電子數(shù)字鐘論文

1、1 引 言 數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時、分、秒.數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭、車站、 碼頭、辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。2方案論證2.1控制部分方案一:采用普通MCS-51單片

2、機作為總的控制元件。方案二: 采用凌陽單片機SPCE061A作為總的控制元件。比較論證: 方法一MCS-51單片機功能較少， 不含有模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能,因此需增加一些外圍電路來實現(xiàn)一些功能,使電路復(fù)雜化,精確度不高，采樣速率偏低。而方法二簡化了電路，增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性。凌陽SPCE061A在設(shè)計方面提供了極大的方便，它的好處在于，功能較多,因為它不僅囊括了普通單片機的所有功能，更增加了許多新的功能，如: A/D、D/A轉(zhuǎn)換， 語音等,另外又提供了便利的編程環(huán)境。更重要的是凌陽單片機接口較多，所需外部按鍵較少，因此可采用獨立式鍵盤。2.2顯示部分方案一: 采用數(shù)碼管顯示。方案二: 用OCJM4*8液晶

3、圖文顯示器顯示。比較論證: 就我們的需要而言數(shù)碼關(guān)顯示內(nèi)容單一,不易產(chǎn)生生動具體的圖文,而OCJM4*8液晶圖文顯示器給我們提供了更大的發(fā)揮空間,看起來舒服自然,而且能增加顯示的美觀性與直觀性。最重要的是提供了友好的人機界面。 2.3頻率測試部分方案一: 利用比較器和分離的三級管電路來完成。方案二: 利用 光耦4N26測試頻率比較論證:方法一用了很多分離的元件，電路相當(dāng)復(fù)雜,調(diào)試起來比較困難,穩(wěn)定性不好。而方法二用模塊實現(xiàn)，穩(wěn)定性好，克服了上述問題。2.4電壓過壓，欠壓判斷部分方案一: 由純硬件實現(xiàn),設(shè)計麻煩,而且使用很多分立元件,不僅穩(wěn)定性不好，調(diào)試起來也困難。方案二: 以單片機采樣，輔以少

4、量的邏輯電路。充分發(fā)揮凌陽單片機的功能,簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計,并充分發(fā)揮數(shù)量不多的數(shù)字邏輯器件的作用,實現(xiàn)了題目要求的擴展部分。綜上所述：我們采用凌陽單片機作為控制元件，用OCJM4*8液晶圖文顯示器顯示，利用光耦4N26測試頻率，以單片機采樣、輔以少量的邏輯電路判斷過壓、欠壓3總體方案利用單片機SPCE061A作為本系統(tǒng)的中控模塊。單片機可把由PT100、DS1302、頻率測試電路，電壓轉(zhuǎn)換電路讀來的數(shù)據(jù)利用軟件來進行數(shù)模轉(zhuǎn)換,從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實現(xiàn)溫度、日歷、頻率、電壓的顯示。OCJM4*8液晶顯示器為主要的顯示模塊，把單片機傳來的數(shù)據(jù)顯示出來。利用遙控器來實現(xiàn)非接觸止鬧功能。在顯

5、示電路中，主要靠按鍵來實現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。凌陽單片機SPCE061Au50液晶顯示器轉(zhuǎn)換接口DS1302電壓轉(zhuǎn)換電路遙控器按鍵電路頻率測試電路 圖3.1電路原理圖4硬件設(shè)計4.1凌陽單片機接口電路輸入/輸出接口（簡稱為I/O口）是單片機與外設(shè)交換信息的通道。輸入端口負(fù)責(zé)從外接收檢測信號、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號。輸出端口負(fù)責(zé)向外界輸送由內(nèi)部電路產(chǎn)生的處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動信號等。此單片機有兩個16位通用的并行接口：A口和B口。這兩個口的每一位都可通過編程單獨定義成輸入或輸出口。B口除了具有常規(guī)的輸入/輸出功能外，還有一些特殊功能。 圖4.1 單片機接口電路4.2按鍵電路按

6、鍵電路簡單，易于控制；按鍵控制接口部分由9個按鍵組成 ： 調(diào)整時間/鬧鐘鍵、時鐘開/關(guān)鍵、小時按鍵、分鐘按鍵、加記數(shù)鍵、減記數(shù)鍵、確定鍵、切換溫度/頻率和電壓鍵、接觸式止鬧鍵。按鍵功能說明：4.2.1調(diào)整時間/鬧鐘鍵按一次：開始設(shè)置時間；按兩次：開始設(shè)置鬧鐘；依次循環(huán)。 小時按鍵調(diào)整時間/鬧鐘狀態(tài)下，此鍵開始有效。按一次表示開始設(shè)置相應(yīng)的小時。 4.2.3分鐘按鍵調(diào)整時間/鬧鐘狀態(tài)下，此鍵開始有效。按一次表示開始設(shè)置相應(yīng)的分鐘。 4.2.4加、減計數(shù)鍵在時間調(diào)整時，按一下，分鐘或小時數(shù)加減一。4.2.5確定鍵調(diào)整完后按此鍵確認(rèn)4.2.6切換溫度/頻率和電壓鍵切換屏幕4.2.7接觸試止鬧鍵當(dāng)鬧鈴

7、響時，按下此鍵，停止振動圖4.2 按鍵電路4.3 電網(wǎng)頻率測試電路以光耦4N26和施密特觸發(fā)器CD40106作為主要元器件。在此電路中光耦是測量頻率的主要元件它可以接220伏交流，也可接較低的電壓，但其電流必須控制在10mA以下。因此必須經(jīng)過一電阻把它接在220V7.5V交流變壓器的輸出端，電阻阻值應(yīng)為7.5V*1.4/10mA=1K。為防止光耦內(nèi)部二極管被反響電流擊穿，必須在外部接一反向二極管。而施密特觸發(fā)器CD40106則是被用來調(diào)整光耦的輸出的。使輸出脈沖更加規(guī)則，進一步有利于凌陽單片機算出正確頻率。計算方法：當(dāng)從CD40106輸出的脈沖下降沿到來時觸發(fā)中斷計數(shù)器開始計數(shù)，一秒鐘后計數(shù)完

8、成，讀出數(shù)據(jù)，即頻率。圖4.3電網(wǎng)頻率測試電路4.4電壓轉(zhuǎn)換電路為了實現(xiàn)220V供電，并完成對電壓的監(jiān)控功能，我們采用了一 220-7.5V交流變壓器，并且利用“橋堆”整流、7805元件組成了5V直流電源 ，達到了220V供電的要求。利用“橋堆”全波整流輸出直流電壓10（7.5*1.4）V，其中電容濾波電路中電容、電阻取值計算如下：電容濾波條件：RC=（35）T/2，因其電流取值應(yīng)在5mA左右，所以R=10V/5mA=2K;C=(5*0.01)/2=25uF又因為凌陽管腳采樣電壓不高于3.3V,故采用1K電阻和1K滑動變阻器(電位器)串聯(lián)。對于欠壓、過壓的監(jiān)測是利用了凌陽加軟件來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換

9、，其具體實現(xiàn)過程為： 單片機讀入一低壓直流電壓值X，設(shè)其標(biāo)志電壓Y（當(dāng)供電電壓為220V時單片機采樣電壓）當(dāng)0.9Y=<X=<1.10Y時供電電壓正常；當(dāng)X<0.9Y時蜂鳴器欠壓報警；當(dāng)X>=1.10Y時蜂鳴器過壓報警 。然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理顯示實際交流電壓值。圖4.4電壓轉(zhuǎn)換電路5軟件設(shè)計開始 流程圖：設(shè)置屬性初始化開中斷及初始化設(shè)置鍵N顯示函數(shù)按鍵掃描顯示鍵減鍵加鍵設(shè)置確認(rèn)鍵小 時分 鐘時 間鬧 鐘電壓， 頻率顯示溫 度返回時 間圖5.1 流程圖說明：開始時初始化所有數(shù)據(jù)，然后掃描看是否有按鍵按下，若有，則判斷是哪個功能鍵在動作，進行相應(yīng)的操作，操作完成后，判斷確認(rèn)鍵是

10、否動作，若是則返回，若否則繼續(xù)執(zhí)行，直到確認(rèn)鍵作用。6 系統(tǒng)調(diào)試與分析6.1設(shè)備與儀器凌陽單片機SPCE016 、 OCJM4*8液晶圖文顯示器 、Cu50熱敏傳感器 、 蜂鳴器 、遙控器 、 DS1302日歷時鐘芯片 、光耦4N26 、CD40106施密特觸發(fā)器6.2時間 調(diào)試方法:利用秒表的精確記時與數(shù)字鐘的時間相比較。表6.1精確度測試次數(shù)12345秒表/S300.06600.20900.101200.401500.03數(shù)字鐘/S30060090012001500鬧鐘：ON/OFFAM 11時28分39秒 表6.2時間顯示表6.3時間調(diào)整 時間設(shè)置：小時分鐘AM 11時45分表6.4鬧鐘

11、調(diào)整鬧鐘設(shè)置：小時分鐘AM11時45分Set alarm:hourminute非接觸止鬧：在實現(xiàn)本功能的時候由于凌陽的高電平輸出管腳的電流不能夠驅(qū)動蜂鳴器產(chǎn)生交大的報警聲，因此我們采用了一個三極管放和一個繼電器無線控制組成的的電路模塊來完成這一功能。6.3溫度表6.5次數(shù)12345678實溫010203040506075電阻50.052.154.356.458.560.762.866.1顯示0.810.62029.84049.559.273.9表6.6溫度顯示 現(xiàn)場溫度：22度 6.4頻率 表6.7頻率電壓顯示頻率：52赫茲 電壓：221伏頻率調(diào)試方法：定時1秒，測出脈沖數(shù)，即直接測量頻率。表

12、6.8測試數(shù)據(jù)次數(shù)12345678910預(yù)制頻率10243240516271859099實測頻率10243240516271859099電壓表6.9測試數(shù)據(jù)次數(shù)12345678910預(yù)制電壓246240230225220215210205200194實測電壓2522462342272222142082031971907總結(jié)分析基本部分：小時與分鐘的設(shè)置與顯示良好,AM、PM不僅在屏幕上很好顯示，指示燈指示良好鬧鐘時間設(shè)置、及開關(guān)功能也很好，鬧鐘開，顯示ON，指示燈亮；鬧鐘關(guān)，顯示OFF，指示燈滅。發(fā)揮部分：溫度顯示與現(xiàn)場溫度基本一致，誤差很小；頻率及電壓也成功的顯示出來；遙控器能很好的控制鬧鐘

13、，實現(xiàn)了非接觸止鬧功能。創(chuàng)新部分：增加了語音報時功能；時間能顯示到秒；增加了日歷功能，能夠顯示年月日、星期；鬧鐘可以一次可以定多個不同的時間，實現(xiàn)一次定時，多次提醒的功能；頻率顯示范圍可達到099赫茲；這次設(shè)計鍛煉了我的動手能力，激發(fā)了我的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了我勇于面對困難克服困難的堅強意志和不懈的精神，使我又一次體味到理論與實際相結(jié)合的重要性，體會到知識的海洋是無窮無盡，激發(fā)我們?nèi)プ非?。?謝感謝徐老師對我的論文不厭其煩的細心指點。徐老師首先細致地為我解題；當(dāng)我迷茫于眾多的資料時，她又為我提綱挈領(lǐng)，梳理脈絡(luò)，使我確立了本文的框架。論文寫作中，每周都得到徐老師的指點。從框架的完善，到內(nèi)容的擴充；從

14、行文的用語，到格式的規(guī)范，徐老師都嚴(yán)格要求，力求完美。我再次為徐老師的付出表示感謝。在論文即將完成之際，回顧緊張但又充實的學(xué)習(xí)班和開發(fā)過程，本人在此向所有關(guān)心我的及幫助我的老師和同學(xué)們致以最真誠的感謝。在本次畢業(yè)設(shè)計中，我從指導(dǎo)老師，身上學(xué)到了很多東西。她認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。她無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到很大的提高，這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，在此感謝他耐心的輔導(dǎo)。在撰寫論文階段，徐老師幾次審閱我們的論文，提出了許多寶貴意見，沒有她的指導(dǎo)，我們就不能較好的完成任務(wù)。另外，我還要感謝在這幾年來對我有所教導(dǎo)的老師，他們孜孜不倦的教誨不但讓我學(xué)到了很多知識，而且讓我掌握了很多學(xué)習(xí)方法，更教會了我做人處事的道理，在此表示感謝。同時，在系統(tǒng)開發(fā)過程中還有同組的同學(xué)也給了我不少幫助，這里一并表示感謝。參考文獻1. 張培仁 、 孫占輝, 張欣 . 基于C語言編程MCS. 北京：清華大學(xué)出版社， 單片機原理與應(yīng)用 20022.