毕业设计（论文）基于AT89C51单片机的数字闹钟设计(电路图+源程序).doc

摘要近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本次做的数字闹钟以89C51单片机作为控制核心，使用串行时钟芯片PCF8563实现时间的显示设置和闹钟功能。为了方便驱动其它电路，通过总线驱动器74LS245增加单片机的驱动能力。将数据及地址等信号通过40线的总线引出，便于将来对此单片机系统作进一步的扩展。作为一款多功能数字闹钟它除具有括时钟显示、闹钟功能外，还有具有秒表、温度测量、电压测量等功能。本次设计的难点与重点在于各个模块的设计。关键词：单片机89C51 数字闹钟 时钟芯片PCF8563 AbstractIn recent years, with computers in the infiltration and the development of large-scale integrated circuits. SCM application is steadily deepening, as it has strong function, small size, low power dissipation, low prices, reliable, easy to use features, it is particularly suited to and control of the system, increasingly widely used in automatic control, intelligent instruments, gauges, data acquisition, military products and household appliances, and other areas, is often microcontroller as a core component to use, In light of specific hardware architecture, and application specific software features object combine to make perfect. The figures do bell on SCM (AT89C51) at the core, Combined with the components, and factoring in the corresponding software, Easy to produce digital clock purposes, as part of the hardware components is a difficult choice, layout and welding.Keywords : Single Chip Microcomputer 89C51 bell PCF8563 目录摘要IAbstractII第一章 引 言1第二章 方案设计与比较22.1系统总体设计22.2 系统工作原理：22.3计时方案22.4 温度采集方案32.5 键盘显示方案32.5.1键盘32.5.2显示42.6 闹钟功能方案42.7 电压、频率测量方案4第三章 主要元器件介绍与说明53.1 AT89C51单片机工作原理与性能53.1.1 AT89C51单片机管脚说明63.1.2 振荡器特性83.2 PCF8563时钟芯片及其应用83.2.1 PCF8563时钟芯片特性83.2.2 PCF8563时钟芯片管脚配置与描述93.2.3 功能描述103.2.4 报警功能模式103.2.5 定时器103.2.6 复位113.2.7 内部寄存器的功能113.2.8串行接口与总线13第四章 系统硬件设计144.1主电路设计144.2单元电路设计144.2.1 时钟接口电路设计144.2.2 液晶显示器（LCD）电路设计164.2.3 键盘接口电路电路设计174.2.4 声光报警接口电路设计184.2.5 温度测量电路设计194.2.6 交流电特性测量设计224.3系统主要软件设计254.3.1软件说明254.3.2 主程序流程图264.3.3 蜂鸣器闹铃中断服务子程序流程图274.4系统性能测试与分析284.4.1测试仪器284.4.2误差分析30结束语31致 谢32参考文献33附录一：系统总电路图34附录二：多功能数字闹钟主程序35第一章 引 言现在是一个知识爆炸的新时代。新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。     近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字闹钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字闹钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能数字闹钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字闹钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字闹钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术。第二章 方案设计与比较2.1系统总体设计89C51基本系统数字秒表电路时钟芯片PCF8563声光报警接口温度测量电路键盘接口液晶显示器接口交流电特性测量电路电源图2-1-1系统总体框图2.2 系统工作原理： 系统上电自检后，实时实现小时、分钟的数字显示以及闹钟开关指示的显示，通过按键可实现校对时间、设置闹钟时间、闹钟开、闹钟关的设定以及进行现场温度、电压值的测量和显示。当闹钟时间到和出现电网电压欠压、过压报警时，通过发光二极管、蜂鸣器来实现声、光报警。采用光电开关实现非接触止闹功能2.3计时方案方案一：基本门电路搭建 用基本门电路来实现数字闹钟，电路结构复杂，故障系数大，不易调试。方案二：仅仅由单片机实现时钟功能 单片机内部具有定时器，可方便实现定时功能，但由于系统晶振误差、温漂、中断响应时间的不确定性及定时器重新装载时间常数所带来的误差，决定它不能用来作为时钟的时间基准。方案三： 专用时钟芯片目前市场上已有很多实时时钟芯片，。如DS12887、DS1302、PCF8563、X1227等，芯片内都集成了时钟/日历功能，给时钟系统设计带来很多方便。因此计时功能以选专用时钟芯片为宜。在系统硬件设计时，串行总线接口较并行总线接口较为方便，系统设计选用PHILPS公司的串行接口总线实时时钟芯片为计时芯片PCF8563。2.4 温度采集方案方案一： 热电阻测温 热电阻测量温度,精度和灵敏度都可以,但是它的电阻值与温度的线性关系不好.不便用数字的方法处理方案二： 热电偶测温 热电偶是温度测量中应用最广泛的一种传感器 .在一般的测量和控制中,常用于中高温的温度检测.在 测量中需要温度的冷端补偿,在数字电子中实现不方便 方案三：温度传感器AD590对于温度传感器，我们选择了单片集成的温度传感器AD590。常见的感温元件有热电偶、热电阻和半导体等传感器。热电偶的价格便宜，但精度低，需要进行冷端补偿，电路的设计比较复杂；热电阻精度较高，但需要标准稳定电阻是陪才能使用；而半导体温度传感器线路设计简单，精度较高，线性度好，价格适中。AD590为单片集成两端感温电流源，所产生的电流经过电阻网络和多级运算放大器，输出范围在00.6V的电压（温度范围为060）。2.5 键盘显示方案2.5.1键盘方案一：采用阵列式键盘，此类键盘是采用行列扫描方式，优点是当按键较多时可以降低占用单片机的I/O口数目，缺点是电路复杂且会加大编程难度。方案二：采用独立式按键电路，每个键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点是当按键较多时占用单片机的I/O数目较多，优点是电路设计简单，且编程极其容易。由于该系统采用了常规钟表式的校对方式，用键较少，系统资源足够用，故采用了方案二。2.5.2显示方案一：数码管通过设置可以完成制作任务，经济耐用，但其显示不够直观、提供信息量少、不易理解等缺点。方案二：液晶特别是具有汉字显示功能的液晶显示器，来实现显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，而且可以显示丰富的符号指示信息以及文字指示信息，如AM/PM，闹钟符号等，信息量丰富且直观易懂。而且液晶显示有功耗低，体积小，重量轻，寿命长，不产生电磁辐射污染等优点。系统采用方案二。2.6 闹钟功能方案数字闹钟具有闹钟功能，定时时间到，便自动启动闹钟，发出铃声、音乐声以提醒人们，再由人按下止闹按钮停止闹钟工作。 一般每天只能设置一次闹钟、并要由人按下按钮止闹，使用不是很方便。智能处理器应用可改变这种状况，一天可按自己需要设置闹钟的开关、多次闹钟设置并可用非接触方式止闹。方案一：采用声音控制实现非接触止闹功能，优点是方便，但由于声控存在灵敏度的问题，在现场条件差的环境中较容易引起误动作。方案二：采用光电开关实现非接触止闹功能，因为光电开关利用物体对红外线的反射，可检测到物体的有无，方便有效，人只需挥挥手就可产生信号，完成止闹功能。设计采用光电开关止闹形式。2.7 电压、频率测量方案交流电压的有效值测量可采用AC-DC绝对值运放（AD536等）实现，因难于购买，方案采用由高精度电流型互感器变换后，经全桥整流滤波，由AD转换器实现电压有效值测量。电网频率是通过变压器、二极管半波整流、过零比较器处理后得到方波信号，对此方波信号进行周期测量，进而得到其频率。第三章 主要元器件介绍与说明3.1 AT89C51单片机工作原理与性能单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。图3-1-1 AT89C51单片机图3-1-2单片机内部结构图3.1.1 AT89C51单片机管脚说明VCC：供电电压。    GND：接地。    P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。    P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。     P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。    P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。表3-1-1 AT89C51单片机管脚口管脚备选功能P3.0 RXD串行输入口P3.1 TXD串行输出口P3.2 /INT0外部中断0P3.3 /INT1外部中断1P3.4 T0记时器0外部输入P3.5 T1记时器1外部输入P3.6 /WR外部数据存储器写选通P3.7 /RD外部数据存储器读选通 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。    /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。    XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。    XTAL2：来自反向振荡器的输出。  3.1.2 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.2 PCF8563时钟芯片及其应用PCF8563 是低功耗的CMOS 实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C 总线接口串行传递。最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。3.2.1 PCF8563时钟芯片特性（1） 低工作电流：典型值为0.25A（VDD=3.0V，Tamb=25时）。（2）世纪标志（3）大工作电压范围：1.05.5（4）低休眠电流；典型值为0.25A(VDD=3.0V,Tamb=25)（5）400KHz 的I2C 总线接口（VDD=1.85.5V 时）。（6）可编程时钟输出频率为：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz。（7）报警和定时器。（8）掉电检测器。（9）内部集成的振荡器电容。（10）片内电源复位功能。（11）I2C 总线从地址：读，0A3H；写，0A2H。（12）开漏中断引脚。3.2.2 PCF8563时钟芯片管脚配置与描述图3-2-1 管脚配置图3-2-2 二极管保护表3-2-1管脚描述符号描 述OSCI1振荡器输入OSCO2振荡器输出/INT3中断输出（开漏；低电平有效）VSS4地SDA5串行数据I/OSCL6串行时钟输入CLKOUT7时钟输出 (开漏)VDD8正电源3.2.3 功能描述PCF8563 有16 个位寄存器：一个可自动增量的地址寄存器，一个内置32.768KHz 的振荡器（带有一个内部集成的电容），一个分频器（用于给实时时钟RTC 提供源时钟），一个可编程时钟输出，一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个400KHz I2C总线接口。所有16 个寄存器设计成可寻址的8 位并行寄存器，但不是所有位都有用。前两个寄存器（内存地址00H，01H）用于控制寄存器和状态寄存器，内存地址02H08H 用于时钟计数器（秒年计数器），地址09H0CH 用于报警寄存器（定义报警条件），地址0DH 控制CLKOUT 管脚的输出频率，地址0EH 和0FH 分别用于定时器控制寄存器和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器，编码格式为BCD，星期和星期报警寄存器不以BCD 格式编码。当一个RTC 寄存器被读时，所有计数器的内容被锁存，因此，在传送条件下， 可以禁止对时钟日历芯片的错读。3.2.4 报警功能模式一个或多个报警寄存器MSB（AE=Alarm Enable 报警使能位）清时，相应的报警条件有效，这样，一个报警将在每分钟至每星期范围内产生一次。设置报警标志位AF（控制状态寄存器的位）用于产生中断，AF 只可以用软件清除。3.2.5 定时器位的倒计数器（地址0FH）由定时器控制寄存器（地址0EH，参见表25）控制，定时器控制寄存器用于设定定时器的频率（4096，64，1，或1/60Hz），以及设定定时器有效或无效。定时器从软件设置的8 位二进制数倒计数，每次倒计数结束，定时器设置标志位TF（参见表3-4），定时器标志位TF 只可以用软件清除，TF 用于产生一个中断（/INT），每个倒计数周期产生一个脉冲作为中断信号。TI/TP（参见表3-4）控制中断产生的条件。当读定时器时，返回当前倒计数的数值。8.3 CLKOUT 输出管脚CLKOUT 可以输出可编程的方波。CLKOUT 频率寄存器（地址0DH；参见表23）决定方波的频率，CLKOUT 可以输出32.768KHz( 缺省值)，1024，32，1Hz 的方波。CLKOUT为开漏输出管脚，通电时有效，无效时为高阻抗。3.2.6 复位PCF8563 包含一个片内复位电路，当振荡器停止工作时，复位电路开始工作。在复位状态下，I2C 总线初始化，寄存器TF、VL、TD1、TD0、TESTC、AE 被置逻辑，其它的寄存器和地址指针被清。3.2.7 内部寄存器的功能PCF8563内部包括16字节寄存器，现分述如下：(1)状态/控制寄存器状态/控制寄存器有两个，主要控制芯片的工作模式与各种功能，其内容分别如表3-2-2，表3-2-3所述。表3-2-2控制状态寄存器1Bit符号7TEST1TEST1=0;普通模式TEST1=1;EXT_CLK 测试模式5STOPSTOP=0;芯片时钟运行STOP=1;所有芯片分频器异步置逻辑0;芯片时钟停止运行，（CLKOUT 在32.768kHz 时可用）3TESTCTESTC=0;电源复位功能失效（普通模式时置逻辑0）TESTC=1；电源复位功能有效6,4,2,1,00缺省值置逻辑0表3-2-3控制状态寄存器2Bit符号描述7,6,50缺省值置逻辑04TI/TFTI/TP=0:当TF 有效时INT 有效 (取决于TIE 的状态)TI/TP=1:INT 脉冲有效,参见表8 (取决于TIE 的状态)注意：若AF 和AIE 都有效时，则INT 一直有效3AF当报警发生时，AF 被置逻辑1；在定时器倒计数结束时，TF 被置逻辑1，它们在被软件重写前一直保持原有值，若定时器和报警中断都请求时，中断源由AF 和TF 决定，若要使清除一个标志位而防止另一标志位被重写，应运用逻辑指令AND，标志位AF 和TF 值。2TF1AIE标志位AIE 和TIE 决定一个中断的请求有效或无效，当AF 或TF 中一个为“1”时中断是AIE 和TIE 都置“1”时的逻辑或。AE=0：报警中断无效；AIE=1：报警中断有效TIE=0：定时器中断无效；TIE=1：定时器中断有效0TIE(2)时钟/日历寄存器（地址02H08H）振荡电路输出32.768kHz脉冲经分频器后产生1Hz脉冲输入时钟/日历寄存器，除星期寄存器外所有计数器都以BCD码格式存储。秒表寄存器的最高位被用作低电压标志。PCF8563内部集成有低电压检测电路，当电源电压降至VLOW以下时，VL位（电压低）自动置“1”，表示当前时钟/日历信息难以保证，该位必须软件清除。可编程时钟输出频率控制寄存器（地址0DH），FE位为CLKOUT输出使能位该位为1时CLKOUT输出允许，在CLKOUT引脚输出一定频率的占空比为50的脉冲：为0时CLKOUT输出禁止，引脚为高阻态。当CLKOUT输出允许时，其输出频率通过编程时钟输出频率寄存器的FD1,FD0位确定具体为FD1,FD0=00时fclkout32.786kHz;FD1,FD0=01时fclkout1024Hz，FD1,FD0=10时fclkout32Hz,FD1,FD0=11时fclkout1Hz.这钟可编程的时钟输出频率功能在测量和控制仪器中特别有用。(3)闹钟寄存器（地址09H0CH）如表7.5所列，通过给分、小时、日期和星期闹钟寄存器一个或多个加载有效的值，并将相应闹钟使能为（AE）设置为逻辑“0”则闹钟启动，当闹钟寄存器与对应的时钟值相同时，闹钟标志（AF）置为高。当闹钟中断允许有效时，输出/INT引脚被拉低，直到复位或软件清除。(4)计数模式定时寄存器是一个8位二进制逆计数器，由定时器使能位（TE）允许或禁止。其输入源时钟由定时器控制寄存器中的TD1,TD0为选择，具体为;TD1,TD0=00时fin=4096Hz;TD1,TD0=01时fin=64Hz;TD1,TD0=10时,fin=1Hz;TD1,TD0=11时,fin=1/60Hz;如表表7.4所示,瑞允许计数报警,则当定时器寄存器减为0时,将发生一次计数报警表3-2-4 时钟日历寄存器地址寄存器Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit2,1,002H秒VL秒（0059）BCD码03H分分（0059）BCD码04H小时小时（0023）BCD码05H日期日期（0031）BCD码06H星期星期（06）BCD码07H月C月（112）BCD码08H年年（0099）BCD码09H定闹分AE定时闹分（0059）BCD码0AH闹钟小时AE定时闹小时（0059）BCD码0BH闹钟日期AE定时闹日期（0031）BCD码0CH闹钟星期AE定时闹星期（06）BCD码0DH时钟输出频率FEFDIFDC0EH定时控制TETD1TDC0FH定时值定时值N3.2.8串行接口与总线PCF8563 的串行接口为I2C总线。I2C 总线用两条线（SDA 和SCL）在芯片和模块间传递信息。SDA 为串行数据线，SCL为串行时钟线，两条线必须用一个上拉电阻与正电源相连，其数据只有在总线不忙时才可传送。产生信号的设备是传送器，接收信号的设备是接收器，控制信号的设备是主设备，受控制信号的设备是从设备。图3-2-3 I2C 总线系统配置图第四章 系统硬件设计4.1主电路设计89C51单片机基本系统核心部分为89C51单片机与地址锁存器74LS373、总线驱动器74LS245构成单片机的基本系统，电路如图4-1-1所示：图4-1-1 单片机系统这里通过三态8D锁存器74LS373锁存单片机的低八位地址。同时为了方便驱动其它电路，通过总线驱动器74LS245增加单片机的驱动能力。将数据及地址等信号通过40线的总线引出，便于对此单片机系统作进一步的扩展。4.2单元电路设计4.2.1 时钟接口电路设计本数字闹钟系统的重要部分在于时钟功能模块，这里选用串行日历时钟芯片PCF8563。与采用并行总线与单片机进行数据通信的时钟芯片相比，PCF8563与单片机的连线大为减少，极大的节省了单片机的系统资源。PCF8563具有内部时钟电路、内部震荡电路、内部低电压检测及两线制I2C总线通信方式，不但使用外围电路简洁，而且增加了芯片的可靠性。时钟芯片与单片机的接口电路如图4-2-1所示：图4-2-1钟芯片接口电路PCF8563采用了I2C总线接口，虽然总线时序关系复杂，但我们可以利用PHIL IPS公司提供的软件包，使得编程极为简单，可靠性极强。在设计中我们主要用到了PCF8563的计时功能和报警功能。(详见3.2.4与3.2.5) PCF8563内部共有16个寄存器。其中00H，01H为控制方式寄存器，02H08H为时间寄存器，09H0CH为报警功能寄存器，0DH为时钟输出寄存器，0EH 和0FH为定时器功能寄存器。其中报警和时间寄存器的位描述如表4-2-1所示表4-2-1 BCD格式寄存器地址寄存器名称Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit002h秒VL0059 BCD码格式数03h分钟-0059 BCD码格式数04h小时-0023 BCD码格式数05h日-0131 BCD码格式数06h星期-0607h月/世纪C-0012 BCD码格式数08h年0099 BCD码格式数09h分钟报警AE0059 BCD码格式数0Ah小时报警AE-0023 BCD码格式数0BH日报警AE-0131 BCD码格式数0CH星期报警AE-06可以看出芯片内部时间寄存器和报警寄存器在地址上是连在一起的，并且数据全部是以BCD码形式存放的，这样使得数据读写和处理变得相当简洁和便利。在本设计中，PCF8563通过SCL、SDA、/INT与单片机相连，其中SCL为时钟输入端，数据随时钟信号同步输入器件或从器件输出；SDA为双向引脚，用于行数据的输入输出；/INT是中断信号输出端，可通过设置报警寄存器按指定时间在该脚产生报警信号，低电平有效；SDA、SCL、/INT均为漏极开路，必须接上拉电阻。PCF8563 共有四种报警方式,分别为小时报警(每小时的同一分钟时刻报警),日报警(每天的同一小时时刻报警),月报警(每月的同一天时刻报警)和星期报警(每星期的同一天时刻报警)。发生报警时在/INT引脚产生一个中断，低电平有效，同时在PCF8563的内部产生中断标志AF。软件清AF后就清除了/INT上的中断信号。我们在设计中联合应用了PCF8563的小时报警、日报警和月报警的功能。即可以设定每个月某日的某时某分为闹铃时刻。报警时，/INT的低电平使单片机产生中断，在中断服务程序中，单片机控制蜂鸣器发出闹铃声。4.2.2 液晶显示器（LCD）电路设计这里采用点阵式液晶显示器SMG12864代替数码管显示时间，不仅可以有更好的显示效果，同时还可以显示提示信息，将此多功能数字闹钟做成智能化人机界面。另外，扩展功能也要求我们采用液晶显示。接口电路如图4-2-2所示：图4-2-2液晶显示电路SMG12864是一种128*64点阵的液晶显示器。其控制器内部有两个64*64位（512字节）的RAM缓冲区，用户可以通过控制器内部设定的数据地址页指针和列指针来访问全部RAM字节。这里将SMG12864的数据口和数据总线相连，片选信号、读写控制信号、使能信号、复位信号等控制线与P1口的部分口线相连，通过单片机的控制可以方便的实现对液晶的写入。4.2.3 键盘接口电路电路设计在设计键盘接口电路时，我们使用HD7279键盘控制器来扫描8*2的16键键盘，单片机通过查询方式从HD7279读出键码，其中L0,L1,R0R7为键盘的输入端口，P1.3,P1.4,P1.5,P3.2连接89C51单片机作为输出端口，其具体的接口电路如图4-2-3所示：图4-2-3键盘接口电路HD7279可以同时对多达8*8的键盘进行监视，并具有自动消抖和识别键码的功能；同时HD7279和单片机采用串行接口，占用口线较少，因此可以提高单片机的效率和节省系统资源。这里用两条列线端口和八条行线端口，实现对16键键盘的自动监视和键码的识别。单片机对HD7279的按键信号端进行查询，并以串行方式读入键码。4.2.4 声光报警接口电路设计（1）非接触止闹电路设计当闹钟定时到点时，会触发声、光报警，系统设计时采用红外光电传感器检测人体止闹行为。当人体靠近传感器20CM以内时，CPU会检测到传感器信号，光电开关是利用物体对红外线的反射，可检测到物体的有无，方便有效，人只需挥挥手就可产生信号，自动发出停止闹钟行为。如图4-2-4所示光电传感器+9VGNDRP1.2图4-2-4非接触止闹电路（2）定时报警功能设计预先设定的闹钟时间经过时钟芯片PCF8563处理后报警信号送入89C51单片机的外部中断0 (此中断应设为高优先级)。一旦有报警信号送入, 单片机进入中断0 程序, 设置报警状态。驱动报警模块工作。报警电路由P3口的P3.5经三极管放大和蜂鸣器组成。如图4-2-5所示图4-2-5报警电路设计图4-2-6蜂鸣器电路设计4.2.5 温度测量电路设计（1）测温电路设计对于温度传感器，我们选择了单片集成的温度传感器AD590。常见的感温元件有热电偶、热电阻和半导体等传感器。热电偶的价格便宜，但精度低，需要进行冷端补偿，电路的设计比较复杂；热电阻精度较高，但需要标准稳定电阻是陪才能使用；而半导体温度传感器线路设计简单，精度较高，线性度好，价格适中。AD590为单片集成两端感温电流源，所产生的电流经过电阻网络和多级运算放大器，输出范围在00.6V的电压（温度范围为060）。电路图如图4-2-7所示： 图4-2-7 测温电路AD590的特性为：流过器件的电流()等于期间所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K 式中： 流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T热力学温度，单位为K。同时，AD590输出呈现高阻抗，其本身保证在0（即热力学温度273.2K）时，输出电流为273.2。所以当R1和R2的阻值之和为1K时，在AD590的2脚，可以得到273.2mV的电压，且输出电压随温度的变化为1mV/K。在AD590之后连接由运算放大器OP07构成的跟随器，以提高输出负载能力。要想得到输出电压在060时输出为00.6V，必须对信号进行降压和放大。考虑到精度的要求，我们先对跟随器的输出信号经过一级反向放大，再经过一级反向求和降压，最后得到00.6V的电压，且在整个温度范围内保持良好的线性。计算过程如下：060时 调节电位器R7为10K 调节电位器R8，使为2.732V 调节电位器为10K则： 故：范围为00.6V，在ICL7135的量程范围内但由于AD590的增益有偏差，同时电阻也有误差，因此必须对电路进行调整。调整方法为：1. 为了获取准确的温度值，分别在0（冰水混合物）、100（沸水）和36.5（人体温度）进行温度定标。具体步骤是：把AD590放于冰水混合物中，调节电位器R1，使得跟随器输出电压为273.2mV。依次调节R7、R8，使得运放U2、U3的输出为-2.732V和2.732V。2. 将AD590放入沸水中，调节电位器R11，使得U4输出为1V。3. 同理进行36.5使得定标。（2）高精度AD芯片ICL7135设计对于模数转换芯片，我们选择高精度AD芯片ICL7135。此方案利用ICL7135的“BUSY”端，可以在只占用单片机的一个I/O口和一个内部定时器的情况下，得到准确的转换数据。接口电路如图4-2-8所示：图4-2-8 数模转换电路ICL7135具有正负20000个数的分辨率，而且有BCD码和STB信号输出。通常利用这两个信号读入数据需要占用单片机5个I/O口。出于对单片机资源的考虑，我们巧妙的利用了“BUSY”信号和芯片的输入时钟信号，就可以实现同样的功能，极大的节省了宝贵的系统资源。ICL7135是以双积分形式进行AD转换的电路。它的每个转换周期除了自动调零外，包括积分阶段和反积分阶段。如图4-2-9所示：图4-2-9 积分输出ICL7135内部规定积分时间固定为10001个时钟脉冲时间，反积分时间长度与被测电压的大小成比例，且最多为20000个时钟脉冲时间。ICL7135“BUSY”端的高电平的宽度等于积分和反积分时间之和。所以这里利用单片机内部的定时器对ICL7135的时钟脉冲计数，利用“BUSY”信号作为计数器的门控信号，控制计数器只在“BUSY”为高电平时计数。由于芯片的满量程输入电压为2V，所以用“BUSY”高电平期间计数器的内容减去10001，其余数值便等于被测电压的数值，且为小数点后四位的高精度数据。同时，本系统有温度和电压两种数据需要测量。为了节省资源及减小硬件电路的复杂性，这里采用继电器在两路信号之间进行切换。4.2.6 交流电特性测量设计（1）交流电电压测量设计对于交流电的电压测量，我们采用单片集成的有效值变换器AD536，将经过变压器降压的交流电信号转换为精确的直流信号，送ICL7135进行模数转换后读入单片机并进行显示。电路如图4-2-10所示：图4-2-10 交流电电压测量电路传统的有效值变换器大多为近似有效值计算，对于复杂信号和大动态范围的信号存