【正文】 lculator as a fast generalpurpose puting tools make it easy to use for the user. Calculator is one of People39。Calendar Clock Chip DS1302。從古代的水漏到后來(lái)的機(jī)械鐘再到當(dāng)今的石英鐘，都充分體現(xiàn)了時(shí)間的重要，同時(shí)也代表著科技的發(fā)展進(jìn)步。 隨著數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字的精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表，且鐘表的數(shù)字化給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便。 ： 多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 1 概述 硬件概述 單片機(jī)的由來(lái)與發(fā)展 單片機(jī) 誕生于 1971 年，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SoC 三大階段，早期的 SCM 單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。 90 年代后隨著 消費(fèi)電子產(chǎn)品 大發(fā)展， 單片機(jī) 技術(shù)得到了巨大提高。當(dāng)代 單片機(jī) 系統(tǒng)已經(jīng)不再只在 裸機(jī) 環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專用的 嵌入式操作系統(tǒng) 被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。概括的講：一塊 芯片 就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 SoC 嵌入式系統(tǒng) (System on Chip）式的獨(dú)立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在 芯片 上的最大化解決，因此，專用 單片機(jī) 的發(fā)展自然形成了 SoC 化趨勢(shì)。超薄體形、低功耗、低輻射、無(wú)閃爍、完全物理平面、低反光、清晰的字符顯示等等，都是大家非常熟悉的液晶顯示器 LCD 優(yōu)點(diǎn)。通 電的時(shí)候，液晶原料排列順序隨電流極向改變，光線在規(guī)則排列的晶體分子中可以透過(guò)，液晶管由原來(lái)非透明狀態(tài)變成透明狀態(tài)。到了 1971 年，這 種新的液晶顯示器開(kāi)始普遍地為人們接受。偏振光只能通過(guò)相應(yīng)方向的偏振玻璃，如果偏振玻璃的偏振方向和偏振光線的有一定的夾角，就會(huì)減弱偏振光強(qiáng)度，甚至偏振光無(wú)法通過(guò)。而 b 玻璃的偏振方向?yàn)?Y，就是 X+90 度， X 偏振的光線無(wú)法通過(guò)，在 b 玻璃外面看上去就是黑色了。 DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需三根 I/O 線：復(fù)位（ RST）、 I/O 數(shù)據(jù)線、串行時(shí)鐘（ SCLK）。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。C 范圍內(nèi) ,精度為 177。2176。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。C。省略了存儲(chǔ)用戶定義報(bào)警溫度、分辨率參數(shù)的 EEPROM，精度降低為 177。 DS18B20 和 DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。在計(jì)算器的原有計(jì)算功能的基礎(chǔ)上，又加了兩個(gè)生活中常用的兩個(gè)功能：電子時(shí)鐘，溫度。 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)的工作過(guò)程 本文基于課題并對(duì)當(dāng)前電子時(shí)鐘、溫度及計(jì)算器的開(kāi)發(fā)手段進(jìn)行了比較和分析，最終確定了采用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多功能計(jì)算器的總體方案。 2）當(dāng)按下功能切換鍵 M 時(shí)，就進(jìn)入計(jì)算的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的加減乘除運(yùn)算，而且參與運(yùn)算的數(shù)和運(yùn)算結(jié)果必須控制在 21474836482147483647 之間，否則就會(huì)產(chǎn)生溢出，屏幕出現(xiàn)亂碼。計(jì)算器作為日常生活中常使用的電子產(chǎn)品之一，它的 多 功能化、小型化、輕便化已成為未來(lái)智能化計(jì)算器的發(fā)展方向。同時(shí) 減少硬件與軟件的成本，吸引消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的興趣變得尤其重要。 投產(chǎn)條件簡(jiǎn)單，成本較低，一般生產(chǎn)電子產(chǎn)品的廠家 均可生產(chǎn) 。 這 款強(qiáng)大的時(shí)鐘芯片，不但占用的硬件資源少，而且其精確性、實(shí)時(shí)性也是相當(dāng)?shù)目捎^ 。一般來(lái)說(shuō)匯編的程序更接近于機(jī)器碼，小程序執(zhí)行效率高，但是單片機(jī)種類(lèi)不同，匯編語(yǔ)言也相差很大，比如 51， pic， AVR， ARM； C 語(yǔ)言編屬于高級(jí)語(yǔ)言，具有可移植性，能夠結(jié)構(gòu)化編程。 總體結(jié)構(gòu)框圖 硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)主要是由以 STC89C52 為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵電路、 時(shí)鐘電路、 環(huán)境溫度采集電路 、顯示電路組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖 31 所示： ： 多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 STC89C52L C D 1 6 0 2 顯 示時(shí) 鐘 / 日 歷 電 路環(huán) 境 溫 度 采集 電 路按 鍵 電 路 圖 31 多功能計(jì)算器 硬件結(jié)構(gòu)框圖 Figure 31 multifunction calculator hardware structure diagram 軟件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計(jì)思想，使得編程思路明確，且功能比較強(qiáng)大。因此， STC89C52 是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用在各個(gè)控制領(lǐng)域 [1]。 4） 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) 。 8） 具有 EEPROM 功能 。 11） 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 。 STC89C52 單片機(jī)的引腳及功能 引腳說(shuō)明如圖 22。作為輸出口時(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)端口寫(xiě) “1”可作為高阻抗輸入端。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)可作為輸入口。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)可作為輸入口。 FLASH 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。 P3 除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，具體功能說(shuō)明如表 22。 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)。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。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。如 EA 端為 高電平（ Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序儲(chǔ)存器中的指令。 表 41 Table 41 the and pins multiplexing function 引腳號(hào) 功能特性 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2捕獲 /重裝觸發(fā)和方向控制） 表 42 P3 口的第二功能表 Table 42 P3 second function table 端口引腳 第二功能 RXD(穿行輸出口 ) TXD(穿行輸入口 ) INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) WR(外部數(shù)據(jù)寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)讀選通 ) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 時(shí)鐘 電路 STC89C52 內(nèi)部有一個(gè)用 于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和 TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz之間選擇，電容值在 5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。 圖 42 內(nèi)部 晶振 電路 Figure 42 internal clock circuit 復(fù)位電路 STC89C52 的復(fù)位引腳為 RESET，當(dāng)此引腳連接高電平超過(guò) 2 個(gè)機(jī)器周期，即可產(chǎn)生復(fù)位操作。當(dāng)采用晶體為 12MHz 時(shí)，可取 C=10pF， R=10kΩ。 圖 43 復(fù)位電路 Figure 43 reset circuit 時(shí)鐘 /日歷電路 DS1302 簡(jiǎn)要說(shuō)明 DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，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，工作電壓為 ～。 主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。在主電源關(guān)閉的情況遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。 表 43 DS1302 引腳功能說(shuō)明 Table 43 DS1302 pin function 引腳號(hào) 名稱 功能 1 VCC1 備份電源輸入 2 X1 輸入 3 X2 輸出 4 GND 地 5 RST 控制移位寄存器 /復(fù)位 6 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 7 SCLK 串行時(shí)鐘 8 VCC2 主電源輸入 DS1302 控制字和讀寫(xiě)時(shí)序說(shuō)明 在 編程過(guò)程中要注意 DS1302 的讀寫(xiě)時(shí)序， DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動(dòng)方式，它不僅要向寄存器寫(xiě)入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。每次數(shù)據(jù)的傳輸都是由控制字開(kāi)始 [9]。 定義如下： 當(dāng)?shù)?6 位為 0 時(shí)，定義時(shí)鐘和其他寄存器的地址。當(dāng) A4～ A0＝ 31,為 時(shí)鐘字節(jié)方式選擇寄存器。在控制字輸入后的下一個(gè) SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入 （ 0 位）開(kāi)始。當(dāng)以多字節(jié)方式寫(xiě)時(shí)鐘寄存器時(shí)，必須按數(shù)據(jù)傳送的順序依次寫(xiě)入 8 個(gè)寄存器。對(duì)于單字節(jié)操作，包括命令字節(jié)在內(nèi)，每次為 2個(gè)字節(jié)，需要 16 個(gè)時(shí)鐘，對(duì)于時(shí)鐘 /日歷多字節(jié)模式操作，每次為 7 個(gè)字節(jié)，需要 72 個(gè)時(shí)鐘，而對(duì)于 RAM 多字節(jié)模式操作，每次則為 32 字節(jié)，需要多達(dá) 256 個(gè)時(shí)鐘，這里僅給出單字節(jié)讀寫(xiě)時(shí)序，如圖 45,多字節(jié)操作 方式與其類(lèi)似，只是且而跟的字不止一個(gè)。 小時(shí)寄存器（ 85H、 84H）的位 7 用于定義 DS1302 是運(yùn)行于 12 小時(shí)模式還是 24 小時(shí)模式。當(dāng)該位置為 1 時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該 位置為 0 時(shí)，時(shí)鐘開(kāi)始運(yùn)行。因此，通過(guò)置寫(xiě)保護(hù)位，可以提高數(shù)據(jù)的安全性。 ， 時(shí)鐘數(shù)據(jù)的 I/O。但在我看來(lái)了溫度提醒著我們穿衣保暖，關(guān)系著我們的身體健康。讀寫(xiě)和完成溫度變換所需要的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供，而無(wú)需外部電源。 每一個(gè) DSl8B20包括一個(gè)唯一的 64位長(zhǎng)的序號(hào) ， 該序號(hào)值存放在 DSl8B20 內(nèi)部的 ROM(只讀存貯器 )中 ， 開(kāi)始 8位是產(chǎn)品類(lèi)型編碼 (DSl8B20 編碼均為 10H)， 接著的 48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào) ， 最后 8位是前面 56位的 CRC(循環(huán) 冗余校驗(yàn) )碼 ， DSl8B20中還有用于貯存測(cè)得的溫度值的兩個(gè) 8位存貯器 ， RAM編號(hào)為 0號(hào)和 1號(hào) ， 1號(hào)存貯器存放溫度值的符號(hào) ，如果溫度為負(fù) ， 則 1號(hào)存貯器 ， 8位全為 1， 否則全為 0。因此，必須采用軟件的方法來(lái)模擬單線的協(xié) 議時(shí)序。主機(jī)釋放總線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿 [11]。詳細(xì)說(shuō)明如 表 47。只有序列號(hào)完全匹配的 DS18B20才能響應(yīng)后面的內(nèi)存操作命令，其他不匹配的將等待復(fù)位脈沖。 Scarch rom（搜索 rom） F0H 主機(jī)調(diào)用此命令，通過(guò)一個(gè)排除法過(guò)程，可以識(shí)別出總線上所有器件的 ROM序列號(hào)。其中，除了應(yīng)答脈沖之外，均由主機(jī)產(chǎn)生。所有寫(xiě)時(shí)隙必須在 60μs以上（即由高拉低后持續(xù) 60μs以上），各個(gè)寫(xiě)時(shí)隙之間必須保證最短 1us的恢復(fù)時(shí)間。 再來(lái)了解一下讀時(shí)隙。主機(jī)可以隨時(shí)發(fā)起復(fù)位脈沖以停止此操作。如果在此命令后主機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)隙，那么只要器件在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換就會(huì)輸出 0，轉(zhuǎn)換完成后在輸出 1。因此，在此 15μs內(nèi)，主機(jī)必須停止將 DQ引腳置低。在寫(xiě)時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線 15μs內(nèi)釋放總線，并向 DS18B20寫(xiě) “1”。 溫度采集電路與單片機(jī)的連接 本設(shè)計(jì)中使用 DS18B20溫度傳感器進(jìn)行環(huán)境溫度采集和轉(zhuǎn)化，其與單片機(jī)的連接圖如圖 48所示 [4]。我們選用 。電阻 DZ3作為DS18B20的 I/O口的上拉電阻，在讀時(shí)隙結(jié)束時(shí)， I/O引腳將通過(guò)此上拉電阻拉回到高電平。 DS18B20僅在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙，以便 DS18B20能傳輸數(shù)據(jù) [12]。所有的讀時(shí)隙最短必須持續(xù) 60μs，各個(gè)讀時(shí)隙之間必須保證最短 1μs的恢復(fù)時(shí)間。 Read Power Supply（讀供電方式） B4H 主機(jī)發(fā)起此命令后每個(gè)讀數(shù)據(jù)時(shí)隙內(nèi)， DS1820發(fā)信號(hào)通知它的供電方式： 0為寄生電源方式， 1為外部供電方式。如果在此命令后產(chǎn)生讀時(shí)隙，那么只要器件在進(jìn)行復(fù)制就會(huì)輸出 0，復(fù)制完成后，再輸出 1。數(shù)據(jù)線 DQ必須保持低電平至少 1μs，來(lái)自 DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時(shí)隙下降命令類(lèi)型 命令字節(jié) 功能說(shuō)明 Write Scratchpad（寫(xiě)暫存器） 4EH 此命令寫(xiě)暫存器中地址 2~4的 3個(gè)字節(jié)（ TH、 TL和配置寄存器）在發(fā)起復(fù)位脈沖之前， 3個(gè)字節(jié)都必須要寫(xiě)。對(duì)于主機(jī)產(chǎn)生寫(xiě) “1”時(shí)隙的情況，數(shù)據(jù)線必須先被拉低，然后釋放，在寫(xiě)時(shí)隙開(kāi)始后的 15μs， 允許 DQ線拉至高電平。 首先了解寫(xiě)時(shí)隙。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 表 48 內(nèi)存操作命令與說(shuō)明 Table 48 Memory Operation Command and description 4） 數(shù)據(jù)處理 DS18B20要求有嚴(yán)格的時(shí)序來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整。 Skip rom（跳過(guò) rom） CCH 此命令用于單掛接總線系統(tǒng)