【正文】 寫時序。所有寫入或讀出操作都是先向芯片發(fā)送一個命令字節(jié)。無論是讀周期還是寫周期，也無論送方式是單字節(jié)傳送還是多字節(jié)傳送，都要通過控制字指定40字節(jié)中的哪個將被訪問。不管是否寫了全部31字節(jié)，所寫的每一個字節(jié)都將傳送至RAM。當(dāng)以多字節(jié)方式寫時鐘寄存器時，必須按數(shù)據(jù)傳送的次序依次寫入8個寄存器。 DS1302數(shù)據(jù)讀寫時序DS1302的數(shù)據(jù)讀寫方式有兩種，一種是單字節(jié)操作方式，一種是多字節(jié)操作方式。在控制字指令輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（0位）開始。4. BIT 0（最低有效位）：如為0，表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作。當(dāng)A4～A0=31，為時鐘多字節(jié)方式選擇寄存器。當(dāng)A4～A0=7，為芯片寫保護寄存器地址。定義如下：當(dāng)BIT 6位=0時，定義時鐘和其他寄存器的地址?？刂谱指魑坏暮x和作用如下：1. BIT7：控制字的最高有效位，必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。 DS1302控制字（即地址及命令字節(jié)）BIT7BIT6BIT5BIT4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 01RAMA4A3A2A1A0RD控制字的作用是設(shè)定DS1302的工作方式、傳送字節(jié)數(shù)等。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。 DS1302引腳功能說明引腳號名稱功能1VCC1備份電源輸入2X13X24GND地5RST控制移位寄存器/復(fù)位6I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出7SCLK串行時鐘8VCC2主電源輸入 DS1302的控制字和讀寫時序說明在編程過程中要注意DS1302的讀寫時序。 DS1302引腳說明。有主電源和備份電源雙引腳，而且備份電源可由大容量電容（＞1F）來替代?！?DS1302簡介DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘日歷芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。同樣，DS1643擁有28只管腳，硬件連接起來占用微處理器I/O口較多，不方便系統(tǒng)功能拓展和維護。DS12887與DS1216芯片都有內(nèi)嵌式鋰電池作為備用電池； X1203引腳少，沒有嵌入式鋰電池，跟DS1302芯片功能相似，只是相比較之下，X1203與AT89S51搭配使用時占用I/O口較多。時鐘日歷芯片選擇在電子時鐘設(shè)計中，常用的實時時鐘芯片有DS1288DS121DS164DS1302。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止[8]。此外，AT89C51是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式——空閑方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）。因此，AT89C51是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應(yīng)用在各個控制領(lǐng)域[6]。AT89C51單片機是一款低功耗，低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4KB（可經(jīng)受1000次擦寫周期）的FLASH可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），器件采用CMOS工藝和ATMEI公司的高密度、非易失性存儲器（NURAM）技術(shù)制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS51兼容。僅僅是為了完成時鐘設(shè)計或者是環(huán)境溫度采集設(shè)計，應(yīng)用AT89C2051單片機完全可以實現(xiàn)。例如比較常用的AT89C2051單片機，帶有2KB Flash可編程、可擦除只讀存儲器（E2PROM）的低壓、高性能8位CMOS微型計算機。 主要IC芯片選擇 微處理器選擇目前在單片機系統(tǒng)中，應(yīng)用比較廣泛的微處理器芯片主要為8XC5X系列單片機。另外很多功能不同的單片機是兼容的，這就更便于實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性。單片機均具有時鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時鐘借助微處理器的定時器/計數(shù)器可實現(xiàn)電子鐘功能。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)，是對生產(chǎn)控制技術(shù)的一次革命。單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思路和設(shè)計方法。單片機具有如下特點：有優(yōu)異的性能價格比；1 集成度高、體積小、有很高的可靠性；2 控制功能強；3 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；4 外部總線增加了I2C、SPI等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)；5 單片機的系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機設(shè)計方案單片機是微型機的一個主要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點使把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。 基于５５５的秒脈沖發(fā)生器采用555定時器設(shè)計電子時鐘，成本低，容易實現(xiàn)。采用NE555時基電路或其他振蕩電路產(chǎn)生秒脈沖信號，作為秒加法電路的時鐘信號或微處理器的外部中斷輸入信號，可構(gòu)成電子鐘。555定時器是一種數(shù)字與模擬混合型的集成電路，應(yīng)用廣泛。 NE555時基電路設(shè)計方案555定時器是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5KΩ的電阻而得名。應(yīng)用FPGA能夠?qū)r鐘設(shè)計為為四種類型：全局時鐘、門控時鐘、多級邏輯時鐘和波動式時鐘。當(dāng)然，有時根據(jù)需要，也會應(yīng)用MAX+plus開發(fā)集成環(huán)境進行設(shè)計?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計過程是利用EDA開發(fā)軟件和編程工具對器件進行開發(fā)的過程。第二章 電子時鐘設(shè)計方案分析電子鬧鐘既可以通過純硬件實現(xiàn)，也可以通過軟硬件結(jié)合實現(xiàn)，根據(jù)電子時鐘里的核心部件——秒信號的產(chǎn)生原理，通常有以下三種形式： FPGA設(shè)計方案現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA），是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種可編程邏輯器件，是目前數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的主要硬件基礎(chǔ)。本設(shè)計電子時鐘主要功能為：1. 具有時間顯示和手動校對功能，24小時制；2. 具有年、月、日顯示和手動校對功能；3. 具有鬧鈴功能；4. 具有貪睡功能；5. 具有環(huán)境溫度采集和顯示功能；6. 掉電后無需重新設(shè)置時間和日期；7. 采用交直流供電電源。也有體型較大的，諸如公共場所的大型電子報時器等。 電子時鐘的功能電子時鐘主要是利用電子技術(shù)將時鐘電子化、數(shù)字化，擁有時間精確、體積小、界面友好、可擴展性能強等特點，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。醫(yī)藥衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有很多場合需要測量環(huán)境溫度。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度，遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。 最早能夠定時、報時的時鐘屬于機械式鐘表，但這種時鐘受到機械結(jié)構(gòu)、動力和體積的限制，在功能、性能以及造價上都沒辦法與電子時鐘相比。想知道時間，手表當(dāng)然是一個很好的選擇，但是，在忙碌當(dāng)中，我們還需要一個“助理” 及時的給我們提醒時間。平時我們要求上班準(zhǔn)時，約會或召開會議必然要提及時間；火車要準(zhǔn)點到達，航班要準(zhǔn)點起飛；工業(yè)生產(chǎn)中，很多環(huán)節(jié)都需要用時間來確定工序替換時刻。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜容易使人忘記當(dāng)前的時間。 多功能電子時鐘研究的背景和意義20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。從古代的水漏、十二天干地支，到后來的機械鐘表以及當(dāng)今的石英鐘，都充分顯現(xiàn)出了時間的重要，同時也代表著科技的進步。該電子時鐘可以應(yīng)用于一般的生活和工作中，也可通過改裝，提高性能，增加新功能，從而給人們的生活和工作帶來更多的方便。本設(shè)計應(yīng)用AT89C51芯片作為核心，7位LED數(shù)碼管顯示，使用DS1302實時時鐘日歷芯片完成時鐘/日歷的基本功能，同時利用DS18B20溫度傳感器測量環(huán)境溫度。本設(shè)計主要為實現(xiàn)一款可正常顯示時鐘/日歷、測量環(huán)境溫度、帶有定時鬧鈴的多功能電子時鐘?；趩纹瑱C的電子鐘課程畢業(yè)設(shè)計論文電子時鐘主要是利用電子技術(shù)將時鐘電子化、數(shù)字化，擁有時鐘精確、體積小、界面友好、可擴展性能強等特點，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。另外，在生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，也常常需要溫度，這就需要電子時鐘具有多功能性。本文對當(dāng)前電子鐘開發(fā)手段進行了比較和分析，最終確定了采用單片機技術(shù)實現(xiàn)多功能電子時鐘。這種實現(xiàn)方法的優(yōu)點是電路簡單，性能可靠，實時性好，時間和溫度精度高，操作簡單，編程容易。關(guān)鍵詞：電子時鐘；多功能；AT89C51；時鐘日歷芯片；目 錄摘 要 I第一章 引 言 1 多功能電子時鐘研究的背景和意義 1 電子時鐘的功能 2第二章 電子時鐘設(shè)計方案分析 3 FPGA設(shè)計方案 3 NE555時基電路設(shè)計方案 3 單片機設(shè)計方案 4第三章 基于單片機的電子時鐘硬件設(shè)計 6 主要IC芯片選擇 6 微處理器選擇 6 7 DS1302簡介 8 DS1302引腳說明 8 DS1302的控制字和讀寫時序說明 9 DS1302的片內(nèi)寄存器 11 環(huán)境溫度傳感器選擇 13 常用溫度傳感器比較 13 DS18B20簡介 14 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 15 電子時鐘硬件電路設(shè)計 16 時鐘電路設(shè)計 17 環(huán)境溫度采集電路設(shè)計 18 顯示電路 19 按鍵電路設(shè)計 20 鬧鈴電路設(shè)計 22 復(fù)位電路設(shè)計 23第四章 電子時鐘軟件設(shè)計 25 主程序設(shè)計 25 子程序設(shè)計 26 實時時鐘日歷子程序設(shè)計 26 環(huán)境溫度采集子程序設(shè)計 26 顯示子程序設(shè)計 30 鍵盤掃描子程序 30 鬧鈴子程序設(shè)計 31第五章 系統(tǒng)調(diào)試 35 硬件調(diào)試 36 單片機基礎(chǔ)電路調(diào)試 36 顯示電路調(diào)試 37 DS1302電路調(diào)試 39 按鍵電路調(diào)試 40 軟件調(diào)試 40 環(huán)境溫度采集子程序調(diào)試 41 鍵盤子程序調(diào)試 41結(jié) 論 42 程序 43第一章 引 言時間是人類生活必不可少的重要元素，如果沒有時間的概念，社會將不會有所發(fā)展和進步。致力于計時器的研究和充分發(fā)揮時鐘的作用，將有著重要的意義。在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域，有力的推動和提高了社會生產(chǎn)力的發(fā)展與信息化程度，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提升，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。然而遇到重大事情的時候，一旦忘記時間，就會給自己或他人造成很大麻煩。所以說能隨時準(zhǔn)確的知道時間并利用時間，是我們生活和工作中必不可少的[1]。所以，計時器最好能夠擁有一個定時系統(tǒng)，隨時提醒容易忘記時間的人。 電子鐘是采用電子電路實現(xiàn)對時、分、秒進行數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛應(yīng)用于個人家庭，車站， 碼頭辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵贰ＶT如定時自動報警、0按時自動打鈴、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。另外，溫度實時顯示系統(tǒng)應(yīng)用同樣越來越廣泛，比如空調(diào)遙控器上當(dāng)前室溫的顯示、熱水器溫度的顯示等等。如果能夠在電子時鐘上附加溫度采集功能，將使電子時鐘的應(yīng)用更加廣泛。當(dāng)今市場上的電子時鐘品類繁多，外形小巧別致。電子時鐘首先是數(shù)字化了的時間顯示或報時器，在此基礎(chǔ)上，人們可以根據(jù)不同場合的要求，在時鐘上加置其他功能，比如定時鬧鈴，萬年歷，環(huán)境溫度、濕度檢測，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測，USB擴展口功能等。交流供電為主，直流電源為后備輔助電源，并能自動切換。FPGA在結(jié)構(gòu)上由邏輯功能塊排列為陣列，并由可編程的內(nèi)部連線連接這些功能塊，來實現(xiàn)一定的邏輯功能。由于EDA技術(shù)擁有系統(tǒng)的模擬和仿真功能，可讀性、可重復(fù)性、可測性非常好，所以利用EDA開發(fā)FPGA是目前比較流行的方式。正因為FPGA在設(shè)計過程中方便、快捷，而且FPGA技術(shù)功能強大，能夠應(yīng)用其制作諸如基代碼發(fā)生器、數(shù)字頻率計、電子琴、電梯控制器、自動售貨機控制系統(tǒng)、多功能波形發(fā)生器、步進電機定位控制系統(tǒng)、電子時鐘等。多時鐘系統(tǒng)能夠包括上述四種時鐘類型的任意組合[2][3][4]。目前，流行的產(chǎn)品主要有4種：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。成本較低，外加電阻、電容等元件就可以構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等領(lǐng)域[5]。輸出的脈沖信號V0的頻率F為： 式（），使輸出V0的頻率為精確的1Hz。但是受芯片引腳數(shù)量和功能限制，不容易實現(xiàn)電子時鐘的多功能性。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。所以單片機的應(yīng)用非常廣泛，在智能儀表、機電一體化、實時控制、分布式多機系統(tǒng)以及人們的生活中均有用武之地。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。利用單片機的智能性，可方便地實現(xiàn)具有智能的電子鐘設(shè)計。然而系統(tǒng)時鐘誤差較大，電子鐘的積累誤差也可能較大，所以可以通過誤差修正軟件加以修正，或者在設(shè)計中加入高精度時鐘日歷芯片，以精確時間。第三章 基于單片機的電子時鐘硬件設(shè)計在比較了第二章的三種實現(xiàn)方案之后，考慮單片機貨源充足、價格低廉，可軟硬件結(jié)合使用，能夠較方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的多功能性，故采用單片機作為本設(shè)計的硬件基礎(chǔ)。該系列單片機均采用標(biāo)準(zhǔn)MCS51內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價格低廉，貨源充足，調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用極為廣泛。擁有15條可編程I/O引腳，2個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源，可編程串行UART通道，并能直接驅(qū)動LED輸出。但是將