基于輝光數(shù)碼管的時(shí)鐘設(shè)計(jì)

MostcommonelectronicclockUSEStheLEDdigitaltubeordotmatrixdisy,thispapermakeuseofaglowtubedisyelectronicclock.Glowtube,theproductofthe1980s,thedevelopmentofelectronictechnologytowitnessoneofbelievemanyyoungfriendsknewlittle,evenhaveneverseen.Howeveristheancientdeviceisclosetoshutdown,itmakespeoplewhohadseenhercan'tforgetthedisyeffect,50yearsagobegantosighofcreatingsuchfullofart.Inordertolettheoldandfulloficbreathdeviceofwasteheat,thisdesignisbasedon51 putercontrol,withtheancientglowtubeasadisydevice,throughreal-timecalendarclockchipDS1302tocompletethebasicfunctionoftheclock.Bringnaturalamorousfeelingsiscontracted,asiftubeagain,donothavelastingappeal.Makefinishedpowerunder5w,putitonthedeskinthehome,namelybeautifulanddoesnotlosethesenseofscienceandtechnology,andispractical.MCU;GlowTube;Electronic 第1章緒 研究背景及意 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn) 本文設(shè)計(jì)內(nèi) 本章小 第2章設(shè)計(jì)方案及元件選 主要元器件介 輝光數(shù)碼 DS1302時(shí)鐘..............................................................................................74HC595器 電源34063元 單片 LM2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié) 電路設(shè)計(jì)方 降壓電路的選 升壓電路的選 本章小 第3章硬件設(shè) 電路設(shè) PCB設(shè)計(jì)及布線 電路板焊接與測(cè) 12V直流降5V直流穩(wěn)壓電 12V直流升180V直流穩(wěn)壓電 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)焊接測(cè) 本章小 第4章程序設(shè)計(jì)部 DS1302時(shí)鐘控制程 按鍵功能檢測(cè)程 延時(shí)程序的應(yīng) 主程序文件 本章小 第5章實(shí)驗(yàn)調(diào)試與結(jié)果分 代碼燒寫(xiě)測(cè) 按鍵功能測(cè) 結(jié)果及分 功能調(diào) 總 參考文 致 121世紀(jì)以來(lái),在全球迅速發(fā)展的微電子技術(shù),致使輝光數(shù)碼管慢慢失去了從前的光輝,但是輝光數(shù)碼管了電子科技的發(fā)展,而年輕的一代對(duì)它了解極少,甚至從沒(méi)見(jiàn)過(guò)。面對(duì)于這個(gè)停產(chǎn)的古老元件,所有見(jiàn)過(guò)它發(fā)光的人都無(wú)法忘記,不禁感嘆60年前的創(chuàng)造藝術(shù)感是多么強(qiáng)烈。我們?yōu)榱俗屵@美好的事物繼續(xù)發(fā)揮它的光芒,51單片機(jī)控制的電子設(shè)計(jì),用輝光電子管顯示時(shí)鐘,基本的時(shí)鐘功能通過(guò)常見(jiàn)的時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本文中,系STC12系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹,程序算法的設(shè)計(jì)與調(diào)試,為單片機(jī)的開(kāi)發(fā)使21世紀(jì)以來(lái),新興的微電子科技以及發(fā)展繁榮大規(guī)模集成電路,以及計(jì)算機(jī)科學(xué)在社會(huì)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(Internet),虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)8C51STM32,再到現(xiàn)在的64位單片機(jī),其發(fā)展歷程引起廣大電子者的注目。單片機(jī)功能變得越來(lái)越強(qiáng)大,價(jià)格的事物繼續(xù)發(fā)揮它的光芒,用輝光電子管顯示時(shí)鐘,基本的時(shí)鐘功能通過(guò)常見(jiàn)的時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)。仿佛又回到50年前那個(gè)充滿古典美好的真空電子管年代。制作好的成品功率在5W以下,把它擺在家里的書(shū)桌上,即美觀又不失科技感,而且具有實(shí)用性。本輝光數(shù)碼管顯示時(shí)鐘是由單片機(jī)(STC12C5A)為控制大腦,DS1302時(shí)鐘和QS-30-1KeilC51AltiumDesigner軟件進(jìn)2直流穩(wěn)壓電路,74HC149時(shí)間編碼顯示電路,DS1302時(shí)鐘電路,STC12單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),12V升5V直流穩(wěn)壓電路。本章會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)中使用到的主要元器件進(jìn)行介紹說(shuō)明。2-1輝光數(shù)碼管封裝外形一般分為立式和臥式兩種,本文采用的是立式的輝光電子數(shù)碼管60年代即真空電子時(shí)代的偉大發(fā)明,它的內(nèi)部有數(shù)字或者符號(hào),通過(guò)光電效應(yīng)激發(fā)燈絲發(fā)出輝光。然而微電子技術(shù)的發(fā)展,新型發(fā)光器件半導(dǎo)致價(jià)格不菲,已經(jīng)成為一種稀缺品。因此將輝光管和電子科技結(jié)合起來(lái),做出的炫酷的時(shí)鐘圖2-2輝光數(shù)碼管外 圖2-3輝光管發(fā)2-1達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的低功耗涓流可充電時(shí)鐘DS1302,在其內(nèi)部安置一個(gè)31個(gè)字節(jié)靜態(tài)RAM以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷數(shù)據(jù),單片機(jī)可以使用簡(jiǎn)單的串口通信方式就能與它信息使用AM/PM指示時(shí)鐘編程實(shí)現(xiàn)。DS1302與單片機(jī)同步串行通信只用數(shù)據(jù)線(I/O),復(fù)位字符組編碼對(duì)時(shí)鐘/RAM進(jìn)行寫(xiě)/讀數(shù)據(jù)操作。在保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí),DS1302工作能耗低,功率低于1mV。 DS1302引腳功能描 DS1302引腳排在以上的引腳功能描述中,VCC2是的主電源,主要由控制電路供電,時(shí)鐘行比較,0.2V時(shí),主電源供電。當(dāng)主電源略小于后備電源的時(shí)候,選擇備用電源供電。的振蕩源在外部,用X1和X2引腳接晶體地址編碼寫(xiě)入移位寄存器;RST控制。RST輸入被拉高,時(shí)鐘數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化,DS1302進(jìn)行讀寫(xiě)控制。當(dāng)傳送時(shí)RST被拉低,則數(shù)據(jù)傳送,I/O數(shù)據(jù)線也置于高阻態(tài)。重新上電,VCC端大于2伏前,RST須置為低電平的狀態(tài)才正確工作。RST要拉高,首先要把SCLK置低。單片機(jī)與時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),第一步是單片機(jī)對(duì)電路發(fā)出打開(kāi)1302令,這D61RAM數(shù)據(jù),D60D5-D1控制,最低位D0的作用是讀寫(xiě)操作的控制,1運(yùn)行讀操作,0允許寫(xiě)操作。擇單字節(jié)傳送方式,首先時(shí)鐘要傳出一個(gè)8位的編碼命令。然后輸入信息,要在接下來(lái)2個(gè)脈沖周期上升沿進(jìn)行,而輸出信息,8個(gè)脈沖周期下降沿進(jìn)行。內(nèi)部寄存器,與RAM密切有關(guān)的大致可分成兩類(lèi):31個(gè),8位字節(jié)內(nèi)數(shù)據(jù)。另一類(lèi)型為RAM寄存器突發(fā)型,用戶直接使用這類(lèi)寄存器,對(duì)所有的31個(gè)字節(jié)的RAM完成讀、寫(xiě)操作。VCC1的使用,備用電源可以用紐扣電池,也可以是大容量超級(jí)電容。即使時(shí)鐘在主電源掉電后的功耗微小,卻要求時(shí)鐘長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,最好的方法是使用充放電回路。但是如果斷電時(shí)間很短,用小電解電容器就能滿足需要。100F的小電容就可能夠讓時(shí)鐘工作一小時(shí)。注意,第一次上電,必要進(jìn)行初始化處理。初始化工作完成74HC595是使用硅材料。內(nèi)部集成CMOS器件兼容TTL電路[1]。器件由一個(gè)單元和8位移位寄存器組成。在內(nèi)部電路集成三態(tài)輸出功能。寄存器和器采用不同的周期信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送入移位寄存器,在SCK的正脈沖上升沿進(jìn)行,數(shù)據(jù)移入到寄存器,RCKRCKSCK連起來(lái)輸入相同周期信號(hào),RCK都SCK慢一個(gè)周期信號(hào)。MR(低電平有效),串行輸入端SI,和可與級(jí)聯(lián)的串行輸出端DH’。并行8位輸出的寄存器,當(dāng)拉低使能端G,寄存輸入后,改成并行輸出。這種功能在控制一個(gè)8位數(shù)碼管,有利于避免顯示閃爍現(xiàn)象。 DA-八位并行輸出端,可直接控DH’DA-八位并行輸出端,可直接控DH’9595SISI14MR10主復(fù)位（低電平有效RCK12SCK11 13高電平輸出（高阻態(tài)VCC16GND8地74HC595 特別說(shuō)明,74HC595的引腳SCK產(chǎn)生上升沿(數(shù)據(jù)移入)和RCK產(chǎn)生的上升沿(數(shù)據(jù)輸出)在工作時(shí)互不干擾,即數(shù)據(jù)的移入和輸出工作能夠同時(shí)進(jìn)行,是兩個(gè)獨(dú)立過(guò)程。把MR拉高,SCKRCK脈沖上升沿時(shí),數(shù)據(jù)送到并行端口。G作為使能端,G拉低時(shí),使能輸出,因此是低電平有效。根據(jù)74HC595的工作時(shí)序,我們可以的出以下一個(gè)真值表(表2-1074HC595真值表)。相關(guān)說(shuō)明表中如下圖：GxxLLxLx↑LLxLLxxHLxLZ↑xLHHx↑LHx’↑↑LHx’前面已經(jīng)提到,17012伏的直流電源。這就要求設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的輝光管驅(qū)動(dòng)電路,本是通過(guò)使用MC34063開(kāi)關(guān)型進(jìn)行電路設(shè)計(jì),該價(jià)格便宜,電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而且工作效率足以滿足工業(yè)需求,因此在生產(chǎn)中的到到廣泛使用。內(nèi)部集成于DC-DC變換控制電路是單片雙極型線性的。片內(nèi)還含一個(gè)可控振蕩器,大電流輸出開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)器,溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源,最大輸出電流為1.5安。MC34063構(gòu)成開(kāi)關(guān)式升/降壓變換器,和電源反向器在電路中用到的元件很少M(fèi)C34063特點(diǎn)MC34063CT上接個(gè)定時(shí)電容,這個(gè)電容通過(guò)不斷充放電,產(chǎn)生振蕩波形供內(nèi)部電流限制功能是如何實(shí)現(xiàn)的?在的7腳和6腳(即VCC)之間我們接入了一個(gè)檢測(cè)電動(dòng)電路首要選擇。開(kāi)關(guān)電源有斬波式,3種電壓變換方式,本設(shè)計(jì)采用表2-6引腳及原理1123CT4GND56VCC78圖2-7引腳及原理為了對(duì)DS1302輸出的時(shí)鐘信息進(jìn)行處理,然后讓輝光數(shù)碼管顯示,我們需要用到單片機(jī),完成設(shè)計(jì)各種需求。在滿足設(shè)計(jì)的條件下,STC12C5A60S2這一款高性價(jià)比其內(nèi)部專(zhuān)門(mén)針對(duì)電機(jī)控制,強(qiáng)干擾場(chǎng)所集成復(fù)位電路。STC12系列單片機(jī)比51系列單STC12STC12C5A60S2單片機(jī)中包含處理器(CPU),數(shù)據(jù)器(SRAM),程序器(Flash),UART串口I/O接口,串口2,高速A/D轉(zhuǎn)換,SPI通口,定時(shí)/計(jì)數(shù)器,PCA,看門(mén)狗及R/C振蕩器和外部晶體振蕩時(shí)鐘電路等模塊[4]。單片機(jī)片上系統(tǒng)完整,因?yàn)樗鼉?nèi)部集成了數(shù)據(jù)和控制中用到的單元模塊。 STC12系列的最小系統(tǒng)由晶振電路,2-15所示,晶振電路中要注意空處理。當(dāng)選擇的是外部振蕩源,要求外部晶振的振蕩頻率要大于33MHz。而選取的石英不協(xié)調(diào),3泛音晶體。而在復(fù)位電路中,要明白的知識(shí)點(diǎn)是第二復(fù)位功能,這個(gè)接與地相連,不再需要C1。 STC12C5A60S2系列單片機(jī)最小系統(tǒng)在對(duì)單片機(jī)程序控制程序進(jìn)行編寫(xiě)時(shí),STC單KeilC51,而且在建立工程文件的時(shí)候,STCIn8052等使 STC12C5A60S2系列單片機(jī)編譯器工程文件選擇載功能。何為ISP功能？它的意思是用戶在對(duì)單片機(jī)進(jìn)行燒寫(xiě)程序時(shí)，并不需要再去價(jià)格昂貴且單一系列的編寫(xiě)器，而是直接使用用戶系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的燒錄。這種編完成。這種功能得到了社會(huì)廣泛認(rèn)可。整個(gè)功能過(guò)程是程序在以上KeilC51軟件中編寫(xiě)生成了HEX文件時(shí),選擇ISP燒寫(xiě)器,將該文件燒錄進(jìn)處理器中。登 這個(gè)地址,在專(zhuān)欄找到與用戶電腦系統(tǒng)匹配ISP軟件,像其他軟件一樣解壓安裝包,為了極大地保護(hù)知識(shí),STC公司對(duì)所有的單片機(jī)都進(jìn)行了加理。新的不出合法的指令,進(jìn)行軟件復(fù)位回到用戶程序區(qū)。反之,檢測(cè)到合法命令,就開(kāi)始對(duì)如果電路板上的單片機(jī)上的P3.0,P3.1CH340燒寫(xiě)器。CH340燒可以程序”按鈕完成程序燒寫(xiě)工作。 步驟5:按下“Download/”,把用戶的程序代碼(HEX文件)燒進(jìn)MCU,重復(fù)步驟5,上電復(fù)位。在這里還要強(qiáng)調(diào)步驟,一定是先按下“”再上電復(fù)位。如果不這么做,程序關(guān)于單片機(jī)與電腦的硬件連接，本 PC/電腦GND(COMPort CH430燒寫(xiě)LM2596系列開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路,3A的驅(qū)動(dòng)電流。LM25963.3V系列,5V系列,12V系列。而可調(diào)電壓輸出系列中,只要輸出電壓小于37V,都能夠通過(guò)電路設(shè)計(jì)配合其他元器件滿足。夠使用小規(guī)格的濾波元件,這個(gè)優(yōu)勢(shì)是低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器所沒(méi)有的。在電路的設(shè)計(jì)中,LM2596只用到4個(gè)元件,用到的電感也是常見(jiàn)的標(biāo)稱電感,使得開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)更加 LM2596在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)應(yīng)用方面得到廣泛使用的原因有很多。如在固定輸入電壓和[7]。而要實(shí)現(xiàn)外部斷電,更加簡(jiǎn)單,80微安的小電流就能實(shí)現(xiàn)。LM2596還具有過(guò)流170V以上的高壓，所以，需要在本設(shè)計(jì)中，至少要設(shè)計(jì)12V5V12V170V流電路等等。在本LM2596設(shè)計(jì)一個(gè)降壓 電流，F(xiàn)=開(kāi)關(guān)頻率（為固定值150KHz）

(1R2

Vref1.23V,在R1的范圍為2401.5。選擇一個(gè)高精度的低阻值電阻, R(Vout 2電感的選擇

1通過(guò)以下計(jì)算電感電壓與微妙的乘積ET

) Vout

(Vus

150

其中Vsat為內(nèi)部開(kāi)關(guān)飽和電壓，且

1.162-22電感選取表中,橫坐標(biāo)表示ET的值,縱坐標(biāo)表示允許通過(guò)負(fù)載的最大電流。我們要根據(jù)以上分別取得橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的交點(diǎn)。 PCB設(shè)計(jì)圖中,電容要靠近IC,布線要短。避免選取大于820uF的電容。其他元件造成沖擊造成失靈影響,所以需要在輸入端和GND之間接上一個(gè)電容,這個(gè)電容叫PCBIC。旁路電容一般選取鋁電解電容或者吸納二極管的選擇（D1IC相同。輸出端過(guò)載或電路也是吸納二極管需要面對(duì)的惡劣環(huán)境。 Cin

I

Rsc（限流電阻）：

II I C0(濾波電容)0C I00Vpp（波紋系數(shù)

(VoVfViminVimin

:R1 R2VV4.7

1.25本章介紹了輝光管時(shí)鐘顯示設(shè)計(jì)中用到的主要元器件及，對(duì)它們的使用方法進(jìn)行個(gè)是12V直流轉(zhuǎn)180V直流穩(wěn)壓電路。在電壓轉(zhuǎn)換電路中，提供了元件的取值和3電路設(shè)計(jì)

圖3-4輸入電壓實(shí) 圖3-7輸入電壓實(shí) 圖3-8輸出電壓實(shí)3-10PCBPCB時(shí)，要注意以電氣標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，4程序設(shè)計(jì)采用的軟件已文有所介紹,是Kil51用了模塊化編程的思想。在實(shí)際工作生產(chǎn)中,面對(duì)于一個(gè)相對(duì)復(fù)雜或者龐大的工程,往往意味著需要以多人組成的項(xiàng)目小組,,這就要求一個(gè)人獨(dú)自編寫(xiě)這個(gè)模塊的程序以及通過(guò)編譯,而且還要寫(xiě)接口程序方便其它模塊調(diào)用。最后,項(xiàng)目對(duì)各成員編寫(xiě)好的模塊放進(jìn)同一工程文件下進(jìn)行組合調(diào)試。這種龐大的嵌入式系統(tǒng)工程要求程序必須模塊化。程序模塊化優(yōu)點(diǎn)不僅體現(xiàn)在分工協(xié)作,還有助于程序的調(diào)試迭代。程序結(jié)構(gòu)劃分清晰,使代碼可讀性升高,程序模塊化設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單概述模塊會(huì)有一個(gè).h頭文件和一個(gè).c文件。這個(gè)模塊接口定義放在頭文件(.h)中以static在.c文件中,對(duì)模塊使用的全局變量和函數(shù)進(jìn)行定義;特定硬件所對(duì)應(yīng)的底層驅(qū)動(dòng)程序模塊 DS1302時(shí)鐘控制程先，我們應(yīng)該寫(xiě)好DS1302接口文件，即頭文件，如下所示。

#include ucharread_ds1302ram(ucharadd);void*文件描述：DS1302時(shí)鐘使用C文*2017-04- #include

//秒 月 //30 //55 //23 //17 //04 //2017 2017/12/31,23時(shí)55分30秒星期unsignedchar #include"Delay.h"sbitsbitunsignedcharunsigned 按下兩個(gè)鍵。所以可以先按住B鍵再按住A unsignedunsignedchar{unsignedcharunsign