多功能数字时钟2004.doc

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1、多功能数字时钟辅导教师：秦文华赵建平作者：邢庆翠王式龙张乾完成时间：2004年9月13日电子设计参赛队：B甲0816曲阜师范大学2004年9月13日目录一．方案论证与比较二．系统设计三．软件设计四．系统测试与分析五．设计总结六．参考资料摘要本设计由单片机89C51、DS12887A时钟芯片、DAC0809模数转换芯片为核心，辅以必要的电路，构成了一个具有多功能的数字时钟。它由220V、50Hz交流电源供电，能够准确的显示时间、调整时间、闹钟定时，并能够对时钟所在的环境温度、工作时的电网电压、电网频率进行显示，还具有电压欠压、过压报警以及非接触止闹功

2、能。一、方案论证与比较1．数字时钟数字时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。方案一：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时

3、，时钟将不工作。方案二：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。基于时钟芯片的上述优点，本设计采用方案二完成数字时钟的功能。2．数码管显示方案一：静态显示。所谓静态

4、显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。方案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。本设计从

5、节省I/O口和降低能耗出发，采用方案二。二、系统设计1．总体设计（1）系统框图系统框图如图1所示。数码管显示模块　　　　　　　单　片　机温度转换模块频率采集模块时钟芯片报警系统键盘　状态显示电源电压转换模块图1系统框图（2）模块说明a.数码管显示模块：用数码管显示时间、环境温度、电网频率及电压温度转换模块：测量环境温度，并经过模数转换后送单片机。b.时钟芯片：用DS12887A时钟芯片向单片机提供时间与闹铃信息。c.报警系统：用蜂鸣器。当闹铃开且所设置的闹铃时刻到时，蜂鸣器报警，当电网电压欠压或过压时，蜂鸣器也报警。当“闹铃关”键按下或有遥控器止闹

6、时，停止报警。d.键盘和状态显示模块：用可编程并行I/O芯片8255接状态显示所用的发光二极管及选择各功能的键盘。e.单片机控制模块：用89C51实现。是系统的主控制器，控制其它模块协调工作。f.电源模块：向各用电系统提供电源。g.电压转换模块：测量电网电压，并经过模数转换后送单片机。2．模块设计与参数计算（1）码管显示：本设计采用串行输出显示，利用一片8位移位寄存器74LS164给所有数码管提供显示信号，且利用动态显示，节约了单片机I/O口，降低了能耗。数码管采用LG5643FH。电路如图2所示。（2）电源模块：由于单片机及其处围的用电模块都用5

7、V或12V直流电源，而电网电压为220V交流电，因此需要设计电源。利用8W的变压器将220V的电网电压变压后加在桥式整流电路的两端进行全波整流。利用三端稳压电源分别产生12V和5V的电压。三端稳压电源选择CW7812DS和CW7805DS。原因是它们有过压保护和过流保护而使其免受高压或大电流的袭击；而且与其他三端稳压电源相比，它们更具经济性的特点。根据该电源所带的负载知流过该电源的电压不超过I=1A。因为变压器输出大约为Uo=12V，所以电阻。因为电网电压一般为220V，50Hz，所以全波整流后的电压周期大约为10毫秒。又因为时间常数ms,所以取。

8、图2数码管显示电路图3　电源电路0.1pf的小电容用于滤掉电路路频率较高的部分，使电压输出更加平稳。（3）频率采集模块：如