基于單片機(jī)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

馬志強(qiáng) 牛奔 衛(wèi)會(huì)軍 李孟豪 劉文波

摘? 要：本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89S52為切入點(diǎn)，通過使用AT89S52的內(nèi)部的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，結(jié)合對外接晶振的調(diào)節(jié)來確定一個(gè)合適的振蕩周期，從而確定出內(nèi)部的機(jī)器周期。再通過對內(nèi)部中斷程序的設(shè)置來設(shè)計(jì)出時(shí)鐘程序，即設(shè)計(jì)出了電子時(shí)鐘的核心。然后在核心電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的擴(kuò)展電路，使本設(shè)計(jì)更加實(shí)用。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);數(shù)碼顯示;溫度傳感器

1.引言

基于單片機(jī)的定時(shí)和控制裝置在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，數(shù)字鐘作為其中最基本的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，具有結(jié)構(gòu)簡單應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。數(shù)字鐘中使用了單片機(jī)中最為常用的輸入輸出設(shè)備按鍵開關(guān)和數(shù)碼管;數(shù)字鐘程序主要應(yīng)用單片機(jī)的定時(shí)器和中斷實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)和顯示功能。當(dāng)今數(shù)字種作為一個(gè)單元電路被廣泛應(yīng)用于電子表、電子萬年歷等產(chǎn)品中，帶來廣泛的經(jīng)濟(jì)效益。

2.方案設(shè)計(jì)與論證

根據(jù)題目的要求，我設(shè)計(jì)了以下方案：

設(shè)計(jì)中加載了年、月、日的設(shè)計(jì)，剛開始時(shí)打算用18個(gè)共陽數(shù)碼管，考慮到數(shù)碼管太多是畢會(huì)給硬件電路帶來麻煩，經(jīng)過考慮后，決定把年、月、日與時(shí)間設(shè)置到一組數(shù)碼管上來，即六個(gè)數(shù)碼管即能顯示時(shí)間又能顯示年、月、日，這樣一來就方便了硬件電路。

主控芯片使用51系列AT89S52單片機(jī)，溫度模塊設(shè)計(jì)中，溫度元件采用AD590，利用AD590以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由ADC0804轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后經(jīng)AT89S52處理顯示溫度。但由于AD590價(jià)錢比較貴，且只能轉(zhuǎn)換成模擬電壓，這樣一來硬件就要增加更多的器件且又不經(jīng)濟(jì)，經(jīng)查找發(fā)現(xiàn)18B20溫度傳感器價(jià)錢便宜且可以直接把溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量測溫范圍為-55—125度，最大分辨率可達(dá)0.0625度，采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)，所以我選擇了18B20溫度傳感器。

在音樂模塊的設(shè)計(jì)中，我決定采用音樂芯片，這樣可以避免對鈴聲音樂的編程，即節(jié)省了時(shí)間，又減少了在程序中發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。

3.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

在本設(shè)計(jì)中，以按鍵開關(guān)作為輸入裝置，LED七段數(shù)碼顯示管作為顯示裝置，因此，各按鍵開關(guān)的功能為：

S1鍵：P1.0口 時(shí)間調(diào)整

S2鍵：P1.1口 日期調(diào)整

S3健;p1.2口 鬧鈴設(shè)置

S4健：p1.3口 鬧鈴開關(guān)

4.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

電路是由控制部分和顯示部分兩大部分組成。利用單片機(jī)程序進(jìn)行控制，并通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

4.1 顯示部分電路的設(shè)計(jì)

4.1.1 LED數(shù)碼顯示管的基本原理

動(dòng)態(tài)顯示要CPU時(shí)刻對顯示器件進(jìn)行刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用CPU時(shí)間多。

動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種顯示方式。其接口電路是把所有LED顯示器的8個(gè)筆劃段A～D、DP的同名端連在一起，而每一個(gè)數(shù)碼管的公共端COM是各自獨(dú)立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接受到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的，可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，是各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。

4.2 控制部分電路的設(shè)計(jì)

4.2.1 時(shí)鐘模塊

利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和引腳XTAL2兩端接晶體諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路，如圖外接晶振時(shí)，C1和C2的值通常選擇30pF;C1、C2對頻率有微調(diào)作用，晶體諧振器的頻率12MHz。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。設(shè)置了12—24兩種顯示狀態(tài)，調(diào)整計(jì)時(shí)的按鍵、設(shè)置定時(shí)的按鍵且定時(shí)設(shè)置了3次定時(shí)、還另加載了星期、年、月、日的調(diào)整及閏年的自動(dòng)調(diào)整。

4.2.2 溫度模塊

主要由18B20通過單片機(jī)AT89S52中的溫度程序不斷的檢測溫度來顯示溫度。

18B20溫度傳感器工作原理：DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9—12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，

4.2.3 音樂模塊

通過LM386N-1給揚(yáng)聲器信號來發(fā)出音樂，這個(gè)模塊主要是為時(shí)鐘定時(shí)到時(shí)發(fā)出音樂鬧鈴，而在軟件部分設(shè)置了可以一次設(shè)置3次定時(shí)，每次定時(shí)到時(shí)，音樂程序中編了6種音樂，它可以自動(dòng)選擇6種音樂中的任一音樂響1分鐘，如果中間不想讓鬧鈴響可以按一按鍵，鬧鈴就立刻停止。

4.2.4 復(fù)位模塊

單片機(jī)復(fù)位電路是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從該狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。無論是在單片機(jī)剛接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。

5.系統(tǒng)電路的制作與調(diào)試

5.1 電路硬件焊接制作

電路硬件焊接是畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，其焊接工藝的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體性能。本設(shè)計(jì)的樣品制作采用手工焊接，在焊接制作中應(yīng)遵守手工焊接的工藝流程和技術(shù)要求。

5.2 調(diào)試的主要方法

⑴ 測試單片機(jī)軟件功能的完善性。這是針對整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)功能的測試，測試軟件是否寫的正確完整。單片機(jī)是否能正常工作。

⑵ 上電、掉電測試。在使用中用戶必然會(huì)遇到上電和掉電的情況，可以進(jìn)行多次開關(guān)電源，測試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。

⑶ 老化測試。測試長時(shí)間工作情況下，單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。必要的話可以放置在高溫，高壓以及強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下測試。

⑷ D和EFT等測試?？梢允褂酶鞣N干擾模擬器來測試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。例如使用靜電模擬器測試單片機(jī)系統(tǒng)的抗靜電ESD能力;使用突波雜訊模擬器進(jìn)行快速脈沖抗干擾EFT測試等等。

結(jié)論

經(jīng)過調(diào)試，和多次改進(jìn)，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果。數(shù)字鐘可以正常顯示時(shí)間和日期，并且對每個(gè)月份的天數(shù)進(jìn)行了處理，特別是2月這個(gè)特殊月份，本設(shè)計(jì)可以自動(dòng)從2月28日直接過度到3月1日。而且，在本設(shè)計(jì)中，閏年和平年的2月，其天數(shù)可以被正常區(qū)分，從而達(dá)到了實(shí)用和人性化的效果。對溫度的顯示也比較正常，能夠正常反映出室溫情況。當(dāng)然，還可以根據(jù)需要，增加整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，以使本設(shè)計(jì)更加完善。

總之，本設(shè)計(jì)提供了一套行之有效的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方案，并且成本較低，具有較高的實(shí)用性。

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