电子技术课程设计明月明 黄泽辉.doc

电子技术课程设计电子钟的设计齐齐哈尔大学通信与电子工程学院 通信 094：明月明 黄泽辉 指导教师：齐 迹2011年6月21日电子钟的设计一、 选题依据 单片机是一门技术性、应用性很强的学科，实践教学是它的一个极为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试，都离不开实验教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节，学习与应用脱节的局面。本设计充分利用单片机的内部资源，结合基本的电路模块实现数字电子钟的设计和实时温度的采集。二、设计要求及技术指标1.设计要求： （1）画出电路原理图（或仿真电路图） （2）元器件及参数选择 （3）电路仿真与调试 （4）文件生成与打印输出2.技术指标： (1) 24小时计时功能用6位LED显示器显示时、分、秒。（2）时间调整功能用功能移位键、功能加键和功能减键实现时间的调整。(3) 闹钟功能 用定闹键配合功能移位键、功能加键和功能减键三个按键设定闹铃，并用蜂鸣器实现响铃功能。（4）环境温度采集与显示功能 选用温度传感器DS18B20采集环境温度，并用2位LED显示器显示环境温度。在这里我们只考虑采集室内温度，即零度以上的温度。三、电路结构及其工作原理 硬件电路主要包括数码管驱动电路、温度采集电路、键盘接口电路、稳压电路和蜂鸣器驱动电路。 1.电路的结构框图： 图1 系统总体框图 2.系统原理图：图2 系统原理图 3.数码管驱动电路原理： 本设计用的数码管为LG5641BH，是四位一体的共阳极红色数码管。数码管采用动态扫描的方式显示图3 数码管驱动电路 寄存器74LS244用与数码管的位选信号的控制，移位寄存器74LS164用于段信号的产生，即若要某一位数码管点亮，需要74LS244产生该位的选通信号同时需要74LS164产生一定的段点亮信号。这些信号都是有单片机控制产生的。本设计使用的数码管是共阳极的，要点亮某一位数码管，需要74LS244产生一个高电平的位选通信号，同时74LS164的八个输出引脚输出对应的数码管编码信号。4.键盘接口电路：图4 按键接口第一个按键用于时间的调整，接在了单片机的外部中断0端，按键信号的产生由外部中断源产生，把时间调整键设为外部中断是因为，调整时间的时候时间不应该仍在走动，而中断正好符合这一特点。其余四个键盘分别接单片机的P2.4P2.7口，用扫描的方式检测按键是否被按下。具体的操作如下：调整时间：SetTime用于调整时间，Hour用于“时”的设定，Minute用于“分”的设定，最后OK用于确认设定有效。定时：Clocking用于定时，Hour用于“时”的设定，Minute用于“分”的设定，最后OK用于确认设定有效。5.电路工作原理 这个数字电子时钟主要由单片机，数码管等部件构成，由DS1302精准地控制时间，显示时分秒，由18B20采集温度，精确到小数点后四位，把结果输送到数码管，由8位数码管显示时间和温度。 图5 电路工作原理四、电路主要元件简介1.单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。2. Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位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。2.DS1302 DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。在DS1302的时钟日历或RAM进行数据传送时，DS1302必须首先发送命令字节。若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的RAM的31个字节。 要特别说明的是备用电源B1，可以用电池或者超级电容器(0.1F以上)。虽然DS1302在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。如果断电时间较短(几小时或几天)时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100 F就可以保证1小时的正常走时。DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间3.18B20采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 技术性能描述 1.1 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 1.2 测温范围 55+125，固有测温分辨率0.5。 1.3 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 1.4 工作电源: 35V/DC 1.5 在使用中不需要任何外围元件 1.6 测量结果以912位数字量方式串行传送 1.7 不锈钢保护管直径 6 1.8 适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温 1.9 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选 1.10 PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。特点： 独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源 测量温度范围为-55 C至+125 。华氏相当于是-67 F到257华氏度 -10 C至+85 C范围内精度为0.5 C 温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统 描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。4.数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管是一类显示屏 通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。 由于它的价格便宜 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管； 按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。五、课程设计体会： 1.由于系统构架设计相对合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地题目要求的各项指标。电子钟的设计用到了大学数点课中的很多器件，包括有：译码器、触发器、计数器、显示器、基本的逻辑门、