单片机数字钟设计 第2页
第二章 模块电路设计与比较
2．1 时钟方案选择
方案一：因为题目中只要求显示小时和分钟，因此可以用门电路组合构成时钟发生器，但此方案硬件复杂，稳定性低，且不易控制。
方案二：采用带 RAM的时钟芯片DS12887。该芯片可以进行时分秒的计数，具有100年日历，可编程接口，还具有报警功能和掉电保存功能，并且可以对其方便的进行程序控制，完全能满足题目的要求。
2．2 温度检测方案选择
方案一：采用热电偶或热敏电阻作感温元件，但热电偶需冷端补偿，电路设计复杂，热敏电阻虽然精度较高，但需要标准稳定电阻匹配才能使用，而且重复性、可靠性都比较差。
方案二：采用集成温度传感器 DS18B20 。该传感器结构简单，不需外接电路，数据传输采用 one-wire
总线，可用一根 I/O数据线即供电又传输数据，在-10 ℃ --+85℃范围内精度为±0.5℃，完全能满足题目±1℃的要求，且分辨率较高，重复性和可靠性好。
2．3 电压有效值测量方案选择
方案一：采用分段逼近式有效值检波电路。该方法示值虽然是被测电压的有效值，但由于放大器动态范围的限制，对于被测信号会产生一定的波形误差，并且硬件电路搭接复杂，且稳定性能不好。
方案二：采用真有效值转换芯片 AD536和高速A/D芯片ICL7135测量市电有效值。将从变压器引入的交流信号通过AD536转换成直流信号后接入ICL7135，利用单片机读取数据后进行相应的幅值变换得到电压有效值。利用集成电路芯片测量精度高，误差小、稳定性好，硬件电路实现简单，可减小硬件体积。
2．4 频率测量方案选择
方案一：直接测频法。把被测频率信号经过脉冲形成电路后加到闸门的一个输入端，只有在闸门开通时间 T（以秒计）内，被计数的脉冲被送到计数器进行计数。设计数器的值为N，由频率定义式计算得到被测信号频率为发f＝N/T。
方案二：测量周期法。将被测量信号经过过零检测后转换成方波信号，利用单片机查询两个上升沿，在此期间根据晶体振荡器产生的周期为 的脉冲送计数器进行计数，设计数值为N，则得被测量信号的周期值 ，然后取其倒数即为被测量信号的频率。
经分析，采用直接测频法在测量低频段信号时的相对测量误差较大，但在高频段测量信号的频率有较高的精度。如果采用测频法测量低频段50Hz频率信号，要想提高精确度，势必会大幅度增加闸门开通时间T，时效性较差。相反，采用测量信号周期然后取其倒数的方法在低频段测量时精度很高。因此，本题在测量50Hz左右的市电信号频率时采用方案二。
2．5 电压过压、欠压方案选择
方案一：采用两片比较器芯片 LM311对输入电压与上下门限值进行比较。根据LM311的输出驱动蜂鸣器报警。本方案对上下门限值精度和稳定度的要求较高。
方案二：软件设定比较值。采用软件编程判断过、欠压值，然后通过单片机口线输出电平驱动蜂鸣器报警。采用软件判断电压过、欠压，省掉了硬件搭接，节省成本。故采用方案二。
2．6 显示模块的选择
方案一：采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，在本题目中应用受到很大的限制。
方案二：采用液晶显示。液晶显示功耗低，轻便防震。由于本题显示信息比较复杂，采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。
2．7 其他设计的考虑
由于单片机接口线有限，我们采用一片 8255扩展口线，做相应的控制。闹铃响采用带音乐芯片的扬声器，为实现题目中非接触止闹功能，我们可以采用接近开关或无线接收发送模块通过单片机控制闹铃停止。
2．8总结方案
所以经上面的分析，二种方案的各有所长，电子钟已经是一项很成熟的技术，一般不去进行复杂的硬件设计（方案一需要进行硬件设计）或硬件电路设计（方案二需要软件电路），所以目前用得较多的是方案二。由于我们是进行单片电路设计，按方案二进行设计有利于我们掌握单片机在现在生活中的作用。在今后进行复杂电路设计时能拿来就用。另外，方案二所用的元件易于采购，成本也不高。
第三章 系统原理及理论分析
3．1 单片机最小系统组成 单片机系统是整个硬件系统的核心，它即协调整机工作，又是数据处理器，是软硬件系统连接的桥梁。它包括：
• 单片机89C55
• 键盘管理芯片7289
• 可编程外围并行接口芯片8255
• 2×8键盘
• HM12864液晶模块
3．2 频率测量原理
本系统测量市电信号的频率，即 50Hz左右的频率信号，属于低频段信号频率测量，基于此实际，我们采用测量输入信号周期然后取倒数的方法测量信号的频率，即测周法，这样能提高测量的精度，测量信号周期的原理框图图2 所示，波形示意图如图3所示。
图 2 信号周期测量原理图
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