【正文】 作用越來(lái)越大，同時(shí)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的要求也越來(lái)越高，要求其不僅計(jì)時(shí)精度高，而且具有可靠性好、成本低、功能全等特點(diǎn) [3]。本課題的目的是讓倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 2 單片機(jī)開(kāi)發(fā)者掌握單片機(jī)系統(tǒng)的安裝和調(diào)試的方法，設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)方法，硬件調(diào)試及軟件調(diào)試，鞏固和加強(qiáng) “ 模擬電子技術(shù) ” 、 “ 數(shù)字電子技術(shù) ” 課程的理論知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思 維。 2 系統(tǒng) 總體 方案 設(shè)計(jì) 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘是在實(shí)時(shí)時(shí)鐘基礎(chǔ)上的衍生品。 （ 3）當(dāng)前日期、時(shí)間和終點(diǎn)日期的調(diào)整和設(shè)定功能。用戶可以重置終點(diǎn)日期，這樣系統(tǒng)就成為能適合更多場(chǎng)合使用的迎 XXX 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，例如，設(shè)置終點(diǎn)日期為 08 年 8 月 8倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 3 日，它就是迎奧運(yùn)倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘；而終點(diǎn)設(shè)置為 11 年 1 月 1 日，它就變成迎新年倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘了。大型的高度 LED 數(shù)碼管需要 15V的電壓，功耗比較大，不適合采用電池供電，通常是使用 220V市電供電。各部分之間相互協(xié)作，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的功能。 第 3 種方案的實(shí)現(xiàn)成本稍微高一點(diǎn)，但專用實(shí)時(shí)時(shí)鐘 芯片 DS1302 的集成度高，走時(shí)準(zhǔn)確，具備自動(dòng)日歷和閏年自動(dòng)調(diào)整等功能，特別是專用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片本身耗電非常小，非常容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的掉電運(yùn)行設(shè)計(jì) [6]，其電路如圖 21 所示。 靜態(tài)顯示的接口電路采用一個(gè)并行口接一個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管的公共端按共陰極或共陽(yáng)極分別接地或接 VCC。 靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點(diǎn)是顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無(wú)閃爍，占用 CPU時(shí)間少。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)一般用于多位 LED 數(shù)碼管顯示，主要是節(jié)省驅(qū)動(dòng)管腳，減少器件。它采用 3 線串行接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式依次傳送多字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM數(shù)據(jù)。其中 VCC1為后備電 源， VCC2為主電源。 X1 和 X2 是接振蕩源引腳，外接（鐘表、電子表常用晶體）。如果它為 “ 0” ，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302中。 表 31 DS1302 的控制字節(jié) 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 DS1302 的數(shù)據(jù)接口是一種 3 線制的串行接口，控制器與 DS1302 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先要向 DS1302 發(fā)送一 個(gè) 字節(jié)的控制指令字。 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 7 圖 33 DS1302 的讀 /寫控制時(shí)序 在圖 33 中， 是復(fù)位 /片選線。上電過(guò)程中，在Vcc≥， 必須保持低電平。 使用中需要特別注意秒寄存器的最高位 CH， CH 位是停止 /啟動(dòng)時(shí)鐘的控制為，當(dāng)該位為 “ 1” 時(shí)，時(shí)鐘 停止計(jì)時(shí)，保持現(xiàn)有數(shù)據(jù)不變，進(jìn)入低功耗的待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)CH 為 “ 0” 時(shí)，時(shí)鐘才啟動(dòng)計(jì)時(shí)、進(jìn)入正常工作方式。充電過(guò)程由DS1302 內(nèi)部的 2 個(gè)寄存器控制。 ATmega16 外部引腳與封裝 ATmega16 單片機(jī)有三種形式的封裝： 40 腳雙列直插 PDIP、 44 腳方形的 TQFP和 MLF 形式（貼片形式）。當(dāng) I/O設(shè)置為輸入時(shí)，引腳內(nèi)部還配置有上拉電阻，這個(gè)內(nèi)部的上拉電阻可通過(guò)編程設(shè)置為上拉有效或上拉無(wú)效。 芯片 Reset 復(fù)位后，所有 I/O 口的缺省狀態(tài)為輸入方式，上拉電阻無(wú)效，即 I/O為輸入高阻的三態(tài)狀態(tài) [10]。 ? 顯示單元：由高亮度 LED 數(shù)碼管組成，顯示日期、時(shí)間、剩余天數(shù)。 顯示單元 數(shù)碼管 編碼 在本設(shè)計(jì)中，我使用 ATmega16 芯片的 PB 端口作為數(shù)碼管段碼的輸出端，其對(duì)應(yīng)的編碼如表 41 所 示 [11]。 L L4 2 位，顯示月 和分，交替。 L1~L6 共 6 位 LED 用于時(shí)間和日期的顯示，在系統(tǒng)正常顯示狀態(tài)下，時(shí)間和日期的顯示每隔 15s 交替一次。 對(duì)日期和時(shí)間的設(shè)置，是按位進(jìn)行的，設(shè)置過(guò)程中，與正在設(shè)置位的對(duì)應(yīng) LED數(shù)碼管會(huì)閃爍，例如當(dāng)設(shè)置分鐘的 10 分位時(shí)， L3 閃爍；設(shè)置分鐘的個(gè)位時(shí)， L4 閃爍，用于提示用戶輸入操作。 PC0~PC3 接 4 個(gè)按鍵： SET_1， Up， Enter 和 SET_2，作為時(shí)間、日期設(shè)置使用。當(dāng)系統(tǒng)掉電后， DS1302 由電池供電，可以長(zhǎng)期保持時(shí)鐘的正常運(yùn)行。 圖 43 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)控制部分的硬件電路 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 15 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的系統(tǒng)控制軟件從功能上包括以下主要部分：系統(tǒng)初始化，DS1302 讀 /寫， LED 動(dòng)態(tài)掃描及按鍵識(shí)別與處理，剩余天數(shù)的計(jì)算等。 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 16 表 51 不同工作狀態(tài)時(shí)的顯示內(nèi)容和方式 狀態(tài) 顯示內(nèi)容和方式 正常顯示狀態(tài) 交替顯示當(dāng)前日期和時(shí)間， 轉(zhuǎn)換間隔時(shí)間為 15s，秒閃爍標(biāo)志每秒鐘閃爍一次 當(dāng)前時(shí)間設(shè)置狀態(tài) 顯示用戶設(shè)置時(shí)間值，點(diǎn)狀 LED 長(zhǎng)亮，當(dāng)前設(shè)置位閃爍 當(dāng)前日期設(shè)置狀態(tài) 顯示用戶設(shè)置日期值，條狀 LED 長(zhǎng)亮，當(dāng)前設(shè)置位閃爍 終點(diǎn)日期設(shè)置狀態(tài) 顯示用戶設(shè)置日期值，條狀 LED 長(zhǎng)亮，當(dāng)前設(shè)置位閃爍 在主程序中采用了分時(shí)處理的思想，每 隔 大約 1s 讀取 DS1302 中的當(dāng)前日期值，并進(jìn)行天數(shù)計(jì)算；每隔 10ms 掃描按鍵，進(jìn)行按鍵處理。 倒計(jì) 時(shí) 信息計(jì)算 在系統(tǒng)軟件中需要計(jì)算當(dāng)前日期與重點(diǎn)日期之間的天數(shù)。 因此，每 400年中有 97 個(gè)閏年，閏年在 2 月末增加一天，閏年為 366 天。 //y_temp 為年份數(shù)值， 4 位，例如 2021 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 17 if ((y_temp % 400 == 0) || ((y_temp % 4 == 0) amp。 // 通常一年為 365 天，平年 關(guān)于大小月的天數(shù)計(jì)算，在代碼中使用了判斷語(yǔ)句，如果進(jìn)行代碼優(yōu)化的話，那么 采用查表法可能更為簡(jiǎn)潔 [13]。 “ 狀態(tài) 1” 為 按鍵閉合確認(rèn)狀態(tài)，它表示了在 10ms 前按鍵為閉合的，因此當(dāng)再次檢測(cè)到按鍵輸入為 “ 0” 時(shí)，可以確認(rèn)按鍵被按下了（經(jīng)過(guò) 10ms的消抖），輸出 “ 1” 表示確認(rèn)按鍵閉合（ 0/1），下一狀態(tài)進(jìn)入 “ 狀態(tài) 2” 。 從對(duì)圖 51 的分析中可以知道，在一次按鍵操作的整個(gè)過(guò)程，按鍵的狀態(tài)是從“ 狀態(tài) 0” “ 狀態(tài) 1” “ 狀態(tài) 2” ，最后返回到 “ 狀態(tài) 0” 的。 該系統(tǒng)共 4 個(gè)按鍵： SET_ Up、 Enter 和 SET_2。在按鍵設(shè)置過(guò)程中，只要在 10s 內(nèi)沒(méi)有按鍵操作，將放棄本次的設(shè)置，自動(dòng)返回正常顯示狀態(tài)。只有第 6次按 Enter 鍵后，系統(tǒng)才正式確認(rèn)用戶的全部設(shè)置，并將其寫入 DS1302。 另外，在用戶設(shè)置過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)用戶的設(shè)定進(jìn)行了自動(dòng)的限定處理，時(shí)、分、秒、月份、日期都要做限定。 6 系統(tǒng)調(diào)試 整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，調(diào)試是關(guān)鍵。 在動(dòng)態(tài)顯示部分正常工作的基礎(chǔ)上，根據(jù) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在 Proteus 上畫出整個(gè)系統(tǒng)原理圖，然后點(diǎn)擊 Play（注意，此時(shí)并沒(méi)有加上系統(tǒng)程序），根據(jù)硬件各連接點(diǎn)的電位，判斷其是否連接正確。 首先處理好 LED 動(dòng)態(tài)掃描函數(shù)模塊，每隔 2ms 掃描一次，使仿真效果達(dá)到不閃爍 ，亮度均勻即可。經(jīng)過(guò)這幾步的調(diào)試后 ， 可以得到初步的實(shí)驗(yàn)效果 ， 再根據(jù)一些如精度要 求的細(xì)節(jié)去細(xì)調(diào)系統(tǒng)使之完善。 圖 65 通過(guò)按鍵重置終點(diǎn)日期后的倒計(jì)時(shí)信息展示 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 24 7 總結(jié) 本設(shè)計(jì)利用單片機(jī) ATmega16控制串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302構(gòu)成倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)間與日期顯示和倒計(jì)時(shí)顯示。 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 25 致 謝 在此衷心感謝所有為該論文寫作提供幫助的人們。 最后，再次對(duì)這四年間所有關(guān)心、指導(dǎo)和幫助過(guò)我的師長(zhǎng)與同學(xué)致以最誠(chéng)摯的謝意！ 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 26 參考文獻(xiàn) [1]甘勇，張杰，田輝 . 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 [M]. 北京：北 京航空航天大學(xué)出版社， [2]馬潮 . 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