【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 置 0 0 0 0 1 0 0 1 09H 關(guān)液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 顯示 光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 0 1 0 0AH 關(guān)液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 不顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 0 1 1 0BH 關(guān)液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 1 0 0 0CH 開液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 不顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 1 0 1 0DH 開液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 1 1 0 0EH 開液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 不顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 1 1 1 0FH 開液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 顯示光標(biāo)位置 第二行指令主要 能完成的功能是寫完字符 光標(biāo)或屏幕移動(dòng)方向 指令碼 功能 80H+地址碼（ 027H， 40H67H） 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 顯示模塊的數(shù)據(jù)連接 1602LCD 的 D0— D7 的八位數(shù)據(jù)線分別接單片機(jī) 89C51 的 — 。 RS 復(fù)位端接 ,EN 使能端接 ,讀、寫信號(hào)端接 圖 顯示模塊的數(shù)據(jù)連接圖 時(shí)鐘模塊 單片機(jī)控制時(shí)鐘模塊，定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用單片機(jī)內(nèi)部的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對(duì)時(shí)間 精度要求不高的場(chǎng)合；二是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，在對(duì)時(shí)間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時(shí)鐘芯片有： DS1302， DS12887， X1203 等都可以滿足高精度的要求。本次設(shè)計(jì)采用 DS1302 芯片 DS1302 數(shù)據(jù)操作原理 DS1302 時(shí)鐘芯片簡(jiǎn)介 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，可以通過(guò)串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的信息，每個(gè)月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘 操作可通過(guò) AM/PM 標(biāo)志位決定采用 24 或 12 小時(shí)時(shí)間格式。 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）。時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá) 31 字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302 工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)，功耗小于 1mW。 DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，主要組成部分為：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及 RAM。雖然數(shù)據(jù)分成兩種，但是對(duì)單片機(jī)的程序而言，其實(shí)是一樣的，就是對(duì)特定的地址進(jìn)行讀寫操作。 DS1302 含充電電路，可以對(duì)作為后備電源的可充電電池充電，并可選擇充電使能和串入的二極管 數(shù)目，以調(diào)節(jié)電池充電電壓。不過(guò)對(duì)我們目前而言，最需要熟悉的是和時(shí)鐘相關(guān)部分的功能， DS1302 的工作原理 DS1302 工作時(shí)為了對(duì)任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳（ RST）置為高電平且將 8 位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時(shí)鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前 8 位指 定訪問(wèn)地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時(shí)鐘周期，讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，寫操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8（ 8 位地址 +8 位數(shù)據(jù)），在多字節(jié)方式下為 8 加最多可達(dá) 248 的數(shù)據(jù)。 DS1302 的寄存器和控制命令 對(duì) DS1302 的操作就是對(duì)其內(nèi)部寄存器的操作， DS1302 內(nèi)部共有 12 個(gè)寄存器，其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄 存器以外的寄存器。日歷、時(shí)間寄存器及控制字如表 1 所示： 寄存器名稱 7 6 5 4 3 2 1 0 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 RD/W 秒寄存器 1 0 0 0 0 0 0 分寄存器 1 0 0 0 0 0 1 小時(shí)寄存器 1 0 0 0 0 1 0 日寄存器 1 0 0 0 0 1 1 月寄存器 1 0 0 0 1 0 0 星期寄存器 1 0 0 0 1 0 1 年寄存器 1 0 0 0 1 1 0 寫保護(hù)寄存器 1 0 0 0 1 1 1 慢充 電寄存器 1 0 0 1 0 0 0 時(shí)鐘突發(fā)寄存器 1 0 1 1 1 1 1 表 1：日歷、時(shí)鐘寄存器與控制字對(duì)照表 最后一位 RD/W 為 “0”時(shí)表示進(jìn)行寫操作，為 “1”時(shí)表示讀操作。 DS1302 內(nèi)部寄存器列表如表 2 所示： 寄存器名稱 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫 讀 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 0059 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 0059 0 10MIN MIN 小時(shí)寄存器 84H 85H 0112 或 0023 12/24 0 A HR HR 日期寄存器 86H 87H 0128,29,30,31 0 0 10DATE DATE 月份寄存器 88H 89H 0112 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 0107 0 0 0 0 0 DAY 年份寄存器 8CH 8DH 0099 10YEAR YEAR 表 2： DS14302 內(nèi)部主要寄存器分布表 DS1302 內(nèi)部的 RAM 分為兩類，一類是單個(gè) RAM 單元，共 31 個(gè)，每個(gè)單元為一個(gè) 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操 作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31個(gè)字節(jié)，命令控制字為 FEH（寫）、 FFH（讀）。 我們現(xiàn)在已經(jīng)知道了控制寄存器和 RAM 的邏輯地址，接著就需要知道如何通過(guò)外部接口來(lái)訪問(wèn)這些資源。單片機(jī)是通過(guò)簡(jiǎn)單的同步串行通訊與 DS1302 通訊的，每次通訊都必須由單片機(jī)發(fā)起，無(wú)論是讀還是寫操作，單片機(jī)都必須先向 DS1302 寫入一個(gè)命令幀，這個(gè)幀的格式如表 1 所示，最高位 BIT7 固定為 1， BIT6 決定操作是針對(duì) RAM 還是時(shí)鐘寄存器，接著的 5 個(gè) BIT 是 RAM 或時(shí)鐘寄存器在 DS1302 的內(nèi)部地址，最后一個(gè) BIT 表示這次操作是讀操作抑或是寫操作。 物理上， DS1302 的通訊接口由 3 個(gè)口線組成，即 RST， SCLK， I/O。其中 RST 從低電平變成高電平啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程， SCLK 是時(shí)鐘線， I/O 是數(shù)據(jù)線。具體的讀寫時(shí)序參考圖 5，但是請(qǐng)注意，無(wú)論是哪種同步通訊類型的串行接口，都是對(duì)時(shí)鐘信號(hào)敏感的，而且一般數(shù)據(jù)寫入有效是在上升沿，讀出有效是在下降沿（ DS1302 正是如此的，但是在芯片手冊(cè)里沒有明確說(shuō)明），如果不是特別確定，則把程序設(shè)計(jì)成這樣：平時(shí) SCLK 保持低電平，在時(shí)鐘變動(dòng)前 設(shè)置數(shù)據(jù)，在時(shí)鐘變動(dòng)后讀取數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)操作總是在 SCLK 保持為低電平的時(shí)候，相鄰的操作之間間隔有一個(gè)上升沿和一個(gè)下降沿。 時(shí)鐘模塊的數(shù)據(jù)連接 設(shè)計(jì)中時(shí)鐘模塊， DS1302 的 X X2 間接晶振起時(shí)鐘振蕩作用。復(fù)位端 RST 接 89C51的 ， 串行數(shù)據(jù)輸入端 SCLK 接 ，數(shù)據(jù)雙向輸入、輸出端 I\O 接 圖 時(shí)鐘模塊的數(shù)據(jù)連接 電源轉(zhuǎn)換模塊 日常用到的都是 220V 的交流電源，所以，需要用變壓器將其轉(zhuǎn)換為線路設(shè)計(jì)中所用到的直流電源。此轉(zhuǎn)換后的直流電源為 +12V,而線 路設(shè)計(jì)中許多芯片所用到的電壓為 +5V,因此 ,還需有 12V 到 5V 的轉(zhuǎn)換電路。此轉(zhuǎn)換采用 7805（三端穩(wěn)壓器）來(lái)完成，轉(zhuǎn)換圖如下： 圖 7805 電壓轉(zhuǎn)換電路 當(dāng) Vin5V 時(shí)， Vout端可得到穩(wěn)定的 5V 電壓。 本章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)思想的介紹，分別對(duì)主控制模塊、顯示模塊、時(shí)鐘模塊、以及電源轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析闡述。對(duì)各模塊所需的芯片、元器件進(jìn)行介紹。 3 電路仿真與制作 電路仿真 電路圖的繪制通過(guò) 完成。 Proteus 的 ISIS 是一款 Labcenter 出品的電路 分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和 IC，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。 該軟件的特點(diǎn)： ① 全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 ② 具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 ③ 目前支持的單片機(jī)類型有： 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 ④ 支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真 5 AVR、 PIC。 根據(jù)本設(shè)計(jì)模塊化思想，繪制電路圖如圖 ： 圖 多功能數(shù)字時(shí)鐘電路圖 [圖錯(cuò) ] 電路板制作 Proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式 SPICE仿真 ,PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。因此用 Proteus 制作 PCB 板。完成后將芯片焊接到對(duì)應(yīng)的位置上。檢查線路，看是否焊接出現(xiàn)短路情況。 本章小結(jié) 本章主要介紹本次設(shè)計(jì)中在 Proteus 軟件中進(jìn)行的電路圖的繪制，軟件的仿真， PCB 板的制作。 4 軟件設(shè)計(jì)部分 本次設(shè)計(jì)用 Keil 編程軟件進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。 Keil 軟件是目前最流行 的 開發(fā) MCS51 系列單片機(jī)軟件，近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持 Keil。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。 Keil支持匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)， 易學(xué)易用。 時(shí)鐘 程序的設(shè)計(jì) 因?yàn)槭褂昧藭r(shí)鐘芯片 DS1302，陽(yáng)歷程序只 需要從 DS1302 各寄存器中讀出年、周、月、日、小時(shí)、分、秒等數(shù)據(jù)，再處理既可。對(duì)其進(jìn)行初始化，然后從 DS1302 中讀出數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)處理后，送給顯示緩存單元。 時(shí)鐘 程序流程圖見圖 所示。 圖 時(shí)鐘 程序流程圖 液晶程序模塊 時(shí)鐘需顯示時(shí)間、溫度。以上兩個(gè)模塊都需將數(shù)值送顯示模塊。 液晶的一般初始化過(guò)程： 延時(shí) 15mS 寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） 延時(shí) 5mS 寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） 延時(shí) 5mS 寫指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） 以 后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào) 寫指令 38H：顯示模式設(shè)置 寫指令 08H：顯示關(guān)閉 寫指令 01H：顯示清屏 寫指令 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置 開始 初始化 1302 1302 開始振蕩 從 1302 中讀出年、周、月、日、小時(shí)、分、秒 讀出的數(shù)據(jù)都為BCD 碼，送顯示模塊 void en_toggle() { en=0。 //_nop_()。 delay()。 en=1。 delay()。 // _nop_()。 en=0。 } //液晶延時(shí) 本章小結(jié) 本章介紹了本次設(shè)計(jì)的軟件部分的設(shè)計(jì)思想，即時(shí)鐘程序與顯示程序。 5 總結(jié) 本設(shè)計(jì) 能夠準(zhǔn)確顯示 時(shí)間（顯示格式為時(shí)時(shí)：分分：秒秒， 24 小時(shí)制），可隨時(shí)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整，具有鬧鐘時(shí)間設(shè)置、鬧鐘開 /關(guān)、止鬧功能，設(shè)計(jì)以硬件軟件化為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機(jī)功能，大部分功能通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。 基于單片機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)具有顯示準(zhǔn)確、直觀、易于調(diào)整等特點(diǎn)， 單片機(jī)所被占用的 I/O 口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性。 電子時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。做為新時(shí)代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展。知識(shí)來(lái)自實(shí)踐，多去生活中探詢所需要的。對(duì)于上述所提到的研究課題，我們應(yīng)盡量考慮到人的因素，增強(qiáng)時(shí)鐘的實(shí)用 性和操作性，為使用者提供切實(shí)的方便，營(yíng)造一種舒適的生活氛圍。所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該從多方面、多角度去考慮問(wèn)題，而且應(yīng)該進(jìn)一步提高時(shí)鐘的質(zhì)量。 參考文獻(xiàn) [1] 劉建英 .基于單片機(jī)的時(shí)鐘設(shè)計(jì) [J].內(nèi)蒙古石油化工， 2021， 1. 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