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多功能电子钟
摘要
随着科技的快速发展,时间的流逝,至从观太阳、摆钟到现在电子钟,人类不断研究,不断创新纪录。
美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟芯片DS12C887。
它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,还具有闰年补偿等多种功能,而且DS12C887的使用寿命长,误差小,内部自带电池和晶振,大大减小了时钟芯片外围电路的设计,并且并行数据传输,降低了系统开销。
对于数字电子万年历采用直观的数字显示,可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息,还具有时间校准等功能。
该电路采用AT89S52单片机作为核心,功耗小,能在3V的低压工作,电压可选用3~5V电压供电。
综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点,符合电子仪器仪表的发展趋势,具有广阔的市场前景。
关键词:
AT89S52;DS12C887;DS18B20;红外遥控
目录
摘要1
1设计要求与方案论证3
1.1 设计要求:
3
1.2系统基本方案选择和论证3
1.2.1单片机芯片的选择方案和论证:
3
1.2.2显示模块选择方案和论证:
3
1.2.3时钟芯片的选择方案和论证:
4
1.2.4温度传感器的选择方案与论证:
4
1.3电路设计最终方案决定5
2系统的硬件设计与实现5
2.1电路设计框图5
2.2系统硬件概述5
2.3主要单元电路的设计6
2.3.1单片机最小系统的设计6
2.3.2时钟电路模块的设计6
2.3.3温度采集模块设计7
2.3.4显示模块的设计7
2.3.5按键和红外遥控电路8
2.3.6闹钟电路9
3系统的软件设计10
3.1程序流程框图10
3.2程序设计11
4指标测试35
4.1硬件测试35
4.2软件测试35
4.3测试结果分析与结论36
4.3.1测试结果分析36
4.3.2测试结论36
参考文献37
附录一系统电路图38
附录二系统使用说明书39
1设计要求与方案论证
1.1 设计要求:
1具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能;
2时间与阴、阳历能够自动关联;
3具有温度计功能;
4具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能;
5可以通过红外遥控设置时间;
1.2系统基本方案选择和论证
1.2.1单片机芯片的选择方案和论证:
方案一:
采用89C51芯片作为硬件核心,采用FlashROM,内部具有4KBROM存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。
方案二:
采用AT89S52,片内ROM全都采用FlashROM;能以3V的超底压工作;同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KBROM存储空间,同样具有89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,所以不会对芯片造成损坏。
并且,AT89S52具有isp下载功能,这样烧写程序的便利。
所以选择采用AT89S52作为主控制系统.
1.2.2显示模块选择方案和论证:
方案一:
采用LED液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,所以在此设计中不采用LED液晶显示屏.
方案二:
采用点阵式数码管显示,点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成,对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.
方案三:
采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。
所以采用了LED数码管作为显示。
1.2.3时钟芯片的选择方案和论证:
方案一:
直接采用单片机定时计数器提供秒信号,使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。
采用此种方案虽然减少芯片的使用,节约成本,但是,实现的时间误差较大。
所以不采用此方案。
方案二:
采用ds12c887时钟芯片实现时钟,ds12c887芯片是一种高性能的时钟芯片,可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数,而且精度高,位的RAM做为数据暂存区,工作电压5V范围内.
1.2.4温度传感器的选择方案与论证:
方案一:
使用热敏电阻作为传感器,用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,并进行A/D转换。
此设计方案需用A/D转换电路,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测量误差。
方案二:
采用数字式温度传感器DS18B20,此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输,易于与单片机连接,可以去除A/D模块,降低硬件成本,简化系统电路。
另外,数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。
1.3电路设计最终方案决定
综上各方案所述,对此次作品的方案选定:
采用AT89S52作为主控制系统;DS12c887提供时钟;数字式温度传感器;LED数码管动态扫描作为显示。
2系统的硬件设计与实现
2.1电路设计框图
AT89S52
控制
模块
2.2系统硬件概述
本电路是由AT89S52单片机为控制核心,具有在线编程功能,低功耗,能在3V超低压工作;时钟电路由DS12c887提供,它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为5V。
采用串行接口与单片机P0进行同步通信,且可以自动产生闹钟中断信号。
DS12c887可产生年、月、日、周日、时、分、秒,具有使用寿命长,精度高和低功耗等特点,且掉电后,时钟任然继续工作;温度的采集由DS18B20构成;显示部份由15个数码管,74hc573锁存段选信号,74hc154译码器做位选。
使用动态扫描显示方式对数字的显示。
2.3主要单元电路的设计
2.3.1单片机最小系统的设计
AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3,MCS-51单片机共有4个8位的I/O口(P0、P1、P2、P3),每一条I/O线都能独立地作输出或输入。
单片机的最小系统如图1所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出.第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻图1单片机最小系统
及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端.JP1做ISP接口,
方便程序烧写。
单片机P0口在做输出是需接上拉电阻。
2.3.2时钟电路模块的设计
图2为DS12c887的引脚排列,
1脚为模式选择端,当接高电平是,为Motorola工作模式,当为低电平是,
选择INTEL模式,在此处我们接低电平。
4—11脚做数据和地址复用
口与单片机P0口连接。
13脚为片选信号输入端口,低电平有效。
14脚为Intel模式下的地址锁存信号输入端口。
15脚为Intel模式下的写允许信号输入端口。
17脚为Intel模式下的读允许信号输入端口。
18脚在此处接高电平。
19脚为闹钟中断信号输出漏极开路端口,所以应接上拉电阻。
图2DS12C887引脚图
在第一次操作ds12c887时,需要初始化,如打开晶振,设置数据模式等。
2.3.3温度采集模块设计
如图3所示。
采用数字式温度传感器DS18B20,它是数字式温度传感器,具有测量精度高,电路连接简单特点,此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输,使用P1.7与DS18B20的I/O口连接加一个上拉电阻,Vcc接电源,Vss接地。
图3温度采集原理图
2.3.4显示模块的设计
如图4所示,采用动态扫描显示,由15个数码管,4-16线译码器74HC1154接P2端口的高四位,输出端接分别接共阴数码管的COM端作为选通位码,锁存器74HC573锁存P0端口的段选信号,并输出到共阴数码管的a-dp端口。
四个LED一直点亮,以此作为时分秒的分隔符。
图4显示电路
2.3.5按键和红外遥控电路
通过按键S4、S5、S6可以设置时间。
配合遥控器可以远距离设置电子钟的相关时间信息。
如图5所示。
相关按键功能如下:
S4、45:
时间设置功能键,
S5、44:
时间减,
S6、40:
时间加,
46:
闹钟设置功能键,
47:
日期设置功能键,
43:
星期设置功能键,
07:
夏令时设置,
15:
查看闹钟时间,
09:
查看阴历,
16:
关闹钟。
图5按键电路
2.3.6闹钟电路
当到达闹钟时间时,DS12C887产生/IRQ端输出低电平给单片机外部中断,此时在中断程序中,给P16低电平,然后通过PNP驱动蜂鸣器发声,当有遥控按键16按下,后者是一分钟后,P16重新置高,关闭蜂鸣器。
如图6所示。
图6闹钟电路
3系统的软件设计
3.1程序流程框图
图7系统设计总框图
4指标测试
4.1硬件测试
电子万年历的电路系统较大,对于焊接方面更是不可轻视,庞大的电路系统中只要出于一处的错误,则会对检测造成很大的不便,而且电路的交线较多,对于各种锋利的引脚要注意处理,否则会刺被带有包皮的导线,则会对电路造成短路现象。
在本成电子万年历的设计调试中遇到了很多的问题。
回想这些问题只要认真多思考都是可以避免的,以下为主要的问题:
(1)LED数码管的断码错乱,原因出于没有认真看清a、b、c等引脚信息。
解决:
重新排列74LS47的输出端,相应接入LED数码管,即可解决出现在的断码或乱码。
(2)温度显示不正常。
解决:
经过多次验证,软件中在读、写DS18B20时,延时没有到达PDF资料中的延时要求,通过修改,最终成功解决问题。
4.2软件测试
电子成年历是多功能的数字型,可以看当前日期(阴、阳历),时间,还有温度的仪器。
电子成年历功能很多,所以对于它的程序也较为复杂,所以在编写程序和调试时出现了相对较多的问题。
最后经过多次的模块子程序的修改,一步一步的完成,最终解决了软件。
在软件的调试过程中主要遇到的问题如下:
1.烧入程序后,LED数码管显示闪动,而且亮度不均匀。
解决:
首先对调用的延时进行逐渐修改,可以解决显示闪动问题。
其次,由于本作品使作动态扫描方式显示的数字,动态扫描很快,人的肉眼是无法看出,但是调用的显示程序时,如果不在反回时屏蔽掉最后的附值,则会出现很亮的现象,所以在显示的后面加了屏蔽子令,最后解决了此问题。
2.修改时间、日期时没有农历没有自动对应上。
解决:
把不相关的程序暂时屏蔽,地农历的子程序独立调试,发现在调用农历自动更新时,对十进制和十六进制处理不好,所以会造成错乱。
最后把相应的十进制进行修改,使得可以与十六进制对应,最后解决了此问题.
3.加入温度的程序后,进行修改时间、日期时相应的数码管位没有按要求闪动。
解决:
由于DS18B20是串行通信数据,只用一个口线传输,在处理采集的模拟信号时需要一定的时间,当把万年历的程序相接入时,会对延时有很大的影响。
所以在程序中每两分钟读取一次温度。
4.3测试结果分析与结论
4.3.1测试结果分析
(1).在测试中遇到发光二极管、LED数码管为不显示时,首先使用试测仪对电路进行测试,观察是否存在漏焊,虚焊,或者元件损坏.
(2).LED数码管显示不正常,还有亮度不够,首先使用试测仪对电路进行测试,观察电路是否存在短路现象。
查看烧写的程序是否正确无误,对程序进行认真修改。
4.3.2测试结论
经过多次的反复测试与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.
参考文献
[1]刘勇编数字电路电子工业出版社2004
[2]陈正振编电子电路设计与制作广西交通职业技术学院信息工程系2007
[3]杨子文编单片机原理及应用西安电子科技大学出版社2006
[4]王法能编单片机原理及应用科学出版社2004
附录一系统电路图
附录二系统使用说明书
由电路原理总图可知,本电路具有年、月、日、周日、时、分、秒、温度和农历功能,
总共由14个LED数码管显示,如右图所示。
日期和时间的修改由3个按键构成。
如图下图所示。
键1为向时间功能键;键2为减1;键3为加1。
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