【文章內(nèi)容簡介】 6 DS1302 時(shí)鐘電路 數(shù)碼管 LED LED 顯示器由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)筆畫或一個(gè)點(diǎn)就發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的管導(dǎo)通，就能顯示出對應(yīng)字符。各段 LED 顯示器需要由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。在七段 LED 顯示器中，通常將各段發(fā)光二極管的陰極或陽極連在一起作為公共端。將各段發(fā)光二極管連在一起的叫共陽極顯示器，用低電平驅(qū)動(dòng)；將陰極連在一起的叫共陰極顯示器，用高電平驅(qū)動(dòng)。 靜態(tài)顯示就是每一個(gè)顯示器各筆畫段都要獨(dú)占具有一個(gè)鎖存功能的輸出口線， CPU 把要顯示的字形代碼送到輸出口 上，就可以使顯示器上顯示所需的數(shù)字或符號，此后，即使 CPU 不在去訪問它，因?yàn)楦鞴P畫段借口具有鎖存功能，顯示的內(nèi)容也不會消失。 9 動(dòng)態(tài)顯示是指顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。靜態(tài)顯示有并行輸出和串行輸出兩種方式。在本系統(tǒng)中數(shù)碼管使用共陰極接法而且是用動(dòng)態(tài)顯示。 譯碼器 74HC138 74HC138 譯碼器是通過 3條線來達(dá)到控制 8條線的狀態(tài)，就是通過 3條控制線 A0、 A A2 不同的高低電平組合來控制 Y0～ Y7的輸出狀態(tài)，其中 4 和 5 為使能地端，與 8 引腳共同接地，當(dāng)接高電平時(shí) Y0 到 Y7 輸出高電平。 6號腳為使能端，為高電平時(shí)有效。 74HC138 封裝如圖 37。當(dāng)需要級聯(lián)時(shí)只需要改變使能端信號引腳即可，連接方法簡單。 圖 37 74HC138 封裝圖 鎖存器 74LS244 74ls244 由 2 組、每組四路輸入、輸出構(gòu)成。每組有一個(gè)控制端 G，由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開。 圖 38 74LS244 引腳圖 9101112131415161 2 3 4 5 6 7 8A0 A1 A2Y\0 Y\1 Y\2 Y\3 Y\4 Y\5 Y\6Y\7 GNDVCCG1G\2A G\2B 10 4 硬件設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)概述 本電路是由 AT89S52 單片機(jī)為控制核心， 具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；時(shí)鐘電路由 DS1302 提供，它是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 31*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能；顯示部份由 15 個(gè)數(shù)碼管， 74Hs13 74ls244 構(gòu)成。使用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式對數(shù)字的顯示。 硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，所以合理的安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。 電源設(shè)計(jì) 在這里因設(shè)計(jì)分工和側(cè)重點(diǎn)不同，電源模塊用通用的 5v 變壓器。 AT89S52 主控制模塊 DS1302時(shí)鐘模塊 LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示模塊 鍵盤模塊 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 11 單片機(jī)的復(fù)位電路 圖 42 手動(dòng)復(fù)位電路 在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，有時(shí)可能對系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)位，為了避免對硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計(jì)了手動(dòng)的復(fù)位電路。如圖 42 所示。這種電路的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中需要復(fù)位時(shí)，只需使開關(guān)閉合，在 RST 端就會出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平信號，從而使單片 機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 單片機(jī)系統(tǒng)的晶振電路 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能進(jìn)行工作。 MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號送到單片機(jī)的內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。圖 43 就是內(nèi)部時(shí)鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外界振蕩源，本設(shè)計(jì)就采用這種外接晶振的方法。電路中的兩個(gè)電容的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振（ C1 C2 的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是對振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用（ C1 C2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有 提高）。 C1 C2 的值采用 30pF。 12 圖 43單片機(jī)內(nèi)部晶振電路連接圖 主電路設(shè)計(jì) 主電路的功能是完成年、月、日、星期、時(shí)、分、秒之間的轉(zhuǎn)換， 再送往LED 顯示，并且接受鍵盤操作，對日期和時(shí)間進(jìn)行校正。 電路原理圖如圖 44所示，顯示部分用 P0 口做為輸出數(shù)據(jù)接到 LED 數(shù)碼管a到 h，并接 74ls244 做為各段的驅(qū)動(dòng)（為了簡化電路圖在此用了 8個(gè)上拉電阻代替 74ls244）。用 P3 口的低 3 位接譯碼器的 A0,A1,A2 端，用 ,分別接譯碼器的使能端，通過控制 P3 口來控制 LED 的 動(dòng)態(tài)掃描。單片機(jī)的 18和 19 引腳接 12MHZ 的晶振，并接兩個(gè) 22PF 的電容同時(shí)接地，單片機(jī)復(fù)位端接一極性電容并連接到電源處，在極性電容的負(fù)極接一 10K 的電阻，并連接至地做為放電用。本設(shè)計(jì)用到四個(gè)獨(dú)立式鍵盤分別接到 P1 口的低 4 位，用 P1 口的, 接日歷時(shí)鐘的使能端和時(shí)鐘端及數(shù)據(jù)輸入輸出口，并在日歷時(shí)鐘上接一 的晶振，并接兩個(gè) 22PF 的電容終端和地相連，各芯片的電源部分分別接到有開關(guān)式電源產(chǎn)生的＋ 5V 電源上，芯片的接地端都接在公共地上，在這里接電源部分就不再一一詳述。 設(shè)計(jì) 采用動(dòng)態(tài)顯示，輪流掃描各個(gè) LED 使之顯示相應(yīng)的數(shù)型碼，當(dāng)掃描頻率大于人眼所能識別的頻率時(shí)就看不到閃爍現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示，但靜態(tài)顯示占用的 I/O 口資源較多，往往用移位寄存器 74LS164 等來擴(kuò)充其 I/O口不足的情況，當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，這樣勢必增加硬件開銷，增大成本，不利于開闊市場。本設(shè)計(jì)的突出之處在于硬件電路簡單，大大減少了硬件開銷，這樣又勢必增加了軟件開發(fā)的難度，但降低了成本有利于市場的開闊。 13 圖 44電路原理圖 5 軟件設(shè)計(jì) 軟件的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在整體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi) RAM 資源，劃分功能模塊，然后進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)，最后連接起來成為一個(gè)完整應(yīng)用程序，與硬件相結(jié)合完成相應(yīng)功能。 主程序設(shè)計(jì) 主程序才用模塊化設(shè)計(jì)，流程圖如圖 51 所示。 從上面主程序看出，主程序的組成是通過分別調(diào)用各子程序組成總體系統(tǒng)功能，能很直觀的看出主程序所要完成的功能，首先是初始化各模塊，之后調(diào)用鍵盤完成時(shí)間的調(diào)整，調(diào)用日歷子程序完成日歷時(shí)鐘的初始化和時(shí)間數(shù)據(jù)的讀寫，調(diào)用顯示子程序顯示數(shù)據(jù)，最后又轉(zhuǎn)到鍵盤程序來回循環(huán)。 初始化部分主要有初始化定時(shí)器部分和和 一些寄存器、標(biāo)志位、初始化時(shí)間等。 對定時(shí)器 T0初始化時(shí)，首先置初值， CPU 開中斷，定時(shí)器 T0 開中斷，并且開始計(jì)數(shù)，而對定時(shí)器 T1初始化時(shí)，首先置初值，定時(shí)器 T1 關(guān)中斷，并且停止 14 計(jì)數(shù)，只有收到命令時(shí)才能產(chǎn)生中斷。 寄存器的初始化主要是初始化執(zhí)行程序時(shí)用到的部分 RAM 空間，防止程序執(zhí)行時(shí)帶來混亂。 標(biāo)志位初始化是對時(shí)間調(diào)整時(shí)判斷是調(diào)分還是調(diào)時(shí)等而專設(shè)的位標(biāo)志，初始化過程中標(biāo)志位全部置0，即開始時(shí)是處于顯示狀態(tài)，而不是調(diào)整狀態(tài)，這一點(diǎn)在程序中相當(dāng)明了。 初始化時(shí)間是開機(jī)時(shí)顯示的時(shí)間，并通過調(diào)用日歷時(shí)鐘的寫程序 來完成時(shí)間的置初值。 圖 51程序流程圖 鍵盤子程序設(shè)計(jì) 多功能鍵盤程序的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，也是完成本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，調(diào)用 10ms 延時(shí)程序，再判斷是否有鍵按下無則返回，若有先調(diào)用顯示程 序再判斷是否松開，否則再轉(zhuǎn)到顯示程序，這樣避免了在按鍵松開之前能正常顯示。其中 K1鍵功能最多，通過判斷 K1鍵按下的次數(shù)來判斷是調(diào)時(shí)間還是定時(shí)，并對對應(yīng)的位置閃爍。本鍵盤深度為 7級，即連續(xù)按下 K1 鍵 8次時(shí)則返回到原來界面。當(dāng)判斷鍵值為 1時(shí)則為調(diào)秒狀態(tài)，對應(yīng)的秒低位閃爍，為 2時(shí)為調(diào)分狀態(tài)并分閃爍，為 3 時(shí)為調(diào)時(shí)狀態(tài)并時(shí)閃爍，為 4 時(shí)為調(diào)日狀態(tài)并日閃爍，為 5時(shí)為調(diào)月狀態(tài)并月閃爍，為 6時(shí)為調(diào)年?duì)顟B(tài)并年閃爍，為 7時(shí)為調(diào)星期狀態(tài)并星期閃爍。 K2 為加 1 鍵， K3 為減 1 鍵， K4 為總返回鍵，即在調(diào)時(shí)見時(shí)不用只有開始 初始化 T0 并開中斷 初始化 T1 并關(guān)中斷 寄存器初始化 標(biāo)志位 初始化 初始化時(shí)間 調(diào)鍵盤子程序 調(diào)日歷子程序 調(diào)顯示子程序 結(jié)束 15 按下 K1 鍵值為 8才返回，而通過按下 K4鍵即可返回。由于鍵盤流程圖非常復(fù)雜，在此只表示秒，如圖 52所示，其余略。 N 開始 有鍵按下？ 延時(shí) 10ms K2 按下？ K3 按下？ K4 按下？ K1 按下？ 調(diào)顯示 K1 為 0？ 鍵值加 1 Y 調(diào)顯示 有鍵按下？ 鍵值清 0 標(biāo)志位清 0 返回回 N N N Y N Y N 下頁 1 Y Y Y 下頁 3 16 日歷時(shí)鐘子程序設(shè)計(jì) DS1302 與 CPU 的連接需要三條線，即 SCLK(7)、 I/O(6)、 RST(5)。日歷時(shí)鐘DS1302 的讀寫需要初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送是低位在先。讀寫都是 16 位數(shù)據(jù)高 8 位是地址低 8位是數(shù)據(jù)，在讀寫時(shí)要嚴(yán)格遵從其讀寫時(shí)序，否則讀寫將會失效。 1 鍵值為1？ 調(diào)顯示 秒閃爍 秒標(biāo)志位置1 K2 按下？ K3 按下？ 秒減1 秒數(shù)據(jù)送 DS1302 秒加1 3 Y N Y Y 鍵值為？ N 。。 。。 。。 圖 52 鍵盤子程序流程圖 17 當(dāng) RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，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)。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc≥ ， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平，這一點(diǎn)我們要一定注意。 當(dāng) RST置為高電平時(shí)，在串行時(shí)鐘的 SCLK的上升沿， DS1302從 I/O端口讀入一位數(shù)據(jù)，8個(gè)串行時(shí)鐘脈沖就可以讀入一字節(jié)的數(shù)據(jù)。在串行時(shí)鐘的下降沿， DS1302向 I/O端口輸出一位數(shù)據(jù)， 8個(gè)串行時(shí)鐘脈沖就可以輸出一字節(jié)的數(shù)據(jù)。 顯示子程序設(shè)計(jì) 電子產(chǎn)品是否實(shí)用其中顯示占了很重要的地位，很多數(shù)人都渴求用視覺效果好，范圍廣，直觀明了， LED 符合以上的要求，但相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)相對復(fù)雜。 RST 置 1 開 始 發(fā)送 1 位命令碼 命令碼 8 位送完？ 寫一位數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)寫完？ RST 置 0 （ a）時(shí)鐘寫 結(jié) 束 開 始 RST 置 1 發(fā)送 1 位命令碼 命令碼 8 位送完？ 讀一位數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)讀完？ RST 置 0 結(jié) 束 （ b） 時(shí)鐘讀 圖 53 日歷時(shí)鐘的寫和讀 N Y Y Y Y N N N 18 顯示子程 序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的顯示部分具有消隱和閃爍功能，當(dāng)時(shí)分秒等高位為 0時(shí)顯示消隱， 此時(shí)在讀時(shí)間時(shí)更加明了，但低位不能顯示消隱。閃爍功能也是本設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用 8 個(gè)位標(biāo)志位，其中一個(gè)標(biāo)志位通過用定時(shí)器 0產(chǎn)生一個(gè)周期大約為每秒 次，使閃爍時(shí)效果達(dá)到最好。此時(shí)定時(shí)器采用定時(shí)中斷的工作方式，這樣可以充分利用 CPU 資源。另外 7 個(gè)標(biāo)志位是時(shí)分秒等的位標(biāo)志位，當(dāng)秒標(biāo)志位置 1時(shí)即秒開閃爍，與用中斷產(chǎn)生的標(biāo)志位相結(jié)合，即在一個(gè)周期內(nèi)為 0時(shí)此時(shí)消隱為 1時(shí)開顯示，這樣就使在調(diào)時(shí)間時(shí)對應(yīng)的位閃爍。 6 系統(tǒng)調(diào)試 單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過 總體設(shè)計(jì)，完成了硬件和軟件設(shè)計(jì)開發(fā)。通過軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運(yùn)行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計(jì)的那樣正常工作是常見的事，經(jīng)常會出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯(cuò)誤，這是軟件和硬件開發(fā)者經(jīng)常遇見的，這就需要通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的已經(jīng)在 PC 機(jī)上用模擬開發(fā)軟件進(jìn)行了檢測和調(diào)試，并運(yùn)行成功，最后進(jìn)行實(shí)物圖的硬件組裝與調(diào)試，這樣就給開發(fā)者在提供了方便。 軟件調(diào)試 本設(shè)計(jì)是在 Proteus 軟件和 Wava6000 軟件相結(jié)合調(diào)試的，完全用仿真軟件在 PC 機(jī)上對目標(biāo)電 路原理圖和程序進(jìn)行檢測和調(diào)試。調(diào)試過程中單片機(jī)相應(yīng)輸入端由通用鍵盤和鼠標(biāo)設(shè)定，運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)