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单片机定时闹钟资料.doc
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单片机定时闹钟
一
、[
电路概述
]该时钟电路主要以单片机 AT89S52 为核心而设计的,通过单
片机对信息的分析与处理控制外围设备。电路整体设计思想是想把它做成一个实
用的器件,所以在题目要求的前提下,我们又加入了星期程序,温度程序,年、
月、日程序以及时间的 12—24 转换程序。
[关键字]:单片机 数码显示 温度传感器 光识电路
二
、[
题目分析与方案论证
]按照系统设计功能的要求,初步确定设计系统由
复位模块、时钟模块、温度模块、音乐模块、光识模块及显示模块共五个模块组
成,后来在时钟模块的基础上又加载了日历、星期的模块
从单片机 AT89S52 入手,通过使用 AT89S52 的内部的可编程定时器/计数器,结
合对外接晶振的调节来确定一个合适的振荡周期,从而确定出内部的机器周期。
再通过对内部中断程序的设置来设计出时钟程序,即设计出了电子时钟的核心。
根据题目的要求,我们设计了以下方案:
[
方案一
]设计中加载了年、月、日的设计,刚开始时打算用 18 个共阳数码管,
考虑到数码管太多是毕会给硬件电路带来麻烦,经过考虑后,决定把年、月、日
与时间设置到一组数码管上来,即六个数码管即能显示时间又能显示年、月、日,
这样一来就方便了硬件电路;
[
方案二
]主控芯片使用 51 系列 AT89S52 单片机设计时温度模块设计温度元件
用 AD590,利用 AD590 以及接口电路把温度转换成模拟电压,经由 ADC0804
转换成数字信号,然后经 AT89S52 处理显示温度。但由于 AD590 价钱比较贵,
且只能转换成模拟电压,这样一来硬件就要增加更多的器件且又不经济,经查找
发现 18B20 温度传感器价钱便宜且可以直接把温度转换成数字量测温范围为
-55—125 度,最大分辨率可达 0.0625 度,采用 3 线制与单片机相连,减少了外
部的硬件电路,具有低成本和易使用的特点,所以我们选择了 18B20 温度传感
器。
附 18B20 温度传感器工作原理:DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公
司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,
它能直接读出被测温度,并可根据实际要求通过简单的编程实现 9—12 位的数字
值读数方式。温度传感器 DS18B20 采集温度信号送该给单片机处理,存储器通
过单片机对某些时间点的数据进行存储;,DS18B20 的性能特点如下:
1、独特的单线接口仅需要一个引脚进行通信;
2、多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上,实现多点组网功能;
3、无须外部器件;
4、可通过数据线供电,电压范围为 3.0---5.5V;
5、零待机功耗;
6、温度以 9 或 12 位数字量读出;
7、用户可定义的非易失性温度报警设置;
8、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;
9、负电压特性,电源极性接反是,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工
作。
三、[系统总体结构框图]
[
按键功能
]
a 键:P2.1 口 12---24 转换
b 键:P2.3 口调整定时、计时的时、调整年
c 键:P2.5 口调整计时的秒和定时状态及日
d 键:P2.7 口判断定时到否
e 键:P2.0 口调整星期
f 键:P2.2 口定时、计时转换
g 键:P2.4 口调整定时、计时的秒和判断定时状态、调整日
h 键:P2.6 口调整定时的报警音乐、省电模式
i 键:复位键
j 键:P3.6 口年、月、日的显示
四
、[
主要电路原理与设计
]
(1)系统硬件电路的设计:
电路是由控制部分和显示部分两大部分组成。利用单片机程序进行控制,单片机
以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位,片内的各
种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期或称 s 周期,
所以,1 个状态周期包含有 2 个振荡周期。振荡频率 foscl2 分频后形成机器周
期 MC。所以,1 个机器周期包含有 6 个状态周期或 12 个振荡周期。1 个到 4
个机器周期确定一条指令的执行时间,这个时间就是指令周期。AT89S52 单片
AT89S52
主控模块
光识电路
温度电路
音乐电路
显 示 电 路
电路
时钟电路
复位电路
机指令系统中,各条指令的执行时间都在 1 个到 4 个机器周期之间。
,并通过数码管进行显示单片机普遍采用锁相环技术,使单片机的时钟频率可由
程序控制。锁相环允许用户在片外使用频率较低的晶振,可以很大地减小板级噪
声;而且,由于时钟频率可由程序控制,系统时钟可以在一个很宽的范围内调整,
总线频率往往能升得很高。但是,使用锁相环也会带来额外的功率消耗。 单就
时钟方案来讲,使用外部晶振且不使用锁相环是功率消耗最小的一种。AT89S52
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡方式和外部振荡方式。
在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了
内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器,当外接晶振后,就构
成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如下图所示。
图中,电容器 C01,C02 起稳定振荡频率、快速起振的作用,其电容值一般在
5-30pF。晶振频率的典型值为 12MH2,采用 6MHz 的情况也比较多。内部振
荡方式所得的时钟情号比较稳定,实用电路中使用较多。
外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片
机的时钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如下图所示。
如图所示:
9V/5W
50HZ 220V
Speaker
STB
1
A
2
B
3
C
21
D
22
INH
23
Y0
11
Y1
9
Y2
10
Y3
8
Y4
7
Y5
6
Y6
5
Y7
4
Y8
18
Y9
17
Y10
20
Y11
19
Y12
14
Y13
13
Y14
16
Y15
15
VDD
24
GND
12
CD4515BCN
BI/RBO
4
RBI
5
LT
3
A0
7
A1
1
A2
2
A3
6
a
13
b
12
c
11
d
10
e
9
f
15
g
14
VCC
16
GND
8
DM74LS47N
VS
6
GND
4
GAIN
8
3
2
5
BYP
7
GAIN
1
LM386N-1
1 2
LED
9012
9012
9012
9012
9012
Bridge
30pF30pF
104J
3300UF
IN
1
3
OUT
2
GND
L7805
1000UF
104J
e
i
c
b
a
f
d
j
g
h
1 2
CY12.000
GND
P1.0
1
P1.1/T2EX
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
RESET
9
P3.0(RXD)
10
P3.1(TXD)
11
P3.2(/INT0)
12
P3.3(/INT1)
13
P3.4(T0)
14
P3.5(T1)
15
P3.6(/WR)
16
P3.7(/WD)
17
XTAL2
18
XTAL1
19
VSS
20
P2.0
21
P2.1
22
P2.2
23
P2.3
24
P2.4
25
P2.5
26
P2.6
27
P2.7
28
/PSEN
29
ALE
30
/EA,VPP
31
P0.7
32
P0.6
33
P0.5
34
P0.4
35
P0.3
36
P0.2
37
P0.1
38
P0.0
39
VDD
40
AT89S52
4.7k
100
g
f
e
d
c
b
a
*
g
f
e
d
c
b
a
*
+5V
10k
470
GND
GND
0.0047U
0.1U
10U
47U
GND
GND
GND
+5V
+5V
1 2
LED
1 2
LED
1 2
LED
1 2
LED
1 2
LED
1 2
LED
1 2
LED
12
LED
12
LED
12
LED
12
LED
12
LED
12
LED
12
LED
12
LED
GND
1K
1
2
3
18b20
4.7k
GND
1 2
LED2
470
+5v
+5v
GND
1K
8.2K
106
GND
GND
GND
g
f
e
d
c
b
a
*
9012
9012
9012
9012
9012
9012
9012
各模块分析:
显示模块
显示模块——电路先通过电源电路送出+5V 电压,单片机 AT89S52 通过 74LS47
和 CD4515(4—16 译码器)驱动数码管显示数值, 显示部分采用普通共阳极数
码管显示,采用动态扫描,以减少硬件电路。考虑到一次扫描 12 位数码管显示
时会出现闪烁情况,设计时分两排显示,一排显示时间和年月日,一排显示星期
和温度, 共阳极数码管中 8 个发光二极管的阳极(二极管正端)连在一起。通
常,公共阳极接高电平(一般接电源),其它管脚接段驱动电路输出端。当某段
驱动电路的输入端为低电平时,该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的
不同组合可显示出各种数字或字符。此时,要求段驱动电路能吸收额定的段导通
电流,还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。采用动态显
示方式,比较节省 I/O 口,硬件电路也较静态显示简单,但其亮度不如静态显示
方式,而且在显示位数较多时,CPU 要依次扫描,占用 CPU 较多时间。
为了提供共阳 LED 数码管的驱动电压,用三极管 9012 作电源驱动输出。采用
12MHz 晶振,有利于提高秒计时的精确性。三极管采用 9012。数码管采用红色
的共阳型 LED 数码管,亮度高些,因为是扫描的显示方式,所以各个数码管的
abcdefg 各脚采用了总线并联,改动 510 欧姆的电阻可以改变显示亮度;
时
时
钟
钟
模
模
块
块——利用芯片内部的振荡器,然后在引脚 XTAL1 和引脚 XTAL2 两端
接晶体谐振器,就构成了稳定的自激振荡器,其发出的脉冲直接送入内部的时钟
电路,如图外接晶振时,C1 和 C2 的值通常选择 30pF; C1、C2 对频率有微调
作用,晶体谐振器的频率 12MHz。为了减少寄生电容,更好地保证振荡器稳定、
可靠地工作,振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。设置了 12—24
两种显示状态,调整计时的按键、设置定时的按键且定时设置了 3 次定时、还另
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