【正文】 串行時(shí)鐘端口 VCC1 后備 電源引腳 VCC2 主電源引腳 圖 DS1302引腳圖 ⒉ DS1302 的控制字節(jié) DS1302 的控制字如 圖 所示。因此 , 其與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實(shí)現(xiàn)的。 DS1302 與 單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送依靠 RST、I/O、 SCLK 三根端線即可完成。 工作電壓寬達(dá) ～ ， 時(shí)耗電小于 300nA， 它還擁有用于主電源和 后備 電源的雙電源引腳，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。 實(shí)時(shí)控制電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 DS1302 為實(shí)時(shí)控制芯片 ， 單片機(jī)從中讀取數(shù)據(jù)送到 LCD 顯示器上顯示，從而實(shí)現(xiàn) 時(shí) 鐘的功能 ， 并接 后 備電源以 便 在 主 電源斷電時(shí)其控制電路仍 能計(jì)時(shí) ，能滿足設(shè)計(jì)要求。常用的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種， 本設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路集手動(dòng)復(fù)位及上電復(fù)位于一體：（ 1）上電復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的 22uF 電容的充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣只要電源 VCC 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 ⒉ 復(fù)位電路： 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，復(fù)位后可使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始正常工作。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 13 ⒈ 時(shí)鐘電路 ： AT89S51 單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，兩端連接石英晶體及兩個(gè) 瓷片 電容形成穩(wěn)定的自激振蕩器。 AT89S51 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 通常 , 將完成單片機(jī)最基本功能 , 沒(méi)有外圍器件及外設(shè)接口擴(kuò)展的系統(tǒng)稱(chēng)之為單片機(jī)最小系統(tǒng) , 簡(jiǎn)稱(chēng) 最小系統(tǒng)。 XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。如EA端為高電平， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器， EA 端必須保持低電平。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)。此外， 該 引腳會(huì)被 微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE無(wú)效。如 有 必要，可 通過(guò) 對(duì)特殊 功能 寄存器區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置禁止ALE操作。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖 。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。 P3口除了作為一般 I/O 口外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示 。 對(duì) P3口寫(xiě)入 “1” 時(shí) ，它們被內(nèi)部上拉 電阻拉 為高電平，并用作輸入 口 。 P3口： P3 口 是一組 內(nèi)部 提供 上拉電阻 的 8 位 雙向 I/O 口 。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口線上的內(nèi)容在整個(gè) 訪問(wèn) 期間不變。 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 11 P2口： P2 口 是 一個(gè)內(nèi)部 提供 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口 的輸出 緩沖 級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯 門(mén)電 路 。 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì) 輸出一個(gè)電流。 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口 的輸出 緩沖 級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯 門(mén)電 路 。 P0 口還能在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。 P0 口： P0 口 是 一 組 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口， 即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 掉電標(biāo)識(shí)符和快速編程特性 ⒉ AT89S51 芯片 40 個(gè) 引腳功能說(shuō)明： VCC： 電源 電壓。 掉電后中斷可喚醒系統(tǒng) 全雙工串行 UART 通道 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33MHz 4K 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 存儲(chǔ)器 ⒈ AT89S51 主要性能參數(shù)： 同時(shí) AT89S51 還具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求?？臻e模式下， CPU 停止 工作 而 允許 RAM、 定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器 、 串行 10 通信 口 及 外中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作 。 芯片內(nèi)集成了通用 8 位 CPU和 在系統(tǒng)可編程（ ISP） Flash 存儲(chǔ)單元， 使得 AT89S51 可為 眾 多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。 為了簡(jiǎn)化電路、降低成本、提 高可靠性， 本設(shè)計(jì)采用 AT89S51 作為主控制器， 外加一些控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn) 時(shí) 鐘的基本功能 。 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。 本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確顯 示時(shí)間 (顯示格式為“ TIME：時(shí)時(shí)：分分：秒秒” )，并具有可隨時(shí)進(jìn)行時(shí)間調(diào)整、定時(shí)時(shí)間設(shè)置、鬧鈴開(kāi) /關(guān)等功能 ， 同時(shí)在掉電情況下也能進(jìn)行時(shí)間計(jì)數(shù)。 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)基本功能以外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：①系統(tǒng)穩(wěn)定度；②器件的通用性或易選購(gòu)性；③軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；④系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)。普通的七段顯示器一般用來(lái)顯示數(shù)字，若遇到要顯示英文文字時(shí)，則會(huì)選擇使用 LCD 顯示。這就要求一種功能強(qiáng)、功耗小、計(jì)時(shí)精度高的高性能時(shí)鐘芯片，而 DS1302 能很好地滿足設(shè)計(jì)的要求。 ⒊ 本設(shè)計(jì)采用 DS1302 為實(shí)時(shí)控制芯片 。 ⒉ 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89S51 來(lái)設(shè)計(jì)完成 ,由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)軟件 8 編程來(lái)完成 ,那么就降低了硬件電路的復(fù)雜性 , 減小 了 電磁干擾和因元器件精度不夠引起的誤差 ， 而且其成本也有所降低。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 本時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)： ⒈ 使用字符型 LCD 顯示時(shí)間，顯示格式為：“ TIME：時(shí)時(shí)：分分：秒秒”； ⒉ 使用時(shí)鐘芯片 DS1302 實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘定時(shí)； ⒊ 具有鬧鈴功能，一旦時(shí)間到則發(fā)出警報(bào)聲； ⒋ 具有 4 個(gè)按鍵來(lái)做功能設(shè)置，具體安排如下： (1) K1 鍵：設(shè)置現(xiàn)在的時(shí)間； (2) K2 鍵：顯示鬧鈴功能； (3) K3 鍵：設(shè)置鬧鈴時(shí)間； (4) K4 鍵：鬧鈴 ON/OFF 設(shè)置； (5) 設(shè)置現(xiàn)在的時(shí)間或是鬧鈴時(shí)間： K1 鍵調(diào)整時(shí)， K2 鍵調(diào)整分， K3 鍵設(shè)置完成。關(guān)鍵元件是 蜂鳴器 和發(fā)光二極管，功能的實(shí)現(xiàn)主要在于單片機(jī)程序的編制。 液晶顯示器具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 ⒋ 顯示電路： 液晶顯示 已 成為便攜式應(yīng)用中的主流顯示技術(shù)。 借助鍵盤(pán)可以向計(jì)算機(jī)輸入程序、置數(shù)、邏輯操作以及寫(xiě)入程序和程序檢測(cè)等。 ⒊ 校時(shí)定時(shí)電路： 校時(shí)定時(shí)電路主要靠鍵盤(pán)來(lái)控制。 該芯片 是一種 高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片， 它通過(guò)串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機(jī)提供包括秒、分、時(shí)、日、月、年等在內(nèi)的實(shí)時(shí)時(shí)間信息， 而且精度高。 為了簡(jiǎn)化電路、降低成本、提高可靠性， 本設(shè)計(jì)采用 AT89S51 作為主控制器， 外加一些控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn) 時(shí) 鐘的基本功能。 圖 系統(tǒng)方框圖 設(shè)計(jì) 思路可有由 以下幾個(gè)方面來(lái)確定 ： ⒈ 單片機(jī)控制系統(tǒng)： 單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。在硬件電路的基礎(chǔ)上，軟件設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，運(yùn)用 C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)程序控制、時(shí)鐘顯示和鬧鈴設(shè)置等。 設(shè)計(jì)主要由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分實(shí)現(xiàn)。 6 第 2 章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體設(shè) 計(jì)思路 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)技術(shù)原理，以單片機(jī)芯片 AT89S51 作為核心控制器，通過(guò)硬件電路的制作以及軟件程序的編制，設(shè)計(jì)出的一個(gè) LCD 時(shí)鐘系統(tǒng)。 ⒋ 繪制系統(tǒng)方框圖、主程序流程圖等，用 Protel DXP 軟件繪制 電路原理圖。 ⒉ 硬件電路設(shè)計(jì)：從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)行分析，在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行各控制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)各主要性能參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)和液晶顯示器為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成的一個(gè)單片機(jī) LCD 時(shí)鐘。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代時(shí)鐘發(fā)展的趨勢(shì)。 隨著人類(lèi)科技文明的發(fā)展，人們對(duì)于時(shí)鐘的要求在不斷地提高。電子時(shí)鐘便是這一發(fā)展趨勢(shì)中的代表，各種功能的電子時(shí)鐘應(yīng)有盡有，且功能不斷更新。例如奧運(yùn)會(huì)倒計(jì)時(shí)顯示屏、鐵路安全顯示屏、生產(chǎn)線看板、體育比賽記時(shí)屏、大型室外高亮度時(shí)鐘 等，這類(lèi)產(chǎn)品覆蓋銀行、醫(yī)院、地鐵車(chē)站、體育運(yùn)動(dòng)、電視臺(tái)、監(jiān)控系統(tǒng)、高大建筑物等行業(yè)。 20 世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快 。約在 1510 年，為了尋求更高的準(zhǔn)確度，各國(guó)鐘表師對(duì)鐘表的主要部分作了改進(jìn)，主要是動(dòng)力由重錘改為盤(pán)簧，即發(fā)條； 1583 年意大利物理學(xué) 家伽利略發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性原理， 1657 年荷蘭科學(xué)家惠更斯將“擺”作為鐘表的調(diào)節(jié)器，發(fā)明擺鐘，大大提高了走時(shí)精度。盡管中國(guó)水力機(jī)械的發(fā)展歷史較早較長(zhǎng)，但是始終沒(méi)有出現(xiàn)完全現(xiàn)代意義的機(jī)械鐘表。它首次實(shí)現(xiàn)了時(shí)間量的機(jī)械自動(dòng)化，首創(chuàng)擒縱機(jī)構(gòu)，開(kāi)辟了中國(guó)計(jì)時(shí)機(jī)械史的新紀(jì)元。 自張衡以后，直到唐代五百年間，中國(guó)歷史上政治相對(duì)穩(wěn)定，文化高度發(fā)達(dá)。 [8] 時(shí)鐘的發(fā)展 在人類(lèi)歷史發(fā)展的長(zhǎng)河中，人們夢(mèng)寐以求用正確時(shí)間來(lái)規(guī)劃自己的工作和生活。液晶顯示器與傳統(tǒng)的顯示器相比具有顯示信息多、質(zhì)量高、沒(méi)有電磁輻射、可視面積大、應(yīng)用范圍廣、畫(huà)面效果好、數(shù)字式接口、體積小、功耗低等特點(diǎn)，在基于微處理器的儀器儀表及監(jiān)視、控制等智能裝置的終端顯示、人機(jī)接口中受到普遍歡迎。 [7] 作為智能儀表的信息顯示及人機(jī)交互的界面，液晶顯示器件在一定范圍內(nèi)取代了傳統(tǒng)的數(shù)碼顯示模式。例如 , 液晶顯示的電子表、電子計(jì)算器、家用電器等等已經(jīng)成為人們生活的必需品；液晶顯示的移動(dòng)通訊設(shè)備和筆記本電腦等已經(jīng)成為人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的必備工具；液晶顯示的儀器儀表、電器設(shè)備等幾乎取代了傳統(tǒng)的指針式或發(fā)光二極管顯示的同類(lèi)產(chǎn)品。液晶顯示器件獨(dú)具的低電壓、微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的優(yōu)點(diǎn) , 使之可以直接與大規(guī)模集成 電路結(jié)合開(kāi)發(fā)出一系列具有便攜顯示功能的產(chǎn)品。 液晶顯示器件在中國(guó)已有 20多年的發(fā)展歷史。 [2～ 6] 液晶顯示技術(shù)的應(yīng)用 目前，市 場(chǎng)上銷(xiāo)售的 8位單片機(jī)由于其性?xún)r(jià)比高，仍是諸多單片機(jī)系統(tǒng)的首選，而 LCD液晶顯示作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的信息輸出技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的輸出手段來(lái)講，效率更高，實(shí)時(shí)性更好，輸出信息清晰直觀明了，日益成為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中信息輸出的首選方法。而簡(jiǎn)單的家用電器、智能玩具、儀表儀器、智能 IC 卡等對(duì)單片機(jī)功能要求不高。在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、軍工產(chǎn)品和一些高級(jí)家用電器等領(lǐng)域，需要高性能單片機(jī)，以滿足其功能、速度、可靠性方面的特殊要求。除了一般必須具有的 ROM、 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機(jī)檔次的提高，以適應(yīng)檢測(cè)、控制功能更高的要 3 求，片內(nèi)集成的器件通常還有電源監(jiān)控與復(fù)位電路、 WDT、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 DMA 控制器、中斷控制器、鎖相器、頻率合成器、字符發(fā)生器、聲音發(fā)生器、 CRT 控制器、譯碼驅(qū)動(dòng)器等。隨著集成度的不斷提高，把眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)已經(jīng)具備了充分的條件。單片機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)對(duì)單片機(jī)提出了更高要求，從而促進(jìn) 單片機(jī)的發(fā)展。從而得到了各界領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 目前單片機(jī)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用于儀器儀表中顯得更為優(yōu)越。它們的引腳及指 令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。其功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)，不該把它們直接稱(chēng)呼為 MCS51系列單片機(jī)，因?yàn)?MCS 只是 Intel 公司專(zhuān)用的單片機(jī)系列型號(hào)。這些廠家生產(chǎn)的芯片是 MCS51 系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說(shuō)是與 MCS51 指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)的結(jié)構(gòu)為多。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、 通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、汽車(chē)電子、 PC 機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。 ⒋ 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，能更熟悉單片機(jī)編程和控制電路的設(shè)計(jì)原理，對(duì)提高大學(xué)生的科研能力 、 實(shí)踐動(dòng)手能力及豐富大學(xué)生課外生活具有重要意義。 ⒉ 拓展了 LCD 的應(yīng)用范圍，為 LCD 的應(yīng)用提供了新的思路。 本 畢業(yè)設(shè)計(jì) 方案 正是根據(jù)以上所述并結(jié)合日常生活中對(duì)時(shí)鐘功能需求的分析，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合時(shí)鐘芯片 ,在 LCD 顯示器的框架下實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的顯示， 設(shè)計(jì)出 的 一個(gè)適合日常生活需要的時(shí)鐘。因此，研究時(shí)鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的