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基于AT89C2051的电子闹钟
基于AT89C2051的电子闹钟
本章详细讨论了基于AT89C2051的电子闹钟的设计,该闹钟可设定起始走时时间和闹铃时间,采用数码管显示。该章的主要内容在于:亮度可调串行显示电路的设计、具有编辑位闪烁功能的编辑软件的设计、闹铃功能的软件设计、TC77串行温度传感器的接口设计,以及系统相关的软硬件调试实践等。
1.1 电子闹钟的功能与设计方案
1.1.1 电子闹钟的功能与设计要求
1.1.1.1 电子闹钟的实现形式
电子闹钟既可以通过纯硬件实现,也可以通过软硬件结合实现,根据电子时钟中核心部件——秒信号的产生原理,通常有以下三种形式:
采用NE555时基电路的实现形式
采用NE555时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号,作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号,可构成电子钟。由555构成的秒脉冲发生器电路见图1-1。输出的脉冲信号VO的频率F=1.443/(RA+2RB)×C,可通过调节这3个参数,使输出VO的频率为精确的1Hz。
图1-1 基于555的秒脉冲发生器
采用石英钟专用芯片的实现形式
采用石英钟专用计时芯片实现的电子钟,具有实现简单、计时精度高的特点。石英计时芯片(简称“机芯”)比较多,常见型号的有STP5512F、SM5546A和D60400等。现结合康巴丝石英钟常用的5512F型为例作一简单介绍。利用5512F的2秒输出信号作为秒加法电路的计数脉冲,可实现电子时钟。5512F的引脚图如图1-2所示:
图1-2 5512F的引脚图
其中,引脚7、8为外接晶振及振荡电路,引脚1接电源正极,电源为1.5V,引脚3、4原为指针用步进电机线圈的输出驱动,这里可用3脚作为脉冲输出,频率决定于外接晶振的频率。
采用基于微处理器的实现形式
利用微处理器的智能性,可方便实现具有智能的电子钟。由于微处理器均具有时钟振荡系统,利用系统时钟借助微处理器的定时/计数器可实现电子钟功能。虽然,系统时钟的误差较大,电子钟的累积误差也可能较大,但可以通过误差修正软件加以修正。本章讨论的电子钟就是采用这种形式。
1.1.1.2 电子闹钟的功能与设计要求
就电子闹钟而言,一般应具有以下基本功能要求:
1.能随意设定走时起始时间。对电子钟而言,最基本的功能是具有对时功能,即能随意设定走时起始时间。
2.能设定闹铃时间。电子钟一般都具有闹铃功能,即预设定一个时间,一旦走时到该时间,电子钟能以声或光的形式告警提示(俗称“闹铃”、“打铃”)。
3.能指示秒节奏,即秒指示。
4.12小时/24小时两种制式可选,以适应不同的需要。
5.采用交直流供电电源。与石英钟不同的是,电子钟一般采用数码管等显示介质,因而必须以交流供电为主,以直流电源为后备辅助电源,并能自动切换。
6.具有走时误差修正能力。
1.1.2 设计方案的确定
从以下几个方面来确定电子闹钟的设计方案:
1.微处理器
采用ATMEL的AT89C2051微处理器,是基于以下几个因素:
1)89C2051为51内核,仿真调试软硬件资源丰富;
2)性价比高,货源充足;
3)DIP20封装,体积小,便于产品小型化;
4)为EEPROM程序存储介质,1000次以上擦/写周期,便于编程调试;
5)具有IDLE和POWER-DOWN两种工作模式,便于进行低功耗设计;
6)工作电压范围宽:2.7~6V,便于交直流供电。
2.显示电路
就时钟而言,通常可采用液晶显示或数码管显示。由于一般的段式液晶屏,需要专门的驱动电路,而且液晶显示作为一种被动显示,可视性相对较差;对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块(字符或点阵),一般多采用并行接口,对微处理器的接口要求较高,占用资源多。另外,89C2051本身无专门的液晶驱动接口,因此,本时钟采用数码管显示方式。数码管作为一种主动显示器件,具有亮度高、价格便宜等优点,而且市场上也有专门的时钟显示组合数码管。
3.按键电路
考虑到对时和设定闹铃时间这两种操作的使用频率不是很高,为了精简系统和节省成本,本时钟系统只设两个按键:
1)SET键,对应系统的不同工作状态,具有3个功能:
在复位后的待机状态下,用于启动设定时间参数(对时或定闹);
在设定时间参数状态而且不是设定最低位(即分个位)的状态下,用于结束当前位的设定,当前设定位下移;
在设定最低位(分个位)的状态下,用于结束本次时间设定。
2)+1键,用于对当前设定位(编辑位)进行加1操作,根据12/24小时工作模式和正在编辑的当前位的含义(时十位、时个位、分十位、分个位)自动进行数据的上限和下限判断。例如,对12小时制,小时的十位只能是0、1,如果当前值为0,则按+1键后为1,再按+1键则又回复到0。
1.2 电子闹钟的硬
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