基于单片机的多功能数字电子钟文献综述

基于单片机的多功能数字电子钟文献综述：本文首先介绍了时钟的发展史，接着介绍了数字电子钟在生活中的重要性。并进一步的介绍了基于单片机的数字电子钟的原理，以及此类产品的市场前景。关键词：单片机、数字电子钟、多功能1.前言从古至今，时间一直是个被学者们所探讨的永恒不变的话题。而为了描述时间，许多计时仪器也就此诞生。东汉张衡制造漏水转浑天仪，用齿轮系统把浑象和计时漏壶联结起来，漏壶滴水推动浑象均匀地旋转，一天刚好转一周，这是最早出现的机械钟。北宋元祜三年(1088)苏颂和韩公廉等创制水运仪象台，已运用了擒纵机构。公元1300年以前，人类主要是利用天文现象和流动物质的连续运动来计时。1500～1510年，德国的亨莱思首先用钢发条代替重锤，创造了用冕状轮擒纵机构的小型机械钟，1582年前后，意大利的伽利略发明了重力摆；1660年英国的胡克发明游丝，并用后退式擒纵机构代替了冕状轮擒纵机构；1695年，英国的汤姆平发明工字轮擒纵机构；1715年，英国的格雷厄姆又发明了静止式擒纵机构，弥补了后退式擒纵机构的不足，为发展精密机械钟表打下了基础；1765年，英国的马奇发明自由锚式擒纵机构，即现代叉瓦式擒纵机构的前身；18～19世纪，钟表制造业已逐步实现工业化生产，并达到相当高的水平。20世纪，随着电子工业的迅速发展，电池驱动钟、交流电钟、电机械表、指针式石英电子钟表、数字式石英电子钟表相继问世，而如今出现的多功能电子钟，是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的计时装置,目前广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,它的作用已不仅仅是用于计时，其丰富的功能，以及人性化的设计，为我们日常生活带来诸多的便利，成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运行超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。2.单片机电子钟原理数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外具有秒表、显示室温、显示日期以及世界时等附加功能。因此，一个数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”，“星期”计数器、校时电路、报时电路、振荡器和温度传感器组成。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒、星期”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。3秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。每累计24小时，发出一个“星期脉冲”信号，该信号将被送到“星期计数器”，“星期计数器”采用7进制计时器，可实现对一周7天的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”、“星期”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”、“星期”显示数字进行校对调整的。单片机，自20世纪70年代以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展很快，已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，录象机、摄象机，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。数字电子钟的设计可基于单片机自身具有的定时器资源，保证秒表计时准确，并且将误差控制在最小范围内。利用显示屏同时显示年、月、日、星期、时、分、秒，利用软件的灵活性，在软件中进行实践的控制及调整，实现12h/24h显示模式的切换。图2-1单片机实现电子钟的框图42.1日期、时、分、秒显示模块采用单片机的定时器资源，时钟模块利用单片机自身的定时器实现对时间的精确定时。严格按照逢60s进1min，逢60min进1h，逢24h进1d。用星期对应英文字母的前三个字母在屏幕上显示，以代表星期，星期逢7进1，循环进位。根据每个月的天数的不同（1、3、5、7、8、10、12、月份每个月31天，4、6、9、11月份每个月30天，闰年2月份为29天，平年2月份28天），按以上进制规则对软件部分进行了精心的设计，对每个月份进行判断后再根据每个月的天数进行月份的进位，逢12个月进1年。此思路严格按照以上时间的进制规则进行，实现了时钟以及日期正确无误的运行。由于单片机定是自愿的局限性，时钟还存在一定得误差（在允许范围内），但通过修改定时器的初始值，可将误差控制到最小（24小时误差小于2秒）。除此之外，通过按键还可以进行时间的设置、闹钟的设置以及12h/24h模式的切换。2.2秒表的原理及12h/24h模式切换、秒表与时钟功能切换秒表原理为定时器T0作为每秒加一的定时器；定时器T1作为“快加”键的定时器。其中“开始”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时开始计时；“清零”按键当开关由1拨向0（由上向下拨）时数码管清零，此时若再拨“开始”按键则又可重新开始计时。由于显示屏的局限性，利用秒表的功能，需要通过按键将时钟切换至后台运行，而将秒表显示至屏幕上，当不再使用秒表功能时，只需再通过按键将后台现实的时钟显示出来即可。对时钟和秒表分别使用了不同的定时器，两个功能模块之间互不影响。将后台的时间显示出来，此时的时间已经是最新的时间，而不是之前进入后台的时间，即使使用秒表功能时，时钟也在正常运行。2.3世界时的切换根据地球上划分的24时区，在原有城市时间的基础上加上所求城市与原城市之间的时差，可得所求城市的时间。例如北京与纽约相差13个时区，那么当北京时间2001年7月12日上午10时09分时，纽约时间为2001年7月11日晚9时09分.因此，只需通过按键就可进行世界时的设置。3.温度显示功能的核心---温度传感器目前市场上大多数电子钟都有室温显示功能，而此功能的运用则需要通过数字式温度传感器来实现。温度传感器按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。3.1接触式温度传感器接触式温度传感器又称为温度计，温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，因此测量范围不大。常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。53.2非接触式温度传感器非接触式测温仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变)对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。它的优点在于测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。3.3热电偶热电偶直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。它的特点是装配简单，更换方便，压簧式感温元件，抗震性能好测量范围大（－200℃～1300℃,特殊情况下－270℃～2800℃）机械强度高，耐压性能好耐高温可达2800度。3.4热电阻热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。热电阻大都由纯金属材料制成。热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。它的特点是电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。电阻率高，热容量小，反应速度快。材料的复现性和工艺性好，价格低。在测温范围内化学物理特性稳定。温度测量范围在-200—500℃内。对于室温显示的电子钟来说，选择室温变化范围不大，单位造价便宜和便于安装应用的温度传感器才是最合适的。3.5基于单片机的温度传感器原理图3-1是基于单片机的温度检测原理图要使温度传感器能正常工作，首先由程序对传感器进行复位，检测传感器能否正常工作，接着读取温度数据，由单片机发出指令与在线的温度传感器进行联系，接着向温度传感器发出温度A/D转6换指令（如果是模拟的温度传感器，它会把温度转化为对应范围的电压或电流，比如传感器的测温范围是0到100°，那对应输出的电压是0到5V或者4到20mA。如果是数字的温度传感器，它会把温度转化为对应范围的二进制代码，比如传感器的测温范围是0到100°，那对应输出的二进制代码是0x00到0xFF，因为已经是数字信号，单片机可以直接识别，不需要A/D转换），再发出读取温度寄存器的温度值指令。并反复调用复位、写入及读取数据子程序，之后再经显示器显示出来。4.产品前景数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点，在生活中已经得到广泛的应用。虽然现在市场上已有现成的电子钟集成电路芯片，价格便宜、使用也方便，但是人们对电子产品的应用要求越来越高。随着科技的发展，数字钟不但可以显示当前的时间，而且可以显示日期、星期、世界时、室温等，广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播芯片自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以数字电子钟具有走时准确，一钟多用等特点,在生活中已经得到了广泛的应用。