【正文】 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。經(jīng)過這幾步的調(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。 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。 另外，在用戶設(shè)置過程中，系統(tǒng)對用戶的設(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。在按鍵設(shè)置過程中，只要在 10s 內(nèi)沒有按鍵操作，將放棄本次的設(shè)置，自動(dòng)返回正常顯示狀態(tài)。 從對圖 51 的分析中可以知道，在一次按鍵操作的整個(gè)過程，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。 // 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潔 [13]。 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。 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。當(dāng)系統(tǒng)掉電后， DS1302 由電池供電，可以長期保持時(shí)鐘的正常運(yùn)行。 對日期和時(shí)間的設(shè)置，是按位進(jìn)行的，設(shè)置過程中，與正在設(shè)置位的對應(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。 L L4 2 位，顯示月 和分，交替。 ? 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)。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編程設(shè)置為上拉有效或上拉無效。充電過程由DS1302 內(nèi)部的 2 個(gè)寄存器控制。上電過程中，在Vcc≥， 必須保持低電平。 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。 X1 和 X2 是接振蕩源引腳，外接（鐘表、電子表常用晶體）。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)鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點(diǎn)是顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無閃爍，占用 CPU時(shí)間少。 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。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。 （ 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。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，培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思 維。 本文通過對一個(gè)基于單片機(jī)的能實(shí)現(xiàn)時(shí)間，日期以及倒計(jì)時(shí)相關(guān)信息功能的倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí) 時(shí)鐘的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)， 詳細(xì)介紹了單片機(jī)編程中狀態(tài)機(jī)應(yīng)用思想 。 文章主要 分 硬件設(shè)計(jì)和 軟件編程兩個(gè)大方面。它體積小，成本低，功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化上。 課題研究意義 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。它在實(shí)現(xiàn)顯示當(dāng)前日期和實(shí)踐的基本功能之外，增加了自身計(jì)算和顯示從當(dāng)前日期到給定的未來一個(gè)日期（下稱終點(diǎn)日期）之間的天數(shù)。設(shè)置的終點(diǎn)日期應(yīng)能長期保持，系統(tǒng)掉電不丟失，系統(tǒng)能夠自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前日期和終點(diǎn)日期計(jì)算出兩者之間相差的 天數(shù)。如下是對其時(shí)鐘模塊和顯示模塊的比較與評估。 這種接法，每個(gè)數(shù)碼管都要單獨(dú)占用一個(gè)并行 I/O 口，以便單片機(jī)傳送字形碼到數(shù)碼管控制數(shù)碼管的顯示。 從以上兩種顯示方式比較 ， 我們可以看到 ， 動(dòng)態(tài)掃描可靠 ， 綜合性能更好。 DS1302由 VCC1 或 VCC2兩者中的較大者供電。第 6位為 “ 0” 時(shí)，表示讀 /寫日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為 “ 1”時(shí)，表示進(jìn)行讀操作。 引腳的輸入有 2種功能：首先， 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列進(jìn)入移位寄存器；其次， 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。因此當(dāng) DS1302 第一次上電時(shí)，應(yīng)該將 CH 寫 “ 0” ，啟動(dòng)時(shí)鐘工作。其外部引腳封裝如圖 35 所示。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 根據(jù)系統(tǒng)的功能和實(shí)施方案的確定，倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的結(jié)構(gòu)由下圖 41 所示的幾部分組成。 表 41 8段 LED數(shù)碼管字型字段編碼表 顯示 字型 PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 段 碼 共陰極 段 碼 共陽極 h g f e d c b a 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH C0H 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H F9H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH A4H 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH B0H 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 99H 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 92H 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 82H 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 12 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H F8H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 80H 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 90H A 0 1 1 1 0 1 1 1 77H 88H b 0 1 1 1 1 1 0 0 7CH 83H C 0 0 1 1 1 0 0 1 39H C6H d 0 1 0 1 1 1 1 0 5EH A1H E 0 1 1 1 1 0 0 1 79H 86H F 0 1 1 1 0 0 0 1 71H 8EH 注： B、 D 字型為小寫 b、 d，以同數(shù)字 0 字型區(qū)別 系統(tǒng) 顯示 面板 部分 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)面板如下圖 42 所示 圖 42 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)圖 面板設(shè)計(jì)成大的廣告板形式，上面的文字是貼上去的燙金字，可以根據(jù)不容的需要進(jìn)行更換，如換成 “ 距新年還有 …… 天 ” 。秒閃爍標(biāo)志由 4 個(gè)遠(yuǎn)點(diǎn) LED 和兩個(gè)條狀 LED 組成，每秒鐘閃爍一次。 PD4~PD6 作為與 DS1302 通信的串行接口，由于 DS1302 的串行通信時(shí)序是非標(biāo)自定義的（不是 SPI，也不是 I2C）模式 [8]， 因此在軟件中只能采用 I/O 模擬方式實(shí)現(xiàn)。 其具體框圖如圖 51 所示。這個(gè)計(jì)算工程相對麻煩一些，因?yàn)槌诵枰紤]閏年、大月、小月的天數(shù)不同，還要考慮出一個(gè)比較快的計(jì)算方法。amp。而當(dāng)再倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 18 次檢測到按鍵的輸入為 “ 1” 時(shí)，表示按鍵可能處在抖動(dòng)干擾，輸出為 “ 0” （ 1/0），下一狀態(tài)返回到 “ 狀態(tài) 0” 。在正常顯示工作狀態(tài)下， Up和 Enter 無任何功能，這兩個(gè)鍵僅在日期和時(shí)間設(shè)置狀態(tài)時(shí)才起作用。同樣，只要在 10s 內(nèi)沒有按鍵的操作，將放棄本次操作，自動(dòng)返回正常顯示狀態(tài)。 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試 是 確保電路正常工作的重要保證。然后根據(jù) CVAVR軟件直接提供的對 DS1302讀/寫的基本操作函數(shù)對其進(jìn)行調(diào)試，使數(shù)碼管能夠顯示實(shí)時(shí)時(shí)間即完成對 DS1302 的讀操作，寫操作亦可從后面按鍵識別與處理模塊完成后實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證。該電路使用簡單的三線接口，為單片機(jī)節(jié)省大量的接口資源，時(shí)鐘芯片 DS1302帶有后備電池，具備對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，保證電路斷電后仍保存時(shí)間和數(shù)據(jù)信息，這些優(yōu)點(diǎn)解決了目前常用實(shí)時(shí)時(shí)鐘占用單片機(jī)資源多以及 計(jì)時(shí)不可靠以及掉電丟失等缺點(diǎn)。 感謝和我小組的同學(xué)們，他們在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)階段給予了我無私與耐心的幫助。 圖 63 調(diào)試顯示當(dāng)前實(shí)時(shí)時(shí)間及倒計(jì)時(shí)信息左邊圓形綠色 LED 燈閃爍 倒計(jì)時(shí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì) 23 圖 64 調(diào)試顯示當(dāng)前實(shí)時(shí)日期及倒計(jì)時(shí)信息右邊方形紅色 LED 燈閃爍 如圖 65 為 設(shè)置終點(diǎn)日期為 2021/5/28 后的效果 ，測試當(dāng)時(shí)日期為 10/05/23，倒計(jì)時(shí)信息顯示為剩余 5 天，能正確計(jì)算剩余天數(shù)。 圖 62 CVAVR 主工作窗口 系統(tǒng)軟件主要包括以下幾個(gè)模塊： DS1302 讀 /寫， LED 動(dòng)態(tài)掃描及按鍵識別與處理，剩余天數(shù)計(jì)算?？紤]到使用者并非專業(yè)人員，絕對有可能胡亂按鍵，在這種情況下， 要依靠程序來確保正常運(yùn)行。 處于當(dāng)前設(shè)定位的數(shù)碼管閃爍顯示，以提示用戶。 換句話講，不管按鍵被按下的時(shí)間保持多長，在這個(gè)按鍵的整個(gè)過程中都只給出了一次確認(rèn)的輸出，它是一個(gè)最簡單和基本的按鍵 [14 數(shù)電 ]。當(dāng)按鍵輸入為 “ 0” ，表示按鍵閉合，但輸出還是 “ 0” （ 0/0）（沒有經(jīng)過消抖，不能確認(rèn)按鍵真正按下），下一狀態(tài)進(jìn)入 “ 狀態(tài) 1” 。 下面是計(jì)算公歷閏年的代碼： y_temp =