基于单片机的多功能数字电子钟文献综述

1、基于单片机的多功能数字电子钟文献综述:本文首先介绍了时钟的发展史, 接着介绍了数字电子钟在生活中的重要性。 并进一步的介绍了基于单片机的数字电子钟的原理,以及此类产品的市场前景。 关键词:单片机、数字电子钟、多功能 1. 前言从古至今,时间一直是个被 学者们所探讨的永恒不变的话题。而为了描述时间,许多计时仪器也就此诞生。 东汉张衡制造漏水转浑天仪, 用齿轮系统把浑象和计时漏壶联结起来, 漏壶滴水 推动浑象均匀地旋转, 一天刚好转一周, 这是最早出现的机械钟。 北宋元祜三年 (1088苏颂和韩公廉等创制水运仪象台,已运用了擒纵机构。公元 1300年以前, 人类主要是利用天文现象和流动物质的连续运

2、动来计时。 15001510年,德国的亨莱思首先用钢发条代替重锤,创造了用冕状轮擒纵机 构的小型机械钟, 1582年前后,意大利的伽利略发明了重力摆; 1660年英国的 胡克发明游丝,并用后退式擒纵机构代替了冕状轮擒纵机构; 1695年,英国的 汤姆平发明工字轮擒纵机构; 1715年,英国的格雷厄姆又发明了静止式擒纵机 构,弥补了后退式擒纵机构的不足,为发展精密机械钟表打下了基础; 1765年, 英国的马奇发明自由锚式擒纵机构,即现代叉瓦式擒纵机构的前身; 1819世 纪,钟表制造业已逐步实现工业化生产,并达到相当高的水平。20世纪,随着电子工业的迅速发展,电池驱动钟、交流电钟、电机械表、 指

3、针式石英电子钟表、 数字式石英电子钟表相继问世, 而如今出现的多功能电子 钟,是采用数字电路实现对时 , 分 , 秒数字显示的计时装置 , 目前广泛用于个人家 庭 , 车站 , 码头办公室等公共场所 , 它的作用已不仅仅是用于计时, 其丰富的功能, 以及人性化的设计, 为我们日常生活带来诸多的便利, 成为人们日常生活中不可 少的必需品 , 由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用 , 使得数字 钟的精度 , 运行超过老式钟表 , 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。 因此, 研究数字钟及扩大其应用, 有着 非常现实的意义。2. 单片机电子钟原

4、理数字钟是一个将“时” , “分” , “秒”显示于人的视觉器 官的计时装置。 它的计时周期为 24小时, 显示满刻度为 23时 59分 59秒, 另外 具有秒表、显示室温、显示日期以及世界时等附加功能。因此,一个数字钟电路 主要由译码显示器、 “时” , “分” , “秒” , “星期”计数器、校时电路、报时电路、 振荡器和温度传感器组成。主电路系统由秒信号发生器、 “时、分、秒、星期”计数器、译码器及显示 器、校时电路、整点报时电路组成。3秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般 用石英晶体振荡器加分频器来实现。 将标准秒信号送入 “秒计数器” , “秒计数器” 采

5、用 60进制计数器,每累计 60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分 计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用 60进制计数器,每累计 60分钟,发出一个“时脉冲” 信号,该信号将被送到“时计数器” 。“时计数器”采用 24进制计时器,可实现对一天 24小时的累计。每累计 24小时,发出一个“星期脉冲”信号,该信号将被送到“星期计数器” , “星期 计数器”采用 7进制计时器,可实现对一周 7天的累计。译码显示电路将“时” 、 “分” 、 “秒” 、 “星期”计数器的输出状态送到七段显 示译码器译码,通过七位 LED 七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号,

6、 然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时” 、 “分” 、 “秒” 、 “星期”显示数字进行校对调整的。 单片机, 自 20世纪 70年代以来, 以其极高的性能价格比, 受到人们的重视 和关注,应用很广,发展很快,已经渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到 哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹的导航装置, 飞机上各种仪表的控制, 计算机 的网络通讯与数据传输, 工业自动化过程的实时控制和数据处理, 广泛使用的各 种智能 IC 卡,录象机、摄象机,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开 单片机。数字电子钟的设计可基于单片机自身具有的定时器资源,保证秒表计时准 确, 并且将误差控制在最

7、小范围内。 利用显示屏同时显示年、 月、 日、 星期、 时、 分、秒,利用软件的灵活性,在软件中进行实践的控制及调整,实现 12h/24h显示模式的切换。图 2-1单片机实现电子钟的框图 42.1日期、时、分、秒显示模块采用单片 机的定时器资源,时钟模块利用单片机自身的定时器实现对时间的精确定时。 严格按照逢 60s 进 1min ,逢 60min 进 1h ,逢 24h 进 1d 。用星期对应英文字 母的前三个字母在屏幕上显示,以代表星期,星期逢 7进 1,循环进位。根据每 个月的天数的不同(1、 3、 5、 7、 8、 10、 12、月份每个月 31天, 4、 6、 9、 11月份每个月

8、30天, 闰年 2月份为 29天, 平年 2月份 28天 , 按以上进制规则对 软件部分进行了精心的设计, 对每个月份进行判断后再根据每个月的天数进行月 份的进位,逢 12个月进 1年。此思路严格按照以上时间的进制规则进行,实现 了时钟以及日期正确无误的运行。 由于单片机定是自愿的局限性, 时钟还存在一 定得误差(在允许范围内 ,但通过修改定时器的初始值,可将误差控制到最小 (24小时误差小于 2秒 。除此之外,通过按键还可以进行时间的设置、闹钟的 设置以及 12h/24h模式的切换。2.2秒表的原理及 12h/24h模式切换、 秒表与时钟功能切换秒表原理为定时 器 T0作为每秒加一的定时器;

9、 定时器 T1作为 “快加” 键的定时器。 其中 “开始” 按键当开关由 1拨向 0(由上向下拨时开始计时; “清零”按键当开关由 1拨 向 0(由上向下拨时数码管清零,此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计 时。由于显示屏的局限性, 利用秒表的功能, 需要通过按键将时钟切换至后台运 行, 而将秒表显示至屏幕上, 当不再使用秒表功能时, 只需再通过按键将后台现 实的时钟显示出来即可。对时钟和秒表分别使用了不同的定时器, 两个功能模块之间互不影响。 将后 台的时间显示出来, 此时的时间已经是最新的时间, 而不是之前进入后台的时间, 即使使用秒表功能时,时钟也在正常运行。2.3世界时的切换根据地球

10、上划分的 24时区,在原有城市时间的基础上加 上所求城市与原城市之间的时差,可得所求城市的时间。例如北京与纽约相差 13个时区,那么当北京时间 2001年 7月 12日上午 10时 09分时,纽约时间为2001年 7月 11日晚 9时 09分 . 因此,只需通过按键就可进行世界时的设置。3. 温度显示功能的核心 -温度传感器目前市场上大多数电子钟都有室温显 示功能,而此功能的运用则需要通过数字式温度传感器来实现。温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式两大类, 按照传感器材料及 电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。3.1接触式温度传感器接触式温度传感器又称为温度计, 温度计通过传导或对流达到

11、热平衡, 从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。 一般测量精 度较高。 在一定的测温范围内, 温度计也可测量物体内部的温度分布。 但对于运 动体、 小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差, 因此测量范围不大。 常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、 热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活 中人们也常常使用这些温度计。53.2非接触式温度传感器非接触式测温仪表可用来测量运动物体、小目标 和热容量小或温度变化迅速(瞬变 对象的表面温度, 也可用于测量温度场的温度分布。 它的优点在于测量上限 不受感温元件耐温程度的限制,因

12、而对最高可测温度原则上没有限制。对于 1800以上的高温, 主要采用非接触测温方法。 随着红外技术的发展, 辐射测温 逐渐由可见光向红外线扩展, 700以下直至常温都已采用,且分辨率很高。 3.3热电偶热电偶直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号 , 通过 电气仪表 (二次仪表 转换成被测介质的温度。 它的特点是装配简单, 更换方便, 压簧式感温元件,抗震性能好测量范围大(-2001300 , 特殊情况下-2702800机械强度高,耐压性能好耐高温可达 2800度。3.4热电阻热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变 化而变化的特性。 热电阻大都由纯金属材料制成。 热电阻通

13、常需要把电阻信号通 过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。 它的特点是电阻温度系数要 大而且稳定,电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。电阻率高,热容量小,反应速度快。材料的复现性和工艺性好,价格低。在 测温范围内化学物理特性稳定。温度测量范围在 -200 500内。对于室温显示的电子钟来说, 选择室温变化范围不大, 单位造价便宜和便于 安装应用的温度传感器才是最合适的。3.5基于单片机的温度传感器原理图 3-1是基于单片机的温度检测原理图要 使温度传感器能正常工作, 首先由程序对传感器进行复位, 检测传感器能否正常 工作, 接着读取温度数据, 由单片机发出指令与在线的温度传感器进行联

14、系, 接 着向温度传感器发出温度 A/D转 6换指令 (如果是模拟的温度传感器, 它会把温 度转化为对应范围的电压或电流,比如传感器的测温范围是 0到 100°,那对应 输出的电压是 0到 5V 或者 4到 20mA 。如果是数字的温度传感器,它会把温度转 化为对应范围的二进制代码,比如传感器的测温范围是 0到 100°,那对应输出 的二进制代码是 0x00到 0xFF ,因为已经是数字信号,单片机可以直接识别,不 需要 A/D转换 ,再发出读取温度寄存器的温度值指令。并反复调用复位、写入 及读取数据子程序,之后再经显示器显示出来。4. 产品前景数字电子钟具有走时准确, 一钟多用等特点, 在生活中已经得到 广泛的应用。 虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片, 价格便宜、 使用 也方便, 但是人们对电子产品的应用要求越来越高。 随着科技的发展, 数字钟不 但可以显示当前的时间,而且可以显示日期、星期、世界时、室温等,广泛用于 个人家庭 , 车站 , 码头办公室等公共场所 , 成