片机连接）、数码管显示电路（用于显示提示信息和输入密码）、继电器控制电路（用于控制门锁等设备）。

软件设计：编写程序实现键盘扫描获取用户输入密码，从EEPROM读取预设密码并进行比较，根据比较结果控制继电器和显示电路。程序还需包含密码错误计数和处理功能，如错误次数超过设定值，进行报警提示（如通过蜂鸣器）。

例7 – 6 利用RS – 232C实现上位机（PC机）与下位机（单片机）的通信

通信原理：RS – 232C是一种常用的串行通信标准，规定了数据终端设备（DTE，如PC机）和数据通信设备（DCE，如调制解调器）之间的接口标准。单片机通过串口（如AT89C51的RXD和TXD引脚）与MAX232等电平转换芯片连接，将单片机的TTL电平转换为RS – 232C标准电平，与PC机的COM口进行通信。PC机和单片机通过约定的波特率、数据位、停止位、校验位等参数进行数据传输。

硬件连接：单片机的TXD引脚连接到MAX232的T1IN引脚，RXD引脚连接到MAX232的R1OUT引脚，MAX232的T1OUT引脚连接到PC机COM口的RXD引脚，R1IN引脚连接到PC机COM口的TXD引脚。同时，MAX232需要外接电源和电容等元件，完成电平转换功能。

软件设计：在单片机端，编写串口初始化程序，设置波特率、数据格式等参数，通过中断或查询方式接收和发送数据。在PC机端，可以使用串口调试助手等软件，设置与单片机相同的通信参数，实现与单片机的数据交互，如发送控制指令给单片机，单片机将采集的数据发送给PC机显示。

例7 – 7 单片机控制I2C总线

I2C总线原理：I2C总线是一种双线制的串行总线，由数据线（SDA）和时钟线（SCL）组成。总线上的每个设备都有唯一的地址，通过在SDA和SCL线上传输特定的信号序列来实现设备之间的通信。I2C总线支持多主机和多从机模式，通信过程包括起始信号、地址传输、数据传输、应答信号和停止信号。

硬件连接：单片机的两个I/O口分别模拟SDA和SCL信号，连接到I2C总线设备（如EEPROM、传感器等）的相应引脚。例如，将单片机的P1.0口作为SDA线，P1.1口作为SCL线，与EEPROM的SDA和SCL引脚相连。

软件设计：编写I2C总线驱动程序，包括起始信号、停止信号、发送字节、接收字节、应答信号处理等函数。通过调用这些函数，实现单片机与I2C总线设备之间的数据读写操作。例如，向EEPROM写入数据时，先发送起始信号，然后发送EEPROM的地址和写命令，接着发送要写入的数据，每发送一个字节等待EEPROM的应答信号，最后发送停止信号。

例7 – 8 单片机多路彩灯控制器

设计思路：以单片机为核心，通过控制多个I/O口输出不同的电平状态，驱动多路彩灯实现各种闪烁效果，如流水灯、全亮全灭、交替闪烁等。

硬件电路：包括单片机最小系统、彩灯驱动电路（可采用三极管或ULN2003等驱动芯片，将单片机的I/O口与彩灯连接，由于单片机I/O口驱动能力有限，需通过驱动芯片放大电流）。例如，将8个彩灯的负极接地，正极分别通过限流电阻连接到ULN2003的输出引脚，ULN2003的输入引脚连接到单片机的P1口的8个引脚。

软件设计：编写程序实现不同的彩灯控制模式。可以通过按键输入选择不同的闪烁模式，或者通过定时器中断实现定时切换闪烁模式。例如，流水灯效果可通过循环移位的方式控制I/O口的电平状态，使彩灯依次点亮和熄灭。

例7 – 9 电子日历钟电路

设计思路：利用单片机结合时钟芯片（如DS1302）获取准确的时间信息，通过数码管或液晶显示年、月、日、时、分、秒等时间数据。同时，可设置按键实现时间校准等功能。

硬件电路：包括单片机最小系统、DS1302时钟芯片电路（DS1302的CE、I/O、SCLK引脚分别连接到单片机的I/O口，用于控制和数据传输，还需外接32.768kHz晶振和备用电池，以保证时钟在断电情况下正常运行）、显示电路（如4位共阴极数码管显示小时和分钟，另外4位显示日期等，或者使用液晶显示更详细的时间信息）、按键输入电路（用于时间校准等操作）。

软件设计：编写程序实现与DS1302的通信，读取时间数据并进行处理，然后将时间数据转换为显示代码，通过显示电路显示出来。同时，编写按键处理程序，实现时间的调整功能，如通过按键增加或减少小时、分钟等时间值。

例7 – 10 MSC – 51单片机控制交通信号灯电路的设计

设计思路：以MSC – 51单片机为核心，根据交通规则控制交通信号灯的亮灭状态。设置不同的时间间隔，如红灯、绿灯、黄灯的点亮时间，并且可以根据实际情况（如车流量检测，可通过红外传感器等实现）调整信号灯的时间。

硬件电路：包括单片机最小系统、交通信号灯驱动电路（使用三极管或继电器驱动红、绿、黄信号灯，每个信号灯通过限流电阻连接到驱动元件的输出端，驱动元件的输入端连接到单片机的I/O口）、车流量检测电路（如红外对管检测车辆通过情况，将检测信号输入到单片机的I/O口）、数码管显示电路（用于显示倒计时时间）。

软件设计：编写程序实现信号灯状态的控制逻辑，根据车流量检测信号调整信号灯时间。通过定时器中断实现倒计时功能，将倒计时时间通过数码管显示出来。例如，当检测到某一方向车流量较大时，适当延长该方向绿灯时间。