浅谈多功能数字钟的设计

　　引 言

　　04年度的电子设计大赛B题, 要求在数字钟的基础上, 实现电压、频率、温度的测量。同时要求具有欠、过电压报警; 非接触止闹的功能。就此要求在导师指导下, 利用8031单片机为核心, 配以简单的外围电路, 较好地实现了各项功能, 下面就各部分加以论证。

　　1. 系统流程

　　在设计键盘/显示接口电路时, 采用了8279键盘/显示控制器, 它能实现对键盘的自动扫描, 防抖,并对显示器自动刷新, 总体流程见图1让8279工作于中断方式, 不仅缩短了软件对键盘/显示器的查询时间, 而且提高了CPU的利用率。

　　2. 数字钟部分

　　利用了8031的定时/计数器, 通过设置初值, 每经过0.1秒, 计数器记满溢出, 向CPU申请中断, 然后利用内部的计数单元来记录脉冲的个数, 实现了时钟功能。本例采用了工作方式1, 定时/计数器的初值设置为: TH0=3CH,TL0=07BH。系统流程图见图2:

　　3. 温度测量部分

　　此部分的主要内容是利用单片机系统实现温度的采集与控制。温度信号由温度传感器AD590K的温度/电压转换电路提供, 对温度传感器AD590K进行了精度大于±0.1℃非线性补偿, 温度实时控制采用了分段线性和积分分离PI算法, 其分段点是设定的函数。

　　温度传感器AD590K具有较好的精度和重复性( 重复性优于±0.1℃), 其良好的非线性可以保证优于±0.1℃的测量精度。电路图见图3:

　　4. 频率测量部分

　　自动监测或控制系统中, 通常采用的测频方法有两种:

　　方案一: 频率法(F法)———测量单位时间的脉冲数。

　　方案二: 周期法(T法)———测量脉冲的周期, 加以转换得到。

　　由于所测量的对象为低频, 故选用周期法。原理图见图4。利用了8031的定时/计数器, 以被测信号的周期作为闸门, 统计单个待测脉冲的Ts内所发生的机器周期Tx的个数Nx,则T_s= N_x×T_x

　　5.电压测量部分

　　由于待测量为周期变化的正弦交流电压, 故可通过采集最大值经A/D转换, 然后再经数学换算, 最后由数码管显示出来, 针对瞬时最大值的采集, 有两种方案:

　　5.1 1/4周期法

　　通过测频信号可以发现, 正弦量的最大值总出现在测量信号上跳沿出现后的第1/4个周期, 利用此规律, 我们采用定时器, 在测频信号上跳沿后的0.005秒进行采样, 便可得瞬时最大值Ump, 此方法简单易行。

　　5.2 最大值法

　　用此方法测量时。在每个周期内进行多次采样,每次采样经A/D转换后存入指定单元, 利用间期, 对每次采样值与前一次采样值进行比较, 取最大 ( 最小)者, 此值即为瞬时峰值电压U_mp。