【文章內(nèi)容簡介】 芯片采用 DS1302，它是一款高性能、低功耗、自帶 RAM 的實時時鐘芯片，具有使用壽命長，精度高和功耗低等特點，同時具有掉電自動保存功能 ,可以對年、月、日、星期、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償功能，其工作電壓為 ～；顯示部份使用 1602 液晶顯示屏來實現(xiàn) ,該顯示屏具有低功耗、壽命長、可靠性高的特點，其工作電壓為 5v。 主要單元電路的設(shè)計 STC89C52單片機簡介 STC89C52是一種低功耗、高性能的 8位 CMOS微控制器，具有 8K的可編程 Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。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。在單芯片上，擁有靈巧的 8 8 位 CPU和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位I/O 口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， STC89C52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。引腳排列如圖 。 圖 STC89C52 引腳圖 從引腳功能來看，可將引腳分為三部分： 電源及時鐘引腳 VCC：接 +5V 電源； VSS：接地； XTAL1 和 XTAL2：時鐘引腳，外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時鐘時，此兩引腳端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 控制引腳 RST/VPT： RST 是復(fù)位信號輸入端， VPT 是備用電源輸入端。當(dāng) RST 輸入端保持 2個機器周期以上高電平時，單片機完成復(fù)位初始化操作。當(dāng)主電源 VCC 發(fā)生故障而突然下降到一定低電壓或斷電時，第 2功能 VPT將為片內(nèi) RAM提供電源以保護(hù)片內(nèi) RAM中 9 的信息不丟失。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號輸出端。在存取外存儲器時，用 于鎖存低 8 位地址信號。當(dāng)單片機正常工作后， ALE端就會周期性地以時鐘振蕩頻率的 1/6固定頻率向外輸出正脈沖信號。此引腳的第 2功能 PROG是對片內(nèi)帶有 4K字節(jié) EPROM的 8751固化程序時，作為編程脈沖輸入端。 PSEN：程序存儲允許輸出端。是片外程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。 CPU從外部程序存儲器取指令時， PSEN 信號會自動產(chǎn)生負(fù)脈沖，作為外部程序存儲器的選通信號。 EA/VPP：程序存儲器地址允許輸入端。當(dāng) EA為高電平時， CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令，但當(dāng) PC 中的值超過 0FFFFH 時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行 片外程序存儲器指令；當(dāng) EA 為低電平時， CPU只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對 8031單片機， EA必須接低電平。在 8751中，當(dāng)對片內(nèi) EPROM編程時，該端接 21V的編程電壓。 I/O口引腳 ～ ： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個TTL邏輯電平。對 P0端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 ～ ： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ）。在 flash編程和校驗時， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 ～ :P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 4個 TTL邏輯電平。在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口送出高八位地址。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。在 flash編程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。 ～ ： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 4個 TTL邏輯電平。 P3口亦作為 STC89C52特殊功能（第二功能）使用。在 flash編程和校驗時， P3口也接收一些控制信號。 單片機主控制模塊的設(shè)計 10 本設(shè)計中單片機主要負(fù)責(zé)對外設(shè)的控制和各個功能模塊間的協(xié)調(diào)，沒有復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算，因此， 8 位的 51 系列單片機足以勝任。 51 單片機以其低廉的價格以及較出色的性能成了很多控制系統(tǒng)的首選。它具有豐富的內(nèi)部資源，較大的數(shù)據(jù)、程序存儲區(qū)。 一個典型的單片機最小系統(tǒng)一般由時鐘電路、復(fù) 位電路、電源指示燈和外部擴(kuò)展接口等部分組成，本系統(tǒng)也不例外， 當(dāng)單片機具備了這些最基本的條件后，就可以正常工作了 。 單片機最小系統(tǒng)復(fù)位、晶振電路簡介 復(fù)位電路的設(shè)計 復(fù)位電路是使單片機的 CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這上狀態(tài)開始工作。 （ 1）單片機常見的復(fù)位電路 通常單片機復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位電路，按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位電路：上電復(fù)位是單片機上電時復(fù)位操作，保證單片機上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)。它利用的是電容充電的原理來實現(xiàn)的。按鍵復(fù)位電路：它不僅具有上電復(fù)位電路的功能，同時它 的操作比上電復(fù)位電路的操作要簡單的多。如果要實現(xiàn)復(fù)位的話，只要按下 RESET 鍵即可。它主要是利用電阻的分壓來實現(xiàn)的 在此設(shè)計中，采用的按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路如圖 。 圖 復(fù)位電路 11 （ 2）復(fù)位電路工作原理 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間 RESET 引腳獲得高電平，隨著電容的充電， RERST 引腳的高電平將逐漸下降。 RERST 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（ 2個機器周期），單片機就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時可以自動復(fù)位 ，而且在單片機運行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作 晶振電路的設(shè)計 晶振電路 用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地工作。 通常在引腳 Xl 和 X2 跨接石英晶體和兩個補償電容構(gòu)成自激振蕩器，如圖 XC C4。可以根據(jù)情況選擇 6MHz、 12MHz或 24MHz等頻率的石英晶體，補償電容通常選擇 30pF左右的瓷片電容。 圖 時鐘振 蕩電路 時鐘電路模塊的設(shè)計 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘 芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘 /日歷和 31字節(jié)靜態(tài) RAM，通過簡單的串行接口與單片機進(jìn)行通信。圖 DS1302的引腳排列，其中 VCC1 為后備電源， VCC2 為主電源。所以在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。 DSX1 和 DSX2 是振蕩源，外接 。RST 是復(fù)位 /片選線，通過把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化， 12 允許對 DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中 RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電行動時，在 VCC 大于等于 之前， RST 必須保持低電平。在 SCLK為低電平時，才能將 RST置為高電平， I/O為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向）。 SCLK始終是輸入端。 圖 DS1302的 硬件接線圖 時鐘芯片 DS1302的工作原理： (1) DS1302的控制字節(jié) DS1302 控 制字節(jié)的高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位 6如果 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)；位 5至位1 指示操作單元的地址；最低有效位（位 0）如為 0 表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出 (2) 數(shù)據(jù)輸入輸出（ I/O） 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0開始。同樣，在緊跟 8位的控制指令字后的下一個 SCLK脈沖的下降沿讀出 DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0位到高位 7。 (3) DS1302的寄存器 DS1302有 12個寄存器，其中有 7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD碼形式。 “CH”是時鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為 1 時，時鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為 0時，時鐘開始運行。 “WP”是寫保護(hù)位，在任何的對時鐘和 RAM的寫操作之前， “WP”必須為 0。當(dāng) “WP”為 1時，寫保護(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。 此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存 器內(nèi)容。DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作； 13 另一類為突發(fā)方式下的 RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM的 31個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。 實現(xiàn)鍵盤控制的方法有多種，在本系統(tǒng)中，我們采用了 STC89C52單片機來進(jìn)行控制，因為單片機可以很好的解決鍵抖動。 由若干個按鍵組成一個鍵盤，其電路結(jié)構(gòu)可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。本設(shè)計采用的是獨立式鍵盤。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式。 CPU在一個工作周期內(nèi)，利用完成其他任務(wù)的空余時間，調(diào)用鍵盤掃描子程序，經(jīng)程序查詢，若無鍵操作，則返回；若有鍵操作，則進(jìn)而判斷是哪個鍵，并執(zhí)行相應(yīng)的鍵處理程序。這種方式為編程掃描方式。由于單片機在正常應(yīng)用過程中，可能會經(jīng)常進(jìn)行鍵操作，因而編程控制方式使 CPU經(jīng)常處于工作狀態(tài)， 在進(jìn)行本次設(shè)計中，只涉及到了設(shè)置、上調(diào)、下調(diào)三個功能。因此采用獨立式鍵盤。如下圖所示： 圖 顯示模塊的設(shè)計 本設(shè)計中由于要對時間、溫度進(jìn)行顯示，所以選擇液晶顯示屏 1602 模塊作為輸出。1602字符型 LCD通常有 14條引腳線或 16條引腳線的 LCD，多出來的 2條線是背光電源線。它可以顯示兩行，每行 16 個字符，采用單 +5V 電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符 圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A”。 管腳功能 如表 41所示 ： 14 表 41 LCD1602 引腳功能 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 VL 液晶顯示器對比度調(diào)整端。 4 RS RS為寄存器選擇。 5 R/W R/W為讀寫信號線。 6 EN E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 7 DB0 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位） 8 DB1 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位 9 DB2 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位 10 DB3 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位 11 DB4 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位 12 DB5 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位 13 DB6 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位 14 DB7 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位） 15 BL+ 背光電源正極 16 BL 背光電源負(fù) 極 LCD1602主要管腳介紹： V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，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。 RS為寄存器選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。 R／ W為讀寫信號線端，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R／ W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng) RS為高電平 R／ W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 E為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 15 將 L1602的 RS 端和 ， R/W端和 , E 端和 ，當(dāng) RS=0時，對 LCD1602寫入指令；當(dāng) RS=1 時，對 LCD1602 寫入數(shù)據(jù)。當(dāng) R/W端接高電平時芯片處于讀數(shù)據(jù)狀態(tài)，反