【正文】 整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái)程序（背景程序）和前臺(tái)程序。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個(gè)廠長就比較難了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種 最 適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。在各執(zhí)行模 塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。接著是寫數(shù)據(jù)進(jìn)時(shí)鐘芯片，首先先寫入一位數(shù)據(jù)字節(jié)，然后給 SCLK 引腳發(fā)送脈沖，一致循環(huán)寫入 8 次，這樣就可以把數(shù)據(jù)寫入，最終使復(fù)位引腳變低，這樣就可以完成一次時(shí)鐘芯片的一次操作。 VCC21X12X23GND4CE5I/O6SCLK7VCC18U2DS130210KR2+5V12Y1BT13V 圖 313 DS1302 時(shí)鐘電路 24 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 開 始初 始 化判 斷 是 否 按 下功 能 鍵 ？設(shè) 置 時(shí) 間 和 脈 搏 上下 限 等 參 數(shù)是 否 按下 測 量 按 鍵 ？開 啟 定 時(shí) 器測 量 脈 搏 信 號(hào)計(jì) 算 出 脈 搏 數(shù)并 在 液 晶 上 顯 示判 斷 是 否 超過 脈 搏 上 限或 下 限 ？驅(qū) 動(dòng) 蜂 鳴 器 報(bào) 警判 斷 是 否 按 下停 止 按 鍵 ？關(guān) 閉 蜂 鳴 器是否否是是否是否 圖 41 系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖如圖 41 所示，單片機(jī)上電后先進(jìn)行初始化，清楚一些參數(shù)的初值，然后等待用戶按下對(duì)應(yīng)的按鍵并進(jìn)入對(duì)應(yīng)的功能， 如果是則進(jìn)入設(shè)置鬧鐘和時(shí)間以及脈搏上下限等參數(shù)，每個(gè)循環(huán)都會(huì)判斷用戶是否按下測量按鍵，按下則開啟定時(shí)器測量脈搏信號(hào)，在測量過程中時(shí)刻判斷用戶是否按下停 止按鍵，按下的停止計(jì)數(shù)，否則繼續(xù)測量，測量完成后計(jì)數(shù)出等效一分鐘的脈搏次數(shù)，并顯示出來 ,然后判斷是否超過用戶設(shè)定的上限次數(shù)和下限次數(shù)，有則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，沒有則取消報(bào)警 . 25 調(diào) 用 自 定 義字 庫設(shè) 置 D D R A M 地址 ， 在 第 一行 顯 示設(shè) 置 顯 示 數(shù)據(jù) 首 地 址循 環(huán) 量 設(shè) 置取 字 符 代 碼循 環(huán) 完 ？設(shè) 置 D D R A M 地址 ， 在 第 一行 顯 示設(shè) 置 顯 示 數(shù)據(jù) 首 地 址循 環(huán) 量 設(shè) 置取 字 符 代 碼循 環(huán) 完 ？結(jié) 束 圖 42 LCD1602 初始化子函數(shù)流程圖 首先先調(diào)用液晶自定義的字庫，設(shè)置好 DDRAM 地址后在第一行顯示，根據(jù)程序中的數(shù)據(jù)設(shè)置顯示數(shù)據(jù)的首地址并設(shè)置循環(huán)量，在循環(huán)過程中不斷的取字符代碼直到終止，第二行的顯示過程同一行的顯示過程一樣，兩行顯示完畢后便結(jié)束子程序。 DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，也可以關(guān)閉充電功能，芯片采用 晶振 。當(dāng)方波輸出使能時(shí)，這些位控制方波輸出的頻率。當(dāng)方波輸出的頻率設(shè)為 1Hz，則時(shí)鐘寄存器內(nèi)容將在方波的下降沿更 新。 SQWE：方波使能。當(dāng)方波輸出失效時(shí)，該位控制 SQW/OUT 引腳的輸出。 DS1302 控制寄存器用來控制 SQW/OUT 引腳的操作。它為高電平時(shí)，選擇 12[小 ]時(shí)方式。當(dāng)它為 0 時(shí)，時(shí)鐘將開始啟動(dòng)。當(dāng)它為 1 時(shí)， DS1302 停止振蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式。 DS1302 共有 12 個(gè)寄存器，其中有 7 個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表 32，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。當(dāng)總線開始工作時(shí)，當(dāng)前的時(shí)間信息被傳送給一串二級(jí)寄存器，時(shí)間信息然后從這些二級(jí)寄存器中讀取，而時(shí)鐘照常運(yùn)行。當(dāng)該位為高時(shí)選擇 12 小時(shí)模式，采用 12 小時(shí)模式時(shí)，位 5 是 AM/PM 標(biāo)志位，該位為 1 表示 PM。所以，在初始化程序中，使能晶振（ CH 位 =0）是很重要的。通過寫入正確的寄存器字節(jié)能夠設(shè)置或者初始化時(shí)鐘和日歷。數(shù)據(jù)讀寫程序如圖 312 所示。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫 RAM 時(shí)，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有 31 字節(jié)。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?0 的位 0 開始。位 6 規(guī)定時(shí)鐘或 RAM，而位 0規(guī)定讀或?qū)??？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入 /輸出。位 5～ 1（ A4～ A0）指示操作單元的地址?？刂谱止?jié)的最高有效位（位 7）必須是邏輯1；如果它為邏輯 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到 DS1302 中。在多字節(jié)存取中，當(dāng)?shù)刂分羔樀竭_(dá) 3Fh，即 RAM 空間的最后一個(gè)單元，則下一個(gè)操作地址將翻卷到 00h，即時(shí)鐘空間的開頭。 RTC 寄存器地址位于 00H 到 07h 處。事實(shí)上，寫保護(hù)帶電壓被內(nèi)部電路設(shè)置為 VBAT。可以是任意標(biāo)準(zhǔn)的 3V 鋰電池或其它電源。當(dāng) Vcc 降到低于 VBAT，則 RAM 區(qū)和計(jì)時(shí)器將被切換到外部電源 VBAT 來供電（名義上 VBAT 為 直流電源）。 20 圖 39 DS1302 引腳示意圖 VCC， GND直流電源通過這兩個(gè)引腳提 供給該器件， VCC 為 +5V 輸入，當(dāng)提供的 5V 電源在正常范圍內(nèi)器件能充分地被訪問，能對(duì)器件讀寫數(shù)據(jù)。 SCLK 始終是輸入端。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù) 據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。當(dāng) VCC2 大于 Vcc1＋ 時(shí)， VCC2 給 DS1302 供電。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 38所示。上電運(yùn)行時(shí)，在 VCC = 之前， RST 腳必須保持低電平。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為 8 加 8，在多字節(jié)方式下為 8 19 加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá) 248 字節(jié)數(shù)。無論是讀周期還是寫周期，開始 8 位指定 40 個(gè)寄存器中哪個(gè)被訪問到。當(dāng) VCC2 大于VCC1+ 時(shí)， VCC2 給 DS1302 供電；當(dāng) VCC2 小于 VCC1 時(shí)， DS1302 由 VCC1供電。 DS1302 有主電源 /后備電源雙電源引腳： VCC1 在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份； VCC2 在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中， VCC1 連接到備份電源 ，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用 24h 或帶 AM（上午） /PM（下午）的 12h 格式。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。 DS1302 時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)的靜態(tài) RAM。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒有具體的時(shí)間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且某些測控系統(tǒng)可能不允許。在測量控制系 統(tǒng)中，特別是長時(shí)間無人職守的測控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要記錄某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時(shí)間。這種記錄對(duì)長時(shí)間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找有重要意義。 低功耗時(shí)鐘 芯片 DS1302 可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。 DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 31 8 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302 概述 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。 1A11Y22A32Y43A53Y6GND74Y84A95Y105A116Y126A13VCC14U174HC14VCCD1LED01KR6VCC 圖 311 波形整形電路 時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì) 18 本 系統(tǒng) 還附帶有一個(gè)時(shí)鐘模塊，這里除了可以提供時(shí)間信息外，用戶還可以設(shè)定鬧鐘，到時(shí)間點(diǎn)后可以提醒用戶定時(shí)測量脈搏 ， 本處 選用串行日歷時(shí)鐘芯片DS1302。 整形電路 經(jīng)過放大濾波后的脈搏信號(hào)仍是不規(guī)則的脈沖信號(hào)，且有低頻干擾，仍不滿足計(jì)數(shù)器的要求，必須采用整形電路，這里選用了滯回電壓比較器，如 圖 311 所示，其目的是為了提高抗干擾能力。用 +5V 電源供電， R1 取 150Ω， R2 取33kΩ ,當(dāng)人把手指放在發(fā)光二極管和光電二極管之間的時(shí)候，光電二極管接收到的信號(hào)會(huì)隨人脈搏強(qiáng)度的變化 而變化。 光電傳感器 放大電路 有源濾波電路 整形電路 圖 38 放大整形電路框圖 傳感器 簡介 傳感器采用了紅外光電轉(zhuǎn)換器，作用是通過紅外光照射人的手指的血脈流動(dòng)情況，把脈搏跳動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其原理電路如圖 39 所示。放大后的信號(hào)波形是不規(guī)則的脈沖信 號(hào)，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應(yīng)滿足計(jì)數(shù)器的要求。 蜂鳴器模塊的電路圖如圖 37 所示。 由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用三極管開關(guān)電路來驅(qū)動(dòng)。鍵盤模塊電路圖如圖 36 所示。向 LCD 的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用 2 個(gè)字符數(shù)組，一個(gè)顯示字符，另一個(gè)顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示 .首先取一個(gè)要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到 LCD的顯示緩沖區(qū)，程序延時(shí) ,判斷是否夠顯 示的個(gè)數(shù)，不夠則地址加一取下一個(gè)要顯示的字符或數(shù)據(jù)。用 STC89C52 的 P0 口作為數(shù)據(jù)線，用 、 、 分別作為 LCD 的 EN、 R/W、 RS。 圖 34 LCD1602 引腳圖 液晶 寄存器選擇控制如表 31。 液晶模塊簡介 LCD1602 液晶模塊采用 HD44780 控 制器， hd44780 具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能， LM016L 與單片機(jī) MCU 通訊可采用 8位或 4位并行傳輸兩種方式， hd44780控制器由兩個(gè) 8位寄存器，指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器（ DR）忙標(biāo)志（ BF），顯示數(shù) RAM（ DDRAM），字符發(fā)生器 ROMA（ CGOROM）字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM），地址計(jì)數(shù)器 RAM(AC)。一個(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，即要找到和屏上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 個(gè)字節(jié)，并且要使每個(gè)字節(jié)的不同的位為 ‘1’，其它的為 ‘0’，為 ‘1’的點(diǎn)亮，為 ‘0’的點(diǎn)暗，這樣一來就組成某個(gè)字符。本系統(tǒng)顯示部分用的是 LCD 液晶模塊，采用一個(gè) 162 的字符型液晶顯示模塊。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時(shí)，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。 液晶原理介紹 14 液晶顯示器 (LCD)英文全稱為 Liquid Crystal Display，它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。圖中 10K 排阻為 P0 口的上拉電阻，由于 P0 口跟其他 IO 結(jié)構(gòu)不一樣為漏極開路的結(jié)構(gòu)，因此要加上拉電阻才能正常使用。 STC89C52 單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器： T0 和 T1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)數(shù)模式，此外， T1 還可以作 為串行口的波特率發(fā)生器。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP安排各中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 ： (RD)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。 ： (T1)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部計(jì)數(shù)輸入。 ： (INT1)外部中斷 1 輸入。 ： (RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。 P3 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在訪問片外 EPROM/RAM 時(shí)，它輸出高 8 位地址。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。 P1 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在此期間，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。作輸入口使用時(shí)要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。此引腳的第二功能是 Vpp 是對(duì) 8751 片內(nèi) EPROM 固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓 (一般 12V～ 21V)的輸入端。 當(dāng) 輸入信號(hào) EA 引腳接低電平 (接地 )時(shí)， CPU 只訪問外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。要檢查一個(gè) 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM／ ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼。在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端