下载文档原格式
基于51单片机的多功能电子钟设计1. 本文概述随着现代科技的发展，电子时钟已成为日常生活中不可或缺的一部分。
本文旨在介绍一种基于51单片机的多功能电子钟的设计与实现。
51单片机因其结构简单、成本低廉、易于编程等特点，在工业控制和教学实验中得到了广泛应用。
本文将重点阐述如何利用51单片机的这些特性来设计和实现一个具有基本时间显示、闹钟设定、温度显示等功能的电子钟。
本文的结构安排如下：将详细介绍51单片机的基本原理和特点，为后续的设计提供理论基础。
接着，将分析电子钟的功能需求，包括时间显示、闹钟设定、温度显示等，并基于这些需求进行系统设计。
将详细讨论电子钟的硬件设计，包括51单片机的选型、时钟电路、显示电路、温度传感器电路等。
软件设计部分将介绍如何通过编程实现电子钟的各项功能，包括时间管理、闹钟控制、温度读取等。
本文将通过实验验证所设计的电子钟的功能和性能，并对实验结果进行分析讨论。
通过本文的研究，旨在为电子钟的设计提供一种实用、经济、可靠的方法，同时也为51单片机的应用提供一个新的实践案例。
2. 51单片机概述51单片机，作为一种经典的微控制器，因其高性能、低功耗和易编程的特性而被广泛应用于工业控制、智能仪器和家用电器等领域。
它基于Intel 8051微处理器的架构，具备基本的算术逻辑单元（ALU）、程序计数器（PC）、累加器（ACC）和寄存器组等核心部件。
51单片机的核心是其8位CPU，能够处理8位数据和执行相应的指令集。
51单片机的内部结构主要包括中央处理单元（CPU）、存储器、定时器计数器、并行IO口、串行通信口等。
其存储器分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
程序存储器通常用于存放程序代码，而数据存储器则用于存放运行中的数据和临时变量。
51单片机还包含特殊功能寄存器（SFR），用于控制IO端口、定时器计数器和串行通信等。
51单片机的工作原理基于冯诺伊曼体系结构，即程序指令和数据存储在同一块存储器中，通过总线系统进行传输。
第一节引言 (3)1.1 多功能LCD时钟系统概述 (3)1.2 本设计任务和主要内容 (3)第2节系统主要硬件电路设计 (5)2.1单片机控制系统原理 (5)2.2模块电路设计与比较 (6)2.3 各功能模块设计及实现 (7)2.3.1 单片机控制系统 (7)2.3.2 实时时钟模块 (9)2.3.3 温度检测模块 (9)2.3.4 高速A/D转换电路模块 (10)2.3.5 电压有效值转换模块 (10)2.3.6 键盘模块 (11)2.3.7 液晶模块 (12)2.3.8 频率测量原理模块 (12)2.3.9 语音报警模块 (13)第3节系统软件设计 (16)3.1系统主程序设计 (16)3.2时间日期控制子程序 (17)3.3定时中断子程序 (18)第四节结束语 (20)基于单片机的多功能LCD时钟第1节引言近年来，随着我国科技的不断发展，我国经济发展的支柱产业——电子产业获得长足发展，近年来各种电子产品琳琅满目，随处可见，随着电子产品的更新速度的加快，各种功能强大，款式新颖的电子产品不断问世。
电子时钟便是这一发展趋势中的代表，各种功能的电子时钟应有尽有，且功能不断更新。
电子时钟的研究也成为大多数相关专业的学生以及研究人员争先研究的对象，本人根据长时间对市场的关注和对同行对电子时钟的研究，总结前人以有经验特提出此项目设计，此项目结合了前人对电子时钟的研究成果，具有功能强大，设计人性化的特点。
此项目的制作，对提高在校学生的科研能力以及丰富大学生课外生活具有重要意义。
1.1多功能LCD时钟系统概述本设计以单片机AT89C51为控制核心，由实时时钟模块、环境温度检测模块、电压检测模块、人机接口模块、报警模块等部分组成。
其中实时时钟采用DS12887可实现年月日时分秒等时间信息的采集和闹钟功能。
温度检测模块由DS18B20集成温度传感器对现场环境温度进行实时检测。
电网检测模块由AD536、ICL7135等实现对电网电压有效值的采样和频率的间接测量及电网电压的欠压、过压检测。
毕业设计课题名称：基于单片机的数字钟设计院系名称专业班级学生姓名学号指导教师完成日期：摘要多功能数字钟的应用非常普遍，由单片机作为数字钟的核心控制器，通过它的时钟信号进行实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。
本设计具有计时、校时等功能的数字时钟，是以单片机AT89C51为核心元件同时采用LCD显示器动态显示“时”、“分”、“秒”、“年”、“月”、“日”的现代计时装置。
另外具有校时功能，秒表功能，和定时器功能，利用单片机实现的数字时钟具有编程灵活，便于功能的扩充等优点。
关键词：多功能、AT89C51、LCDAbstractThe application of multi-function digital clock very general, by single chip microcomputer as the core controller, digital clock through its clock signal timing function, will realize its time data SCM outputs, using monitors displayed. This design has the timing, reset function of digital clock, is single-chip microcomputer AT89C51 as the core element also adopts LCD display dynamic display "hour"" minutes" and "second", "year", "month", "day" modern timing device. Another is reset function, stopwatch function, and timer function, using the microcomputer digital clock with programming flexible, facilitate function expansion, etc.Keywords: multi-function, AT89C51, LCD目录摘要 (2)Abstract (2)目录 (3)一、设计意义和方案 (3)1.1 任务要求 (3)1.2 设计意义 (4)1.3 设计方案 (4)二、硬件设计 (4)2.1 单片机的介绍及特点 (4)2.2 单片机选择 (5)2.1.1 单片机的引脚说明 (6)2.1.2 定时/计数器 (9)2.2 显示方案 (9)2.3 时钟电路 (10)2.4 复位电路 (10)三、软件设计 (11)四、仿真原理图 (12)五、系统测试 (12)5.1 硬件测试 (12)5.2 软件测试 (13)六、总结 (13)参考文献 (14)附录 (14)程序完整代码 (14)一、设计意义和方案1.1 任务要求⑴通过单片机内定时器控制走时，准确持续走时，调时不影响走时。
长春工业大学智能仪表综合训练设计说明书题目：基于单片机的LCD数字电子钟学生姓名：学号：专业：测控技术与仪器班级：指导教师：摘要数字电子钟是采用电子电路实现对年、月、日、时、分、秒数字显示的计时装置，由于数字集成电路的发展和石英晶体震荡器的广泛应用，使得数字电子钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，成为人们日常生活中不可缺少的必需品。
本文介绍了基于单片机的多功能数字电子钟设计。
系统以STC89C52RC为核心，具有时间和日期的显示及设置功能。
硬件电路包括STC89C52RC单片机小系统电路、数字显示电路、时钟日期电路几部分模块。
再通过C语言编程对各模块进行调试，最后达到设计要求的效果。
这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间和日期精度高，操作简单，编程容易。
关键词：STC89C52RC单片机；LCD1602液晶显示器；时间设置；日期设置目录第1章前言 (4)1.1课题研究的现实性意义 (4)1.2国内外研究现状 (4)1.3课题基本要求 (5)第2章总体方案设计 (6)2.1方案原理 (6)2.2 硬件选择 (6)2.2.1单片机选择 (6)2.2.2显示器选择 (6)2.2.3晶振的选择 (7)第3章硬件设计 (8)3.1键盘电路 (8)3.2复位电路 (8)3.3晶振电路 (9)3.4 LCD显示电路 (10)第4章软件设计 (11)4.1 Protel 99SE (11)4.2程序主流程图 (11)4.3初始化流程图 (12)4.4延时中断子程序 (12)4.5时间设置子程序 (13)总结 (14)参考文献 (15)附录A：数字电子钟硬件原理图 (16)附录B ：C语言源程序 (17)第1章前言1.1课题研究的现实性意义20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
基于单片机的LCD电子时钟的设计作者：朱飒飒来源：《电子世界》2013年第09期【摘要】本设计采用AT89S52单片机为核心，构成单片机控制电路，阐述了系统工作原理，给出了软件流程。
AT89S52是一种8位Flash单片机。
该器件采用ATMEL非易失存储器制造技术制造，与工业标准的80C51和80C52指令集和输出管脚相兼容。
结合DS1302时钟芯片和Flash存储器，完成时间的自动调整和掉电保护。
年、月、日以及星期、时、分、秒全部信息用液晶显示。
通过按键的组合可以实现时间日期的调整以及时间温度的语音播报。
【关键词】AT89S52；LCD；电子时钟；DS1302时钟芯片；语音1.引言时钟是在人们日常生活中用以掌握一天时间的一种器具，关乎人们一天生产劳动的作息调整。
每家每户、每所学校、每个公司等等都能找到时钟的踪迹，时钟无处不在，人们无时无刻不在了解时间。
在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活中，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。
因此时钟是人们必不可少的。
传统的时钟绝大多数都是发条驱动式、电机传动式或电钟式等机械时钟，部分电子器械中也有使用时间继电器的。
相对于传统的时钟，电子时钟的体积小、重量轻、造价低、精度高、寿命长、而且安全可靠、调整方便、适于频繁使用。
所以电子时钟的发展必定大有前途。
同时随着现代电子技术的发展，电子时钟也在不断的进步，朝着更多用途、更高精度、更小体积发展着。
本设计实现一款可正常显示时钟、带有定时闹铃的多功能电子时钟。
本课题通过AT89S52单片机来设计电子时钟，采用C语言进行编程，可以实现以下一些功能：小时，分，秒和年，月，日的显示、定时报警功能。
本次设计的电子时钟系统由时钟电路，LCD显示电路，定时报警电路，按键调整电路四部分组成。
单片机通过软件编程，在LCD12864液晶屏上实现小时，分，秒和年，月，日的显示；利用时钟芯片DS1302来实现计时，定时功能；通过三个按键联合工作实现时间和闹钟的设置工作；到达设置的闹钟时间时，由蜂鸣器发声，起报警作用。
基于单片机控制LCD显示电子时钟设计摘要本设计使用11.0592MHZ晶振与单片机AT89C52相连接，以AT89C52芯片为核心，采用1602的并行操作方式显示。
通过使用该单片机，实现把时间和温度显示在1602液晶上，并且按秒实时更新。
STC89C52单片机是由深圳宏晶科技公司推出的，功耗小，电压可选用4～6V电压供电。
通过板子上的按键可随时调节时钟的年、月、日、星期、时、分、秒，按键设计3个有效按键，分别有功能选择键、数值增大键、数值减小键。
在每次的按键按下时，蜂鸣器有“滴”的提示声。
再利用DS12887设计实现断电自动保护显示数字的功能，当下次上电时会接着上次上电前的时间继续运行。
本设计的+5V电源采用LM1117电压转换元件，将电源适配器转换得到的12V电压直接变成5V电压供系统使用。
通过软硬件结合达到最终目的。
关键词:单片机AT89C52;1602液晶;电子时钟;DS12887芯片AbstractThe design uses a 11.0592MHz crystal with AT89C52 microcontroller is connected to the AT89C52 chip as the core, and 1602 parallel operation. By using the microcontroller, the time is displayed in 1602, and updated in real time in seconds. STC89C52 microcontroller is launched by the Shenzhen-Hong Crystal Technology, Inc., low power consumption, voltage can be used to 6V voltage power supply. Through the keys on the board can always adjust the clock of the year, month, day, week, when, minutes, seconds, button design 3 effective keys, function selection key, increase the value of the key, key decreases the value. Each time the button is pressed, the buzzer tone "drop". Re-use the DS12887 design power-off automatically to protect the display number, then the last time before the power to continue running when the next power. The design of the 5V power supply using LM1117 voltage conversion device, power adapter converted directly into 12V voltage 5V voltage for system use. Through a combination of hardware and software to achieve the ultimate objective.Keywords: Microcontroller AT89C52;1602 LCD;Electronic clock;DS12887chip目录第1章绪论 (1)1.1 电子时钟的研究背景 (1)1.2 电子时钟的国内外研究现状 (1)第2章设计思路与方案选择 (3)2.1 系统的设计思路 (3)2.2 方案选择 (3)2.2.1 单片机芯片的选择 (3)2.2.2 显示模块及时钟芯片的选择 (4)2.2.3 温度系统方案选择 (4)2.2.4 报警系统的方案比较 (4)2.2.5 键盘控制方案选择 (4)第3章系统的硬件设计与实现 (5)3.1电路设计框图 (5)3.2主要硬件电路的设计 (5)3.2.1 单片机主控制模块的设计 (5)3.2.2 显示模块的设计 (9)3.2.3 时钟电路模块的设计 (12)3.2.4 温度采集模块设计 (17)3.2.5 按键调整系统模块设计 (17)3.2.6 蜂鸣器报警模块 (18)第4章软件设计 (19)4.1 软件设计总体说明 (19)4.2 程序软件的实现 (19)第5章总结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论1.1电子时钟的研究背景20世纪末，在电子技术极速发展的推动下，现代电子产品以及各种高科技产品渗透到了社会的多个领域，这有力地推动了社会信息化程度以及综合科技水平的提高，但产品更新的也越来越快。
基于单片机的LCD电子时钟设计随着科技的不断发展，单片机已经成为现代电子设备中的重要组成部分。
其中，LCD电子时钟的设计与应用更是受到广泛。
基于单片机的LCD电子时钟设计具有精度高、稳定性好、体积小、耗电量低等优点，被广泛应用于家居、办公、交通运输等领域。
一、设计原理基于单片机的LCD电子时钟设计主要由单片机、时钟电路和LCD显示模块组成。
其中，单片机作为主控制器，负责读取时钟信号并控制LCD显示模块。
时钟电路则产生一个高精度的实时时钟信号，LCD显示模块则负责将时间信息显示出来。
二、硬件设计1、单片机选择：单片机是整个系统的核心，负责读取时钟信号、处理数据并控制LCD显示模块。
常见的单片机型号包括STM32、PIC、AVR等。
根据实际需求，选择合适的单片机型号。
2、时钟电路：时钟电路是整个系统的核心部分，它产生高精度的实时时钟信号。
常见的时钟电路包括石英晶体振荡器、GPS模块等。
根据实际需求，选择合适的时钟电路。
3、LCD显示模块：LCD显示模块负责将时间信息显示出来。
常见的LCD显示模块包括字符型LCD和图形型LCD。
根据实际需求，选择合适的LCD显示模块。
三、软件设计软件设计是整个系统的重要组成部分，它需要实现读取时钟信号、处理数据并控制LCD显示模块的功能。
具体的软件设计流程如下：1、初始化：初始化单片机、时钟电路和LCD显示模块。
2、读取时钟信号：通过时钟电路读取实时时钟信号。
3、处理数据：对读取的时钟信号进行处理，提取出年、月、日、时、分、秒等信息。
4、控制LCD显示模块：将处理后的时间信息通过LCD显示模块显示出来。
5、循环执行：重复执行上述步骤，实现LCD电子时钟的实时更新。
四、调试与优化完成硬件和软件设计后，需要对系统进行调试和优化。
具体的调试和优化步骤如下：1、通电测试：将系统通电，检查各部分是否正常工作。
2、精度测试：检查时钟电路的精度是否满足要求。
3、LCD显示测试：检查LCD显示模块是否能正确显示时间信息。
毕业设计题目：一种基于51单片机的LCD时钟的设计学院：系别：电气工程系班级：姓名：指导老师：目录0 前言 (3)1.单片机的介绍及的基础知识 (4)2.单片机的定时/计数器及I/O接口 (5)3.LCD接口显示 (9)4.带单片机的LCD时钟 (12)后记 (27)参考文献 (28)前言8051是目前市面上相当流行的单片机，以基本的8051软硬件设计为基础，结合一些特殊接口的程序设计，最基本的8051基本程序设计，介绍了用8051制作LCD时钟的技巧，本书撰写的主导思想是软硬件相结合，以硬件为基础，来执行各功能模块的编写。
本设计利用单片机8051的控制程序结合LCD设计一个简易的微电脑时钟，可以放在自已的工作桌上使用告知现在的时间，或是每次重置后开始计时，记录完成一件工作要花费多少时间，利用单片机定时器设计时间计时处理，这是许多电子装置最基本的功能。
本书语言通俗易懂，结构紧凑，主要介绍了8051单片机的定时/计数器，并行I/O接口，LCD接口显示，用带单片机的LCD时钟显示器来设置时间，硬、软件电路设计流程图及具体描述，及其源程序编码等内容。
本书在编写的过程中得到了许多同学们和老师的帮助和大力支持，提出了许多宝贵的意见和建议，在此向他们表示感谢。
由于编者水平有限，加上时间仓促，书中难免有错误于不妥之处，请检阅及指导老师批评指正。
第一章单片机的基础知识单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机，是将CPU、存储器、总线、I/O接口电路集成在一片超大规模集成电路芯片上，是典型的嵌入式微控制器。
由于单片机具有体积小、功能全、可靠性好、价格低廉的突出优点，因而问市后广泛应用于工业控制、仪器仪表、交通运输、通信设备、家用电器等众多领域，使得许多领域的自动化水平和自动化程度得以大幅度提高，成为现代电子系统中最重要的智能化器件之一。
单片机的广泛推广和应用，反过来也进一步使得单片机本身得到了迅速的发展,不断地更新换代并逐渐改进和完善各方面的功能。
基于单片机的LCD1602电子时钟设计一、设计任务和目的1.1、设计任务（1）：用单片机设计基于LCD1602的电子时钟，显示时间和日期；（2）：误差精度控制在1s/天；（3）：具有时间和日期的校准功能；（4）：能区分某年是闰年或平年，并对应显示2月份的天数；（5）：根据月份的不同显示不同的最大日数；（6）：搭建仿真电路图，模拟单片机要实现的功能；（7）：焊接单片机开发板；（8）：编写程序，下载并调试，实现要求的功能。
1.2、设计目的（1）：熟练掌握KEIL软件的使用方法；（2）：熟练掌握PROTEUS软件的使用方法；（3）：掌握单片机I/O接口的工作原理；（4）：掌握LCD显示器的工作原理及编程方法；（5）：掌握独立式键盘的工作原理及编程使用方法；（6）：掌握单片机的下载使用方法。
二、设计思路和方案论证2.1、设计思路电路总体上分为控制和显示部分。
以单片机最小系统作为核心控制电路，控制LCD显示，具体显示内容及方式由软件来完成；由于有时钟和日期的调节功能需要校准电路和基本的复位电路，复位电路采用按键复位，调节键、加1键、减1键三个按键完成，共需四个按键；计时功能由固定频率的晶振完成（采用11.0592MHz）；显示部分主要采用LCD1602作为显示。
2.2、方案论证（1）：时钟芯片的选择和论证方案一：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、月、年以及闰年补偿的年进行计数，精度也较高，工作电压2.5V~5.5V范围内，功耗也较低，但价格比较贵。
方案二：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现秒、分、时、日、月、年计数。
采用此方案实现虽然有一定的时间误差，但可减少芯片的使用，节约成本，易于实现，符合现实选用，所以采用此种作为时钟信号发生器。
（2）：显示模块选择方案和论证：方案一：采用点阵式图形LCD12864液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示文字，图形，显示多样，清晰可见，但是价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中不采用点阵式图形LCD12864液晶显示屏。
基于单片机的lcd电子时钟设计随着科技的发展，电子产品逐渐成为人们生活中必不可少的部分。
其中，电子时钟是人们生活中经常使用的一种电子产品。
电子时钟通过精准的电子元件来测量时间，比传统时钟计时更为准确、实用。
在这篇文档中，我将介绍一种基于单片机的LCD电子时钟设计。
一、设计原理该电子时钟的核心是单片机AT89C51，其运行频率为12MHz。
另外，该时钟使用4位7段LCD显示器来显示时间。
由于该LCD显示器需要保持常电流状态，因此电子时钟配备了LM324运算放大器，用于调整电流并实现显示。
当单片机初始化时，它会将当前的时间读取到内部存储器中，至此时钟启动。
单片机读取内部存储器将获取到各种时间信息，包括秒、分、时、日、月和年。
接下来，单片机通过CPU时钟中断，每秒钟更新一次时间，同时在LCD显示区域更新时间数据。
二、硬件设计该电子时钟需要一些硬件设备才能正常运行。
我们需要以下电子设备：1. 单片机AT89C512. 4位7段LCD3. 若干电容4. 数量不定的电阻5. LM324运算放大器6. 晶体7. LED灯通过以上硬件部件的搭配，我们可以实现一个完整的电子时钟设备。
三、软件设计在开发电子时钟硬件之后，我们需要写一些软件来控制它的运行。
在本例中，我们使用C语言编写时钟控制程序。
基本的程序控制框架如下：1. 初始化单片机，设置相关校准参数2. 读取系统时间，并将其存储到内部存储器中3. 每秒钟更新时间信息4. 对时钟时间进行格式化，以便在LCD显示屏幕上显示5. 在LCD显示区域显示格式化数据6. 不断循环执行上述步骤以上步骤需要编写正确的代码才能正常工作。
在编写C程序时，需要注意单片机的内部存储器、寄存器、I/O端口等的使用，同时还需要考虑程序执行速度、指令优化以及机器资源分配等各个方面。
四、总结在本文中我们介绍了基于单片机的LCD电子时钟的设计，并分别阐述了其硬件和软件设计的基本原理。
作为一种基于电子、精准、实用的时间计算设备，电子时钟在现代社会中得到了广泛应用。
数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计题目：基于弹片机的多功能LCD时钟专业：电子信息工程班级：电信041姓名：学号：指导老师：成绩：基于单片机的多功能LCD时钟第1节引言近年来，随着我国科技的不断发展，我国经济发展的支柱产业——电子产业获得长足发展，近年来各种电子产品琳琅满目，随处可见，随着电子产品的更新速度的加快，各种功能强大，款式新颖的电子产品不断问世。
电子时钟便是这一发展趋势中的代表，各种功能的电子时钟应有尽有，且功能不断更新。
电子时钟的研究也成为大多数相关专业的学生以及研究人员争先研究的对象，本人根据长时间对市场的关注和对同行对电子时钟的研究，总结前人以有经验特提出此项目设计，此项目结合了前人对电子时钟的研究成果，具有功能强大，设计人性化的特点。
此项目的制作，对提高在校大学生的科研能力以及丰富大学生课外生活具有重要意义。
节 1.01 1.1多功能LCD时钟系统概述本设计以单片机AT89C51为控制核心，由实时时钟模块、环境温度检测模块、电压检测模块、人机接口模块、报警模块等部分组成。
其中实时时钟采用DS12887可实现年月日时分秒等时间信息的采集和闹钟功能。
温度检测模块由DS18B20集成温度传感器对现场环境温度进行实时检测。
电网检测模块由AD536、ICL7135等实现对电网电压有效值的采样和频率的间接测量及电网电压的欠压、过压检测。
人机接口模块由4×4键盘和LCD12864点阵液晶组成，可实现时间显示、闹钟设置、环境温度测量、电网电压、电网频率显示等功能。
报警模块由报警蜂鸣器和带音乐芯片的扬声器等可实现闹铃控制和电网电压的过压、欠压报警功能。
节 1.02 1.2本设计任务和主要内容本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、实时时钟模块、环境温度检测模块、电压检测模块、人机接口模块、语音报警模块等。
单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。
它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
实时时钟芯片采用带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，完全能满足设计的要求。
温度检测电路采用DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20，它具有独特的单线总线接口方式，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。
电网电压检测电路采用有效值转换芯片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。
语音报警电路是提示用户系统的实时状态或对系统进行操作，语音电路可提供整点报时、闹铃以及过压警示等功能。
因此，语音电路所选用的芯片必须具备三种功能：分段录音、放音、可寻址，根据这些功能要求，本系统选用美国ISD公司的ISD1420。
人机接口模块采用7279控制键盘，采用液晶显示。
液晶显示功耗低，轻便防震，由于本设计显示信息比较复杂，采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。
本设计采用LCD（128×64）显示各种状态。
频率测量方案采用测量周期法。
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Tc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Tx，然后取其倒数即为被测量信号的频率。
第2节系统主要硬件电路设计节 1.03 2.1单片机控制系统原理方案一：采用CPLD作为主控制器控制外围电路进行电压、频率测量，时钟控制、温度测量、键盘和LED控制、报警控制。
此方案逻辑电路复杂，且灵活性较低，不利于各种功能的扩展，在测电压时将通过A/D测得的数值转化为电压有效值时有一定的困难。
方案二：采用89C51单片机来实现系统的控制。
键盘用芯片7289控制，时钟芯片采用DS12887，温度传感器采用DS18B20。
市电信号电压可通过更高精度的AD536A、ICL7135等测得，频率可采用测周期法间接测得。
此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本题的基本要求和扩展要求。
此方案基本原理框图如下图所示。
比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能完全达到设计要求，故采用第二种方案。
图2-1系统总体设计框图节 1.04 2.2模块电路设计与比较时钟方案选择：方案一：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，能很好的符合要求。
故采用方案二。
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℃，分辨率较高，重复性和可靠性好。
故采用方案二。
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。
故采用方案二。
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Tc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Tx，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。
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。
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。
采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。
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。
节 1.05 2.3 各功能模块硬件设计及实现本设计以单片机AT89C51为控制核心，由实时时钟模块、环境温度检测模块、电压检测模块、人机接口模块、语音报警模块等部分组成。
可实现时间显示、闹钟设置、环境温度测量、电网电压、电网频率显示等功能。
报警模块由报警蜂鸣器和带音乐芯片的扬声器等可实现闹铃控制和电网电压的过压、欠压报警功能。
键盘用芯片7279控制，时钟芯片采用DS12887，温度传感器采用DS18B20。
市电信号电压可通过更高精度的AD536A、ICL7135等测得，频率可采用测周期法间接测得。
此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本设计的基本要求和扩展要求。
硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现此设计基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：①系统稳定度；②器件的通用性或易选购性；③软件编程的易实现性；④系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。
现从各功能模块的实现逐个进行分析探讨。
2.3.1单片机控制系统单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。
它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
为了简化电路、降低成本、提高可靠性，本系统采用A T89C51作为主控制器，它是一款与MCS51完全兼容且内部自带有4KB 的Flash存储器及256KB RAM单元的芯片，因此可以不需另外扩展EEPROM及静态RAM就可以实现所需功能。
单片机最小系统是软硬件系统连接的桥梁。
它包括：单片机89C51键盘管理芯片7289可编程外围并行接口芯片82554*4键盘LCD12864液晶模块其中单片机最小系统的电路图如图2-2所示。
图2-2 单片机最小系统单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。
MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图2-2所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
图2-2中外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHz。
为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。
单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
