第一讲 电子钟的组成及工作原理.doc

多功能大尺寸LED时钟显示屏的设计与制作
LED数码管时钟显示屏的组成及工作原理
一、时钟显示屏的组成
数码管时钟显示屏的组成电路如图所示：由电源电路，单片机最小系统，时钟电路，键盘电路，数码管驱动显示电路，温湿度检测电路，红外接收电路，光亮度检测电路，语音报时电路、电器控制电路，通讯电路等组成。

图3-1 多功能时钟显示屏的组成框图

二、时钟显示屏的工作原理
时钟显示屏以单片机为核心完成对时钟芯片DS1302管理和数码管的驱动显示控制。数码管采用静态显示方式，由多片串入并出芯片74HC595(功能等同74HC164)级联的方式进行驱动。
通过温湿度传感器实现温湿度的检测，红外接收电路完成无线调表和多种定时等时钟功能的设置，用按键也可实现时钟调整等以及各种时钟功能的设定。光亮传感器可以监测环境明暗，实时调整数码管的显示亮度。语音报时电路实现语音报时，电器控制电路可实现家用电器的定时控制或上课打铃的控制等，通讯电路可进行有线、无线通讯、控制等。
功能与特点

一、功能：
1、 年、月、日、时、分、秒、星期；
2、 温度、湿度检测与显示；
3、 农历日期的显示；
4、 手动按键调表；
5、 红外遥控器调表；
6、 预留光亮度检测及显示亮度的自动调整；
7、 预留继电器控制（10A，可实现定时打铃、家电定时控制等）；
8、 预留语音报时和音乐报时功能；
9、 预留RS232和485串行通讯接口，实现与微机通讯或远程通讯；
10、 预留蜂鸣器提示音功能；
11、 预留无线通讯接口，可实现无线通讯；
12、 预留I/O接口，方便今后功能扩展。
13、 电源保护电路，防止电源反接烧坏线路板元件；
二、特点：
1、 大尺寸，由1.5～2.3寸数码管显示；
2、 农历、星期能跟随日期变化自动调整；
3、 采用时钟芯片和备用电池，走时准确，断电不影响计时；
4、 静态显示工作模式，延长时钟显示屏使用寿命；
5、 采用新型单片机功能更强、速度更快；
6、 硬件设计功能丰富；
7、 可实现数码管显示亮度随环境明暗自动调节，人性化设计，使用舒适；
8、 可实现多种显示模式，以实现节能目的；
9、 软件开发可实现多种扩展功能；
10、 插接件接口设计，便于组装、维护。
11、 具有在系统可编程功能，可进行软件升级，实现功能扩展。

时钟显示屏的主要电路图

一、电源电路

电源电路

二、单片机最小系统

单片机最小系统

三、时钟电路

时钟电路

四、数码管驱动显示电路

数码管驱动显示电路1

数码管驱动显示电路2

五、时钟调节按键电路

时钟调节按键电路

六、数码管显示接口电路

数码管显示接口电路

七、温湿度传感器接口电路

温湿度传感器接口电路

八、红外接收电路

红外接收电路

九、语音报时电路

语音报时电路

十、光敏传感器电路

光敏传感器电路

十一、数码管显示接口电路

RS232串口通讯电路

十二、蜂鸣器驱动电路 十三、喇叭驱动电路

蜂鸣器驱动电路 喇叭驱动电路

十四、继电器驱动电路

继电器驱动电路

十五、485通讯电路

485通讯电路
时钟显示屏主要芯片介绍

一、单片机简介
STC90C54AD 系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成 MAX810 专用复位电路,时钟频率在12MHz以下时,复位脚可直接接地。内部功能图见图3-8。

单片机内部功能框图
特 点 ：
1. 增强型 6 时钟/机器周期，12 时钟/机器周期 8051 CPU。
2. 工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/ 3.6V - 2.4V（3V 单片机）。
3. 工作频率范围：0 - 40MHz，相当于普通8051的 0～80MHz。
4. 用户应用程序空间4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K字节。
5. 片上集成 256 + 4096 字节 RAM。
6. 通用 I/O 口（35/39 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口 / 弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口） P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。
7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3-5秒即可完成一片。
8. EEPROM 功能。
9. 看门狗，内部集成 MAX810 专用复位电路，外部晶体 12M 以下时，可省外部复位电路,复位脚可直接接地。
10. 共 3 个 16 位定时器 / 计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用。
11. 外部中断 4 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
12. 通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个 UART。
13. 工作温度范围： 0-75℃/-40 - +85℃。
14. 封装： LQFP-44,PDIP-40，PLCC-44。
二、. 时钟芯片DS1302简介
DS1302是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线1.RES 复位，2.I/O 数据线，3.SCLK串行时钟。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
DS1302 是由DS1202 改进而来增加了以下的特性：双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1 为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等。
主要的性能指标如下：
l 实时时钟具有能计算2100年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力
l 31* 8位暂存数据存储RAM
l 串行I/O口方式使得管脚数量最少
l 宽范围工作电压2.0-5.5V
l 工作电流2.0V时,小于300nA
l 读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式
l 8 脚DIP 封装或可选的8脚SOIC封装根据表面装配
l 简单3 线接口
l 与TTL 兼容Vcc=5V
l 可选工业级温度范围-40 +85
l 与DS1202 兼容
l 在DS1202 基础上增加的特性：
对Vcc1 有可选的涓流充电能力；
双电源管用于主电源和备份电源供应；
备份电源管脚可由电池或大容量电容输入；
附加的7 字节暂存存储器。
三、74HC595简介
74HC595芯片是一种串入并出的芯片,在电子显示屏制作当中有广泛的应用。
特点：595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。能够实现8位串行输入，8位串行或并行输出。100MHz的移位频率。595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。芯片为16脚封装，如图2.7所示。

74HC595芯片管脚图
74HC595芯片引脚说明及功能如表3.1、3.2所示。
表 74HC595芯片引脚说明
符号
引脚
描述
Q0…Q7
15， 1， 7
并行数据输出
GND
8
地
Q7’
9
串行数据输出
MR
10
主复位（低电平）
SHCP
11
移位寄存器时钟输入
STCP
12
存储寄存器时钟输入
OE
13
输出有效（低电平）
DS
14
串行数据输入
VCC
16
电源

表 74HC595芯片引脚功能表
输入
输出
功能
SHCP
STCP
OE
MR
DS
Q7’
Qn
×
×
L
↓
×
L
NC
MR为低电平时紧紧影响移位寄存器
×
↑
L
L
×
L
L
空移位寄存器到输出寄存器
×
×
H
L
×
L
Z
清空移位寄存器，并行输出为高阻状态
↑
×
L
H
H
Q6’
NC
逻辑高电平移入移位寄存器状态0，包含所有的移位寄存器状态移入，例如，以前的状态6（内部Q6”）出现在串行输出位。
×
↑
L
H
×
NC
Qn’
移位寄存器的内容到达保持寄存器并从并口输出
↑
↑
L
H
×
Q6’
Qn’
移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容到达保持寄存器并输出。
 H＝高电平状态
L＝低电平状态
↑＝上升沿
↓＝下降沿
Z＝高阻
NC＝无变化
×＝无效
当MR为高电平，OE为低电平时，数据在SHCP上升沿进入移位寄存器，在STCP上升沿输出到并行端口。

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