【導(dǎo)讀】電子鐘主要是利用現(xiàn)代電子技術(shù)將時鐘電子化、數(shù)字化。與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，具。有時鐘精確、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們對電子鐘的功能又提出了諸多要求：報時、鬧鐘、日歷、溫度顯示，度、帶有定時鬧鈴的多功能電子時鐘。筆者通過查閱大量的資料。對當(dāng)前電子鐘開發(fā)技術(shù)進(jìn)行了認(rèn)真的比較和分析，最終。確定采用單片機(jī)技術(shù)實現(xiàn)多功能電子時鐘。本設(shè)計基于AT89C51芯片作為核心，7位LED. 溫度傳感器測量環(huán)境溫度。這種設(shè)計方法的優(yōu)點是電路簡單，性能穩(wěn)定，實時性好，時。間和溫度精度高，性價比高，開發(fā)較為容易。

　　

【正文】 個按鍵，若采用矩陣式鍵盤時 會有按鍵浪費，故 采用的是獨立式鍵盤。 鍵盤電路 如圖 。 對于內(nèi)置了上拉電阻的 I/O 引腳來說，外接上拉電阻沒有意義 [15][16]。 如圖 。 K1K2K3K4K5K6K7 圖 鍵盤電路 其中 K K K7為帶自鎖按鍵，每次按下后， 其對應(yīng)的 、 、 管腳接地，從高電平被拉至低電平。只有再次按下 ，按鍵彈出，與之連接的單片機(jī)管腳才會重新被拉回高電平。 K K K K6 鍵為自動復(fù)位按鍵。每次按下后，會自動彈出。單片機(jī)管腳只有在按鍵按下時為低電平，按鍵彈出后重新恢復(fù)高電平。按鍵功能參見表 。 17 表 按鍵功能表 按鍵 鍵名 功能 屬性 K1 Calendar 顯示日歷 自鎖 K2 T 顯示溫度 自鎖 K3 FUN 功能選擇 自動復(fù)位 K4 UP 數(shù)值加一操作 自動復(fù)位 K5 DOWN 數(shù)值減一操作 自動復(fù)位 K6 Enter/Snooze 確認(rèn)鍵 /貪睡 自動復(fù)位 K7 Alarm 鬧鈴開關(guān) 自鎖 按鍵操作說明如下： K1 鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，在正常顯示時間狀態(tài)下，每次將按鍵按下， LED 數(shù)碼管將顯示日期；再次按下，按鍵彈出，重新顯示時間。 K2鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，在正常顯示時間 狀態(tài)下，每次將按鍵按下， LED 數(shù)碼管將顯示環(huán)境溫度；再次按下，按鍵彈出，重新顯示時間。 K3鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，在正常顯示時間狀態(tài)下，第一次按下后，開始校對小時，以后每次按下都會分別進(jìn)入對分、秒、鬧鈴時、鬧鈴 分 、年、月、日的校對狀態(tài)。 K4鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，在校對狀態(tài)下，每次按動該鍵，都會使相應(yīng)校對位進(jìn)行加 1 操作。例如：校對小時狀態(tài)，每按一下，小時位加 1，當(dāng)加 至 小時最高值 23 時，再按 K4 鍵，小時位回 0。調(diào)分、秒、年、月、日與 皆 之相同，只是各位最高值不同。 K5鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，與 K4 鍵類似，不同之 處是該鍵每次按下將使相應(yīng)校對位進(jìn)行減 1操作。 K6鍵：該鍵 為 自動復(fù)位鍵，在校對狀態(tài)下，按下該鍵，從校對狀態(tài)返回時間顯示狀態(tài)；在響鈴狀態(tài)下，按下該鍵， 鬧鈴進(jìn)入貪睡狀態(tài)。 K7鍵：該鍵 為帶自鎖按鍵，按下后鬧鈴開啟 ，彈出后鬧鈴關(guān)閉。 鬧鈴 電路 設(shè)計 鬧鈴音樂可以直接采用蜂鳴器鬧鈴， 如當(dāng)前時刻與鬧鈴時間相同 ，單片機(jī)向蜂鳴器送出高電平，蜂鳴器發(fā)聲。采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但 是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。也可以在編程的時候編寫一段音樂程序，待鬧鈴 時間到時，調(diào)用該音樂程序給 揚聲器 ， 便響起音樂。 不過 該方法 只能做一些簡單音樂 ，并且音 樂程序會占用很多 單片機(jī)存儲資源。 還有一種方法是采用錄音放音芯片 1420 做 鬧鈴，先對錄放音設(shè)備錄入一段音樂，當(dāng)?shù)皆O(shè)定時間時，單片機(jī)控制錄放音設(shè)備放音。采用錄放音電路 ， 鈴聲可以 是 預(yù)先設(shè)定的 一段自己喜歡的音樂，符合電器設(shè)備人性化的要求。且 1420 芯片可以分段錄音，還具有語音報時功能。 18 另外，也可以購置一塊音樂集成電路，加置在單片機(jī)和蜂鳴器之間，當(dāng)單片機(jī)連接鬧鈴電路的管腳送出高電平時，音樂集成電路會給蜂鳴器特定脈沖 ，使蜂鳴器發(fā)聲 。此類集成電路體積較小，使用方便，不足的是音樂簡單、單一。 鬧鈴的音樂不是本設(shè) 計中的重點，故采用最簡單的方法，占用單片機(jī)一根 I/O 口， 中間用 PNP 型三極管 S9012 連接 和蜂鳴器。當(dāng) 引腳為低電平時， S9012的發(fā)射極和集電極導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲。當(dāng)響鈴標(biāo)志位為“ 1”時， 送一定頻率脈沖，使蜂鳴器 U11發(fā)出聲音 [16]。如圖 。 U 1 1B U Z Z E RR8 10KQ1S 9 0 1 2p 2 .0 圖 鬧鈴電路 復(fù)位電路 設(shè)計 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，以便使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都 處于 一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時， 也可按復(fù)位鍵重新啟動。 復(fù)位后， PC 內(nèi)容初始化為 0000H， 使單片機(jī)從 0000H 單元 開始執(zhí)行程序。單片機(jī)復(fù)位后，除了 PC 之外，還對片內(nèi)的特殊功能寄存器有影響， 它 們的復(fù)位狀態(tài)如表 所示。 單片機(jī)復(fù)位后不影響內(nèi)部 RAM 的狀態(tài) [17]。 89C51 單片機(jī)復(fù)位信號的輸入端是 RST 引腳，高電平有效。其有效時間持續(xù) 24 個時鐘周期（ 2個機(jī)器周期）以上。 RST 端的外部復(fù)位電路有兩種操作方式：上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。 上電自動復(fù)位是利用電容 儲 電來實現(xiàn)的，如圖 (a)所示。上電瞬間， RC 電路充電， RST 端出現(xiàn)正脈沖 ，隨著充電電流的減少， RST 的電位逐漸下降。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵電平復(fù)位是相當(dāng)于 RST 端 通過電阻接高電平，如圖(b)所示；按鍵脈沖復(fù)位，利用 RC 微分電路產(chǎn)生正脈沖，如圖 (c)所示 [12]。 出 于應(yīng)用方便，本設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位電路。實際電路請參見附錄 C，復(fù)位按鍵為 K8。 19 表 單片機(jī)寄存器的復(fù)位狀態(tài)表 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DPTR 0000H TL1 00H P P3 FFH SCON 00H IP 000000B SBUF 不定 IE 0 00000B PCON 0 B(NMOS) TMOD 00H 0 0000B(CHMOS) V c cR S TGND8 9 C 5 11K22uf+5V c cR S TGND8 9 C 5 11K22uf+5R E S E T200V c cR S TGND89C 511K22uf+5R E S E T10K22uf a、上電復(fù)位 b、按鍵電平復(fù)位 c、按鍵脈沖復(fù)位 圖 上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路 20 第四章 電子時鐘 軟件 設(shè)計 C51 單片機(jī)可以應(yīng)用匯編語言和 C 語言進(jìn)行編程。 ，匯編語言與機(jī)器指令一一對應(yīng)所以用 匯編語言編寫的程序 在單片機(jī)里運行起來效率 較 高。 C 語言程序 可讀性高， 更便于理解。 本設(shè)計使用 C語言編程。 主程序設(shè)計 第一次上電，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化， LED 顯示初始時間“ 14： 28： 00”，并開始走時。初始日期為 2020 年 5月 12日，此刻若按 K1鍵， LED 顯示“ 080512”。 單片機(jī)依次開始調(diào)用鍵盤掃描子程序、 DS1302 子程序、 DS18B20 子程序、鬧鈴子程序，經(jīng)過延時，返回程序開頭循環(huán)運行。 主程序流程圖如圖 。 開 始初 始 化顯 示 子 程 序鍵 盤 掃 描 子 程 序D S 1 3 0 2 子 程 序D S 1 8 B 2 0 子 程 序鬧 鈴 子 程 序延 時 子 程 序 圖 多功能電子鐘主程 序流程圖 子程序 設(shè)計 實時時鐘日歷子程序設(shè)計 該程序主要實現(xiàn)對 DS1302 寫保護(hù)、 充電， 對 年 、 月 、 日 、 時 、 分 、 秒等寄存器的讀寫操作。在讀寫操作子程序中都執(zhí)行了關(guān)中斷指令，因為在串行通信時對時序要求比較高，而且在此是用 I/O 口軟件模擬串行時鐘脈沖，所以在通信過程中最好保證傳輸?shù)倪B續(xù)性，不要允許中斷。其流程圖如圖 。 21 開 始初 始 化寫 入 時 鐘 初 值開 始 計 時讀 出 數(shù) 據(jù)返 回 圖 實時時鐘日歷子程序流程圖 DS1302 每次上電時自動處于暫停狀態(tài)，必須把秒寄存器的位 7置位 0，時鐘才開始計時。如果 DS1302 一直沒有掉電，則不存在此問題。 在進(jìn)行寫操作時，需要先解除寫保護(hù)寄存器的“禁止”狀態(tài)。當(dāng)用多字節(jié)模式進(jìn)行操作時，必須寫夠 8字節(jié) [18]。 環(huán)境溫度采集子程序設(shè)計 DS18B20 是 一種 單線器件，它在一根數(shù)據(jù)線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，這就需要一定的協(xié)議來對讀寫數(shù)據(jù)提出嚴(yán)格的時序要求，而 AT89C51單片機(jī)并不支持單線傳輸。因此，必須采用軟件的方法來模擬單線的協(xié)議時序。 主機(jī)操作單線器件 DS18B20 必須遵循下面的順序。 1. 初始化 單線總線上的所有操作均從初始化開始。初始化過程如下：主機(jī)通過拉低單線 480μ s以上 ，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進(jìn)入 RX接收模式。主機(jī)釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。單線器件 DS18B20 檢測到該上升沿后，延時 15～ 60μ s，通過拉低總線 60～240μ s來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說明有單線器件在線。 2. ROM 操作命令 一旦總線主機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起 ROM 操作命令。共有 5 位 ROM 操作命令。如表 。 22 表 DS18B20 的 ROM操作命令 命令類型 命令字節(jié) 功能說明 Raed Rom 33H 此命令讀取激光 ROM 中的 64 位，只能用于總線上單個DS18B20 器件的情況，多掛則會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突 Match Rom （匹配 ROM） 55H 此命令后跟 64 位 ROM 序列號，尋址多掛接總線上的DS18B20。 只有序列號完全匹配的 DS18B20 才能 響應(yīng) 后面的內(nèi)存操作命令，其他不匹配的將等待復(fù)位脈沖。此命令可用于單掛接或者多掛接總線。 Skip Rom （跳過 ROM） CCH 此命令用于單掛接總線系統(tǒng)時，可以無需提供 64 位 ROM 序列號皆可運行內(nèi)存操作命令。如果總線上接多個 DS18B20，并且在此命令后執(zhí)行讀命令，將會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。 Search Rom （搜索 ROM） F0H 主機(jī)調(diào)用此命令，通過一個排除法過程，可以識別出總線上所有器件的 ROM 序列號。 Alarm Search （告警搜索） ECH 此命令流程圖和 Search Rom 命令相同，但是 DS18B20 只有在最近的一次溫度測量時滿足了告警觸發(fā)條件，才會響應(yīng)此命令。 3. 內(nèi)存操作命令 在成功執(zhí)行了 ROM操作命令之后，才可以使用內(nèi)存操作命令。主機(jī)可以提供 6種 內(nèi)存操作命令，如表 。 23 表 DS18B20 內(nèi)存操作命令 命令類型 命令字節(jié) 功能說明 Write Scratchpad （寫暫存器） 4EH 此命令寫暫存器中地址 2～ 4的 3個字節(jié)（ TH、 TL和配置寄存器）在發(fā)起復(fù)位脈沖之前， 3個字節(jié)都必須要寫 。 Rrad Scratchpad （讀暫存器） BEH 此命令讀取暫存器內(nèi)容，從字節(jié) 0一直讀取到字節(jié) 8。主機(jī)可以隨時發(fā)起復(fù)位脈沖以停止此操作。 Copy Scratchpad （復(fù)制暫存器） 48H 此命令將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制進(jìn) E2RAM，以便將溫度告警觸發(fā)字節(jié)存入非易失內(nèi)存。如果在此命令后產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進(jìn)行復(fù)制就會輸出 0，復(fù)制 完成后，再輸出 1。 Convert T （溫度轉(zhuǎn)換） 44H 此命令開始溫度轉(zhuǎn)換操作。如果在此命令后主機(jī)產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換就會輸出 0，轉(zhuǎn)換完成后再輸出 1。 Recall E2 （重調(diào) E2 存儲器） B8H 將存儲在 E2RAM 中的溫度告警觸發(fā)值和配置寄存器值重新拷貝到暫存器中。此重調(diào)操作在 DS18B20 加電時自動產(chǎn)生。 Read Power Supply （讀供電方式） B4H 主機(jī)發(fā)起此命令后的每個讀數(shù)據(jù)時隙內(nèi)， DS18B20 發(fā)信號通知它的供電方式： 0 為寄生電 源方式， 1為外部供電方式。 4. 數(shù)據(jù)處理 DS18B20 要求有嚴(yán)格的時序來保證數(shù)據(jù)的完整。在單線 DQ 上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫“ 0”、寫“ 1”、讀“ 0”和讀“ 1”幾種信號類型。其中，除了應(yīng)答脈沖之外，均由 主機(jī)產(chǎn)生。而數(shù)據(jù)位的讀和寫則是通過使用讀、寫時隙實現(xiàn)的。 首先了解寫時隙。當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時，產(chǎn)生寫時隙。有 2種類型的寫時隙：寫“ 1”和寫“ 0”。所有寫時隙必須在 60μ s以上（即由高拉低后持續(xù) 60μ s以上），各個寫時隙之間必須保證最短 1μ s 的恢復(fù)時間。 DS18B20 在 DQ 線變低后的15～ 60μ s的窗口對 DQ 進(jìn)行采樣，如果為高電平，就為寫“ 1”；如果為低電平，就為寫“ 0”。對于主機(jī)產(chǎn)生寫“ 1”時隙的情況，數(shù)據(jù)線必須先被拉低，然后釋放，在寫時隙開始后的 15μ s，允許 DQ 線拉至高電平。對于主機(jī)寫“ 0”時隙的情況， DQ 線必須被拉至低電平且至少保持低電平 60μ s。 再來了解讀時隙。當(dāng)主機(jī)從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，把數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生讀時隙。數(shù)據(jù)線 DQ必須保持低電平至少 1μ s，來自 DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)