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一、方案论证与比较
1.数字时钟
数字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。
方案二: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。
基于时钟芯片的上述优点,本设计采用方案二完成数字时钟的功能。
2.数码管显示
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/0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/0口,降低了能耗。
本设计从节省I/0口和降低能耗出发,采用方案二。
二、系统设计
1.总体设计
(1)系统框图
系统框图如图1所示。
数码管显示模
数码管显示模块
温度转换模块
频率采集模块
电源
时钟芯片
报警系统
键盘状态显示
电压转换模块
单片机
图1系统框图
(2)模块说明
a.数码管显示模块:用数码管显示时间、环境温度、电网频率及电压温度转换模块:测量环境温度,并经过模数转换后送单片机。
b.时钟芯片:用DS12887A时钟芯片向单片机提供时间与闹铃信息。
c.报警系统:用蜂鸣器。当闹铃开且所设置的闹铃时刻到时,蜂鸣器报警,当电网电压欠压或过压时,蜂鸣器也报警。当“闹铃关”键按下或有遥控器止闹时,停止报警。
d.键盘和状态显示模块:用可编程并行I/O芯片8255接状态显示所用的发光二极管及选择各功能的键盘。
e.单片机控制模块:用89C51实现。是系统的主控制器,控制其它模块协调工作。
f.电源模块:向各用电系统提供电源。
g.电压转换模块:测量电网电压,并经过模数转换后送单片机。
2.模块设计与参数计算
(1)码管显示:本设计采用串行输出显示,利用一片8位移位寄存器74LS164给所有数码管提供显示信号,且利用动态显示,节约了单片机I/O口,降低了能耗。数码管采用LG5643FH。电路如图2所示。
(2)电源模块:由于单片机及其处围的用电模块都用5V或12V直流电源,而电网电压为220V交流电,因此需要设计电源。利用8W的变压器将220V的电网电压变压后加在桥式整流电路的两端进行全波整流。利用三端稳压电源分别产生12V和5V的电压。三端稳压电源选择CW7812DS和CW7805DS。原因是它们有过压保护和过流保护而使其免受高压或大电流的袭击;而且与其他三端稳压电源相比,它们更具经济性的特点。
根据该电源所带的负载知流过该电源的电压不超过I=1A。因为变
压器输出大约为Uo=12V,所以电阻。因为电网电压一般
为220V,50Hz,所以全波整流后的电压周期大约为10毫秒。又因为时间常数t=RE?10ms,所以取E?=1000μf。
小
小山
P1
s8550
N1
c9013
P04
P05
P06
P07
P20
P21
P22
U2
74LS164ycc
3Q7MR9
19
Q5CLK8
Q3
Q2
QB2
3
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