【正文】 27 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求所設(shè)計(jì)的定時(shí)控制器的硬件電路如圖 310 所示。假設(shè)我們要取消 01 組時(shí)間的設(shè)置，按下 OK 鍵以后，液晶屏?xí)@示 “01組 未設(shè)置 ”。 2）開(kāi)停機(jī)設(shè)置：在功能選擇界面選擇 “開(kāi)停機(jī)設(shè)置 ”，按下 OK 鍵進(jìn)入（分兩行顯示：第一行， “ ”；第二行， “01組 未設(shè)置 ”，此時(shí)選擇條在第二行），按下OK 鍵開(kāi)始對(duì) 01 組時(shí)間的設(shè)置：首先進(jìn)入開(kāi)機(jī)時(shí)間設(shè)置的界面，再次按下 OK 鍵，開(kāi)始設(shè)置開(kāi)機(jī)時(shí)間，按 MOV 選擇要設(shè)定的時(shí)、分、秒的數(shù)字，按 ADD 鍵進(jìn)行調(diào)整，設(shè)定好后按 OK 鍵和 MOV 鍵進(jìn)入停機(jī)時(shí)間設(shè)置的界面，時(shí)間設(shè)定的操作相同，設(shè)定好以后按 OK 鍵和 MOV 鍵進(jìn)入 02 組、 03 組、 04 組時(shí)間的設(shè)置 。 圖 39 系統(tǒng)硬件框圖 在圖 39 中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其它的外圍電路都是圍繞單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的：時(shí)鐘模塊為系統(tǒng)提供一個(gè)數(shù)字鐘；鍵盤(pán)電路可以進(jìn)行 調(diào)時(shí)和定時(shí)以及功能的選擇；控制輸出電路提供設(shè)定時(shí)間到時(shí)的標(biāo)志（發(fā)光二極管的亮和滅）； LCD 讓系統(tǒng)的顯示成為現(xiàn)實(shí)。繼電器是由兩個(gè)三極 管驅(qū)動(dòng)的。在本系統(tǒng)中，按鍵 MOV,ADD,OK 是一鍵多功能的，在進(jìn)入要選定的功能界面后，例如時(shí)間調(diào)整界面， MOV 鍵是移動(dòng)要調(diào)整的時(shí)間， ADD 鍵執(zhí)行加 1 操作，按下 OK 鍵，退出到主界面。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，我們確定了系統(tǒng)的組成模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊，時(shí)鐘模塊，液晶顯示模塊，鍵盤(pán)接口模塊，控制輸出模塊。 鍵盤(pán)接口電路 系統(tǒng)采用的是獨(dú)立式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)，這是出于對(duì)單片機(jī)的端口不夠的考慮。A 輸出低電平電流 I OL 16mA 23 74HC14 應(yīng)用在振蕩電路中，如圖 36 所示。 表 34 74HC14 電特性 型號(hào) △ Vt tPLH tPHL PD 54/7414 15nS 15nS 引出端符號(hào) ： 1A－ 6A 輸入端 1Y－ 6Y 輸出端 邏輯圖如圖 35所示。 基于前述的內(nèi)容，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)鐘模塊選擇了 DS1302。當(dāng)時(shí)鐘 /日歷字節(jié)在多字節(jié)方式下工作時(shí)，最先的 8 個(gè)時(shí)鐘 /日歷寄存器可以從地址為 0 的第0 位開(kāi)始連續(xù)地讀或?qū)?。涓流充電電阻選擇（ RS） 位 D1D0 用于選擇連接在 VCC2 和 VCC1 之間的電阻， RS 為 00 時(shí)無(wú)電阻連接， RS 為 01 時(shí)電阻值為 2K， RS 為 10 時(shí)為 4K， RS 為 11 時(shí)電阻值為 8K。在對(duì)時(shí)鐘或內(nèi)部 RAM 單元進(jìn)行寫(xiě)操作前 D7 必須為 0，當(dāng) D7 處于高電平狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)保護(hù)位防止對(duì)其它寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作。 19 表 33 DS1302 的日歷 \時(shí)鐘寄存器及其控制字 寄存器名 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫(xiě)操作 讀操作 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 0059 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 0059 0 10MIN MIN 時(shí)寄存器 84H 85H 0112 或 0023 12/24 0 10 AP HR HR 日寄存器 86H 87H 0128,29 30,31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 0112 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 0107 0 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 0099 10 YEAR YEAR 秒寄存器的 D7 定義為時(shí)鐘暫停位，當(dāng)此位設(shè)置為邏輯 1 時(shí)時(shí)鐘振蕩器停止使DS1302 進(jìn)行低功率倍份方式，其消耗電流小于 100nA；當(dāng)此位設(shè)置為邏輯 0 時(shí)，時(shí)鐘將被啟動(dòng)。 此外 ,DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與 RAM相關(guān)的寄存器等。 在控制指令字輸入后的下一個(gè) SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫(xiě)入 DS1302,數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開(kāi)始。 除了采用單字節(jié)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)外，也可以采用突發(fā)方式多字節(jié)連續(xù)讀寫(xiě)。命令字節(jié)的 D7 必須為邏輯 1，如果它為 0，將 禁止 DS1302； D6 為邏輯 0 時(shí)指定訪問(wèn)時(shí)鐘 /日歷數(shù)據(jù)；為邏輯 1 時(shí)指定訪問(wèn) RAM 數(shù)據(jù)； D5D1 指定進(jìn)行輸入或輸出的特殊寄存器單元地址； D0 為邏輯 0 時(shí)指定進(jìn)行寫(xiě)操作，為邏輯 1 時(shí)指定進(jìn)行讀操作。如果在傳送過(guò)程中置 RST 為低電平 ,則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送 ,并且 I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 表 32 控制字節(jié)的含義 7 6 5 4 3 2 1 0 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 RAM/CK 3. 復(fù)位 通過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。 2． DS1302 的控 制字如表 32 所示。復(fù)位引腳 RST 輸入與控制邏輯相連，用于允許或禁止地址 /命令序列送入移位寄存器；同時(shí)， RST 還提供了中止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖侄?，?RST 輸入為低電平，那麼所有的數(shù)據(jù)傳輸將被中止并且 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 輸入移位寄存器模塊用于完成串行數(shù)據(jù)的輸入輸出，數(shù)據(jù)在同步串行時(shí)鐘 SCLK 的上升沿串行輸入。 SCLK：同步串行時(shí)鐘輸入引腳。 16 圖 31 DS1302 引腳圖 X X2： 晶振引腳。 DS1302 是由 DS1202 改進(jìn)來(lái)的，增加了雙電源管腳用于主電源和備份電源供電，其中 VCC1 為可編程涓流充電電源： Vcc1 在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源及低功率的電池備份； Vcc2 在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn) 行方式中， Vcc1 連接到備份電，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。更重要的是， DS1302 可以在 15 很小電流的后備電源（ ～ ，在 時(shí)功耗小于 300nA）下繼續(xù)計(jì)時(shí)，并可編程選擇多種充電電流來(lái)對(duì)后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電。 表 31 SPI 串行通信接口模式 SPI 模式 CPOL CPHA 0 0 0 1 1 2 1 0 3 1 1 CPHA 用來(lái)表示同步時(shí)鐘信號(hào)的相位， CPOL 用來(lái)表示同步時(shí)鐘信號(hào)的極性。當(dāng)系統(tǒng)中所有的 SPI 從設(shè)備都需要獨(dú)立地連接到系統(tǒng)主機(jī)時(shí)， 所有的從設(shè)備仍然使用相同的時(shí)鐘信號(hào) SCLK，并將所有 SPI 從設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入引腳連接到系統(tǒng)主機(jī)的數(shù)據(jù)輸出引腳，從設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出引腳連接到主機(jī)的數(shù)據(jù)輸入引腳，但每個(gè) SPI 從設(shè)備采用相互獨(dú)立的片選信號(hào)來(lái)控制芯片使能端，這樣系統(tǒng)主機(jī)可以通過(guò)片選信號(hào)來(lái)選通其中一個(gè)從設(shè)備進(jìn)行讀寫(xiě)操作訪問(wèn)，而未被選中的其它所有器件處于高阻隔離狀態(tài)。大多數(shù)設(shè)備的移位寄存器是 8 位或 8 位的整數(shù)倍。系統(tǒng)主設(shè)備為 SPI 總線通信過(guò)程提供同步時(shí)鐘信號(hào)，并決定從設(shè)備片選信號(hào)的狀態(tài)，使能將要進(jìn)行通信的設(shè)備。 ●總線競(jìng)爭(zhēng)保護(hù)。 ●4種可編程主機(jī)數(shù)據(jù)傳輸速率。采用 SPI 總線可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降 低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)具有靈活的可擴(kuò)展性。本章會(huì)向讀者講述整個(gè)系統(tǒng)硬件的設(shè) 計(jì)思路和方法，另外還會(huì)向大家介紹時(shí)鐘模塊、液晶的外部時(shí)鐘產(chǎn)生電路等硬件電路。 一個(gè) 1616 的漢 字 的存放方式如下： 0 16 1 17 … … 15 32 一個(gè) 816 的阿拉伯?dāng)?shù)字的存放方式如下 ： 0 1 … 15 通過(guò)單片機(jī)將已提取的漢字的字模輸入液晶控制器，即可按設(shè)定的液晶模塊顯示需要的漢字或數(shù)字。 9）開(kāi)關(guān)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)模式設(shè)置 A0 RD WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 D 功能： D=0 表示關(guān)閉靜態(tài)顯示， D=1 表示打開(kāi)靜態(tài)顯示 10）占空比選擇 A0 RD WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 D 功能： D=0 表示 1/16DUTY,D=1 表示 1/32 DUTY 11） “讀 修 改 寫(xiě) ”模式設(shè)置 A0 RD WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 功能：執(zhí)行該指令后，每執(zhí)行一次寫(xiě)數(shù)據(jù)指令，列地址自動(dòng)加一；但執(zhí)行讀數(shù)據(jù)指 11 令時(shí)列地址不會(huì)改變。 6）寫(xiě)顯示數(shù)據(jù) A0 RD WR D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 0 Write Data 將 8 位數(shù)據(jù)寫(xiě)入 DD RAM ，執(zhí)行該指令后，列地址自動(dòng)加 1，所以可以連續(xù)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入 DD RAM 而不用重新設(shè)置列地址。 執(zhí)行讀寫(xiě)命令后，列地址會(huì)自動(dòng)加 1，直 到達(dá)到 50H 才會(huì)停止，但頁(yè)地址不變 。行地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)計(jì)數(shù)功能，用于顯示行掃描同步，當(dāng)掃描完一行后自動(dòng)加一。 D=1，開(kāi)顯示； D=0，關(guān)顯示。高電平：表示出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上的是數(shù)據(jù)；低電平：表示出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上的是指令或讀書(shū)的狀態(tài)。所以，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的復(fù)位電路不起作用時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)整一下電阻、電容的大 小，使復(fù)位高電平能夠持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期。 復(fù)位電路 復(fù)位電路如圖 22 所示 [4]。如 EA 為高電平， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元中的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 表 22 P3 口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外中斷 0) INT1(外中斷 1) T0(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀 選通 ) ●RST :復(fù)位輸入。它的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX ＠ DPTR， A）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。此外， 和 分別作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如表 21 所示。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)要求外接上拉電阻。 引腳定義及功能 STC89C58RD+封裝形式和引腳排列如圖 21 所示。 3 第 2 章 單片機(jī)及液晶顯示模塊 單片機(jī)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主控模塊，液晶是系統(tǒng)顯示的載體 。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。人們甚至將定時(shí)器用在了軍事方面，制成了定時(shí)炸彈，定時(shí)雷管。 1876 年，英國(guó)外科醫(yī)生索加取得一項(xiàng)定時(shí)裝置的專利，用來(lái)控制煤氣街燈的開(kāi)關(guān)。 本文完成了對(duì)系統(tǒng)硬件電路制作、軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程的說(shuō)明，系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)分時(shí)段定時(shí)控制的功能。由其是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。 作為單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用之一的定時(shí)控制器，在日常生活，工業(yè)場(chǎng)合甚至軍事領(lǐng)域都有應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)，時(shí)鐘芯片，液晶模塊，定時(shí)控制 Subject： Development of Time Controller Based on Single Chip Microprocessor ABSTRACT Along with the electronic technology rapid development, appears of the large scale integrated circuit specially, these have made a big change on people’s living. Products including the technology application of the single chip microprocessor sets already entered every family. As one application of the single chip microprocessor technology, the time controller has been applied in the daily life, the industry situation and military field. This article introduced mainly the design process of the time controller posed by the sin