基于单片机的智能电子钟设计

基于单片机的智能电子钟系统设计摘要随着电子技术的快速发展，智能电子钟已经越来越受欢迎。我们通过以 MSC-51 单片机为核心控制芯片，结合 DS12887 时钟芯片、DS18B20 温度传感器，利用 74LS138 译码器及 7 段数码管进行动态显示时间和温度，在调时模块中利用按键进行控制调时调分（先调时再调分）、在设置闹钟模块中利用按键进行设置闹钟，当时间到点利用蜂鸣器发声，同时可通过按键取消响声，根据数码管显示的时间，利用两个 LED 灯指示上下午，同时利用两个 LED 灯每隔半秒闪烁进行半秒提示。关键词 MSC-51 DS12887 DS18B20 74LS138前言智能电子时钟是采用数字电路实现对时，分，秒及温度数字显示的装置，广泛用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可或缺的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，智能时钟的精度远远超过老式钟表，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。例如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究智能时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义电子时钟的设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用对单片机编程来实现电子钟。其中，利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于功能扩展等特点。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术。1.系统总体设计思路本次设计完成电子时钟时、分、秒的显示及环境温度测量等功能的基础上完成定时闹钟的功能，并利用 LED 灯指示上下午和半秒指示，硬件电路包括单片机最小系统电路、DS12887 实时时钟芯片电路模块、74LS138 和七段数码管显示模块、按键模块、DS18B20 温度传感器模块、蜂鸣器报警电路模块，并利用 keil2 软件和 proteus软件进行仿真。图 1 系统基本结构框图2.单片机控制模块本项目是基于 MSC-51 单片机为核心的智能电子钟系统的设计，通过 MSC-51 单片机控制各个模块，P0 口一部分用来接独立式按键，当按键按下时系统产生中断，从而调用中断子程序控制实现各个功能，P0 的一部分用来接 74LS138 译码器，用于控制点亮哪一位数码管，P3 口用于接数码管的段码端，从而实现动态显示，P2 口接了时钟芯片 DS12887 芯片作为定时作用，同时用 P1 口一部分接温度传感器 DS18B20 芯片作为温度测量，用 P1 口一部分接蜂鸣器，当闹钟到时发出声响。在 MSC-51 单片机外部还需加上晶振电路，复位电路和电源等一些基本电路。图 2 单片机组成结构及引脚图图 3 MSC51 单片机接线图 3.定时模块3.1 实时时钟芯片 DS128873.1.1 DS12887 芯片的功能(1)内含一个锂电池，断电可以运行十年，并且不会丢失数据，时间功能正常运行。 (2)可计时至 2100 年前的秒、分、时、星期、日、月、年等日历信息并带有闰年补偿功能。 (3)可通过编程选择 BCD 码或者二进制数表示日历和定时闹钟。 (4)可通过编程选择 12 小时或 24 小时制，12 小时时钟模式带有PM 和 AM 提示，此外还有有夏令时功能。(5）可选择 MOTOROLA 和 INTEL 总线时序。 (6)内部共有 128 个 RAM 单元，这在常用的实时时钟中属于较大的。其中 14 个字节作为时钟和控制寄存器，114 字节为通用 RAM，所有 ARAM 单元数据都具有掉电保护功能。 (7)可编程并选择的方波信号输出。 (8)中断信号输出(IRQ)和总线兼容，定时闹钟中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。 (9)三种可供选择的中断方式 -时间性中断 -周期性中断 -时钟更新结束中断。3.1.2 DS12887 芯片的结构及原理图 6 DS12887 引脚图MOT(模式选择)：接 VCC（+5V）时，芯片在 MOTOROLA 时序下工作，接 GND（地）时，芯片在 INTEL 时序下工作。 SQW(方波信号) ：通过 15 个分频器抽头中的 13 个提供方波输出。AD0AD7(双向地址 /数据复用线)：数据和控制指令都通过此 8 个引脚来于单片机等控制器传输。 AS(地址选通输入)：地址锁存引脚。 DS(数据选通或读输入)：该引脚有两种操作模式，视该芯片是出于 MOTOROLA 模式或者 INTEL 模式，当使用 MOTOROLA 时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；若为 INTEL时序，DS 称作 (RD)，RD 与典型存贮器的允许信号(OE)的定义相同。R/W(读/写输入)：R/W 管脚同样也有两种操作模式。此引脚的两种模式与 DS 相似。 CS(片选输入)：在访问 DS12887 的总线周期内，片选信号必须保持为低。IRQ(中断申请输入)：低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断条件满足时，IRQ 处于高阻态。IRQ 线是漏极开路输入，要求外接上拉电阻。 RESET(复位输出 )：若要保证 DS12887 有效复位，必须让该脚保持低电平时间大于 200ms。3.1.3 DS12887 芯片的寄存器寄存器 AUIP：更新位。若 UIP 为 1，实时时钟的更新转换发生的很快，而当 UIP 为 0，更新转换至少在 244s 内不会发生。 DV0，DV1，DV2：用于晶振和复位分频链的开启。 RS3，RS2，RS1，RS0：频率选择位，通过这四个位用户可以：a 用 PIE 位允许中断； b 用 SQWE 位允许 SQAW 输出； c 二者同时允许并用相同的频率； d 二者都不允许。寄存器 BSET：此位为 0，时间更新正常进行，每秒计数走时一次，当此位为 1，时间更新被禁止，程序可对芯片进行初始化的操作和编程。PIE：周期中断允许位，PIE 为 1，则允许以选定的频率拉低 IRQ 管脚，PIE 为 0，则禁止中断。 AIE：定时闹钟中断允许位，AIE 为 1，允许中断，否则禁止中断。UIE：更新结束中断允许位，AIE 为 1，允许中断，否则禁止中断。SQWE：方波允许位，置 1 选定频率方波从 SQW 脚输出；为0-时，SQW 脚为低。DM：数据模式位，DM 为 1 表明为十进制数据，而 0 表明是 BCD码的数据。 24/12：小时格式位，1 表明 24 小时制，而 0 表明 12 小时制。 DSE：夏令时允许位，当 DSE 置 1 时允许两个特殊的更新，在四月份的第一星期日，时间从 1：59：59AM 时改变为 3：00：00AM；在十月的最后一个星期日的 1：59：