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基于单片机的数字时钟设计
石泉乔，张秀清，孟扬，陈树旺
河北科技大学信息科学与工程学院，中国河北省石家庄市26号宇翔街05号
qsq0124@163.com，894367585@qq.com，851539624@qq.com，chenshw@vip.sina.com
关键词：单片机，数字时钟模块，C语言，仿真
摘要
数字时钟是通过使用数字电路来实现数字的定时装置，显示几小时，几分钟和几秒钟。 由于数字集成电路的发展，石英晶体振荡器的广泛应用，数字时钟的精度远高于传统时钟。 设计的控制部分是SCM AT89C51，编译环境是Keil。该软件采用C语言开发，仿真调试采用Proteus。该数字时钟方便了人们的生产和生活，并且扩展了原来的时间功能。电子仪器的发展趋势，具有广阔的市场前景。该时钟可以用于很多领域，例如定时自动报警，自动计划报警，时间程序自动控制，普通收音机，自动关灯，烤箱定时器开关等。
介绍
传统钟表大多数是机械钟表。与传统钟表相比，电子钟有很多优点，比如商场体积小，重量轻，成本低，精度高，寿命长，安全可靠，调节方便，应用频繁。随着现代电子时钟的发展，各国都在大力研究电子钟。发展趋势是更多的使用，更高的精度和更小的体积。这种设计可以实现与定时闹钟和多功能电子设备的正常显示时钟。
通过AT89C51单片机来设计电子钟，采用C语言编程，可以实现以下功能[1]。 例如，它可以显示小时，分钟，秒和年，月，日，还可以定时警报。
数字时钟的原理
主控芯片采用AT89C51的51系列单片机[2]，时钟芯片采用DS1302。具有高性能，低功耗，精确的时序和RAM。 为了高效率，液晶显示器（LCD）可以使用菜单项来方便地操作。 因为独立式键盘电路简单，程序易写，数量少键是合适的。 每个彼此独立的密钥分别连接到SCM I / O端口，因此I / O端口只需要作为输入端口，并且可以读取所有按钮。 报警模块使用有源蜂鸣器来实现，从而可以实现不同频率的声音相应的程序。
根据系统设计功能的要求，AT89C51是主控制器系统，DS1302是时钟，LCD1602监视器是显示器，蜂鸣器是闹钟。结构如图1所示[3]。
图1 硬件结构
功能电路
该电子时钟系统由时钟电路，LCD显示电路，定时报警器组成电路和关键调整电路。
SCM最小系统
单片微型计算机的最低系统，或所谓的最低限度应用系统，是指单片机数量最少的单片机，微型计算机系统可以工作[4]。对于51系列微控制器，一般应包括最小的系统这些部件，单片微型计算机，以及晶体电路和复位电路。
SCM中断系统
当CPU正在处理一件事情时，如果是外部的或内部的发生了紧急事件，要求CPU中断处理工作并处理紧急情况。处理事件后，CPU将返回到原始中断位置，并且继续执行原来的中断程序。这个过程被称为中断。
时钟模块
使用51单片机的外部晶体振荡器，通过软件的方式，准确定时的应用得以实现。 但它很复杂。 在本文中，使用外部时钟芯片，DS1302具有低功耗实时时钟芯片的容量[5]。 DS1302的引脚是如图2所示。 它可以用作年，月，日，星期，时间，分钟和时间的显示秒，并有闰年补偿。 每月和闰年的天数天数可以自动调整，并且时钟操作可以直接由其决定AM / PM，12 / 24h格式。 DS1302和SCM可以很容易地与同步串行通信方法[6]。 用单独的同步串行通信方法，只使用三个端口：RES，I / 0和串行时钟。 单片机由三条线路控制。 DS1302是用于读写数据，以实现准确的定时。
图2 DS1302的针脚
显示模块
作为一种输出方式，LCD的最大优势在于实现友好人机界面[7]。 它已被广泛应用于现代工业控制，智能化仪器仪表等。它是单片机使用的典型模块之一应用程序开发领域，并可以轻松显示文本。 LCD1602被用作显示芯片。LCD1602是八字节控制模式。 它可以显示8times;4行中的16times;16个字符。 LCD1602可以使用4或8位并行控制来实时显示时钟和温度值。 例如，独立式键盘如图3所示。
图3 独立式键盘
报警模块
有源蜂鸣器直接连接到连续额定电源。由于这个系统只需要简单的声音，因此使用主动蜂鸣器来降低复杂度程序，并且可以通过微控制器引脚轻松控制。 有源蜂鸣器电路是如图4所示。
图4 主动式蜂鸣器电路
电路仿真
该电路图通过Proteus 7完成。它包括ISIS（智能电路图输入系统）和ARES（高级路由和编辑软件），例如软件模块。ARES模块主要用于完成PCB设计，并使用ISIS模块来完成电路原理图的布局和仿真。 Proteus 7是一款功能齐全，实用的软件并且方便应用[8]。 根据模块化设计思路，流程图如图所示图5。
图5 时钟程序流程图
结论
电子钟主要使用按钮来设定时间，并通过八个LCD来显示分钟和秒。 因此，电子时钟的主要方案主要包括初始化程序，显示程序，计数程序和键盘扫描程序。该显示程序主要完成显示单下LCD的位置和数量片式微电脑控制。 计数程序在特定时间完成显示内容主要。 键盘扫描程序完成预设值的时间显示。
模拟显示正确的日期和时间。 按下K1键，我们可以开始设定时间，年，月，日，然后依次切换点。 通过一个按钮实现添加1个操作。通过调试和仿真，设计要求的所有功能都是基本的实现。
致谢
该论文由中国河北省科技厅资助。 号码：14K50120D。
本文得到河北省教育厅在中国的支持。 号码：QN2014174。
参考文献
[1] Fan Qinghai, Liu Peipei, Geng Juanpin: Journal of North China Institute of Aerospace Engineering, Vol. 6 (2010), pp.4-6.
[2] Han Yundong, Shi Xinpeng, Yin Yongyi: Computer Programming Skills amp; Maintenance, Vol. 12 (2012), pp.103-104, 116.
[3] Ding Chunxia: China Science and Technology Information, Vol. 18 (2013), pp.87, 95.
[4] Zou Xiansheng: Development amp; Innovation of Machinery amp; Electrical Products, Vol. 5 (2009), pp.60-62.
[5] Feng Dajie: Science amp; Technology view, Vol. 3 (2013), pp.119-121.
[6] Zhu Fenglian: Science Mosaic, Vol. 7 (2012), pp.126-128.
[7] Han Liuyu: Journal of Wuyi University, Vol. 2 (2013), pp.94-99. [8] Liu Dan: Science Tribune, Vol. 23 (2013), pp.120-121.
机械部件和控制工程III
10.4028/ www.scientific.net/ AMM.668-669
基于单片机的数字时钟设计
10.4028/ www.scientific.net/ AMM.668-669.822
基于单片机的智能温控微机系统
谢飞，钟飞，丁善廷，王选泽
湖北工业大学机械工程学院，武汉430068
312529812@qq.com，hg_zfxs@sina.com，tt668@qq.com，dwangxz_cn@sohu.com
关键词：脉宽检测; 单片机; 温度控制
摘要
本研究基于积分电路和热敏元件的原理，将80C51单片机应用到智能温度设计中
控制系统。 在本文中，主要的做法是使环境温度变化根据脉宽变化。 该过程通过积分电路来实现由热敏电阻，电容和运算放大器组成。 用这种方式，用脉搏宽度测量，我们可以检测环境温度以及控制外部电路。实验表明，该系统高度简化了温度测量可靠性，便利性和广泛的应用。
介绍
智能温度控制系统已应用于许多设备。人们的要求这种系统在实用性和稳定性方面越来越高。目前，大多数温度控制系统的温度检测方法是使用温度传感器检测温度并将其换成电压信号，然后调制如放大，使用AD转换器将模拟信号转换为数字信号，并将其引入MCU最后。这个温度检测过程很复杂。
本文提出了一种新的温度检测方法。我们使用积分电路和电压比较器将环境温度转换为脉冲信号，然后使用80C51单片机通过其内部时钟周期对信号进行计数并进行测量高电平宽度来检测环境温度。根据配置的温度，外部电路可以通过控制继电器开关来控制。这个方法有一个相对的成本低，简化了用较少元件进行温度检测。
温度检测原理与计算
温度采集积分电路的设计
温度采集电路是一个整体电路由热阻和电容组成。 温度的变化可能会导致热敏电阻发生变化，这导致电容器电流积分时间的变化。 从而，通过积分时间的检测，我们可以检测温度。如图1所示，温度收集电路是温度到脉冲的转换信号。 温度采集电路使用NTC热敏电阻来检测温度。 本文选择NCP03XH103型热敏电阻，温度范围为-40℃至125℃，功率为5V，100HZ的方波电压和mu;A741积分电路形成放大器。mu;A741运算放大器的输出选择两个电压比较器LM393。LM393是一款专业的电压比较器，开关速度快，延迟时间短。 什么时候输入电压“ ”高于“ - ”输入，输出高电平;输入电压“ ”低时比“ - ”输入要 低，输出会很低。 两个比较器的输出通过逻辑和。环境温度变化通过温度采集电路变成脉冲信号。
图1 温度采集电路
热敏电阻与脉冲宽度的关系
如图1所示，有一个积分电路由mu;A741运算放大器组成。 根据虚拟短虚拟中断的原理，mu;A741运算放大器中的2脚电压等于3脚电压，即U1 = U2 = 2.5v。
流经热敏电阻的电流I对电容C充电，得到功率Q，
电容C两端的电压
运算放大器的输出电压U：
通过LM393电压比较器，分别比较Ut1，Ut2和Ut1，Ut2满足1Vle;Ut1lt;Ut2le;4V：
最后我们可以得到脉宽时间t和热敏电阻电阻R1的公式：
如等式（5）所示，从Ut1到Ut2的电容的积分时间正比于热敏电阻的阻值。
温度与脉宽的关系
在温度采集电路中，温度变化会导致热敏电阻的变化。 改变的电阻值可能导致输出积分时间的变化，即脉冲信号的宽度会有相应的变化更改。
热敏电阻和温度的公式：
NCP03XH103型热敏电阻，B = 3380 3％，电阻值（25℃）为10kOmega;。 T（k）= T
（℃） 273.15。 我们可以得到温度和脉冲宽度T的函数方程：
但方程（6）非常复杂，只有单片微机很难实现完成结果操作。
系统采用插值法，拟合截面线性方程。 温度是在-10℃到50℃之间，然后等距离取n组数据（Xn，Yn），相邻的两个节点为（Xi，Yi）和（Xi 1，Yi 1）。 根据插值定理，我们可以得到插值方程：
未确定的系数是和，因此：,,
Pi（X）是测量温度T的拟合值。当n为60时，Pi（X）的每个间隔为1℃，而Pi（X）与T具有拟合误差Vi。该系统要求拟合误差小于1℃的精度。Vi lt;1℃始终满足设计的精度要求。
硬件系统的设计
该系统的硬件部分采用80C51单片机作为控制核心单元这个系统的运作。 温度控制系统包括温度采集电路，继电器控制电路，显示电路等。硬件结构如图2所示。
图2 温度控制系统的硬件结构
80C51单片机就是检测脉宽。 如图3所示，脉冲信号接入单片机P3.3。
|
larr;T1 from0start counting→ |
|||
|
TMODlarr;90H TR1larr;1 |
TR1larr;0， Output T1 |
Stop T1 count
图3 脉冲宽度检测
选择定时器/计数器模式0，当引脚为高电平时，定时器T1开始计数频率的时钟周期在12分钟内，直到引脚为低电平，然后产生中断，然后读出计数器n的值，计算脉冲高时间宽度t的值。 翻译值的环境温度，并与设定的温度进行比较并控制外部的操作电路。 外部接口电路主要有LED显示屏，键盘和继电器。
键盘用于更改初始温度值，并将所需温度设置为使温度控
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