基于單片機(jī)的多功能時鐘設(shè)計(jì)

張德坤 彭森

摘 要：多功能時鐘是一種較直觀的數(shù)字電路設(shè)計(jì)，可對分、秒、時的整體設(shè)置。由于數(shù)字集成電路在此次設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，所以可較為有效的保證時間的精確，較機(jī)械鐘表而言有著更長的使用壽命。該時鐘的鬧鈴功能可以在這個快節(jié)奏社會中方便人們對時間的把控，保證數(shù)字時鐘的有效化的應(yīng)用過程，從而體現(xiàn)這次設(shè)計(jì)更加重要的社會實(shí)際意義。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是以AT89S52單片機(jī)為核心，以DS18B20溫度傳感器以及DS1302實(shí)時時鐘芯片為輔，設(shè)計(jì)的一款具有時鐘，溫度，鬧鐘等功能的時鐘。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；多功能時鐘；DS18B20溫度傳感器；DS1302時鐘芯片

1 引言

在第二十世紀(jì)末，隨著社會需求的增加，各種電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。在它的帶動下，電子科技近乎滲透到社會上的所有產(chǎn)業(yè)中，強(qiáng)飛速加快整個社會信息化的程度。由于現(xiàn)如今電子產(chǎn)品性能的不斷提高，更新?lián)Q代也愈加頻繁。在這個快節(jié)奏的社會，時間變得無比的寶貴，可是也正是因?yàn)榭旃?jié)奏，使得人更加容易忘記當(dāng)前的時間。有時，人們記不清要做的事情，當(dāng)事情并不嚴(yán)重，倒是無關(guān)大體。但是，倘若是重要事情，一分一秒的耽誤都有可能釀成大禍。比如，很多火災(zāi)都是因?yàn)槿藗兊氖韬觯岁P(guān)掉煤氣或者忘了充電的時間。因此有必要做一個定時系統(tǒng)?？偸翘嵝涯切┛偸峭洉r間。時鐘的數(shù)字化帶來了極大的便利，并擴(kuò)大了時鐘功能。自動的定時警報、定時打鈴預(yù)警、時間程序的自動控化制、定時播報新聞、電路的定時開關(guān)、微波爐定時工作、洗衣機(jī)定時甩水烘干，路由器定時離線下載等。一上各種功能的實(shí)現(xiàn)都應(yīng)該以鐘表的數(shù)字化為基礎(chǔ)，因此，對數(shù)字時鐘的功能合理使用并擴(kuò)充，有著巨大的意義。

隨著社會的發(fā)展，人們追求的東西將越來越人性。傳統(tǒng)的時鐘不能滿足人們的需求。用編程軟件盡可能做到電路簡單、穩(wěn)定，減少對環(huán)境的干擾，引起誤差的零件的精度，多功能的電子時鐘可以提高如何選擇元器件的精密。較機(jī)械時鐘而言，正是因?yàn)镮C集成電路的壯大及石英晶振穩(wěn)定及廣泛的應(yīng)用，使得數(shù)字時鐘的精確程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過老式的鐘表。同時也正是因?yàn)槎喙δ軙r鐘所具備的超高準(zhǔn)確性以及既視性，并不帶有任何的機(jī)械部分，有著更久的使用年限，故其得到眾多的使用。

2 系統(tǒng)方案選擇

2.1時鐘計(jì)時的方案選擇

方案一：采用DS1288芯片。設(shè)計(jì)方案由AT89S52作為主控制，和數(shù)字時鐘電路是由時鐘芯片DS12887時鐘芯片為核心的。此電路可以較為準(zhǔn)確的計(jì)時，同時還可以增添了其它的功能，在掉電情況下依然可以將參數(shù)保存下來。雖然使用這種方案能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的，其他各方面表現(xiàn)也較好，但是，由于采用的是并行的接口方案，將占用過多的接口資源，不利于其他電路的設(shè)計(jì)。 方案二：通過基于改進(jìn)的普通數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，添加時間芯片DS1302，單獨(dú)的時鐘電路部分和控制部分，在電路控制部分由單片機(jī)來完成，DS1302時間芯片分管計(jì)時功能。并且這種設(shè)計(jì)整個電路的功耗大大降低。由于DS1302提供了精確的時間，所以對于電路的器件選擇將變得更為簡便。軟件方面，由于有掉電續(xù)時的特性，也將使得程序的設(shè)計(jì)變?yōu)楦雍啙?。硬件，只需增加一個DS1302時鐘芯片，不是特別復(fù)雜。通過對上述兩種方案的比較，不難看出，第二種計(jì)時方案的計(jì)時效果更為精確，電路硬件的設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，軟件設(shè)計(jì)也簡潔明了，故本次采用第二種方案。

2.2 測溫方案的選擇

方案一：使用普通的熱敏電阻可用于測量40攝氏度到90攝氏度，然而，對小于1攝氏度信號的檢測，由于其準(zhǔn)確性和可靠性差，所以不能做的工作。 方案二：采用溫度傳感器DS18B20。由美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線溫度傳感器DS18B20，是一款集結(jié)構(gòu)簡單、小體積、較強(qiáng)的抗干擾能力、耗能低等優(yōu)點(diǎn)于一身的溫度傳感器。它有一個“一線”的界面，其內(nèi)部使用的鋼板溫度測量的專利技術(shù)，其測量范圍為55攝氏度至125攝氏度，精度1 / 2攝氏度。通過對上述二種方案的比較，基于DS18B20溫度傳感器的以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)將選取方案二來測量溫度。

3 電路設(shè)計(jì)

3.1總體硬件設(shè)計(jì)

本次的硬件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個多功能時鐘系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)框圖如圖1所示。

依照此次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)要求，對于主控模塊，我們將選用Atmel公司推出的AT89S52單片機(jī)，定時器，程序存儲器，32個輸入輸出口等硬件電路都集成于這塊單片機(jī)中，能與上圖所示的其他硬件部分完美集合，使得主控模塊部分不需其他芯片即可做成一個最小系統(tǒng)，電路簡單，功能齊全，抗干擾性強(qiáng)，價格便宜，所以，這定是一個完美的方案。

3.2 外部時鐘模塊

DS1302芯片除了擁有最普通的，對時、秒、分、日、年等進(jìn)行計(jì)時功能外，還具備一項(xiàng)強(qiáng)大并實(shí)用的功能，即閏年補(bǔ)償?shù)墓δ?。這款芯片的最低的工作電壓只需2.5V，并上限電壓達(dá)到5.3V，可以和主控芯片AT89S52使用相同的電源，極為方便。在與單片機(jī)連接方面，利用了三條線接口同步通信技術(shù)，可以利用突發(fā)傳送的傳送方式傳送時鐘信號數(shù)據(jù)以及RAM數(shù)據(jù)。用于臨時存儲數(shù)據(jù)的只讀存儲器集成在芯片DS1302。在DS1302之前，有一款DS1202時鐘芯片，DS1302是DS1202的升級版，DS1302是可以與 DS1202完全兼容的，在DS1202基于兩引腳，它們是針主電源和備用電源引腳，正因?yàn)閮射N的存在，在電源可以在小涓流充電的備用電源。

3.3溫度模塊的設(shè)計(jì)

之前的介紹中，我們知道，在這次設(shè)計(jì)，我們將采用DS18B20溫度傳感器作為本次設(shè)計(jì)的溫度模塊芯片。DS18B20傳感器是市場上最優(yōu)性的溫度傳感器之一，麻雀雖小五臟俱全，這款傳感器僅有3個接口，卻有著強(qiáng)大的功能，其電路的連接方式極為簡單。

4 結(jié)束語

在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)部分問題：例如在位選上，閃爍的功能不能實(shí)現(xiàn)、在溫度顯示上，與實(shí)際溫度略有誤差、蜂鳴聲出現(xiàn)間斷的現(xiàn)象等。經(jīng)反復(fù)檢測，軟件設(shè)計(jì)缺陷造成了前兩個問題，而溫度與實(shí)際相差較大則是由于溫度采集器安放的位置不正確，（開始是置于主板板上），由于單片機(jī)等元器件發(fā)熱導(dǎo)致DS18B20采集的溫度偏高，發(fā)現(xiàn)問題后，經(jīng)過改進(jìn)，將DS18B20從主板上取出，并且獨(dú)立安放于系統(tǒng)板外部，之后溫度部分恢復(fù)正常顯示。通過這次設(shè)計(jì)，我明白了一個道理，無論在學(xué)習(xí)中還是生活，都需要把理論和實(shí)際結(jié)合，才能把所學(xué)的東西用出來，在程序方面，還是需要經(jīng)常的練習(xí)，才能不斷提高自己。

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作者簡介

張德坤，邵陽學(xué)院信息工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生