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曦风云影

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人生无际处,临川踏诗行。

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实用电子钟设计   

2008-01-17 21:16:32|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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第1章         前 言

 

20世纪末,电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
  
钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备,甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。所以在此次设计中有以下几点要注意:

1)设计内容及设计方案 论述时钟的具体设计方案及设计要求。
2)单元电路设计、原理及器件选择 说明时钟的设计原理以及器件           的选择。

3)主要从LED点阵屏驱动部分、时钟电路部分、温度传感器电路部分、单片机最小部分、扬声器几部分中进行说明。
4)绘制整机原理图,该系统的设计、安装、调试工作全部完成。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2章 设计要求及方案论证

2.1 设计要求

 

1)独立设计原理图及相应的硬件电路。

2)独立焊接电路板并对电路板调试。

3)针对选择的设计题目,设计系统软件。软件要做到:操作方便,实用性强,稳定可靠。

4)设计说明书格式规范,层次合理,重点突出。并附上设计原理图、电路板图及相应的源程序

2.2 总体方案比较及论证

方案一:采用AT89C2051微处理器控制。显示电路采用4个共阳数码管显示,为了精简系统和节省成本设置两个按键和一个按钮,闹铃采用蜂鸣器连接单片机直接控制,PNP小功率三极管9012驱动。电压采用7805三端稳压集成芯片稳定输出5V直流电压。此方案设计简洁,实现设计的要求,但灵活性较低,不利于各种功能的扩展。
方案二:采用AT89S52单片机来实现系统的控制。时钟芯采用DS1302,温度传感器采用DS18B20,显示采用16*16LED大屏幕点阵. 此系统硬件简洁,将复杂的硬件功能用软件实现,因此系统控制灵活,能很好地满足本题的基本要求和扩展要求。
 
比较以上两种方案的优缺点,方案一仅能简单实现闹钟的功能,而方案二采用的时钟芯片DS1302能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒、农历等时间信息,显示简洁、灵活、可扩展性好,能完全达到设计要求,故采用第二种方案。设计系统框图如图2-1所示:
                                                                                         
 
       2-1  系统方框原理图
系统框图原理说明:

1)从串行口输出8字节共64bit的数据到74HC154中,形成64列的列驱动信号;

2)从P0P2口输出相应的行扫描信号,与列信号在一起,点亮行中有关的点;

3)延时l2ms。此时间受50Hz闪烁频率的限制,不能太大,应保证扫描所有16行(一帧数据)所用时间之和在20ms以内;

4)从串行口输出下一组数据,从P1口输出下一行扫描信号并延时l2ms,完成下一行的显示;

5)重复上述操作,直到所有16行全扫描显示一次,即完成一帧数据的显示;

6)重新扫描显示的第一行,开始下一帧数据的扫描显示工作,如此不断地循环,即可完成相应的画面显示;

7)要更新画面时,只须将新画面的点阵数据输入到显示缓冲区中即可;

8)通过控制画面的显示,可以形成多种显示方式,如左平移、右平移、开幕式、合幕式、上移、下移及动画等。

 

 

3章 电子闹钟的模块电路设计及原理

 

3.1 电子闹钟主机电路设计及原理

本设计用单片机AT89S52做为总控制器CPUAT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash256字节RAM32 I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。  

3-1 AT89S52示意图

3.2 时钟模块的设计及原理

 

时钟电路是电子钟的重要部分,它的精度稳定度决定了电子钟的质量,本次设计应用DS1302作为本电路时间电路部分芯片。DS1302是一种涓流充电时钟芯片,内含一个实时时钟和31字节静态RAM。实时时钟可提供时、分、秒、日、年、月、星期的信息。并且DS1302工作时功耗低,时钟可进行长时间使用。在此之上接一3.6V的充电电源,即可在时钟掉电也正常应用。在时钟接通电源时进行充电。

 

3.3 温度检测的设计及原理

 

单线数字温度传感器DS1820,可把温度信号直接转换成串行数字信号供微机处理。由于每片DS1820含有唯一的硅串行数所以在一条总线上可挂接任意多个DS1820芯片。从DS1820读出的信息或写入DS1820的信息,仅需要一根口线(单线接口)。读写及温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS1820供电,而无需额外电源。DS1820提供九位温度读数,构成多点温度检测系统而无需任何外围硬件。

3.4显示电路

 

LED大屏幕显示可分为静态显示和动态扫描显示两种静态显示每一个像素需要一套驱动电路,如果显示屏为n×m个像素,则需要n×m套驱动电路;动态扫描显示则采用多路复用技术,如果是P路复用,则每P个像素需一套驱动电路, n×m个像素仅需 n×m P套驱动电路。对动态扫描显示而言,P越大驱动电路就越少,成本也就越低,引线也大大减少,更有利于高密度显示屏的制造。在实际使用的LED大屏幕显示器中,很少采用静态驱动

 

 

 

 

 

3.5 完整的电路图(做为附录附在后面)

 

 

4章 系统原理分析及软件部分

 

4.1 原理分析

 

实用电子钟的逻辑框图如图1所示。它由LED点阵屏驱动部分、时钟电路部分、温度传感器电路部分、单片机最小部分、扬声器、按键等部分组成。单片机的P0P2接口分别连接LED点阵屏的行接口,而16个列接口由74HC154控制逐一选通。当P0P2接口所有数据线都变成高电平,则相应的行接口通过VT1——VT16就被拉到高电平,这时若所有列都被拉到低电平,所有的LED都会被点亮, 然后通过74HC154和单片机的配合使用,单片机从时钟芯片和温度传感器中读出动态数据送入LED显示屏中就可得到我们想要的屏显效果。

4.2 系统软件部分

4.2.1 软件程序


MAINP  SEGMENT  CODE   

PUBLIC  MAIN        

RSEG  MAINP       

TEMPER_L EQU 29H

TEMPER_H EQU 28H

in equ P3.3

MAIN:

LCALL GET_TEMPER

MOV A,29H

     MOV B,28H

MOV C,B.0

RRC A

MOV C,B.1

RRC A

MOV C,B.2

RRC A

MOV C,B.3

RRC A

MOV 29H,A

RET

INIT_1820:

SETB IN

NOP

CLR IN

MOV R1,#3

TSR1:MOV R0,#107

DJNZ R0,$

DJNZ R1,TSR1

SETB IN

NOP

NOP

NOP

MOV R0,#25H

TSR2:

JNB IN,TSR3

DJNZ R0,TSR2

LJMP TSR4±

TSR3:

LJMP TSR5

TSR4:

LJMP TSR7

TSR5:

MOV R0,#117

TSR6:

DJNZ R0,TSR6

TSR7:

SETB IN

RET

GET_TEMPER:

SETB IN

LCALL INIT_1820

TSS2:

MOV A,#0CCH

LCALL WRITE_1820

MOV A,#44H

LCALL WRITE_1820

LCALL INIT_1820

MOV A,#0CCH

LCALL WRITE_1820

MOV A,#0BEH

LCALL WRITE_1820

LCALL READ_18200

RET

WRITE_1820

MOV R2,#8

CLR C

WR1:

CLR IN

MOV R3,#6

DJNZ R3,$

RRC A

MOV IN,C

MOV R3,#23

DJNZ R3,$

SETB IN

NOP

DJNZ R2,WR1

SETB IN

RET

READ_18200:

MOV R4,#2

MOV R1,#29H

RE00:

MOV R2,#8

RE01:

CLR C

SETB IN

NOP

NOP

CLR IN

NOP

NOP

NOP

SETB IN

MOV R3,#9

RE10:

DJNZ R3,RE10

MOV C,IN

MOV R3,#23

RE20:

DJNZ R3,RE20

RRC A

DJNZ R2,RE01

MOV @R1,A

DEC R1

DJNZ R4,RE00

RET

end


 

 

 

 

 

 

 

4.2.2软件流程图

复位

关中断,设置堆

调用显示程序

有上电复位标志?

控制键被按下

开始计时,工作

到了吗?

调用菜单程序,设定时间

停止计时,调用工作程序

结束

冷起动

热起动,恢复正常

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5  总结

通过这一次的课程设计,动手能力和经验有了一定程度的提高。巩固和运用了课程中所学的理论知识和实验技能,提高了设计能力和实验技能。实验给了我们一个很好的提高动手能力的机会。平常我们只是在头脑中去抽象地记忆、理解那些课本上的理论知识。有的理论知识很好懂,甚至只是靠自己死记硬背,甚至只是靠自己的死记硬背。那样的记忆很容易被人遗忘。这一次的课程设计给了我们一个在实践中灵活运用知识的机会,我们也通过在实践中发现问题,进而去找寻相关的知识去解决问题,从而巩固了理论知识。

而且在此次设计中遇到了许多问题:首先,在电路图的连接中,因为对于电路原理不很掌握,所以在连接时有时会连接错误。其次,对芯片某些引脚的功能了解的不够透彻,导致在设计电路时出现了接线错误。除此之外在对电阻电容的挑选上,有时会因阻值、容值的选择不当,而出现错误,从而使整个设计不够完美。最后的程序编写过程中也出现了问题,对一些指令的使用出现错误。但这些问题都即时的得以解决。设计一个电子产品,要了解设计的要求和内容。根据要求来设计方案,本次设计并不是一帆风顺的,在设计过程中遇到了很多问题,在同学的研讨和老师的帮助之下,最终问题都得到了解决,并且使我得到了很多经验。在设计方案之时,我们小组提出很多种设计方案,很难决断,在考虑到设计成本,实际的技术支持和设备条件的因素下,本着简单最优化,成本最低,可行性最高的原则,排除了几种方案;在方案设计过程中,对各芯片的引脚,功能结构不了解,通过网络,图书馆等途径,在大家的共同努力下,都得到了解决;电路的系统框图设计结束后,进行电路原理图的绘制,由于对制图软件的使用不熟练,在设计中走了很多弯路,也积累了很多宝贵经验。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

 

 

[1] 梅丽凤,王艳秋,. 单片机原理及接口技术. 北京:清华大学出版社, 2004. 
[2] 朱定华,刘玉. 单片机原理及应用技术学习辅导. 北京:电子工业出版社, 2001.
[3] 薛钧义. MCS - 51 /96系列单片微型计算机及其应用. 西安:西安交通大学出版社, 1998.
[4] 何立民. MCS - 51系列单片机应用系统设计. 北京:北京航天航空大学出版社, 2001.

[5] 杨拴科. 模拟电子技术基础. 北京:高等教育出版社, 2003

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