旋轉時鐘的設計畢業設計(doc畢業設計論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 上還有一個蜂鳴器，在執行按鍵等控制命令時鳴叫以及鬧鐘鳴叫功能和整點鳴叫報時功能。溫度傳感器負責采集溫度，并可以顯示出來。另外有了時鐘芯片后旋轉時鐘就不怕掉電了，時鐘芯片有后備電源，會同步時間，下次開起后不用調就能顯示正確的時間。更巧妙的是指針板的電是通過電機軸用電刷的方式提供的，就不需要經常換電池了，而其指針板也輕了很多，電機功率可以取小一點。我所設計的旋轉時鐘是介于最簡單和最復雜方案之間的。,單片機負責數據的處理并控制LED的顯示；紅外接收模塊負責接收和處理紅外遙控器發出的紅外遙控信號,因為旋轉時鐘在旋轉顯示時,不方便用按鍵調時,所以引入紅外遙控技術,使得作品更加實用；時鐘模塊負責記錄時間數據,從而節省了單片機的資源, 提高其工作效率,并采用時鐘芯片,可在系統掉電后正常計時,不需重新設定時鐘時間, 這使得時鐘的使用更加便捷。以上模塊都集成在指針板上。電源模塊則裝在底座上，經變壓器送電給電機，再經穩壓管通過電刷給指針板上各模塊供電。圖 旋轉時鐘總體結構框圖第2章 硬件設計 指針板的硬件設計指針板是旋轉時鐘的關鍵部分，負責顯示功能，指針板上有一排超高亮的LED燈。它們就是顯示部件了，亮點所在。為了制作方便，我把單片機、時鐘芯片、發光二極管、一體化紅外接收頭等器件焊接在一塊指針型的電路板上，這樣可以使旋轉的電路成為一個獨立的系統，只需要外部送電進來就可以正常運作。電路板中心鉆一個電機軸插孔，插孔為半圓并且半徑與電機軸相等，電機軸插入其中帶動指針板旋轉。該電路板越輕越好，LED燈可用貼片式。LED燈數目根據不同用處可選多選少，我設計的時鐘需要能顯示“19”這四個整點數字和秒針、分針、時針，這樣我用7支LED燈顯示數字，21支用來顯示秒、分、時三針，另外再加一支內框一支外框燈，總共30支LED燈，也足夠用來顯示漢字和英文。在這個項目中，一共采用了30支LED。也就是說每一列上可以分辨的顯示點有30個點。當然，這只是視覺上的顯示效果。但為了節省單片機I/O管腳，并不是每支LED燈都由一個I/O管腳控制的。通過分析，我發現靠近內圈的那十幾支LED，除了用做顯示時鐘指針外，并不適合用來顯示字符。而在顯示指針時，這部分LED的亮滅是同時發生的，這樣就可以用一個I/O口來控制這組LED，讓它們是同時亮或者同時滅。為了滿足驅動電流，我加了一支三極管來驅動。除了以上幾點外，需要考慮的還有顯示穩定問題：比如指針板旋轉掃描一圈完成了數字“12”的顯示，如果電機速度因為各種原因而不穩定，轉下一圈所用的時間多于（或少于）上一圈的，那么數字“12”將會移到上一次顯示位置的左側（或右側）。為了解決這個問題，在指針板上加裝一個紅外接收管。當接收到與之配對的紅外發光二極管（紅外發光二極管安裝在電機外殼上，并與接收管對齊）發出的紅外線后，就會反向導通，接到單片機外部中斷，將會觸發外部中斷。指針板每旋轉一周，就會產生這樣一個中斷信號，這個信號被稱為“過零信號”。有了這個信號，單片機就可以在指針板旋轉過程中實時檢測計算指針板的角度位置，并根據指針板所處的不同位置，點亮相應的LED，這樣每轉一圈就能消除一圈的誤差，使得顯示內容保持穩定。接下來我介紹一下指針板的供電方式和所用到的各個芯片的資料。圖 用于同步的紅外對管 單片機端口分配旋轉時鐘的核心部件單片機主要用于對紅外遙控代碼的譯碼，讀寫DS1302的時間數據以及控制LED顯示熄滅。對單片機的程序存儲量和控制能力要求并不高，選擇STC89C52單片機綽綽有余。本設計充分運用89C52的各個接口：首先是28支LED燈，由于有13支LED燈只用來顯示時針，所以它們是同時點亮或者熄滅的，可以接在同一個I/O接口上。，可以用來顯示不同的字符；其次XX2引腳接12MHz晶振；，作為高優先級的外部中斷；，作為低優先級外部中斷；、I/O及CE引腳。 指針板電源驅動方式根據我收集到的資料，整理出以下三種供電方式：一、電池供電。這是最簡單的方法，直接在指針板上安裝兩到三節7號電池就行了。采用這種方式不用擔心電壓波動，也沒有接觸不良的問題，能夠十分穩定地給指針板供電。但是電池很不耐用，經常要換，既不經濟又不環保，最大問題是太重，一般電機帶不動，需要選擇較大功率電機，成本較大。二、自感應發電。這種方法是將一根導線中間部分繞在電機內部的轉子上，電機旋轉時該導線切割磁場，兩頭產生感應電動勢，經過整流后作為指針板上的電源。這種方式設計很巧妙，無機械磨損。可惜提供的電流有限，只能適合LED 較少的旋轉時鐘，當LED 數量較多時，需要更大的電流，這種方式就不能滿足了。另外這種方式要對電機本身進行改造，也有一定的難度。并不是所有的電機都適合這種改造，而且這種改造可能會給電機帶來損害。三、電刷傳導供電。就是在指針板上焊接一個滑環，套在電機軸上，但要與電機軸絕緣，電刷扣在滑環上，并接直流電正極。負極接在電機軸上。這種方法既能提供較大的電流，又不會給指針板增重。缺點是有機械摩擦，會產生磨損，因此要求滑環和電刷材料要耐磨。另外，還得有足夠的彈性，并且要耐銹，否則會導致接觸不良。當然也會產生機械阻力，因此要求電機功率要較大一點，還會產生機械噪音。經過再三權衡，我還是選擇了用電刷供電的方法，因為這種方法并不難實現，電刷對電機產生的機械阻力應該小于裝電池所要克服的慣性力。 時鐘芯片DS1302大多數的單片機沒有實時時鐘部件,一旦系統掉電時鐘就不能運行,下次再運行，時間就不準確了。即便使用備用電池,但要維持單片機系統的較大功耗也是堅持不了多久的。而我所做的旋轉時鐘用到的單片機主要是來準確顯示時間的，因此實時時鐘部件必不可少，這里我用了MAXIM公司的DS1302時鐘芯片作為實時時鐘部件，保證時間的長久準確性。DS1302 有著很強的功能。包括時鐘/日歷寄存器和31 字節（8位）的數據暫存寄存器，數據通信僅通過一條串行輸入輸出口。實時時鐘/日歷提供包括秒、分、時、日期、月份和年份信息。閏年可自行調整，可選擇AM/PM的12 小時制或24小時制。只通過三根線進行數據的控制和傳遞：CE(輸入信號，在讀、寫數據期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結束單字節或多字節數據傳輸的方法。)；I/O(三線接口時的雙向數據線)；SCLK(串行時鐘輸入)。通過備用電源可以讓芯片在小于1MW的功率下運作。對時鐘寄存器初始化可以設定當前時間,控制芯片的運行,時間是用BCD碼保存的,RAM可以用來存取用戶數據,在用了備用電池后RAM內的數據在系統掉電時能夠保持不丟失。芯片采用了簡單的I2C 三線通