【文章內(nèi)容簡介】 6 DS1302 時鐘電路 數(shù)碼管 LED LED 顯示器由若干個發(fā)光二極管組成，當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個筆畫或一個點就發(fā)光。控制相應(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)動電路驅(qū)動。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；將陰極連在一起的叫共陰極顯示器，用高電平驅(qū)動。 靜態(tài)顯示就是每一個顯示器各筆畫段都要獨占具有一個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，因為各筆畫段借口具有鎖存功能，顯示的內(nèi)容也不會消失。 9 動態(tài)顯示是指顯示器顯示某一字符時，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態(tài)顯示。 譯碼器 74HC138 74HC138 譯碼器是通過 3條線來達到控制 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，當接高電平時 Y0 到 Y7 輸出高電平。 6號腳為使能端，為高電平時有效。 74HC138 封裝如圖 37。當需要級聯(lián)時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 電路設(shè)計框圖 系統(tǒng)概述 本電路是由 AT89S52 單片機為控制核心， 具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；時鐘電路由 DS1302 提供，它是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個 31*8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；顯示部份由 15 個數(shù)碼管， 74Hs13 74ls244 構(gòu)成。使用動態(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 在這里因設(shè)計分工和側(cè)重點不同，電源模塊用通用的 5v 變壓器。 AT89S52 主控制模塊 DS1302時鐘模塊 LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示模塊 鍵盤模塊 復(fù)位電路 時鐘電路 11 單片機的復(fù)位電路 圖 42 手動復(fù)位電路 在系統(tǒng)運行的過程中，有時可能對系統(tǒng)需要進行復(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)計了手動的復(fù)位電路。如圖 42 所示。這種電路的設(shè)計，在系統(tǒng)的運行過程中需要復(fù)位時，只需使開關(guān)閉合，在 RST 端就會出現(xiàn)一定時間的高電平信號，從而使單片 機實現(xiàn)復(fù)位。 單片機系統(tǒng)的晶振電路 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能進行工作。 MCS51 系列單片機內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機的內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。圖 43 就是內(nèi)部時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)計就采用這種外接晶振的方法。電路中的兩個電容的作用有兩個：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單片機內(nèi)部晶振電路連接圖 主電路設(shè)計 主電路的功能是完成年、月、日、星期、時、分、秒之間的轉(zhuǎn)換， 再送往LED 顯示，并且接受鍵盤操作，對日期和時間進行校正。 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（為了簡化電路圖在此用了 8個上拉電阻代替 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 動態(tài)掃描。單片機的 18和 19 引腳接 12MHZ 的晶振，并接兩個 22PF 的電容同時接地，單片機復(fù)位端接一極性電容并連接到電源處，在極性電容的負極接一 10K 的電阻，并連接至地做為放電用。本設(shè)計用到四個獨立式鍵盤分別接到 P1 口的低 4 位，用 P1 口的, 接日歷時鐘的使能端和時鐘端及數(shù)據(jù)輸入輸出口，并在日歷時鐘上接一 的晶振，并接兩個 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 采用動態(tài)顯示，輪流掃描各個 LED 使之顯示相應(yīng)的數(shù)型碼，當掃描頻率大于人眼所能識別的頻率時就看不到閃爍現(xiàn)象。動態(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 等來擴充其 I/O口不足的情況，當顯示位數(shù)較多時，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 軟件的設(shè)計是設(shè)計控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在整體設(shè)計和硬件設(shè)計 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，然后進行主程序和各模塊程序的設(shè)計，最后連接起來成為一個完整應(yīng)用程序，與硬件相結(jié)合完成相應(yīng)功能。 主程序設(shè)計 主程序才用模塊化設(shè)計，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)用鍵盤完成時間的調(diào)整，調(diào)用日歷子程序完成日歷時鐘的初始化和時間數(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器部分和和 一些寄存器、標志位、初始化時間等。 對定時器 T0初始化時，首先置初值， CPU 開中斷，定時器 T0 開中斷，并且開始計數(shù)，而對定時器 T1初始化時，首先置初值，定時器 T1 關(guān)中斷，并且停止 14 計數(shù)，只有收到命令時才能產(chǎn)生中斷。 寄存器的初始化主要是初始化執(zhí)行程序時用到的部分 RAM 空間，防止程序執(zhí)行時帶來混亂。 標志位初始化是對時間調(diào)整時判斷是調(diào)分還是調(diào)時等而專設(shè)的位標志，初始化過程中標志位全部置0，即開始時是處于顯示狀態(tài)，而不是調(diào)整狀態(tài)，這一點在程序中相當明了。 初始化時間是開機時顯示的時間，并通過調(diào)用日歷時鐘的寫程序 來完成時間的置初值。 圖 51程序流程圖 鍵盤子程序設(shè)計 多功能鍵盤程序的設(shè)計是本設(shè)計的難點，也是完成本設(shè)計的重點，當有鍵按下時，調(diào)用 10ms 延時程序，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)時間還是定時，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次時則返回到原來界面。當判斷鍵值為 1時則為調(diào)秒狀態(tài)，對應(yīng)的秒低位閃爍，為 2時為調(diào)分狀態(tài)并分閃爍，為 3 時為調(diào)時狀態(tài)并時閃爍，為 4 時為調(diào)日狀態(tài)并日閃爍，為 5時為調(diào)月狀態(tài)并月閃爍，為 6時為調(diào)年狀態(tài)并年閃爍，為 7時為調(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)時見時不用只有開始 初始化 T0 并開中斷 初始化 T1 并關(guān)中斷 寄存器初始化 標志位 初始化 初始化時間 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 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 日歷時鐘子程序設(shè)計 DS1302 與 CPU 的連接需要三條線，即 SCLK(7)、 I/O(6)、 RST(5)。日歷時鐘DS1302 的讀寫需要初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機啟動寫時序開始，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)，在讀寫時要嚴格遵從其讀寫時序，否則讀寫將會失效。 1 鍵值為1？ 調(diào)顯示 秒閃爍 秒標志位置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 RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302進行操作。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)。上電運行時，在 Vcc≥ ， RST 必須保持低電平。只有在 SCLK為低電平時，才能將 RST 置為高電平，這一點我們要一定注意。 當 RST置為高電平時，在串行時鐘的 SCLK的上升沿， DS1302從 I/O端口讀入一位數(shù)據(jù)，8個串行時鐘脈沖就可以讀入一字節(jié)的數(shù)據(jù)。在串行時鐘的下降沿， DS1302向 I/O端口輸出一位數(shù)據(jù)， 8個串行時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 電子產(chǎn)品是否實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） 時鐘讀 圖 53 日歷時鐘的寫和讀 N Y Y Y Y N N N 18 顯示子程 序設(shè)計 本設(shè)計的顯示部分具有消隱和閃爍功能，當時分秒等高位為 0時顯示消隱， 此時在讀時間時更加明了，但低位不能顯示消隱。閃爍功能也是本設(shè)計的一個難點，本設(shè)計采用 8 個位標志位，其中一個標志位通過用定時器 0產(chǎn)生一個周期大約為每秒 次，使閃爍時效果達到最好。此時定時器采用定時中斷的工作方式，這樣可以充分利用 CPU 資源。另外 7 個標志位是時分秒等的位標志位，當秒標志位置 1時即秒開閃爍，與用中斷產(chǎn)生的標志位相結(jié)合，即在一個周期內(nèi)為 0時此時消隱為 1時開顯示，這樣就使在調(diào)時間時對應(yīng)的位閃爍。 6 系統(tǒng)調(diào)試 單片機系統(tǒng)經(jīng)過 總體設(shè)計，完成了硬件和軟件設(shè)計開發(fā)。通過軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計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)計系統(tǒng)的已經(jīng)在 PC 機上用模擬開發(fā)軟件進行了檢測和調(diào)試，并運行成功，最后進行實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 機上對目標電 路原理圖和程序進行檢測和調(diào)試。調(diào)試過程中單片機相應(yīng)輸入端由通用鍵盤和鼠標設(shè)定，運行狀態(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)