基于单片机的定时闹钟设计及其资料

单片机定时闹钟一、[电路概述]该时钟电路主要以单片机AT89S52为核心而设计的，通过单片机对信息的分析与处理控制外围设备。电路整体设计思想是想把它做成一个实用的器件，所以在题目要求的前提下，我们又加入了星期程序，温度程序，年、月、日程序以及时间的12—24转换程序。[关键字]：单片机数码显示温度传感器光识电路二、[题目分析与方案论证]按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由复位模块、时钟模块、温度模块、音乐模块、光识模块及显示模块共五个模块组成，后来在时钟模块的基础上又加载了日历、星期的模块从单片机AT89S52入手，通过使用AT89S52的内部的可编程定时器/计数器，结合对外接晶振的调节来确定一个合适的振荡周期，从而确定出内部的机器周期。再通过对内部中断程序的设置来设计出时钟程序，即设计出了电子时钟的核心。根据题目的要求，我们设计了以下方案：[方案一]设计中加载了年、月、日的设计，刚开始时打算用18个共阳数码管，考虑到数码管太多是毕会给硬件电路带来麻烦，经过考虑后，决定把年、月、日与时间设置到一组数码管上来，即六个数码管即能显示时间又能显示年、月、日，这样一来就方便了硬件电路；[方案二]主控芯片使用51系列AT89S52单片机设计时温度模块设计温度元件用AD590，利用AD590以及接口电路把温度转换成模拟电压，经由ADC0804转换成数字信号，然后经AT89S52处理显示温度。但由于AD590价钱比较贵，且只能转换成模拟电压，这样一来硬件就要增加更多的器件且又不经济，经查找发现18B20温度传感器价钱便宜且可以直接把温度转换成数字量测温范围为-55—125度，最大分辨率可达0.0625度，采用3线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点，所以我们选择了18B20温度传感器。附18B20温度传感器工作原理：DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并可根据实际要求通过简单的编程实现9—12位的数字值读数方式。温度传感器DS18B20采集温度信号送该给单片机处理，存储器通过单片机对某些时间点的数据进行存储；，DS18B20的性能特点如下：1、独特的单线接口仅需要一个引脚进行通信；2、多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能；3、无须外部器件；4、可通过数据线供电，电压范围为3.0---5.5V；5、零待机功耗；6、温度以9或12位数字量读出；7、用户可定义的非易失性温度报警设置；8、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9、负电压特性，电源极性接反是，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。三、[系统总体结构框图][按键功能]a键：P2.1口12---24转换b键：P2.3口调整定时、计时的时、调整年c键：P2.5口调整计时的秒和定时状态及日d键：P2.7口判断定时到否e键：P2.0口调整星期f键：P2.2口定时、计时转换g键：P2.4口调整定时、计时的秒和判断定时状态、调整日h键：P2.6口调整定时的报警音乐、省电模式i键：复位键j键：P3.6口年、月、日的显示四、[主要电路原理与设计]（1）系统硬件电路的设计：电路是由控制部分和显示部分两大部分组成。利用单片机程序进行控制，单片机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期或称s周期，AT89S52主控模块光识电路温度电路音乐电路显示电路电路时钟电路复位电路所以，1个状态周期包含有2个振荡周期。振荡频率foscl2分频后形成机器周期MC。所以，1个机器周期包含有6个状态周期或12个振荡周期。1个到4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。AT89S52单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在1个到4个机器周期之间。，并通过数码管进行显示单片机普遍采用锁相环技术，使单片机的时钟频率可由程序控制。锁相环允许用户在片外使用频率较低的晶振，可以很大地减小板级噪声；而且，由于时钟频率可由程序控制，系统时钟可以在一个很宽的范围内调整，总线频率往往能升得很高。但是，使用锁相环也会带来额外的功率消耗。单就时钟方案来讲，使用外部晶振且不使用锁相环是功率消耗最小的一种。AT89S52单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如下图所示。图中，电容器C01，C02起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MH2，采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实用电路中使用较多。外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如下图所示。如图所示：9V/5W50HZ220VSpeakerSTB1A2B3C21D22INH23Y011Y19Y210Y38Y47Y56Y65Y74Y818Y917Y1020Y1119Y1214Y1313Y1416Y1515VDD24GND12CD4515BCNBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8DM74LS47NVS6GND4GAIN8325BYP7GAIN1LM386N-112LED90129012901290129012Bridge30pF30pF104J3300UFIN13OUT2GNDL78051000UF104Jeicbafdjgh12CY12.000GNDP1.01P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RESET9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(/INT0)12P3.3(/INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(/WR)16P3.7(/WD)17XTAL218XTAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728/PSEN29ALE30/EA,VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VDD40AT89S524.7k100gfedcba*gfedcba*+5V10k470GNDGND0.0047U0.1U10U47UGNDGNDGND+5V+5V12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LED12LEDGND1K12318b204.7kGND12LED2470+5v+5vGND1K8.2K106GNDGNDGNDgfedcba*9012901290129012901290129012各模块分析：显显示示模模块块——电路先通过电源电路送出+5V电压，单片机AT89S52通过74LS47和CD4515（4—16译码器）驱动数码管显示数值,显示部分采用普通共阳极数码管显示，采用动态扫描，以减少硬件电路。考虑到一次扫描12位数码管显示时会出现闪烁情况，设计时分两排显示，一排显示时间和年月日，一排显示星期和温度，共阳极数码管中8个发光二极管的阳极（二极管正端）连在一起。通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输入端为低电平时，该端所连接的字段导通并点亮。根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。采用动态显示方式，比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多时间。为了提供共阳LED数码管的驱动电压，用三极管9012作电源驱动输出。采用12MHz晶振，有利于提高秒计时的精确性。三极管采用9012。数码管采用红色的共阳型LED数码管，亮度高些，因为是扫描的显示方式，所以各个数码管的abcdefg各脚采用了总线并联,改动510欧姆的电阻可以改变显示亮度；时时钟钟模模块块——利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和引脚XTAL2两端接晶体谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路，如图外接晶振时，C1和C2的值通常选择30pF；C1、C2对频率有微调作用，晶体谐振器的频率12MHz。为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。设置了12—24两种显示状态，调整计时的按键、设置定时的按键且定时设置了3次定时、还另加载了星期、年、月、日的调整及闰年的自动调整；温温度度模模块块——主要由18B20通过单片机AT89S52中的温度程序不断的检测温度来显示温度温度传感器DS18B20采集温度信号送该给单片机处理，存储器通过单片机对某些时间点的数据进行存储；音音乐乐模模块块——通过LM386N-1给扬声器信号来发出音乐，这个模块主要是为时钟定时到时发出音乐闹铃，而在软件部分设置了可以一次设置3次定时，每次定时到时，音乐程序中编了6种音乐，它可以自动选择6种音乐中的任一音乐响1分钟，如果中间不想让闹铃响可以按一按键，闹铃就立刻停止；复复位位模模块块——单片机复位电路是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从该状态开始工作，例如复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位；单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC＝0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见下表。值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的韧始化部分是十分必要的。说明：表中符号*为随机状态；A＝00H，表明累加器已被清零；SpeakerVS6GND4GAIN8325BYP7GAIN1LM386N-110k470GNDGND0.0047U0.1U10U47UGNDGNDGND+5V1KGNDAT89S52P3.1特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0~P3FFHSBUF不定IP***00000BSCON00HIE0**00000BPCON0*******BPSW＝00H，表明选寄存器0组为工作寄存器组；SP＝07H，表明堆栈指针指向片内RAM07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；Po-P3＝FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出；IP＝×××00000B，表明各个中断源处于低优先级；IE＝0××00000B，表明各个中断均被关断；系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。光光识识模模块块——同样也是为定时服务的，只要定时到，组成心字的18只发光二极管就会按程序先做左移位，再全亮全灭3次，然后再右移，再全亮全灭3次如此循环