山东省大学生电子设计大赛 多功能数字钟论文设计.docx

1、山东省大学生电子设计大赛 多功能数字钟论文设计2004山东省大学生电子设计大赛 多功能数字钟论文设计文章来源：烟台大学光电学院 作者：段中华 马海英 徐崇成 发布时间：2009-5-20 10:36:12 摘要本系统的设计电路以凌阳单片机SPCE061A作为控制器。主要由显示电路, 功能控制电路、传感器电路、电压转换电路、遥控电路五部分。吸收了硬件软件化的思想，大部分功能通过软件来实现，使电路简单明了，系统稳定性大大提高。本系统不仅成功的实现了要求的基本功能,发挥部分也得到完全的实现,而且有一定的创新功能。 关键字：凌阳单片机 光耦 液晶 数字钟 AbstractThis system is

2、based on the single chip SPCE061A. It includes display circuit, control circuit, sensor circuit, voltage shift circuit, remoting circuit. Many functions are finished by the software. So it simples the circuit and enhances the stability of the system. Not only all the basic and extended performances

3、and functions are successfully realized, but also accomplished some innovation functions . Key words : SPCE061A sensor circuit display circuit 一 方案论证(1)控制部分:方案一: 采用普通MCS-51单片机作为总的控制元件。方案二: 采用凌阳单片机SPCE061A作为总的控制元件。比较论证: 方法一MCS-51单片机功能较少， 不含有模数转换等功能,因此需增加一些外围电路来实现一些功能,使电路复杂化,精确度不高，采样速率偏低。而方法二简化了电路，增加了

4、系统稳定性。凌阳SPCE061A在设计方面提供了极大的方便，它的好处在于，功能较多,因为它不仅囊括了普通单片机的所有功能，更增加了许多新的功能，如: A/D、D/A转换， 语音等,另外又提供了便利的编程环境。更重要的是凌阳单片机接口较多，所需外部按键较少，因此可采用独立式键盘。(2)显示部分:方案一: 采用数码管显示。方案二: 用OCJM4*8液晶图文显示器显示。比较论证: 就我们的需要而言数码关显示内容单一,不易产生生动具体的图文,而OCJM4*8液晶图文显示器给我们提供了更大的发挥空间,看起来舒服自然,而且能增加显示的美观性与直观性。最重要的是提供了友好的人机界面。 (3)频率测试部分:

5、方案一: 利用比较器和分离的三级管电路来完成。方案二: 利用 光耦4N26测试频率比较论证:方法一用了很多分离的元件，电路相当复杂,调试起来比较困难,稳定性不好。而方法二用模块实现，稳定性好，克服了上述问题。(4)电压过压，欠压判断部分：方案一: 由纯硬件实现,设计麻烦,而且使用很多分立元件,不仅稳定性不好，调试起来也困难。方案二: 以单片机采样，辅以少量的逻辑电路。充分发挥凌阳单片机的功能,简化了系统的硬件设计,并充分发挥数量不多的数字逻辑器件的作用,实现了题目要求的扩展部分。综上所述：我们采用凌阳单片机作为控制元件，用OCJM4*8液晶图文显示器显示，利用光耦4N26测试频率，以单片机采样

6、、辅以少量的逻辑电路判断过压、欠压二 总体方案 1工作原理: 利用单片机SPCE061A作为本系统的中控模块。单片机可把由PT100、DS1302、频率测试电路，电压转换电路读来的数据利用软件来进行数模转换，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历、频率、电压的显示。OCJM4*8液晶显示器为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来。利用遥控器来实现非接触止闹功能。在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。2电路原理图:三 硬件设计(单元电路设计及分析)（1）凌阳单片机接口电路输入/输出接口（简称为I/O口）是单片机与外设交换信息的通道。输入端口负责从外接收检测信号、键盘信号等

7、各种开关量信号。输出端口负责向外界输送由内部电路产生的处理结果、显示信息、控制命令、驱动信号等。此单片机有两个16位通用的并行接口：A口和B口。这两个口的每一位都可通过编程单独定义成输入或输出口。B口除了具有常规的输入/输出功能外，还有一些特殊功能。图表 1（2）按键电路 按键电路简单，易于控制；按键控制接口部分由9个按键组成 ： 调整时间/闹钟键、时钟开/关键、小时按键、分钟按键、加记数键、减记数键、确定键、切换温度/频率和电压键、接触式止闹键 按键功能说明：1、调整时间/闹钟键：按一次：开始设置时间；按两次：开始设置闹钟；依次循环。 2、小时按键：调整时间/闹钟状态下，此键开始有效。按一次

8、表示开始设置相应的小时； 3、分钟按键：调整时间/闹钟状态下，此键开始有效。按一次表示开始设置相应的分钟； 、加、减计数键在时间调整时，按一下，分钟或小时数加减一、确定键调整完后按此键确认、切换温度/频率和电压键，切换屏幕、接触试止闹键，当闹铃响时，按下此键，停止振动图表 2(3) 电网频率测试电路以光耦4N26和施密特触发器CD40106作为主要元器件。在此电路中光耦是测量频率的主要元件它可以接220伏交流，也可接较低的电压，但其电流必须控制在10mA以下。因此必须经过一电阻把它接在220V-7.5V交流变压器的输出端，电阻阻值应为7.5V*1.4/10mA=1K。为防止光耦内部二极管被反响

9、电流击穿，必须在外部接一反向二极管。而施密特触发器CD40106则是被用来调整光耦的输出的。使输出脉冲更加规则，进一步有利于凌阳单片机算出正确频率。计算方法：当从CD40106输出的脉冲下降沿到来时触发中断计数器开始计数，一秒钟后计数完成，读出数据，即频率。图表 3（4）电压转换电路为了实现220V供电，并完成对电压的监控功能，我们采用了一 220-7.5V交流变压器，并且利用桥堆整流、7805元件组成了5V直流电源 ，达到了220V供电的要求。利用桥堆全波整流输出直流电压10（7.5*1.4）V，其中电容滤波电路中电容、电阻取值计算如下：电容滤波条件：RC=（3-5）T/2，因其电流取值应在

10、5mA左右所以R=10V/5mA=2K;C=(5*0.01)/2=25uF又因为凌阳管脚采样电压不高于3.3V,故采用1K电阻和1K滑动变阻器(电位器)串联。 对于欠压、过压的监测是利用了凌阳加软件来实现A/D转换，其具体实现过程为： 单片机读入一低压直流电压值X，设其标志电压Y（当供电电压为220V时单片机采样电压）当0.9Y=X=1.10Y时供电电压正常；当X=1.10Y时蜂鸣器过压报警 。然后经过数据处理显示实际交流电压值。图表 4四 软件设计流程图：说明：开始时初始化所有数据，然后扫描看是否有按键按下，若有，则判断是哪个功能键在动作，进行相应的操作，操作完成后，判断确认键是否动作，若是

11、，则返回，若否，则继续执行。直到确认键作用。五 设备与仪器 凌阳单片机SPCE016 OCJM4*8液晶图文显示器 Cu50热敏传感器 蜂鸣器 遥控器 DS1302日历时钟芯片 光耦4N26 CD40106施密特触发器六 系统调试与分析（一）时间 调试方法:利用秒表的精确记时与数字钟的时间相比较。精确度时间显示时间调整 闹钟调整 非接触止闹在实现本功能的时候由于凌阳的高电平输出管脚的电流不能够驱动蜂鸣器产生交大的报警声，因此我们采用了一个三极管放和一个继电器无线控制组成的的电路模块来完成这一功能。（二）温度温度显示（三）频率频率电压显示1. 频率：调试方法：定时1秒，测出脉冲数，即直接测量频率

12、。测试数据：2. 电压：测试数据：七 分析总结 基本部分：小时与分钟的设置与显示良好,AM、PM不仅在屏幕上很好显示，指示灯指示良好闹钟时间设置、及开关功能也很好，闹钟开，显示ON，指示灯亮，闹钟关，显示OFF，指示灯灭。发挥部分：温度显示与现场温度基本一致，误差很小；频率及电压也成功的显示出来；遥控器能很好的控制闹钟，实现了非接触止闹功能。创新部分：增加了语音报时功能；时间能显示到秒；增加了日历功能，能够显示年月日、星期；闹钟可以一次可以定多个不同的时间，实现一次定时，多次提醒的功能；频率显示范围可达到0-99赫兹；总结 这次竞赛锻炼了我们的动手能力，激发了我们的创新思维，培养了我们勇于面对困难克服困难的坚强意志和不懈的精神，使我们又一次体味到团队的力量和合作的重要性;更重要的是使我们深深的体会到理论结合实际的重要性，体会到知识的海洋是无穷无尽，激发我们去追求。总之，我们喜欢电子设计竞赛，感谢全省大学生组委会给了我们锻炼的机会。参考文献:雷思孝 李伯成 雷向莉 西安电子科技大学出版社 单片机及使用技术 2004 张培仁 孙占辉 张欣 清华大学出版社 基于C语言编程MCS单片机原理与应用 2002 杨素行 高等教育出版社 模拟电子技术基础简明教程 1998