数字电子钟的设计与制作.pdf
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1、北京林业大学本科毕业论文(设计)数字电子钟的设计与制作 摘要数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的 准确性和直观性,且无机械装置,更具有更长的使用寿命。作为一个走时准确,正确报时等多种功 能,因而得到了广泛的应用。数字电子钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑 电路和时序电路。目前数字钟的功能越来越强,并且有很多专门的大规模继承电路可供选择。通过对凌阳单片机的学习和掌握,本文介绍了在凌阳单片机的基础上,使用了SPLC501液晶显 示模组,运用IDE2.00编程,实现了在SPLC501液晶模组上显示日期、农历、星期、时间、闹钟的 功能。关
2、键词:数字电子钟,凌阳SPCE061A板,SPLC501A液晶模组I北京林业大学本科毕业论文(设计)Digital Electronic Design and production of bellElectronic05-1 Zeng Wei-qiang Supervisor Fan Xiu-huaAbstractDigital electronic clock is a digital circuit technology with hour,minute,second time the device,compared with the mechanical clock has a high
3、er accuracy and intuitive,with no niechanical devices,but also a longer life.As a travel time accurately,a variety of functions,such as the right time,which is widely used.From the principle of digital electronic clock is a typical sense of the digital circuits,including combinational logic circuits
4、 and sequential circuits.At present,the function of the number of minutes getting stronger and stronger,and there are many large-scale succession of dedicated circuits to choose from.Sunplus SCM through learning and mastering,this article describes the basis of single-chip Sunplus used SPLC501 cryst
5、al display module,using IDE2.00 programming,to achieve the SPLC501 date LCD display module,Lunar,week,time,alarm clock function.Keywords:Digital electronic clock,Sunplus SPCE061A board,SPLC501A LCD moduleII北京林业大学本科毕业论文(设计)目录1前言.12设计概述.32.1 设计功能.32.2 设计参数.32.3 注意事项.33功能模块特性.43.1 SPCE061A板的功能介绍.43.1.1
6、 61板硬件框图.43.1.2 SPCE061A单片机的主要特性:.43.1.3 SPCE061A单片机简介.53.1.4 61板接口说明.63.1.5 61板的功能分区.73.1.6 61板自检的具体操作步骤.93.1.7 SPCA061A的开发方法.93.1.8 应用领域.93.1.9 SPCE061A 单片机系统.103.2 SPLC501A液晶显示模组的介绍.103.2.1 主要功能与基本参数.103.2.2 结构示意图.113.2.3 硬件功能模块说明.123.3(TnSPIDE 简介.133.3.1 安装 IDE2.0.0.133.3.2 IDE2.0.0 的文件夹.204设计方案
7、.284.1 总体设计.284.2 硬件设计.294.2.1 硬件框图.294.2.2 硬件连接图.30423功能结构图.314.3 操作步骤.314.4 操作界面.325设计结果(功能实现).365.1 设计结果.365.2 本设计的优缺点.365.2.1 优点.365.2.2 缺点.365.2.3 扩展方向.36致谢.37参考文献.38附录.39III北京林业大学本科毕业论文(设计)1刖B20世纪末,电子技术获得了飞速发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代化电子产品性能进一步提 高,产品更新换代的节奏也越来越快
8、。数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品,广泛用于 个人家庭以及车站、电影院、办公室、及一些游乐场所等公共场所,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。由于数字集成电路的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准 确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点,因此在许多电子设备中被 广泛使用。随着数字电子钟功能越来越多,对人们的日常生活起着至关重要的作用。在市场上出现各种类 型的数字电子钟,如DP8573A是美国国家半导体公司生产诉计算机用日历时钟芯片,当主电源出现 故障时自动转到备用电源并记录故障出现时间,有三种中断类型,并能记录晶振停振时间、故更适 用于要
9、求严格的工业控制和军事领域。山意法半导体推出一个高精度的串行实时时钟(RTC)M41T56C64o该芯片在一个18引脚SOIC 内集成了 EEPROM和一个嵌入式晶体,压缩了电路板空间,可提高系统可靠性,降低制造成本,适 用于有计时精度和非易失性数据存储要求的应用产品。目标应用包括电表、医疗设备、自动售货机、销售点终端。SD2 000系列是威帆电子公司生产的一种高精度实时时钟芯片。片内含晶摄.电池.串行 NVSRAMo该系列芯片可保证时钟精度在4Ppm内.即年误差小于两分钟。它功能齐全.NVSRAM 扩展了数据存储空间.且掉电不丢失数据;完全支持IC总线接口.可满足各种MCU.DSP对实时 时
10、钟的各种需要,是在选择高精度实时时钟时的理想选择。PCF8583是PHILIPS公司制造的带有2 56*8bitRAM的8引脚日历/时钟芯片,采用I八2 c两 线中行总线接口,内含完整的振荡、分频、上电复位电路,并具计量、日历、定时、辛钟和中断输 出功能。DS12 887是美国Dallas公司推出的实时时钟芯片,采用CMOS技术制成,具有微功耗、外围接 口简单、精度高、工作稳定可靠等优点,功能丰富、应用广泛。文章介绍了DS12 887时钟芯片的主 要功能、内部框图、引脚说明、使用方法及在智能电量测量仪中的应用,并给出了DS12 887时钟芯 片与AT89c51单片机的接口电路。DS12 887
11、是美国Dallas公司推出的实时时钟芯片,采用CMOS技术制成,具有微功耗、外围接 口简单、精度高、工作稳定可靠等优点,功能丰富、应用广泛。文章介绍了DS12 887时钟芯片的主I北京林业大学本科毕业论文(设计)要功能、内部框图、引脚说明、使用方法及在智能电量测量仪中的应用,并给出了DS12 887时 钟芯片与AT89c51单片机的接口电路。多功能口历时钟DS12 16D不但具有日历时钟功能而且还内藏锂电池,不占用I/。口及存贮器 地址,同时可使静态R A M存贮器变成非易失R A M存贮器。RTC2 1型up化口历实时钟在不少公共场所(如银行、宾馆、车站等)都需要口历实时钟(大屏幕)显不O电
12、子钟是人们口常生活中常用的计时工具,而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用,本文介绍的是在凌阳16位单片机SPCA061A 板的基础上,运用IDE2.00编程,实现了在SPLC501A液晶模组上面显示时间,口期,农历,星期;还具有闹钟和秒表的功能;同时也能语音播报口期和时间,同时还有整点自动报时的功能,闹钟的 铃声可选择。2北京林业大学本科毕业论文(设计)2设计概述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。随着科技的发展,人们对电子产品的应用要求越来越高,数字电子钟不但可以显示当前的时间,而且可以显示日期、农历、以及
13、星期等,给人们的生活带来了方便。另外数字钟还具备秒表和闹钟的功能,且闹钟铃声 可自选,使一款电子钟具备了多媒体的色彩。本方案要求利用凌阳科技公司的 SPLC051A液晶模组作为显示模块,凌阳 16位单片机 SPCE061A作为主芯片,充分利用SPCE061A精简开发板(简称61板)上面的三个按键,完成一个 简易的数字系统数字电子钟。2.1 设计功能利用SPCE061A单片机作为控制器,扩展SPLC501A液晶模组,完成以下功能:1.可以在SPLC501A液晶模组上面显示时间、口期、农历、星期、闹钟;2.可以语音播报口期和时间;3.整点报时功能;4.具备闹钟功能;5.闹钟的铃声可以选择;6.具备
14、秒表功能;7.扩展SPR4096存储器存储铃音音乐资源,使铃声的选择更加多样化;8.具备掉电保护功能,使更换电池时不用重新设置口期和时间;9.具备日期备忘录功能,使得电子钟更加人性化。2.2 设计参数(1)工作电压4.5V(3节干电池)(2)日期显示范围2 001-2 100(3)时间采用24小时制2.3 注意事项(1)请将61板上的J5跳线选择3.3V;(2)在安装电池时注意正负极,否则容易烧坏芯片3北京林业大学本科毕业论文(设计)3功能模块特性3.1 SPCE061A板的功能介绍3.1.1 61板硬件框图3.1.1 61A板硬件框图Fig.2.1 61A board hardware bl
15、ock diagram$1.1:框图说明P0V/ER5城3.3V供电电路PLL锁向环外郤电路0Power电源指示灯Sleep一睡眠指示灯RESET复位电路K4复位按键PROBE在线调试器串行5PmS5EZ_PK)BE和PROBE切换的3PIN单株针J32 pin喇叭插针EZ_PR0BE下教线的5pin接口DAZ一路音频输出电路MIC麦克风输入电路OSC32768晶振电路VRTA/D转换外郤券考电压输入榜口R/C其他外围电阻电容K1*TC3扩展的按键:接10AOFA2PORTVB32 个 I/O SPCE061A61板核心:16位微处理器说明:你想自己动手制作音乐盒、复读机以及最炫的语音电视遥控
16、含如果你拥有一块61板,你将会发现这些都将不再是梦想!言吗?3.1.2 SPCE061A单片机的主要特性:1.内核采用16位u nSPTM微处理器。2.工作电压VDD为2.63.6V(cpu),I/O端口高电平VDDH为VDD5.5V3.CPU 时钟频率为 0.32 049.152 MHZ。4.内置2 K字SRAM4北京林业大学本科毕业论文(设计)5.内置32 K字闪存FLASH。6.具有可编程音频处理功能。7.低功耗,系统处于备用状态下(时钟处于停滞状态)耗电小于2 uA3.6V。8.两个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初值)。9.两路10位数/模转换(DAC)输出通道。10.3 2位
17、通用可编程输入/输出A 口和B 口。11.1 4个中断源(定时器A、B,时基信号,两个外部时钟源,触键唤醒等)。12.具有触键唤醒功能。13.使用凌阳音频编码SACM_S2 40方式(2.4kb/s),能容纳2 10s语音数据。14.实时时钟频率为32 768HZ,由锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号。15.7通道20位电压模/数转换器(ADC)和单通道声音模/数转换器。16.语音模/数转换器输入通道,内置麦克风放大器和自动增益控制(AGO电路。17.具有串行设备通信接口 SIOo18.具有低电压复位(LVR)和低电压监测(LVD)功能。19.内置看门狗监视器。20 内置线仿真(ICE,In-
18、circuit emulator)接口。3.1.3 SPCE061A单片机简介SPCE061A是一款16位结构的微控制器,图3.1.2是它的结构概览:5北京林业大学本科毕业论文(设计)IOA15-0 IOB15-0图3.1.2 61A板结构概览Fig.3.1.2 61A overview board structureSPCE061A主要包括输入/输出端口、定时器/计数器、数/模转换、模/数转换、串行设备输入输 出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分,并且内置在线仿真电路ICE接口,较高的处理 速度使其能够快速的处理复杂的数字信号。SPCE061A单片机应用领域非常广泛,例如应用在家用电
19、器控制器、工业控制、通信产品、医 疗设备以及电子书籍等诸多方面。3.1.4 61板接口说明我下图为61A板的接口图:6北京林业大学本科毕业论文(设计)J4PROBES5EZ PROBERESET电源一PROEE*3PIN 桌 排针EZ_PROBE-音频输出一里脾指睡眠指 示期.示灯0000000000000001 J10考克输入I0B7I0B15IOBO I0B8I0A7I0A15IOAO I0A8 1KJ3oooooooooo oooooooooo 0000000000 00000000001 1 J图3.1.3 61板的接口图Fig.3.1.3 Figure 61A interface b
20、oard3.1.5 61板的功能分区61板的功能分区,它共分为7个功能区,分别是电源区A、程序下载区B、音频区C.SPCE061A 与周边区D、复位区F和端口区G。身(1)电源区A:为整个单片机开发系统提供电源,通常采用系统配置的电池盒进行供电,只 要放入3节干电池就可以满足供电需求。(2)程序下载区B:程序是通过该区域的接口下载到单片机SPCE061A的;当然,在进行在 线调试时也把一些硬件信息上传到计算机开发环境中。(3)音频区C:61板具有强大的语音处理功能,这里的传声器是用来进行语音输入的,还有一 个扬声器接口用来进行语音输出。(4)SPCE061A与周边区D:是整块板子的“大脑”,所
21、有控制信息都是从这里出发的,确定 某些周边器件用来协助单片机SPCE061A正常工作。(5)键控区E:采用区内的按键,可以做一些简单的按键实验。比如说,当板子下载了复读机 的程序,按区内的按键就可以分别用来进行录音、暂停和播放;如果下载了语音万年历的程序,区 内的按键就可以用来设定初试时间和控制播放当前时间等操作。(6)复位区F:由几个简单的电子元器件组成。当按下该按键后,单片机就重新开始工作;或者说单片机里的程序从第一条开始重新运行。(7)端口区G:用于对扩展的外部硬件电路进行控制,或者获取外部硬件的一些状态以便单 片机SPCE061A进行处理。7北京林业大学本科毕业论文(设计)(1)输入用
22、俞出(DO)接口61 板将 SPCE061A 的 32 个 I/O 口全部引出:IOAO-IOA15,IOBO-IOB15,对应的 SPCE061A 引脚为:A 口,4148、53、5460;B 口,51、8176、6864。而且该I/O 口是可编程的,即可以设置为输入或输出:设置为输入时,分为悬浮输入或非悬浮输入,非悬浮输入又可以设置为上拉输入或是下拉输入;在5V情况下,上拉电阻为150K,下拉电阻为110K;设置为输出时一,可以选择同相输出或者反相输 出。(2)音频输入/输出接口正如我们在前面介绍的61板具有强大的语音处理功能,如图1.3所示,XI是语音的M1C输入 端,自带自动增益(AG
23、C)控制,J3是语音输出接口,一个2 pin的插针外接喇叭,由DAC输出引 脚21或22经语音集成放大器SPY0030A放大,然后输出,SPY0030A是凌阳的一款芯片,功能相 当于LM386,但是比LM386音质好,它可以工作在2.46.0V范围内,最大输出功率可达700mW(LM386必须工作在4V以上,而且功率只有100mW)。(3)在线调试器PROBE和EZ_PROBE接UJ4为PROBE的接口,该接口有5pin,我们就是通过它将PROBE与PC机连接起来进行调试、仿真和下载程序的。这样,就不需要再用仿真器和编程器了。J11是EZ_PROBE的接口,我们提供一根下载线用作程序的下载,一
24、端连接PC机的2 5pin并口,另外一端接61板的5pin EZ_PROBE接口。(4)电源接口J10是电源接口,61板的内核SPCE061A电压要求为3.3V,而1/0皿端口的电压可以选择3.3V也可以选择5V。所以,在板子上具有两种工作电压:5V和3.3V。对 应的引脚中15、36和7必须为3.3V,对于I/O端口的电压51、52、75可以为3.3V也可以是5V,这两种电平的选择通过跳线J5来选择。61板的供电电源系统采用用户多种选择方式:1、5V供电用户可以用3节电池来供电,5V直流电压直接通过SPY002 9(相当于一般3.3V 稳压器)稳压到3.3V,为整个61板提供了 5V和3.3
25、V两种电平的电压。另外也可以直接外接5V的 直流稳压源供电,5V电压再通过SPY002 9稳压到3.3Vo2、3.3V供电用户可以提供直流3.3V电压为实验板进行供电,此时整个板子只有3.3V电压,I/O端口电压此 时只有一种选择。需要注意的是由于SPY002 9A最大输出电流为50mA,所以如果需要外接一些模组时要先考虑 8北京林业大学本科毕业论文(设计)负载能力。(5)外部复位复位是对61板内部的硬件初始化,61板本身具有上电复位功能,即通电就自动复位,另外,还具有外部复位电路,即在引脚6上外加一个低电平就可令其复位。如图1.3中的RESET按键。3.1.6 61板自检的具体操作步骤第一步
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