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1、基于AT89C52单片机的电子时钟的硬件设计,第一章 绪 论 第二章 方案论证与比较 第三章 系统功能模块介绍 第四章：探讨闪存AM29F016D 第五章 设计总结,1.3研究内容 本文主要介绍用单片机控制时钟芯片实现电子时钟的方法，本设计由单片机AT89C52芯片和DS12887时钟芯片、LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个单片机电子时钟。 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时
2、时钟，即定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以满足高精度的要求。,第二章 方案论证与比较,2.1 电子时钟的设计方案 电子时钟是本设计的最主要的部分。根据需要，可利用两种方案实现。 方案一：本方案采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A。该芯片内部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或
3、设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片内部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到内部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间。 方案二：本方案完全用软件实现数字时钟。原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的分字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将十字节清零。该方案具有硬件电路简单的特
4、点。但由于每次执行程序时，定时器都要重新赋初值，所以该时钟精度不高。而且，由于是软件实现，当单片机不上电，程序不执行时，时钟将不工作。 基于软件电路和精度的考虑，本设计采用方案一完成电子时钟的功能。,2.2 数码管的显示方案 方案一：静态显示。所谓静态显示，就是当显示器显示某一字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止。该方式每一位都需要一个8位输出口控制。静态显示时较小的电流能获得较高的亮度，且字符不闪烁。但当所显示的位数较多时，静态显示所需的I/O口太多，造成了资源的浪费。 方案二：动态显示。所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉
5、暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也于点亮时间与间隔时间的比例有关。调整参数可以实现较高稳定度的显示。动态显示节省了I/O口，降低了能耗。 由于方案一方便简单,还可以防止出现字符闪烁，采用方案一。 2.4报警电路的选择方案： 方案一：用555定时器组成的音频多谐震荡电路和一个扬声器构成。555定时器是一种模拟-数字混合式集成定时器，用它可以很方便的组成多谐振荡器、双稳态触发器和施密特触发器等脉冲电路，而且由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中。 方案二：用一个三极管驱动的蜂鸣器作为系统的报警电路，其工作原理
6、主要就是当温度要求超过设定的报警上限值时，报警电路就会自动的打开从而驱动蜂鸣器而引起报警。 由于方案一稳定可靠，还可以调节声音的大小,采用方案一。,2.3温度传感器的选择方案与论证: 方案一：采用数字式温度传感器DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除A/D模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。 方案二：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路，
7、增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。 基于DS18B20的优点,采用方案一。,3.2.1.1 主要硬件AT89C52的介绍,单片机AT89C52的主要特性 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本9。其主要功能特性如表1所示:,表 1 单片机AT89C52的主要功能特性,3.2.3 电
8、源电路 三端固定输出电压式稳压电源L78XXX系列运用其器件内部电路来实现过压保护、过流保护、过热保护这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的输出电流器件具有良好的温度系数本产品有多种电压输出值5V24V，因此产品的应用范围很广泛可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分散问题输出电压误差精度分为3%和5%。,3.2.3.1 主要硬件三端稳压器7805的介绍,7805的封装图,3.2.3.2 电源电路的工作原理： 图6 电源电路的原理在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如下图所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。先整流，可采
9、用桥式整流电路；再滤波，可采用L型滤波电路或其他的电路；接着是稳压，可采用固定三端稳压电路78*系列或79*系列（输出电压是不可调的），或采用L7805可调三端稳压集成电路（输出电压是可调的）2 13。,3.2.6 典型时钟电路应用 3.2.6.1 单片机与时钟芯片的接法,时钟芯片DS12C887特性 DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM PC上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887 相兼容。由于DS12C887 能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；
10、DS12C887 中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10 年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。在12 小时制模式中，用AM和PM 区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD 码表示；DS12C887中带有128 字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4 字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C88进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽,3.2.7.1 温度传感器与单片机接口,DS18B20的主要特性
11、、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 、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。 、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 、温范围55125，在-10+85时精度为0.5。 、可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。 、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温
12、度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 、测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。,NE555的主要特性 555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基
13、本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体. 由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，所以此次设计采用改装的555作为报警电路.,报警电路的设计及工作原理,3.2.9.1 数码管的工作原理 数码管由7个发光二极管组成,行成一个日字形,它们可以共阴极,也可以共阳极.通过解码电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字,这就是它的工作原理,3.2.9.2 数码管的显示器原理 数码管是数码显示器的俗称。常用的数码显示器有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示器等。,3.2.9 驱动与显示电路,DM74LS154N的译码机理 DM
14、74LS154N是七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。每一个四位-十六进制的译码器利用TTL电平二进制编码输入进去十六个互相独立输出中的一个,当两个输入频闪光,G1和G2都是低电平,这个重要的是用四个输入地址线来输出,传输数据来自两个频闪光输出的中之一,用另外一个频闪光输出低电平,如果其中一个是高电平。这个.就会延迟到一个适合实现高性能译码器存储区,所有的输出都中断和输入钳位二极管提供将译码线使用减到最少,从而设计简单的系统8,显示电路图,第四章：探讨闪存AM29F016D,外部闪存AM29FO16D特点 AM29FO16D属于大容量的存储器，可以存储16Mbit的数据，它具备
15、E2PROM的特点，但比E2PROM有更优越的性能和更低的价格，在此列举以下几点: (1) 读写操作使用同一的电压，内部自动产生编程电压； (2) 内嵌擦除和编程算法，自动在指定地址写人或校验数据。提供命令接口、状态寄存器； (3) 扇区保护功能，具有防止任何扇区进行擦除或编程的硬件保护机制； (4) 准备好信号RYBY信号，输出指示信号，提供硬件检测； (5) 硬件复位RESET引脚。芯片复位时，内部状态机自动处于读状态； (6) 最快读取速度70ns，单字节字节编程时间为7us，标准扇区擦除时间为1s,CMOS工艺，具有100000次写人/擦除寿命。,AM29FO16D在LED显示系统中的
16、应用，不仅在故障、掉电、停机状态下，能确保数据记录数据的安全，而且电擦除的方式为程序和数据的存储和更新提供了方便，各种字体的汉字库也得以集成在到系统板上，使大屏幕显示内容更加丰富。地址扩展用的译码和锁存电路集成到系统上的可编程逻辑器件EPIK30中，简化了AM29FO16D与单片机的接口电路，提高了系统的可靠性。目前，闪速存储器在其他领域:如寻呼系统、智能仪表、嵌人式系统等领域也得到了广泛的应用。随着闪速存储器件朝着容量越来越大，工作电压越来越来低，支持共同接口标准的方向发展，将会使闪速存储器硬件接口和软件的设计越来越容易，应用范围将更加广泛。,AM29FO16D与单片机接口,第五章 设计总结,本设计能够很准确的走时，并能够通过软件对时钟进行时间调整。 功能介绍： 显示XXXX: XX:XX年月日;XX：XX：XX时间; XX度 年月日、时间可调：调整键SET按下年位闪亮，此时按下UP键该个位数值加1，当加到9时，再按下UP键则该个位显示0，十位加1。若果按下DOWN键该个位数值减1，当减到0时，再按下DOWN键则该个位显示9，十位减1。继续按下调整键SET月位闪亮，此时按
