调光闹钟的设计

　　1 组成及工作原理

　　本系统主要由单片机作为控制系统,外围电路由晶闸管调光电路和时钟电路构成。时钟电路主要用于显示时间和设置闹钟时间。晶闸管调光电路主要用于调节床头灯光线强弱。

　　2 电路

　　晶闸管调光电路电路图如图 1 所示, 采用 MOC3021双向晶闸管输出型光电耦合器隔离单片机系统和外部的晶闸管。单片机的端口输出低电平信号时, 740 7输出低电平,MOC3021 的输入端有电流输入,输出端的双向晶闸管导通, 触发外部的晶闸管导通, 使得电灯部分电路构成回路, 灯被点亮。当单片机的端口输出高电平时,M O C 3 0 2 1输出端的双向晶闸管关断, 外部晶闸管关断, 相当于电路开路, 灯熄灭。若单片机端口输出脉冲信号, 晶闸管交替导通和关断,可使灯交替亮灭。因为时间短人眼有暂留的现象, 所以灯泡看起来是一直亮的。导通时间和截止时间比例越大, 则灯看起来越亮, 反之导通时间和截止时间比例越小,灯则看起来越暗。这样可以通过调节单片机端口输出脉冲信号的占空比调节灯光的明暗程度。( 本方案中所用的灯泡应采用普通灯泡, 不能用节能灯泡) 。

　　3 时钟电路

　　本设计中的时钟电路部分主要由实时时钟芯片 DS3231、EEPROM、LED 驱动电路等构成。

　　3.1 DS3231 实时时钟芯片

　　为达到精确时间采用时钟器件 DS3231作为失重电路,DS3231 是低成本、高精度I2C 实时时钟(RTC)器件,DS3231 的寄存器能保存秒、分、时、星期、日期、月、年和闹钟设置等信息。具有集成的温度补偿晶体振荡器(TCXO)在 -40℃～+85℃范围内提供每年± 2min 的时钟精度。该器件包含电池输入端, 在没有外部电源的情况可工作 10 年。

　　3.2 EEPROM 24C08

　　24C08 是 8KB 的不具备加密功能的电可擦除 P R O M , 与二线协议 I 2 C 总线兼容,采用 8 脚封装, 体积小, 功耗低, 使用方便,存储结构简单, 只有读写两种操作功能, 在此用于存储时钟芯片信息。

　　3.3 时钟显示电路

　　时钟显示采用六位七段 L E D 显示时间,显示格式为 H H : M M : S S , 以 2 4 时制显示。LED 驱动部分采用集成芯片74HC595,74HC595是具有 8 位移位寄存器和一个存储器, 三态输出功能。数据在 SCHcp 的上升沿输入,在S T c p 的上升沿进入的存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起, 则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入( S E R ) , 和一个串行输出(Q7’), 和一个异步的低电平复位,存储寄存器有一个并行 8 位的, 具备三态的总线输出,当使能 OE 时(为低电平),存储寄存器的数据输出到总线。具体控制方式为第一片74HC595 的输入数据端 SER 连接到单片机的串行数据输出端, 它的数据输出端 Q 7’连接到下一片的 SER 端,各片均采用相同的方法级联而成。各片相应的 SRCLK,SRCLR,E 端分别并联, 作为统一的数据移位信号、串行数据移入锁存器信号和锁存器输出数据信号的。