基于SPCE061A的多功能数字钟设计

中国海洋大学1中国海洋大学第一届电子设计竞赛结题设计论文题目：多功能数字钟学校：中国海洋大学系部：电子工程系专业：电子信息科学与技术班级：2007级学生姓名：杨勇学号：0202420070482010年6月4日中国海洋大学2目录摘要….…………………………………………………………………….……………3绪论…….….……………………………………………………………….……………5第1章设计要求与方案论证…….………….………………………………6第2章系统硬件电路设计…….…………………………….………………10第3章系统的软件设计…….………………………………….……………14第4章结束语…….….………………………………………….……………15参考文献…….……………………………………………………………………….16附录:主程序…….…………………………………………………………17中国海洋大学3摘要随着社会、科技的发展，人类得知时间，从观太阳、摆钟到现在电子钟，不断研究创新。为了在观测时间的同时，能够方便了解其它与人类密切相关的信息，方便人们的日常生活，比如温度、定时、电压测量等，多功能数字钟诞生了，它集时间、闹钟、电压和温度功能于一身，具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。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(键盘)、温度传感器电路、电压转换电路四部分。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,发挥部分也得到部分的实现,而且有一定的创新。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式，温度测量范围为－55℃～＋125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。这使得DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。关键字：凌阳单片机TM1638DS18B20语音数字钟中国海洋大学4AbstractWiththesociety,scienceandtechnology,mankindlearnedthattime,fromtheviewofthesun,tothepresentelectronicclockpendulumclock,continuousresearchandinnovation.Observationtimeinthesametime,beabletounderstandotherhumanbeingsiscloselyrelatedtoinformation,suchastemperature,week,dateandsoon,thebirthoftheelectroniccalendar,anditsetthetime,date,weekandtemperature-in-one,witheasytoread,intuitivedisplayfunctionaldiversity,andmanyotheradvantagesofsimplecircuitwiththeelectronicinstrumentationofthedevelopmenttrendofthe.marketprospectsarebroadThissystemisbasedonthesinglechipSPCE061A.Itincludesdisplaycircuit,controlcircuit,sensorcircuit,voltageshiftcircuit.Manyfunctionsarefinishedbythesoftware.Soitsimplesthecircuitandenhancesthestabilityofthesystem.Notonlyallthebasicandsomeoftheextendedfunctionsaresuccessfullyrealized,butalsoaccomplishedsomeinnovationfunctions.Keywords:SPCE061ATM1638DS18B20voicedigitaleclock中国海洋大学5绪论随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，对时间的要求越来越高，精准数字计时的消费需求也是越来越多。二十一世纪的今天，最具代表性的计时产品就是电子数字时钟，它是近代世界钟表业界的第三次革命。第一次是摆和摆轮游丝的发明，相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表，使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子万年历），使计时产品的走时日差从分级缩小到1/600万秒，从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式，直观明了，带来了钟表计时业界跨跃性的进步。我国生产的数字钟有很多种，本设计除了原有的显示时间这一基本功能外，还具有闹铃、报警、电压温度测量等功能。商家生产的电子万年历更从质量，价格，实用上考虑，不断的改进电子万年历的设计，使其更加的具有市场。本设计为软件，硬件相结合的一组设计。在软件设计过程中，应对硬件部分有相关了解，这样有助于对设计题目的更深了解，有助于软件设计。基本的要了解一些主要器件的基本功能和作用。除了采用集成化的时钟芯片外，还有采用MCU的方案，利用SPCE061A系列单片微机制成时钟电路，采用软件和硬件结合的方法，采用TM1638控制LED数码管输出，分别用来显示时、分、秒，其最大特点是:硬件电路简单，安装方便易于实现，软件设计独特,可靠。SPCE061A是继μ’nSP™系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使μ’nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。本文介绍了基于SPCE061A单片机设计的多功能数字钟。首先我们在绪论中简单介绍了单片机的发展与其在中低端领域中的优势以及课题的开发意义；接着介绍了SPCE061A单片机的硬件结构和本毕业设计所要外扩的LED显示及其驱动方法，并在此基础上实现了数字钟基本电路的设计；然后使用单片机汇编语言进行万年历程序的设计，程序采用模块化结构，使得逻辑关系简单明了，维护方便。中国海洋大学6第1章设计要求与方案论证1.1引言随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录。电子数字钟得到了越来越广泛的应用，采用电子时钟作为时间显示已经成为一种时尚。目前市场上各式各样的电子时钟数不胜数，但多数是只针对时间显示，功能单一不能满足人们日常生活需求。本文提出了一种基于SPCE061A单片机的万年历设计方案，本方案以SPCE061A单片机作为主控核心，与温度传感器DS18B20、按键、LED显示等模块组成硬件系统。在硬件系统中设有独立按键和LED显示器，能显示丰富的信息，根据使用者的需要可以随时对时间进行校准、选择时间等，综上所述此数字钟具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。1.2功能要求1．基本要求（1）具有时间设置（小时和分钟）、闹钟时间设置、闹钟开、闹钟关功能。（2）数字显示小时、分钟，有AM、PM指示器，闹钟就绪灯，蜂鸣器。2．发挥部分（1）键盘切换现场环境温度显示。（0～60℃1℃）（2）键盘切换电压显示。（3）电压欠压、过压报警功能。（4）语音报时。1.3方案论证1.3.1技术可行性随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新发展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，制成单片计算机（Single-ChipMicrocomputer）。而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能单元，如A/D、D/A转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元、PWM控制输出单元、PWM输出时的死区可编程控制功能等。因此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如工业流水线控制系统、作为家用电器的主控制器、分布式控制系统的终端节点或作为其主控制节点起中继的作用、数据采集系中国海洋大学7统、自动测试系统等。单片机的出现，并在各技术领域中得到如此迅猛的发展，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关：1、单片机构成的应用系统有较大的可靠性。这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用有最少的联接外，还可以方便地采用软、硬件技术。2、系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统，应用系统有较高的软、硬件利用系数。3、由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测、控功能由软件实现，故具有柔性特征，不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。4、有优异的性能、价格比。1.3.2单片机的选择方案一: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。由于本系统对CPU运算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，方案一成本比较低，适合做实际生产使用，方案二运算速度高，性能好，适合做设计开发，两种方案都有可取之处。这里选用方案二作为主方案，方案一作为备用方案。1.3.3显示模块的选择方案一：使用液晶显示屏LCD1604显示时间数字。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。方案二：使用传统的LED数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、中国海洋大学8低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。根据以上的论述，采用方案二。在本系统中，我们采用了八段四位一体数码管串口的动态显示，由于显示位数较多，故应使用显示驱动，在本设计中采用TM1638显示驱动芯片。1.3.4键盘模块的选择在对日期和时间进行切换，对日期和时间进行调节校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要用按键。方案一：使用独立式键盘。独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。方案二：使用矩阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。其特点是简单且不增加成本，这种键盘适合按键数量较多的场合。根据以上的论述，因本系统