【文章內(nèi)容簡介】 平的 提高和生活節(jié)奏的加快，對時間的要求越來越高，精準(zhǔn)數(shù)字計時的消費需求也是越來越多。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 4 二十一世紀(jì)的今天，最具代表性的計時產(chǎn)品就是實 時日歷時鐘 ，它是近代世界鐘表界的第三次革命。第一次是擺和擺輪游絲的發(fā)明，相對穩(wěn)定的機(jī)械振蕩頻率使鐘表的走時差從分級縮小到秒級，代表性的產(chǎn)品就是帶有擺和擺輪游絲的機(jī)械表或鐘。 第二次革命是石英晶體振蕩器的應(yīng)用，發(fā)明了走時精度更高的石英電子鐘表，使鐘表的走時月差從分級縮小到了秒級。第三次革命就是單片機(jī)數(shù)碼計時技術(shù)的應(yīng)用（實 時日歷時鐘 ），使計時產(chǎn)品的走時日差從分級縮小到了百萬分之一秒，從原 有傳統(tǒng)指針計時的方式發(fā)展為人們?nèi)粘８鼮槭煜さ囊构鈹?shù)字顯示式，直觀明了，并增加了全自動日期、星期、溫度以及其他日常附屬信息的顯示功能，他更符合消費者的生活需求，因此，實 時日歷時鐘 的出現(xiàn)帶來了鐘表計時業(yè)跨越性的進(jìn)步。 設(shè)計意義 我國生產(chǎn)的 實 時日歷時鐘 有很多種，總體上來說以研究多功能實時日歷時鐘為主，使萬年歷除了具有原來的顯示時間，日期等基本功能外，還具有鬧鈴，報警等功能，商家生產(chǎn)的 實 時日歷時鐘 更從質(zhì)量，價格，使用上考慮，不斷的改進(jìn) 實 時日歷時鐘 的設(shè)計，使其更加具有市場。 本設(shè)計為軟件，硬件相結(jié)合的一組設(shè)計，在軟件 設(shè)計過程中，應(yīng)對硬件部分有相關(guān)的了解，這樣有助于對設(shè)計題目的更深了解，有助于軟件設(shè)計，基本的要了解一些主要期間的基本功能和作用。 除 了 采用集成化的時鐘芯片外，還利用 AT89 系列單片機(jī)微機(jī)制成萬年歷電路，采用軟件和硬件相結(jié)合的方法，控制液晶輸出顯示。其最大的特點是：硬件電路簡單，安裝方便易于實現(xiàn)，軟件設(shè)計獨特，可靠。 本文介紹了基于 AT89S52 單片機(jī)設(shè)計的 實 時日歷時鐘 。首先簡單介紹了單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。并且論述了在本次設(shè)計中的設(shè)計方案，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了萬年歷的基本電路設(shè)計，然后使用單片機(jī)匯編語言的 設(shè)計，程序采用模塊化設(shè)計，使得邏輯關(guān)系簡單明了，維護(hù)方便。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 5 第 2 章 設(shè)計要求與方案論證 設(shè)計要求 基本 功能 DS1302 實現(xiàn)年月日時分秒， 并 用 LED 顯示并具備以下功能。 、月、日、時、分、星期 ；調(diào)整和秒表操作下不影響日期和事件的準(zhǔn)確性。 發(fā)揮部分 。 。 PC 機(jī)和單片機(jī)的串口通信來設(shè)置。 系 統(tǒng)基本模塊的理論分析 單片機(jī)芯片的選擇和分析 方案一： 采用 AT89C51 芯片作為硬件核心，內(nèi)部 具有 4KB ROM 存儲空間，能于 3V 的超低電壓工作，而且與 MCS51 系列單片機(jī)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(dāng)在對電路進(jìn)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 插拔 會對芯片造成一定的損壞。 方案二： 采用 AT89S52 片內(nèi) ROM 全都采用 FlashROM：能以 3V 的超低電壓工 作， 同時也與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容，該芯片內(nèi)部存儲器為 8KB ROM 存儲空間，同時具有 89C51 的功能，且具有在線 編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片進(jìn)行多次插拔，所以不會對芯片造成損壞。綜上所述，所以采用 AT89S52 作為主控系統(tǒng)。 時鐘芯片的選擇和分析 方案一： 直接采用單片機(jī)定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論 文 ) 6 星期、時、分、秒技術(shù)，采用此種方案雖然減小芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大，所以不采用此方案。 方案二： 采用 DS1302 時鐘芯片實現(xiàn)時鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周 、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計數(shù)，而且精度高，位的 RAM 作為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 范圍內(nèi)， 時耗電小于 300Ma。 顯示模塊的選擇和分析 方案 一 ： 采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較合適，如果用在顯示數(shù)字顯得太浪費，且價格也相對較高，所以也不用此種作為顯示。 方案 二 ： 采用 LCD 顯示器 ，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，但是價格昂貴，需要的接口線多， 此次設(shè)計只需顯示簡單的數(shù)字 與字符 ，所以不 需要如此多余。 方案 三 ： 采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描， LED 數(shù)碼管價格適中，對于顯示數(shù)字最合適，而且采用動態(tài)掃描法與單片機(jī)相連接時，占用的單片機(jī)口線 少 。能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，壽命長，抗沖擊能力好。 所以在本次設(shè)計中 只需 采用 LED 數(shù)碼管 顯示 恰好 。 電路設(shè)計最終方案 綜上各方案所述，對此次設(shè)計的方案選定 ： 采用 AT89S52 作為主控系統(tǒng)； DS1302 提供時鐘； LED 數(shù)碼管顯示。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計和實現(xiàn) 主要 器件簡介 AT89S52 芯片 圖 1 如圖， 使用 AT89S52 作為單片機(jī)的主控芯片， 該芯片內(nèi)部存儲器為 8KB ROM 存儲空間，同時具有 89C51 的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對電路進(jìn)行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片進(jìn)行多次插拔，所以不會對芯片造成損壞。 AT89S52 單片機(jī)為 40 引腳雙列直插芯片，有四個 I/O 口 P0,P1,P2,P3，每一條 I/O 線都能獨立地作輸出或輸入。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如上 圖所示， 18 引腳和 19 引腳接時鐘電路， XTAL1 接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相 放大器的輸入， XTAL2 接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，第 9 引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電阻及開關(guān)后構(gòu)成上電復(fù)位電路， 20 引腳為接地端， 40 引腳為電源端 。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 DS1302 時鐘 芯片 圖 2 各引腳的功能為： Vcc1： 主電源； Vcc2： 備份電源。 當(dāng) Vcc2Vcc1+ 時， 由 Vcc2 向 DS1302 供電， 當(dāng) Vcc2 Vcc1 時， 由 Vcc1 向 DS1302 供電。 SCLK：串行 時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一， CE 開始控制字 訪問移位寄存器的控制邏輯；其次 ， CE 提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā? DS1302 有下列幾組寄存器： ① DS1302 有關(guān)日歷、 DS1302 時間的寄存器共有 12 其中有 7個寄存器 （讀時 81h～ 8Dh， 寫時 80h～ 8Ch）存放的數(shù)據(jù)格式為 BCD 碼形式， 如下表所示。 ② DS1302 有關(guān) RAM 的地址 DS1302 中附加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 的地址如下表所示 。 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 ③ DS1302 的工作模式寄存器 所謂突發(fā)模式是指一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和 RAM 數(shù)據(jù)。突發(fā)模式寄存器如下表所示。 74LS244 圖 3 引腳功能： 1A1~1A4,2A1~2A4 輸入端 /1G, /2G 三態(tài)允許端 (低電平有效 ) 1Y1~1Y4,2Y1~2Y4 輸出端 當(dāng)微處理器 與存儲器交換信號時，首先由 CPU 發(fā)出存儲器地址，同時發(fā)出允許鎖 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 存信號 ALE 給鎖存器，當(dāng)鎖存器接到該信號后將地址 /數(shù)據(jù)總線上的地址鎖存在總線上，隨后才能傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)三態(tài)端 OE 為 有效低電平， 74LS373 的 G端為輸人選通端，使能端 G為有效高電平時，輸出跟隨輸入變化；當(dāng) G=1 時，鎖存器處于透明工作狀態(tài)，即鎖存器的輸出狀態(tài)隨數(shù)據(jù)端的變化而變化，即腳 1=Di(I=1， 2， ? ， 8)。當(dāng) G端由 1變 0時，數(shù)據(jù)被鎖存起來，此時輸出端 Qi 不再隨輸入端的變化而變化，而一直保持鎖存前的值不變。 G 端 (或 STB 端 )可直接與單片機(jī)的鎖存控制信號端 ALE 相連，在 ALE的下降沿進(jìn)行地址鎖存。 LED 顯示器 圖 4 八段 LED數(shù)碼管顯示器由 8個發(fā)光二極管組成 ，其中 7個長條形的發(fā)光管排列成 “ 日 ”字形，另一個發(fā)光管在數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點 。 8個筆劃段 hgfedcba對應(yīng)于一個字節(jié)（ 8位）的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,因此 用 8 位二進(jìn)制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼 。 實時日歷 時鐘的基本原理 數(shù)字電子鐘是一個將 “ 時 ”“ 分 ”“ 秒 ” 顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為 24小時，顯示滿刻度為 23時 59分 59秒。因此，一個基本的數(shù)字電子鐘電路主要由秒信號發(fā)生器、 “ 時、分、秒、星期 ” 計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號發(fā)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入 “ 秒計數(shù)器 ”“ 秒計數(shù)器 ” 采用 60進(jìn)制計數(shù)器，每累計 60秒發(fā)出一個 “ 分脈沖 ” 信號，該信號將作為 “ 分計數(shù)器 ” 的時鐘脈沖。 “ 分計數(shù)器 ” 也采用 60進(jìn)制計數(shù)器，每累計 60分鐘，發(fā)出一個“ 時脈沖 ” 信號，該信號將被送到 “ 時計數(shù)器 ” 。 “ 時計數(shù)器 ” 采 用 24進(jìn)制計時器，可實現(xiàn)對一天 24小時的累計。每累計 24小時發(fā)出一個 “ 星期脈沖 ” 信號，該信號將被送到 “ 星期計數(shù)器 ”“ 星期計數(shù)器 ” 采用 7進(jìn)制計時器， 可實現(xiàn)對一周 7天的累計。 譯碼顯示電路將 “ 時 ”“ 分 ”“ 秒 ”“ 星期 ” 計數(shù)器的輸出狀態(tài)送到 LED 顯示 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 譯碼器譯碼，通過 LED 顯示器顯示出來。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈 沖信號 ， 然 后去 觸發(fā)音 頻發(fā) 生器實 現(xiàn)報時 。校 時電路 時用來對“ 時 ”“ 分 ”“ 秒 ”“ 星期 ” 顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整的。 重點分析下 DS1302， DS1302工作時 為了 對任何 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)在時鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前 8位指定訪問地址 ， 命令字裝入移位寄存器后 ， 在之后的時鐘周期 ， 讀操作時輸出數(shù)據(jù) ， 寫操 作 時輸出數(shù)據(jù) 。 時鐘脈沖的個數(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 DS1302的操作 就 是對其內(nèi)部寄存器的操作， DS1302內(nèi)部有 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 。 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以外的寄存器。 DS1302內(nèi)部的 RAM分為兩類，一類是單個 RAM單元，共 31個 ，每個單元為一個 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 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外部接口 來訪問這些資源。單片機(jī)是通過簡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，無論是讀還是寫操作，單片機(jī)都必須先向 DS1302寫 入 一個命令幀，這個幀的格式如表 1所示，最高位 BIT7固定為 1， BIT6決 定操作是針對 RAM 還是時鐘寄存器，接著的 5個 BIT 是 RAM 或 時 鐘寄存器在 DS1302的 內(nèi) 部地址 ，最后一個 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個口線組成，即 RST， SCLK， I/O。其中 RST從低電平變成高電平啟動一次數(shù)據(jù)傳輸 過程， SCLK 是時鐘線， I/O 是數(shù)據(jù)線。具體的讀寫時序參考圖 5，但 是 請注意， 無 論是哪種 同 步通訊類 型 的串行接 口 ，都是對 時 鐘信號敏感 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 冊里沒有明確說明 ）， 如 果不是特別確定，則把程序設(shè)