【正文】 獻 [1] 李建忠 . 單片機原理及應用 . 西安 : 西安電子科技大學出版 ,2020 [2] 張俊謨 . 單片機中級教程 — 原理與應用 (第二版 ). 北京 : 北京航空航天大學出版 ,2020 。程序編寫中，由于思路不清晰，開始時遇到了很多的問題，經(jīng)過靜下心來思考，和同組員的討論，理清了思路，反而得心 應手。 27 課程設(shè)計總結(jié) 本系統(tǒng)基本完成了帶日歷電子鐘的功能，盡量做到了硬件電路簡單穩(wěn)定，減小電磁干擾和其他環(huán)境干擾，充分發(fā)揮了軟件編程的優(yōu)點，減小了因器件精度不夠引起的誤差。我們對 DS1302 的工作電路進行了分析，其與單片機的連接如第三章中 DS1302 模塊的設(shè)計中圖 38 所示。然后進入 Proteus 的 ARES，打開已畫好的原理圖文件，把生成的 .HEX 文件添加到單片機中，然后點擊仿真。微控制器系統(tǒng)相關(guān)的仿真需建立編譯和調(diào)試環(huán)境，可選擇 Keil C51uVision3 軟件。 測試結(jié)論 經(jīng)過多次的反復測試與分析，可以對電路的原理及功能更加熟悉，同時提高了設(shè)計能力與及對電路的分析能力。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符 。 指令 8：前顯示緩沖區(qū) DDRAM 的地址，對 DDRAM 訪問時，要先設(shè)定 DDRAM 的地址，地址范疇為 0~127。 當 C=1 時光標顯示， C=0 時光標不顯示。實際上本存儲器里存放的是要顯示數(shù)據(jù)的 ASCII 碼，再以 ASCII 碼為地址，到 CGRAM 里找到該字節(jié)型的現(xiàn)實編碼。 LCD1602 顯示子模塊的設(shè)計 (1) LCD1602 各寄存器介紹 字符型液晶顯示模塊內(nèi)部控制器主要由指令寄存器 IR、數(shù)據(jù)寄存器 DR、忙標示 BF、地址計數(shù)器 AC、 DDROM、 CGRAM、及時序發(fā)生電路組成。 100 μF 就可以保證 1 小時的正常走時。 18 圖 44 DS1302 流程圖 根據(jù)本人在調(diào)試中遇到的問題，特作如下說明： DS1302 與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位 MSB(D7)必須為邏輯 1，如果 D7=0，則禁止寫 DS1302，即寫保護； D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)， D6=1，指定 RAM 數(shù)據(jù)； D5～ D1 指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯 0，指定寫操作 (輸入 )， D0=1，指定讀操作 (輸出 )。與 TCS 無關(guān)。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除慢充電寄存器外的所有寄存器內(nèi) 容。 圖 41 軟件設(shè)計總體框架結(jié)構(gòu) 在多功能模塊化程序設(shè)計中，主程序的作用是設(shè)置系統(tǒng)運行的一些初始狀態(tài)及系統(tǒng)運行的環(huán)境，并將各功能子程序按要求連接起來組成一個功能強大的系統(tǒng)。 圖 38 DS1302 的連接電路 LCD1602 顯示模塊的設(shè)計 由于 LCD1602 液晶顯示器是本身帶有驅(qū)動模塊的液晶屏，它只有并口線和一些控制線，與單片機的連接有兩種不同的方法，直接訪問方式和間接訪問方式。 系統(tǒng)硬件模塊的設(shè)計 系統(tǒng)硬件主要由 AT89S52 主控模塊， DS1302 時鐘模塊， LCD1602 顯示模塊組成。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 4) HD44780 內(nèi)藏的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，如圖35 所示。 HD44780 是字符型液晶顯示控制器的代表電路。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。當 Vcc2 大于 Vcc1＋ 時，Vcc2 給 DS1302 供電。 DS1302 實時時鐘芯片 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設(shè)置 ALE 禁止位無效。 7) RST—— 復位輸入。在使用 8 位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 硬件設(shè)計總體結(jié)構(gòu)如圖 23 所示： 圖 23 硬件設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框圖 6 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)的硬件由主控制器 AT89S52， DS1302 時鐘電路， LCD1602 液晶顯示電路組成。 系統(tǒng)采用方案二。 方案二： 采用 AT89S52，片內(nèi) ROM 全都采用 Flash ROM，能以 3V 的超低壓工作，同時也與MCS51 系列單片機完全兼容，該芯片內(nèi)部存儲器為 8KB ROM 存儲空間，同樣具有 89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞?，F(xiàn)結(jié)合康巴絲石英匯鐘常用的STP5512F 型為例做一簡單介紹。 3 第二章 系統(tǒng)方案論證 系統(tǒng)具體要求 (1) 設(shè)計內(nèi)容 1) 設(shè)計一個帶 日歷的電子鐘。如今，隨著數(shù)字芯片的誕生，曾經(jīng)令人眼花繚亂的電路。近幾年，單片機競相采用 Flash 存儲器 ，它可以取代 PROM、 EPROM、 OTP 和 EEPROM。 單片機模塊中最常見的是電子鐘，電子鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒計時的裝置，廣泛用于個人家庭，車站，辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵罚S著科技的發(fā)展，讓你們對電子產(chǎn)品的應用要求越來越高，電子鐘不但可以顯示當前的時間，而且可以顯示日期 ， 給人們的生 活帶來了方便。因此我們需要一個定時系統(tǒng)來提醒這些忙碌的人，而電子鐘可以給人們帶來了極大的方便，使人們掌握準確的時間，從而挽回那些損失。本文編寫的主導思想是軟硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，軟件為主導，來進 行各功能模塊的編寫。本設(shè)計以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)，單片機技術(shù)為核心。一旦遇到重要的事情，忘記時間這將會帶來很大的損失。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。這兩種單片機有兩級或三級程序存儲器保密系統(tǒng)，用以保護 EPROM 或 EEPROM 中的程序，以防止非法復制。 目前，國際上的電子鐘正從模擬式向數(shù)字式，由集成化向智能化的方向飛速發(fā)展。 通過一系列的仿真，仿真結(jié)果證明，設(shè)計的帶日歷電子鐘完全達到了課題預期制定的各項功能指標，成功的完成了課題的最終目標。石英計時芯片（簡稱“機心”）比較多，常見的型號有 STP5512F，SM5546A 和 D60400 等。 圖 21 基于 555 的妙脈沖發(fā)生器 圖 22 5512F的引腳圖 4 單片機芯片的選擇方案和論證 方案一： 采用 89C51 芯片作為硬件核心，其為高性能 CMOS 8 位單片機，該芯片采用 Flash ROM，內(nèi)部具有 4KB 的可反復擦寫的只讀程序存儲器 （ PEROM）、 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、 32 位可編程 I/O 口線、 2 個 16 位定時 /計數(shù)器、 6 個中斷源、可編程串行 UART 通道及低功耗空閑和掉電模式，能于 3V 的超低壓工作，而且與 MCS51系列單片機完全兼容，但是運用于電路設(shè)計中時由于不具備 ISP 在線編程技術(shù)，當在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。所以在此設(shè)計中采用 LCD 液晶顯示屏。 5 電路設(shè)計最終方案決定 綜上各方案所述，對此課程設(shè)計的最終方案選定為： 采用 AT89S52 作為主控制芯片， DS1302 時鐘芯片提供時鐘， LCD1602 液晶顯示芯片用來顯示數(shù)據(jù)結(jié)果。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 2) VSS：接地 3) P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在這種應用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉 發(fā)送 1。 引腳號的第二功能： ① RXD(串行輸入口 ) ② TXD(串行輸出口 ) ③ INTO(外中斷 0) ④ INT1(外中斷 1) ⑤ TO(定時 /計數(shù)器 0) ⑥ T1(定時 /計數(shù)器 1) ⑦ WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) ⑧ RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 12) XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。上電運行時，在 Vcc 之前， RST必須保持低電平。 HD44100 是作擴展顯示字符位的。 11 圖 34 1602 的顯示地址與實際顯示位置的關(guān)系圖 比如第二行第一個字符的地址是 40H，那么是否直接寫入 40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這 樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位 D7恒定為高電平 1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是 01000000B（ 40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 第 2 腳： VDD 接 5V 正 電源。 第 16 腳：背光源負極 。其中 X1 和 X2 外接 晶振， SCLK(7)、 I/O(6)、RST(5)分別與單片機的 、 、 相連。軟件總體框架結(jié)構(gòu)如圖41 所示。 此外， DS1302 還有寫保護寄存器、慢充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。 DS 為 01 選擇一個二極管， DS 為 10 選擇二個二極管， DS 為 11 或 00 充電器被禁止。 DS1302 時鐘模塊軟件設(shè)計具體可以包括三個模塊：寫入數(shù)據(jù)模塊、讀出數(shù)據(jù)模塊、初始化事件模塊，每個模塊有可以包含 幾個子函數(shù)，具體 DS1302 程序流程圖如圖 44 所示。如果斷電時間較短 (幾小時或幾天 )時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。但是，如果在系統(tǒng)中采用時鐘芯片 DS1302，則能很好地解決這個問題。 ⑦ 顯示數(shù)據(jù)存儲器：本存儲器 (DDRAM)存儲所要顯示的數(shù)據(jù)。 指 令 4：顯示開關(guān)控制 當 D=1 時顯示， D=0 時不顯示。 指令 7： 設(shè)置用戶自定義 CGRAM 的地址，對用戶自定義 CGRAM 訪問時，要先設(shè)定 CGRAM 的地址，地址范疇為 0~63。 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。最開始 各寄存器和工作狀態(tài)的初始化 判斷顯示器是否忙 確定光標的書寫位 判斷顯示器是否忙 寫入要顯示的字符 結(jié)束 N Y Y N 23 后經(jīng)過 多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件。 軟件調(diào)試 仿真軟件介紹 圖 51 Proteus 仿真界面 25 PROTEUS 軟件由公司開發(fā)，是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺，可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、調(diào)試與測試的 EDA 工具。 能夠正常編譯的程序說明沒有什么問題了，此時我們再點擊相關(guān)欄目，讓它生成我們在硬件仿真時所需要的 .HEX 文件。 在實際使用中，我們發(fā)現(xiàn) DS1302 工作情況不夠穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在實時時間的傳送會出現(xiàn)誤差，有時甚至整個芯片停止工作。所以當我們選用了符合 32768Hz 的晶振，還應該使該晶振的負載電容與 DS1302 提供的 6pF 一致，就不會影響晶振的起振或?qū)е抡袷庮l率的偏移。對電路的設(shè)計、布局要先有一個好的構(gòu)思，才顯得電路板美觀、大方。感謝提供相關(guān)技術(shù)幫助的老師和同學，你們的 支持和鼓勵使我們對這次的作品完成有了信心和動力，也給了我很多無私的幫助和支持，我在此深表謝意。此次比賽中學到了很多很多東西，這是最重要的。 在整個設(shè)計過程中，充分發(fā)揮人的主觀能動性，自主學習，學到了許多沒學到的知識。因此，可能是32768Hz 晶振造成 DS1302 工作不穩(wěn)定的主要原因