基于單片機的多功能數字鐘的設計

作者/尹克巖，開封大學電子電氣工程學院

基于單片機的多功能數字鐘的設計

作者/尹克巖，開封大學電子電氣工程學院

多功能電子鐘除了具有時鐘的功能外還可以包含星期、日歷，以及對環(huán)境溫度的檢測功能。星期是一種時間依據，也是現(xiàn)在制定工作日、休息日的依據。日歷是現(xiàn)在通用的歷法與紀年。溫度是環(huán)境的基本參數，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字鐘，該數字鐘具有功耗低，實用性強等特點，具有較高是推廣應用價值。

電子鐘；單片機；農歷；溫度檢測

引言

數字鐘是一種利用數字電路來顯示時分秒的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛的應用。隨著人們生化環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到電子鐘。隨著科技的進步和發(fā)達，人們對數字鐘的要求越來越多，能夠顯示周邊的氣候和濕度，自帶投影，可以讓時間顯示在天花板上，在汽車中帶有背景光等等，衍生的輔助功能越來越多。多功能數字鐘在外觀、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、溫濕度檢測等功能。本文將以單片機為基礎的對于帶日歷、溫濕度檢測電子鐘進行設計。

1. 硬件設計

1.1 系統(tǒng)框圖

數字鐘硬件有單片機、數碼管顯示、溫度檢測、按鍵輸入和蜂鳴器組成電氣回路。接通電源數字鐘顯示“00—00—00”，按下按鈕可以調節(jié)時間和鬧鐘，整點蜂鳴器報警，按下相應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 模塊設計

1.2.1 單片機系統(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加密程序存儲器。40個引腳，VCC接5V電源，GND接地，EA接高電平，XTAL接晶振電路，RST接復位電路，P1和P2口接數碼管顯示，P3口接5位控制按鍵以及蜂鳴器和溫度檢測器。

1.2.2 晶振電路

在51 單片機內部有一個高增益反向放大器，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電容，就可構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2(a)所示。

1.2.3 復位電路

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

圖2

1.2.4 數碼管顯示

數碼管是靠內部的發(fā)光二極管來發(fā)光，內部有8個發(fā)光二極管，還有一個公共端。公共端分為共陽極和共陰極，分別接電源和地。本文采用8個共陰極數碼管進行顯示。發(fā)光二極管點亮需要5mA以上電流，而單片機輸出不了如此大的電流，采用74HC573鎖存器連接P1口驅動段選，其輸出電流較大，電路接口簡單。位選連接P2口，采用動態(tài)顯示，輪流向各個數碼管送出字形段選和相應的位選，利用發(fā)光二極管的余暉和人眼視覺暫留，使人感覺各數碼管同時顯示。

1.2.5 溫度檢測

溫度是環(huán)境檢測的一項重要參數，在各行各業(yè)中最經常使用的傳感器就是溫度傳感器，早期的溫度傳感器傳輸的是模擬信號。隨著科技的發(fā)展進步，現(xiàn)代的溫度傳感器在內部集成有模數轉換模塊，輸出的是數字信號。DS18B20采用單總線協(xié)議，即僅需占用單片機的一個I/O口，無需外部元件，直接將環(huán)境溫度轉化為數字信號。如圖3所示。

1.2.6 蜂鳴器

蜂鳴器是電流流過電磁線圈產生磁場，從而來驅動振動膜發(fā)聲，因此需要的驅動電流較大，而單片機引腳輸出電流較小，無法驅動蜂鳴器，因此需要對單片機的輸出電流進行放大。通過一個8550的三極管來放大輸出電流從而驅動蜂鳴器，如圖4所示。

圖3 溫度檢測

共有5個按鍵，用來調節(jié)時間、鬧鐘、公歷，控制顯示內容。連接P3口的前5個I/O口。K1增加時間，K2減少時間，K3控制調節(jié)單位，K4控制調節(jié)內容，K5控制顯示內容。

2. 軟件設計

2.1 主程序流程圖

該數字鐘主要實現(xiàn)時間顯示、星期顯示、日歷顯示、溫度顯示，以及時間調整和鬧鐘報警功能。流程圖如圖5所示。

2.2 系統(tǒng)源程序

程序包括主程序、中斷調節(jié)控制子程序、調節(jié)時間子程序、調節(jié)鬧鐘子程序、調節(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。

該電子鐘能夠實現(xiàn)時分秒的顯示，還能顯示星期和日歷。開機初始時間為00—00—00，鬧鐘時間為24—00，即鬧鐘沒有開啟，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

隨著科學技術的不斷進步和發(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。單片機在電子鐘中的應用已經非常普遍。本文以AT89S52為核心，對帶星期、日歷和溫度檢測的電子鐘進行設計完成，進而體現(xiàn)了電子鐘的智能，但還沒有實現(xiàn)濕度檢測、農歷顯示等，還可以進一步的完善和優(yōu)化。

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