基于單片機的多功能時鐘設計

張德坤 彭森

摘 要：多功能時鐘是一種較直觀的數字電路設計，可對分、秒、時的整體設置。由于數字集成電路在此次設計中的應用，所以可較為有效的保證時間的精確，較機械鐘表而言有著更長的使用壽命。該時鐘的鬧鈴功能可以在這個快節奏社會中方便人們對時間的把控，保證數字時鐘的有效化的應用過程，從而體現這次設計更加重要的社會實際意義。此次畢業設計，是以AT89S52單片機為核心，以DS18B20溫度傳感器以及DS1302實時時鐘芯片為輔，設計的一款具有時鐘，溫度，鬧鐘等功能的時鐘。

關鍵詞：單片機；多功能時鐘；DS18B20溫度傳感器；DS1302時鐘芯片

1 引言

在第二十世紀末，隨著社會需求的增加，各種電子技術得到了迅速的發展。在它的帶動下，電子科技近乎滲透到社會上的所有產業中，強飛速加快整個社會信息化的程度。由于現如今電子產品性能的不斷提高，更新換代也愈加頻繁。在這個快節奏的社會，時間變得無比的寶貴，可是也正是因為快節奏，使得人更加容易忘記當前的時間。有時，人們記不清要做的事情，當事情并不嚴重，倒是無關大體。但是，倘若是重要事情，一分一秒的耽誤都有可能釀成大禍。比如，很多火災都是因為人們的疏忽，忘了關掉煤氣或者忘了充電的時間。因此有必要做一個定時系統。總是提醒那些總是忘記時間。時鐘的數字化帶來了極大的便利，并擴大了時鐘功能。自動的定時警報、定時打鈴預警、時間程序的自動控化制、定時播報新聞、電路的定時開關、微波爐定時工作、洗衣機定時甩水烘干，路由器定時離線下載等。一上各種功能的實現都應該以鐘表的數字化為基礎，因此，對數字時鐘的功能合理使用并擴充，有著巨大的意義。

隨著社會的發展，人們追求的東西將越來越人性。傳統的時鐘不能滿足人們的需求。用編程軟件盡可能做到電路簡單、穩定，減少對環境的干擾，引起誤差的零件的精度，多功能的電子時鐘可以提高如何選擇元器件的精密。較機械時鐘而言，正是因為IC集成電路的壯大及石英晶振穩定及廣泛的應用，使得數字時鐘的精確程度遠遠高過老式的鐘表。同時也正是因為多功能時鐘所具備的超高準確性以及既視性，并不帶有任何的機械部分，有著更久的使用年限，故其得到眾多的使用。

2 系統方案選擇

2.1時鐘計時的方案選擇

方案一：采用DS1288芯片。設計方案由AT89S52作為主控制，和數字時鐘電路是由時鐘芯片DS12887時鐘芯片為核心的。此電路可以較為準確的計時，同時還可以增添了其它的功能，在掉電情況下依然可以將參數保存下來。雖然使用這種方案能夠達到設計目的，其他各方面表現也較好，但是，由于采用的是并行的接口方案，將占用過多的接口資源，不利于其他電路的設計。 方案二：通過基于改進的普通數字鐘的設計，添加時間芯片DS1302，單獨的時鐘電路部分和控制部分，在電路控制部分由單片機來完成，DS1302時間芯片分管計時功能。并且這種設計整個電路的功耗大大降低。由于DS1302提供了精確的時間，所以對于電路的器件選擇將變得更為簡便。軟件方面，由于有掉電續時的特性，也將使得程序的設計變為更加簡潔。硬件，只需增加一個DS1302時鐘芯片，不是特別復雜。通過對上述兩種方案的比較，不難看出，第二種計時方案的計時效果更為精確，電路硬件的設計并不復雜，軟件設計也簡潔明了，故本次采用第二種方案。

2.2 測溫方案的選擇

方案一：使用普通的熱敏電阻可用于測量40攝氏度到90攝氏度，然而，對小于1攝氏度信號的檢測，由于其準確性和可靠性差，所以不能做的工作。 方案二：采用溫度傳感器DS18B20。由美國DALLAS公司生產的單總線溫度傳感器DS18B20，是一款集結構簡單、小體積、較強的抗干擾能力、耗能低等優點于一身的溫度傳感器。它有一個“一線”的界面，其內部使用的鋼板溫度測量的專利技術，其測量范圍為55攝氏度至125攝氏度，精度1 / 2攝氏度。通過對上述二種方案的比較，基于DS18B20溫度傳感器的以上優點，本設計將選取方案二來測量溫度。

3 電路設計

3.1總體硬件設計

本次的硬件設計是設計一個多功能時鐘系統，系統設計的詳細框圖如圖1所示。

依照此次設計的指導要求，對于主控模塊，我們將選用Atmel公司推出的AT89S52單片機，定時器，程序存儲器，32個輸入輸出口等硬件電路都集成于這塊單片機中，能與上圖所示的其他硬件部分完美集合，使得主控模塊部分不需其他芯片即可做成一個最小系統，電路簡單，功能齊全，抗干擾性強，價格便宜，所以，這定是一個完美的方案。

3.2 外部時鐘模塊

DS1302芯片除了擁有最普通的，對時、秒、分、日、年等進行計時功能外，還具備一項強大并實用的功能，即閏年補償的功能。這款芯片的最低的工作電壓只需2.5V，并上限電壓達到5.3V，可以和主控芯片AT89S52使用相同的電源，極為方便。在與單片機連接方面，利用了三條線接口同步通信技術，可以利用突發傳送的傳送方式傳送時鐘信號數據以及RAM數據。用于臨時存儲數據的只讀存儲器集成在芯片DS1302。在DS1302之前，有一款DS1202時鐘芯片，DS1302是DS1202的升級版，DS1302是可以與 DS1202完全兼容的，在DS1202基于兩引腳，它們是針主電源和備用電源引腳，正因為兩銷的存在，在電源可以在小涓流充電的備用電源。

3.3溫度模塊的設計

之前的介紹中，我們知道，在這次設計，我們將采用DS18B20溫度傳感器作為本次設計的溫度模塊芯片。DS18B20傳感器是市場上最優性的溫度傳感器之一，麻雀雖小五臟俱全，這款傳感器僅有3個接口，卻有著強大的功能，其電路的連接方式極為簡單。

4 結束語

在設計過程中出現部分問題：例如在位選上，閃爍的功能不能實現、在溫度顯示上，與實際溫度略有誤差、蜂鳴聲出現間斷的現象等。經反復檢測，軟件設計缺陷造成了前兩個問題，而溫度與實際相差較大則是由于溫度采集器安放的位置不正確，（開始是置于主板板上），由于單片機等元器件發熱導致DS18B20采集的溫度偏高，發現問題后，經過改進，將DS18B20從主板上取出，并且獨立安放于系統板外部，之后溫度部分恢復正常顯示。通過這次設計，我明白了一個道理，無論在學習中還是生活，都需要把理論和實際結合，才能把所學的東西用出來，在程序方面，還是需要經常的練習，才能不斷提高自己。

參考文獻

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作者簡介

張德坤，邵陽學院信息工程學院電子科學與技術專業學生