【正文】 2 第 1 章 設(shè)計(jì)要求與方案選擇 167。 設(shè)計(jì)目的 設(shè)計(jì)一種有線(xiàn) 連接的可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)同從機(jī)通過(guò)串行口協(xié)議來(lái)達(dá)到時(shí)間同步的同步電子時(shí)鐘， 加深對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高分析、解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，提高對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用能力，提高收集文獻(xiàn)、資料的能力，從而達(dá)到綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試的能力。 167。 設(shè)計(jì)要求 基本功能 ： （ 1） 同步電子時(shí)鐘的主機(jī)時(shí)間能與從機(jī)時(shí)間保持同步 （ 2） 可以顯示年月日時(shí)分秒 （ 3） 可以實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)功能 （ 4） 具有定時(shí)鬧鐘功能 （ 5） 具有復(fù)位功能 （ 6） 做出實(shí)物 167。 各模塊方案選擇與論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可分為 單片機(jī)模塊， 液晶顯示模塊，按鍵模塊 ，晶振模塊，外部時(shí)鐘控制模塊，復(fù)位模塊，鬧鈴模塊。 單片機(jī)模塊： 采用型號(hào)為 AT89C52 的單片機(jī)。因?yàn)椋?AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可 提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。 液晶顯示模塊： 方案一：數(shù) 碼管顯示，優(yōu)點(diǎn)價(jià)格便宜，但是不能顯示復(fù)雜的英文，顯示出來(lái)很大，布線(xiàn)不易，不美觀。 方案 二 ： LCD1602,價(jià)格適中，可以顯示復(fù)雜的英文，功耗不大，外觀較小，計(jì)較符合 。 方案三 ： LCD12864,彩屏，可以顯示中文和 一些圖片，但是價(jià)格較高，秉著合理利用的原則，不大材小用，決定放棄。 時(shí)鐘模塊： 方案一 :可以利用單片機(jī)自己自帶的定時(shí)器精確定時(shí) ,在通過(guò)軟件控制 ,這樣就減少了硬件的成本 ,但是這樣需要晶振絕對(duì)的穩(wěn)定 ,而且掉電數(shù)據(jù)不保存 ,還沒(méi)有年月星期的自動(dòng)調(diào)整功能 ,對(duì)程序的要求很高 ,不易控制 . 方案二 :DS1302 它可以對(duì)年、月、日、周 、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。不必在程序上做太多的處理 ,與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單 ,掉電有備用電池用來(lái)供電保存數(shù)據(jù)， 所以非常適合要求 。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 總體方案 167。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路 本設(shè)計(jì)采用 AT89C52單片機(jī)芯片配合 DS1302時(shí)鐘芯片為主 構(gòu)成的主機(jī)和從機(jī)以有線(xiàn)連接而達(dá)到時(shí)間同步的電子時(shí)鐘。 文中設(shè)計(jì)了一個(gè)顯時(shí)、調(diào)時(shí)、定時(shí)鬧鐘 以及時(shí)間同步功能的電子鐘。電子鐘使用 12MHz 晶振與 DS1302 時(shí)鐘芯片相連接 , 通過(guò)晶振為時(shí)鐘芯片提供最為基本的脈沖信號(hào)的方法實(shí)現(xiàn)了 在時(shí)鐘芯片中的計(jì)時(shí)作用 , 再經(jīng)過(guò)單片機(jī)的編程作用，而達(dá)到在 LCD 液晶屏上顯示年月日時(shí)分秒，并可以調(diào)時(shí)、定時(shí)， 在定時(shí)時(shí)間到時(shí)有蜂鳴 器 報(bào)警。 設(shè)計(jì)通過(guò)主機(jī)和從機(jī)的 配合作用，采用在主機(jī)和從機(jī)之間用有線(xiàn)連接 ，簽訂串行口協(xié)議，而實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的時(shí)間同步功能。 該電子鐘設(shè)有 同步（ ），鬧鈴（ ） ,選定 (),加 (),減 ()等五個(gè)基本按鍵。每按一下同步按鍵可以使主機(jī)與從機(jī)時(shí)間達(dá)到同步，按下鬧鈴鍵，在達(dá)到定時(shí)時(shí)間時(shí)有蜂鳴 器 報(bào)警，按下選定鍵可以選定年月日時(shí)分秒的每一位，再按加、減鍵，而達(dá)到調(diào)時(shí)效果 。 167。 系統(tǒng)硬件描述 基于單片機(jī)系統(tǒng)的同步電子時(shí)鐘基本結(jié)構(gòu)框架如圖 21所示： 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 21 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)所需要的器件包括單片機(jī) AT89C52芯片兩塊，時(shí)鐘芯片 DS1302兩塊，液晶顯示屏 LCD1602一塊 ，蜂鳴器一個(gè)， 12MHz的晶振兩個(gè)，排針排線(xiàn)若干組，電容電阻若干導(dǎo)線(xiàn)若干，按鈕七個(gè)。 167。 系統(tǒng)軟件描述 系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)三部分功能：一、實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒的顯示和設(shè)置；二、實(shí)現(xiàn)鬧鐘部分的顯示和設(shè)置；三、實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)之間的時(shí)間同步。如圖 22所示： 圖 22 功能整體流程框圖 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 167。 設(shè)計(jì)流程和預(yù)期結(jié)果 該設(shè)計(jì)的主要流程如下：首先閱讀大量參考文獻(xiàn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的確定，然后在 Protues 上進(jìn)行原理圖的繪制和修改，在電器 檢查無(wú)誤的情況 下，購(gòu)買(mǎi)所需要的元器件（元器件應(yīng)該考慮裕量）。接著把元器件焊接到各個(gè)功能電路的模塊 上，并結(jié)合程序進(jìn)行調(diào)試。最后將各個(gè)功能的電路程序組合起來(lái)，然后再 進(jìn)行總體調(diào)試直到成功。 本設(shè)計(jì)能達(dá)到以下結(jié)果： （ 1） 顯示年、月、日、時(shí)、分、秒，并能通過(guò)按鍵設(shè)置。 （ 2） 可以定時(shí)鬧鐘，定時(shí)時(shí)間達(dá)到時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。 （ 3） 可以通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)的時(shí)間同步。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 167。 硬件芯片介紹 167。 單片機(jī) AT89C52 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口 ，同時(shí)內(nèi)含2 個(gè)外中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫(xiě)口線(xiàn)， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線(xiàn)編程 (S 系列的才支持在線(xiàn)編程 )。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8k 可反復(fù)擦寫(xiě) (1000 次） Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線(xiàn) 3 級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 AT89C52 P 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通 用的 8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào) IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。主要管腳有：XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0~P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在 本設(shè)計(jì)中， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為I2C 總線(xiàn)控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 P0 口 P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì) 端口 P0 寫(xiě) “1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 口 P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě) “1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳 被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ），參見(jiàn)表 1。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 引腳號(hào) 功能特性 T2，時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù)器2） 表 1 P2 口 P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收 或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口 P2 寫(xiě) “1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX @RI 指令）時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3 口 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入 “1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線(xiàn)外，更重要的用途是它的第二功能 。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG 當(dāng)訪問(wèn)外部 程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外 部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 PSEN 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP 外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H—FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序 存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 振蕩器反相放大器的輸出端。 定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1： AT89C52 的定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 的工作方式與 AT89C51 相同。 定時(shí)器 2 定時(shí)器 2 是一個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。它既可當(dāng)定時(shí)器使用，也可作為外部事件計(jì)數(shù)器使用，其工作方式由特殊功能寄存器 T2CON（如表 3）的 C/T2 位選擇。定時(shí)器 2 有三種 工作方式：捕獲方式，自動(dòng)重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由 T2CON 的控制位來(lái)選擇。 定時(shí)器 2 由兩個(gè) 8 位寄存器 TH2 和 TL2 組成，在定時(shí)器工作方式中，每個(gè)機(jī)器周期 TL2 寄存器的值加 1，由于一個(gè)機(jī)