【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)技術學院 畢業(yè)設計 (論 文 ) 4 二十一世紀的今天，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械表或鐘。 第二次革命是石英晶體振蕩器的應用，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數(shù)碼計時技術的應用（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)跨越性的進步。 設計意義 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 更從質量，價格，使用上考慮，不斷的改進 實 時日歷時鐘 的設計，使其更加具有市場。 本設計為軟件，硬件相結合的一組設計，在軟件 設計過程中，應對硬件部分有相關的了解，這樣有助于對設計題目的更深了解，有助于軟件設計，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 系列單片機微機制成萬年歷電路，采用軟件和硬件相結合的方法，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)，軟件設計獨特，可靠。 本文介紹了基于 AT89S52 單片機設計的 實 時日歷時鐘 。首先簡單介紹了單片機的發(fā)展和應用。并且論述了在本次設計中的設計方案，并在此基礎上實現(xiàn)了萬年歷的基本電路設計，然后使用單片機匯編語言的 設計，程序采用模塊化設計，使得邏輯關系簡單明了，維護方便。 湖南工程職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 (論 文 ) 5 第 2 章 設計要求與方案論證 設計要求 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 ；調整和秒表操作下不影響日期和事件的準確性。 發(fā)揮部分 。 。 PC 機和單片機的串口通信來設置。 系 統(tǒng)基本模塊的理論分析 單片機芯片的選擇和分析 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 系列單片機完全兼容，但是運用于電路設計中時由于不具備 ISP 在線編程技術，當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，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，當在對電路進行調試時，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： 直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序實現(xiàn)年、月、日、 湖南工程職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 (論 文 ) 6 星期、時、分、秒技術，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、年以及閏年補償?shù)哪赀M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)掃描法與單片機相連接時，占用的單片機口線 少 。能在低電壓、小電流條件下驅動發(fā)光，壽命長，抗沖擊能力好。 所以在本次設計中 只需 采用 LED 數(shù)碼管 顯示 恰好 。 電路設計最終方案 綜上各方案所述，對此次設計的方案選定 ： 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)技術學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件的設計和實現(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，當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片進行多次插拔，所以不會對芯片造成損壞。 AT89S52 單片機為 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 引腳為復位輸入端，接上電容，電阻及開關后構成上電復位電路， 20 引腳為接地端， 40 引腳為電源端 。 湖南工程職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 (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 Vcc2Vcc1+ 時， 由 Vcc2 向 DS1302 供電， 當 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 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)技術學院 畢業(yè)設計 (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)技術學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 10 存信號 ALE 給鎖存器，當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 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 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 )可直接與單片機的鎖存控制信號端 ALE 相連，在 ALE的下降沿進行地址鎖存。 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對應于一個字節(jié)（ 8位）的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,因此 用 8 位二進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)。將標準秒信號送入 “ 秒計數(shù)器 ”“ 秒計數(shù)器 ” 采用 60進制計數(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)技術學院 畢業(yè)設計 (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)字進行校對調整的。 重點分析下 DS1302， DS1302工作時 為了 對任何 數(shù)據(jù) 傳送進 行初 始 化， 需要 將復位腳 （ 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 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 ， 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 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發(fā)起，無論是讀還是寫操作，單片機都必須先向 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