【正文】 ，現(xiàn)代科技的進(jìn)一步發(fā)展。新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮，電子技術(shù)的發(fā)展更是日新月異?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，電子技術(shù)的應(yīng)用無(wú)處不在，電子技 術(shù)正在不斷的改變著我們的生活，改變著我們的世界。在這快速發(fā)展的時(shí)代，時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)是越來(lái)越寶貴，在快節(jié)奏的生活里，人們往往忘記了時(shí)間。一旦遇到重要的事情，忘記時(shí)間這將會(huì)帶來(lái)很大的損失。因此我們需要一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)來(lái)提醒這些忙碌的人，而電子鐘可以給人們帶來(lái)了極大的方便，使人們掌握準(zhǔn)確的時(shí)間，從而挽回那些損失。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， 已經(jīng) 可以將 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出 (I/O)接口電路等計(jì)算機(jī)的主要部件集成在一塊集成電路芯片上， 這樣組成的芯片級(jí)的微型計(jì)算機(jī)就是“單片微型計(jì)算機(jī) (Single Chip Microputer)”。由于單片機(jī)從功能和形態(tài)來(lái)說(shuō)都是作為控制領(lǐng)域應(yīng)用的要求而誕生的，并且發(fā)展到新一代 80C5M68HC11 系列單片機(jī)時(shí)，在其中著力擴(kuò)展了各種控制功能，如模 /數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換、脈寬調(diào)制 (PWM)、計(jì)數(shù)器捕獲 /比較邏輯 (PCA)、高速 I/O 口和 WDT 等，已突破了微型計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)內(nèi)容。所以更準(zhǔn)確的叫法應(yīng)是微控制器 (Micro Controller Unit— MCU)。 由于單片機(jī)具有靈活性強(qiáng)、成本低、功耗低、保密性好等特點(diǎn)，所以電子鐘一般都以單片機(jī)為核心，外加一些外 圍設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，他從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱(chēng)為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 單片機(jī)模塊中最常見(jiàn)的是電子鐘，電子鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，廣泛用于個(gè)人家庭，車(chē)站，辦公室等公共場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，隨著科技的發(fā)展，讓你們對(duì)電子產(chǎn)品的應(yīng)用要求越來(lái)越高，電子鐘不但可以顯示當(dāng)前的時(shí)間，而且可以顯示日期 ， 給人們的生 活帶來(lái)了方便。 當(dāng)今應(yīng)用領(lǐng)域電子鐘的發(fā)展趨勢(shì) 單片機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三代 ： 第一代 ： 以 1976 年推出的 MCS48 系列為代表，其主要的技術(shù)特征是將 CPU 和計(jì)算機(jī)外圍電路集成到了一個(gè)芯片上，成為與通用 CPU 分道揚(yáng)鑣的標(biāo)志。 第二代 ： 以 MCS的 805 8052 為代表。主要技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)微控制器化。代表產(chǎn)品為 Intel 公司 MCS51， Motorola 公司 68HC05。 第三代 ： 以 89C51 系列單片機(jī)為代表，這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品以 CMOS 化為特色，以完善的單片機(jī)的控制功能為己任。 89C51 是 80C51 含 EEPROM 的產(chǎn)品。這兩種單片機(jī)有兩級(jí)或三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密系統(tǒng)，用以保護(hù) EPROM 或 EEPROM 中的程序，以防止非法復(fù)制。近幾年，單片機(jī)競(jìng)相采用 Flash 存儲(chǔ)器 ，它可以取代 PROM、 EPROM、 OTP 和 EEPROM。利用 Flash 存儲(chǔ)器可高速讀 /寫(xiě)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程 ISP 和在應(yīng)用編程 IAP。 近些年，隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)電子鐘的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的時(shí) 2 鐘已不能滿(mǎn)足人們的需求。新型的電子時(shí)鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化。傳統(tǒng)的電子鐘從硬件電路設(shè)計(jì)方面來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)起來(lái) 很麻煩，費(fèi)工費(fèi)時(shí)?？垢蓴_的問(wèn)題也比較突出，由于體積相對(duì)大一些，使用起來(lái)也不是很方便。而現(xiàn)在的電子時(shí)鐘硬件簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)、成本低、功耗低、保密性好，使用方便。 目前，國(guó)際上的電子鐘正從模擬式向數(shù)字式，由集成化向智能化的方向飛速發(fā)展。如今，隨著數(shù)字芯片的誕生，曾經(jīng)令人眼花繚亂的電路。密密麻麻焊接在一起的元器件，如今已經(jīng)被一個(gè)小小的、毫不起眼的芯片代替了。 本課題主要研究的內(nèi)容 本課題研究的是基于單片機(jī) AT89S52 的控制來(lái)設(shè)計(jì)帶日歷電子鐘。在查閱了大量資料后，決定采用基于 AT89S52 單片機(jī)的電子鐘設(shè) 計(jì)方案。本方案以 AT89S52 單片機(jī)作為主控核心，與時(shí)鐘芯片 DS130 LCD1602 液晶顯示屏組成硬件系統(tǒng)。此硬件系統(tǒng)能顯示豐富的信息。綜上所述此電子鐘具有讀取方便、顯示直觀、電路簡(jiǎn)潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)背景。 通過(guò)一系列的仿真，仿真結(jié)果證明，設(shè)計(jì)的帶日歷電子鐘完全達(dá)到了課題預(yù)期制定的各項(xiàng)功能指標(biāo)，成功的完成了課題的最終目標(biāo)。 3 第二章 系統(tǒng)方案論證 系統(tǒng)具體要求 (1) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1) 設(shè)計(jì)一個(gè)帶 日歷的電子鐘。 2) 完成 5000 漢字的與設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的英文資料的翻譯。 (2) 設(shè)計(jì)的主要功能與設(shè)計(jì)要求 1) 滿(mǎn)足電子鐘的基本功能： 2) 帶日歷：正常顯示年月日 系統(tǒng)基本方案的選擇和論證 該系統(tǒng)既可以通過(guò)純硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)。根據(jù)電子時(shí)鐘的核心部件 —— 秒信號(hào)的產(chǎn)生原理，通常有三種形式： (1) 采用 NE555 時(shí)基電路的實(shí)現(xiàn)形式 采用 NE555 時(shí)基電路或其他振蕩電路產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)，作為秒加法電路的時(shí)鐘信號(hào)或微處理器的外部中斷輸入信號(hào)，可構(gòu)成電子鐘。由 555構(gòu)成的妙脈沖輸發(fā)生器電路如圖 21 所示。輸出的脈沖信號(hào) Vo 的頻率 f=(RA+2RB)*C，可通過(guò)調(diào)節(jié)這三個(gè)參數(shù)，使輸出 Vo 的頻率為精確的 1Hz。 (2) 采用石英鐘專(zhuān)用的實(shí)現(xiàn)形式 采用石英鐘專(zhuān)用計(jì)時(shí)芯片實(shí)現(xiàn)的電子鐘，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)時(shí)精度高的特點(diǎn)。石英計(jì)時(shí)芯片（簡(jiǎn)稱(chēng)“機(jī)心”）比較多，常見(jiàn)的型號(hào)有 STP5512F，SM5546A 和 D60400 等。現(xiàn)結(jié)合康巴絲石英匯鐘常用的STP5512F 型為例做一簡(jiǎn)單介紹。利用 5512F 的 2 秒輸出信號(hào)作為秒加法電路的計(jì)數(shù)脈沖，可實(shí)現(xiàn)電子時(shí) 鐘。 5512F 的引腳圖如圖 22 所示： 其中，引腳 8 為外接晶振及振蕩電路，引腳 1 接電源正極，電源為 ，引腳 4 原為指針用步進(jìn)電機(jī)線(xiàn)圈的輸出驅(qū)動(dòng)，這里可用 3 腳作為脈沖輸出，頻率決定于外接晶振的頻率。 (3) 采用基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)形式 利用單片機(jī)的智能性，可方便地實(shí)現(xiàn)具有智能電子鐘的設(shè)計(jì)。由于微處理器均具有時(shí)鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時(shí)鐘借助微處理器的定時(shí) /計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)電子鐘功能。雖然，系統(tǒng)時(shí)鐘的誤差較大，電子鐘的累積誤差也可能較大，但可以通過(guò)誤差修正軟件加以修正。 在總體設(shè)計(jì)思路中，我將其與過(guò)去學(xué)習(xí) 過(guò)的數(shù)字電路進(jìn)行了比較，決定采用單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)形式。 圖 21 基于 555 的妙脈沖發(fā)生器 圖 22 5512F的引腳圖 4 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證 方案一： 采用 89C51 芯片作為硬件核心，其為高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，該芯片采用 Flash ROM，內(nèi)部具有 4KB 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 （ PEROM）、 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、 32 位可編程 I/O 口線(xiàn)、 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 6 個(gè)中斷源、可編程串行 UART 通道及低功耗空閑和掉電模式，能于 3V 的超低壓工作，而且與 MCS51系列單片機(jī)完全兼容，但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備 ISP 在線(xiàn)編程技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。 方案二： 采用 AT89S52，片內(nèi) ROM 全都采用 Flash ROM，能以 3V 的超低壓工作，同時(shí)也與MCS51 系列單片機(jī)完全兼容，該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為 8KB ROM 存儲(chǔ)空間，同樣具有 89C51的功能，且具有在線(xiàn)編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。 系統(tǒng)采用方案二。 顯示 器件的選擇方案和論證 方案一： 采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描， LED 數(shù)碼管是利用二極管發(fā)光顯示數(shù)字和字母，具有亮度大，通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。 LED 數(shù)碼管價(jià)格適中，對(duì)于顯示數(shù)字合適。采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí)，雖然占用的單片機(jī)口線(xiàn)少，但是由于它工作電流較大，顯示的信息量有限，連線(xiàn)還需要花費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間，若在此題目中應(yīng)用就會(huì)受到很大的限制，所以不用此種作為顯示。 方案二： 采用 LCD1602 液晶顯示屏， LCD1602 液晶顯示屏的顯 示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見(jiàn)。而且液晶顯示有功耗低、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、不產(chǎn)生電磁輻射污染等優(yōu)點(diǎn)。所以在此設(shè)計(jì)中采用 LCD 液晶顯示屏。 系統(tǒng)采用方案二。 時(shí)鐘電路 的選擇方案和論證 方案一： 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大，所以不采用此方案。 方案二： 采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)年、月、日、星期 、時(shí)、分、秒以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)， 31 個(gè)字節(jié)的靜態(tài) RAM 作為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ~ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300nA。而且精度高、接線(xiàn)少、使用起來(lái)非常方便。所以在此設(shè)計(jì)中采用 DS1302 進(jìn)行計(jì)時(shí)。 系統(tǒng)采用方案二。 5 電路設(shè)計(jì)最終方案決定 綜上各方案所述，對(duì)此課程設(shè)計(jì)的最終方案選定為： 采用 AT89S52 作為主控制芯片， DS1302 時(shí)鐘芯片提供時(shí)鐘， LCD1602 液晶顯示芯片用來(lái)顯示數(shù)據(jù)結(jié)果。 硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)如圖 23 所示： 圖 23 硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖 6 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的硬件由主控制器 AT89S52， DS1302 時(shí)鐘電路， LCD1602 液晶顯示電路組成。 系統(tǒng)硬件描述 本系統(tǒng)是由 AT89S52 單片機(jī)為控制核心，具有在線(xiàn)編程功能、低功耗、能在 3V 超低壓工作。時(shí)鐘電路由 DS1302 構(gòu)成， DS1302 是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，采用三線(xiàn)接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，具有使用壽命長(zhǎng)，精度高和方便操作等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能。顯示部 分由 LCD1602 構(gòu)成， LCD1602 是 2 行 16 個(gè)字的 5*7 點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，具有體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于小型手持式設(shè)備。 芯片介紹 AT89S52 芯片 (1) 主要性能 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容、 8K 字節(jié)的系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器、 1000 次擦寫(xiě)周期、全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33MHz、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、 32 個(gè)可編程 I/O 口線(xiàn)、三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、八個(gè)中斷源、全雙工 UART 串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門(mén)狗定時(shí)器 、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識(shí)符。 (2) 功能特性描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口 線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。 (3) 如圖 31 所示為 AT89S52 的引腳圖： 7 圖 31 AT89S52 引腳圖 AT89S52 芯片引腳說(shuō)明： 1) VCC：運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加 +5V 的供電電壓。 2) VSS：接地 3) P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字