【正文】 應用 FPGA 能夠?qū)r鐘設計 分 為四種類型：全局時鐘、門控時鐘、多級邏輯時鐘和波動式時鐘。現(xiàn)結(jié)合康巴絲石英鐘常用的 5512F 型為例作簡單介紹。目前，流行的產(chǎn)品主要有 4 種 ： BJT 兩個： 555， 556（含有兩個 555）； CMOS 兩個： 7555， 7556（含有兩個 7555）。 采用 555 定時器設計電子時鐘，成本低，容易實現(xiàn)。 單片機具有如下特點： 1 有優(yōu)異的性能價格比； 2 集成度高、體積小、有很高的可靠性 、 控制功能強； 3 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品； 4 外部總線增加了 I2C、 ISP 等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)； 5 單片機的系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)，是對生產(chǎn)控制技術(shù)的一次革命。 總體方案設計 在比較了 以上 四 種實現(xiàn) 方案 之后，考慮單片機貨源充足、價格低廉， 可 軟硬件結(jié)合使用，能夠較方便的實現(xiàn) 系統(tǒng)的 多功能性，故采用單片機作為 本 設計的硬件基礎(chǔ)。使用比較通用的 8 段共陰數(shù)碼管，做6 位顯示，分別顯示時 、 分 、 秒。而 +3V 電源僅作為 DS1302的備用電源。 主要 IC 芯片選擇 微處理器選 擇 目前在單片機系統(tǒng)中，應用比較廣泛的微處理器芯片主要為 8XC5X 系列單片機。 僅僅是為了完成時鐘設計或者 是 定時報警設置 ，應用 AT89C2051 單片機完全可以實現(xiàn)。因此， AT89C52 是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用在各個控制領(lǐng)域 [6]。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容，直到下一次硬件復位為止 [8]。 DS12887 與 DS1216 芯片都有內(nèi)嵌式鋰電池作為備用電池； X1203 引腳少，沒有嵌入式鋰電池，跟 DS1302 芯片功能相似，只是相比較之下， X1203與 AT89C52 搭配使用時 占用 I/O 口 較多。 DS1302 簡介 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘 日歷 芯片，附加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI 三 總 線接口與 CPU 進行同步通 信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 RAM 數(shù)據(jù)。 。 VCC1 為后備電源， VCC2 為主電源。當 VCC2 小于 VCC1 時， DS1302由 VCC1 供電。 (2) RST 提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的 傳送手段 。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 表 DS1302 引腳功能說明 引腳號 名稱 功能 1 VCC1 備份電源輸入 2 X1 晶振輸入 3 X2 晶振輸出 4 GND 地 5 RST 控制移位寄存器 /復位 6 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 7 SCLK 串行時鐘 8 VCC2 主電源輸入 DS1302 的控制字和讀寫時序說明 在編程過程中要注意 DS1302 的讀寫時序。 DS1302 的控制字如 表 。 2. BIT 6：如果為 0，則表示存取日 歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù)； 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3. BIT 5 至 BIT 1（ A4～ A0）： 用 A4～ A0 表示，定義片內(nèi)寄存器和 RAM 的地址。當 A4～ A0=8，為慢速充電參數(shù)選擇寄存器。 控制字總是從最低位開始輸出。每次僅寫入或讀出一個字節(jié)數(shù)據(jù)稱為單字節(jié)操作，每次對時鐘 /日歷的 8 字節(jié)或 31 字節(jié)RAM 進行全體寫入或讀出的操作，稱其為多字節(jié)操作方式。 為了啟動數(shù)據(jù)的傳輸， CE 引腳 信號應由低變高，當把 CE 驅(qū)動至邏輯 1 的狀態(tài)時，SCLK 必須為邏輯 0，數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿串行輸入。對于單字節(jié)操作，包括命令字節(jié)在內(nèi)，每次為 2 個字節(jié)，需要 16 個時鐘；對于時鐘 /日歷多字節(jié)模式操作，每 次為 7 個字節(jié)，需要 72 個時鐘；而對于 RAM 多字節(jié)模式操作，每次則為 32 字節(jié)，需要多達 256 個時鐘。片內(nèi)各寄存器及各位的功能定義如表 。 在 24 小時 制式下 ，位 5 是第二個 10 小時位 （ 20～ 23 時） 。 控制寄存器（ 8FH、 8EH）的位 7 是寫保護位（ WP），其它 7 位均置為 0。 另外，還有慢速充電控制寄存器和 RAM 寄存器。 BIT2 和 BIT3 選擇在 VCC2 和 VCC1 之間是一個還是兩個二極管串入其中。因此，根據(jù)慢速充電寄存器的不同編碼可得到不同的充電電流。當BIT6 為“ 0”時對 RAM 區(qū)進行尋址；否則將對時鐘 /日歷寄存器尋址 [11]。硬件設計比較費時，需要細心和耐心，也需要熟練掌握電路原理。 如圖， AT89C52 單片機 直接 連 接 DS1302 的 RST 端，上電后， AT89C51 的 腳自動輸出高電平。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 J un 2 0 0 9 S he e t o f F i l e : D : \ 畢業(yè)設計 \ 原理圖 \原理圖 _ 葛小光 .d db D r a w n B y:V c c 21X12X23GND4R S T5I / O6S C L K7V c c8U4D S 13 0 2P 2. 4P 2. 5P 2. 6M13 .2 7 68 M H Z+ 5V 圖 實時 時鐘電路 該電路除了包含 DS1302 芯片，還應包括主電源、備用電源、晶振等部分。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3. DS1302 接 的晶振。燒錄進單片機，檢查電路電源正負極連接是否正確，檢查 和 引腳接線是否正確。另外， AT89C52 本身沒有專門的液晶驅(qū)動接口 。但設計上如果處理不當，易造成亮度低 ， 閃爍問題。由于各位數(shù)碼管的段線并聯(lián)，段碼的輸出對各位數(shù)碼管來說都是相同的。同時，段線上輸出相應位要顯示字符的字型碼。數(shù)碼管顯示的時間間隔也能夠確定數(shù)碼管顯示時的亮度，若顯示的時間間隔長，顯示時數(shù)碼管的亮度將亮些，若顯示的時間間隔短，顯示時數(shù)碼管的亮度將暗些。靜態(tài)顯示驅(qū)動程序簡單，且 CPU 占用率低，但每個 LED 數(shù)碼管需要一個鎖存器來 鎖存 每一個顯示位的筆段代碼，硬件開銷大，僅適合顯示位數(shù)較少的場合。常 用的LED 顯示驅(qū)動電路有并行譯碼方式、串行 — 并行轉(zhuǎn)換方式等。 ～ 輸出位碼，控制要現(xiàn)實的位數(shù)。其中a b c d 為 BCD 碼輸入， a 為最低位。LE 是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。限流電 阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓 5V 時可使用 300Ω 的限流電阻。 2. 明確單片機管腳 功能。 按鍵電路設計 根據(jù)功能需要， 本時鐘 需要設置以下功能鍵：校對選擇鍵，加 1 操作鍵，減 1 操作鍵， 鬧鈴定時選擇鍵 ， 鬧鈴路數(shù)選擇鍵 ， 跳出校對 /設置時間按鍵， 鬧鈴開關(guān)鍵。 矩陣式鍵盤適合按鍵較多時使用。鍵盤電路如圖 。只有再次按下，按鍵彈出，與之連接的單片機管腳才會重新被拉回高電平。按鍵功能參見表 。調(diào)分、秒與 之 皆相同，只是各位最高值不同。 K6 鍵：該鍵為自動復位鍵，在 定時 狀態(tài)下，按下該鍵， 可以選擇定時的通路 每 按下一次，改變一次， 3 循環(huán) 。只需用萬用便檢測單片機引腳和按鍵是否連接，可用萬用表檢查單片機接按鍵的引腳與地是否連通，按下按鍵再次檢查。也可以在編程的時候編寫一段音樂程序，待鬧鈴 時間到時，調(diào)用該音樂程序給 揚聲器 ， 便響起音樂。且 1420 芯片可以分段錄音，還具有語音報時功能。一個發(fā)光二極管 占用單片機一根 I/O口 實現(xiàn)一路報警、共需 3 個 I/O 口 。 復位后， PC 內(nèi)容初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。其有效時間持續(xù) 24 個時鐘周期（ 2 個機器周期）以上。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。 振蕩電路設計 單片機 工作時，是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下一拍一拍地進行的。51 單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，這個反相放大器的作用就是用于構(gòu)成振蕩器用的，但要形成時鐘， 外 部還需要加一些附加電路。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 系統(tǒng) 軟件設計 C51 單片機可以應用匯編語言和 C 語言進行編程。 主程序設計 第一次上電， 系統(tǒng)先進行初始化， LED 顯示 初始時間“ 12： 00： 00”，并開始走時。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 開始初始化模式選擇鍵是否按下 ？進入調(diào)整模式顯示掃描各功能鍵NY定時選擇鍵是否按下 ？進入定時設置狀態(tài)鬧鈴開 ？鬧鈴程序YYNN 圖 多 路喚醒儀 主程序流程圖 子程序設計 實時時鐘子程序設計 該程序主要實現(xiàn)對 DS1302 寫保護、充電，對年、月、日、時、分、秒等寄存器的讀寫操作。如果 DS1302 一直沒有掉電，則不存在此問題。 顯示子程序設計 電原理圖見附圖 。從 P0口輸出的代碼是 BCD碼，從 P2口輸出的就是位選碼。 在隨機掃描方式中， CPU 完成某特定任務后，即執(zhí)行鍵盤掃描程序，以確定鍵盤有無按鍵輸入，然后根據(jù)按鍵功能轉(zhuǎn)去執(zhí) 行相應的操作。因此，在隨機掃描方式和定時中斷掃描方式中， CPU 常處于空掃描狀態(tài)，在一定程度上降低了 CPU 的利用率。 定時掃描方式與隨機掃描方式基本相同，只是利用 CPU 內(nèi)的定時中斷，每隔一定時間掃描有無按鍵被按下，鍵盤反應速度較快，在處理按鍵功能過程中，可以通過鍵盤命令進行干預，如取消、暫停等操作。 程序流程如圖 。 P0口的 8條 數(shù)據(jù)線 CD4511譯碼的 ABCD口相接， P2口的 R10 至 R13與 VT1至 VT3的基極相連接。當用多字節(jié)模式進行操作時，必須寫夠 8 字節(jié) [18]。其流程圖如圖 。 單片機依次開始調(diào) 時間校正 程序、 DS1302 子程序、 報警 時間設置 子程序、 報警 子程序，返回程序開頭循環(huán)運行。 C 語言程序可讀性高，更便于理解。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定。單片機的時序就是 CPU 在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序，為了保證各部件間的同步工作，單片機內(nèi)部電路應在唯一的時鐘信號下嚴格地控時序進行工作 。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 8 J un 20 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ng s \ A d m i ni s t r a t or \ 桌面 \ 常亮畢業(yè)設計 \ 電路圖 \ 復位電路 .ddbD r a w n B y :1K 1K 1KV c cR S TG N D89 C 51V c cR S TG N D89 C 51V c cR S TG N D89 C 5122 u F22 u F22 u F+5 +5 +5R E S E T R E S E T20010K22 u F( a ) 上電復位 ( b ) 按鍵電平復位 ( c ) 按鍵脈沖復位 圖 上電復位和按鍵復位電路 出于應用方便，本設計采用按鍵電平復位電路。 上電自動復位是利用電容儲電來實現(xiàn)的，如圖 (a)所示。 表 單片機寄存器的復位狀態(tài)表 寄存器 復位狀態(tài) 寄存器 復位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DPTR 0000H TL1 00H P P3 FFH SCON 00H IP 000000B SBUF 不定 IE 0 00000B PCON 0 B(NMOS) TMOD 00H 0 0000B(CHMOS) 單片機復位后不影響內(nèi)部 RAM 的狀態(tài) [17]。 復位電路設計 復位是 單片機的初始化操作，以便使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。此類集成電路體積較小，使用方便，不足的是音樂簡單、單一。 還有一種方法是采用錄音放音芯片 1420 做 鬧鈴，先對錄放音設備錄入一段音樂，當?shù)皆O定時間時，單片機控制錄放音設備放音。 報警 電路設計 報警 電路 可以直接采用蜂鳴器鬧鈴， 如當前時刻與鬧鈴時間相同 ，單片機向蜂鳴器送出高電平，蜂鳴器發(fā)聲。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 為了確保按鍵電 氣連接正確，需要檢測其焊接是否正確。 K4 鍵：該鍵為自動復位鍵，在校對狀態(tài)