基于單片機(jī)的多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)

作者/尹克巖，開(kāi)封大學(xué)電子電氣工程學(xué)院

基于單片機(jī)的多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)

作者/尹克巖，開(kāi)封大學(xué)電子電氣工程學(xué)院

多功能電子鐘除了具有時(shí)鐘的功能外還可以包含星期、日歷，以及對(duì)環(huán)境溫度的檢測(cè)功能。星期是一種時(shí)間依據(jù)，也是現(xiàn)在制定工作日、休息日的依據(jù)。日歷是現(xiàn)在通用的歷法與紀(jì)年。溫度是環(huán)境的基本參數(shù)，在各行各業(yè)中占有著很重要的位置。本文以AT89S52為核心控制器制作了一款多功能數(shù)字鐘，該數(shù)字鐘具有功耗低，實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較高是推廣應(yīng)用價(jià)值。

電子鐘；單片機(jī)；農(nóng)歷；溫度檢測(cè)

引言

數(shù)字鐘是一種利用數(shù)字電路來(lái)顯示時(shí)分秒的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。隨著人們生化環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合可以看到電子鐘。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)達(dá)，人們對(duì)數(shù)字鐘的要求越來(lái)越多，能夠顯示周邊的氣候和濕度，自帶投影，可以讓時(shí)間顯示在天花板上，在汽車(chē)中帶有背景光等等，衍生的輔助功能越來(lái)越多。多功能數(shù)字鐘在外觀、性能、用途上都出現(xiàn)了極大的變化，大部分電子鐘都已具備了鬧鐘、秒表、溫濕度檢測(cè)等功能。本文將以單片機(jī)為基礎(chǔ)的對(duì)于帶日歷、溫濕度檢測(cè)電子鐘進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1. 硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)框圖

數(shù)字鐘硬件有單片機(jī)、數(shù)碼管顯示、溫度檢測(cè)、按鍵輸入和蜂鳴器組成電氣回路。接通電源數(shù)字鐘顯示“00—00—00”，按下按鈕可以調(diào)節(jié)時(shí)間和鬧鐘，整點(diǎn)蜂鳴器報(bào)警，按下相應(yīng)按鍵可以顯示日歷和環(huán)境溫度。整體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.2 模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 單片機(jī)系統(tǒng)

AT89S52是一種低功耗、高性能的微控制器，具有低功耗空閑和掉電模式以及三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器。40個(gè)引腳，VCC接5V電源，GND接地，EA接高電平，XTAL接晶振電路，RST接復(fù)位電路，P1和P2口接數(shù)碼管顯示，P3口接5位控制按鍵以及蜂鳴器和溫度檢測(cè)器。

1.2.2 晶振電路

在51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，其輸入輸出端引腳為XTAL1和XTAL2，只要在它們之間接晶體振蕩器和微調(diào)電容，就可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2(a)所示。

1.2.3 復(fù)位電路

單片機(jī)在剛接通電源時(shí)，或者是發(fā)生故障和斷電時(shí)都需要進(jìn)行復(fù)位。即在RST引腳上加持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，使系統(tǒng)中的各功能部件回復(fù)到初始狀態(tài)。如圖2(b)所示。

圖2

1.2.4 數(shù)碼管顯示

數(shù)碼管是靠?jī)?nèi)部的發(fā)光二極管來(lái)發(fā)光，內(nèi)部有8個(gè)發(fā)光二極管，還有一個(gè)公共端。公共端分為共陽(yáng)極和共陰極，分別接電源和地。本文采用8個(gè)共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示。發(fā)光二極管點(diǎn)亮需要5mA以上電流，而單片機(jī)輸出不了如此大的電流，采用74HC573鎖存器連接P1口驅(qū)動(dòng)段選，其輸出電流較大，電路接口簡(jiǎn)單。位選連接P2口，采用動(dòng)態(tài)顯示，輪流向各個(gè)數(shù)碼管送出字形段選和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光二極管的余暉和人眼視覺(jué)暫留，使人感覺(jué)各數(shù)碼管同時(shí)顯示。

1.2.5 溫度檢測(cè)

溫度是環(huán)境檢測(cè)的一項(xiàng)重要參數(shù)，在各行各業(yè)中最經(jīng)常使用的傳感器就是溫度傳感器，早期的溫度傳感器傳輸?shù)氖悄M信號(hào)。隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，現(xiàn)代的溫度傳感器在內(nèi)部集成有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，輸出的是數(shù)字信號(hào)。DS18B20采用單總線協(xié)議，即僅需占用單片機(jī)的一個(gè)I/O口，無(wú)需外部元件，直接將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。如圖3所示。

1.2.6 蜂鳴器

蜂鳴器是電流流過(guò)電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲，因此需要的驅(qū)動(dòng)電流較大，而單片機(jī)引腳輸出電流較小，無(wú)法驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，因此需要對(duì)單片機(jī)的輸出電流進(jìn)行放大。通過(guò)一個(gè)8550的三極管來(lái)放大輸出電流從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，如圖4所示。

圖3 溫度檢測(cè)

共有5個(gè)按鍵，用來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間、鬧鐘、公歷，控制顯示內(nèi)容。連接P3口的前5個(gè)I/O口。K1增加時(shí)間，K2減少時(shí)間，K3控制調(diào)節(jié)單位，K4控制調(diào)節(jié)內(nèi)容，K5控制顯示內(nèi)容。

2. 軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序流程圖

該數(shù)字鐘主要實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示、星期顯示、日歷顯示、溫度顯示，以及時(shí)間調(diào)整和鬧鐘報(bào)警功能。流程圖如圖5所示。

2.2 系統(tǒng)源程序

程序包括主程序、中斷調(diào)節(jié)控制子程序、調(diào)節(jié)時(shí)間子程序、調(diào)節(jié)鬧鐘子程序、調(diào)節(jié)日歷子程序、公歷—星期換算子程序、判斷按鍵子程序、延時(shí)子程序、中斷顯示控制子程序、顯示子程序、鬧鐘子程序。

該電子鐘能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)分秒的顯示，還能顯示星期和日歷。開(kāi)機(jī)初始時(shí)間為00—00—00，鬧鐘時(shí)間為24—00，即鬧鐘沒(méi)有開(kāi)啟，公歷2017.1.1.，2017年的頭兩位不顯示。

圖5 主程序流程圖

3. 總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，多功能電子鐘在性能、樣式、用途上都發(fā)生著重大變化。單片機(jī)在電子鐘中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。本文以AT89S52為核心，對(duì)帶星期、日歷和溫度檢測(cè)的電子鐘進(jìn)行設(shè)計(jì)完成，進(jìn)而體現(xiàn)了電子鐘的智能，但還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)濕度檢測(cè)、農(nóng)歷顯示等，還可以進(jìn)一步的完善和優(yōu)化。

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