【正文】 的制作和調(diào)試 ............................................................................................ 28 軟硬件功能分析 ........................................................................................................ 28 測試結(jié)果分析 ............................................................................................................ 32 第 6 章 總結(jié)與展望 ...................................................................................... 32 參考文獻 ......................................................................................................... 33 致謝 ................................................................................................................. 35 附錄 1 電路原理圖 ....................................................................................... 36 附錄 2 程序 ................................................................................................... 36 附錄 3 元器件清單 ....................................................................................... 58 前言 近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此越來越廣泛地應(yīng)用各個領(lǐng)域。具體介紹了應(yīng)用 Protues 的 ISIS 軟件進行單片機系統(tǒng)的電子時鐘設(shè)計與仿真的實現(xiàn)方法。隨著現(xiàn)在通信的發(fā)展，移動通信，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用，單片機從 4 位， 8 位， 16 位到 32 位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛好者的極大關(guān)注。 然而傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)開發(fā)除了需要購置如仿真器，編程器，示波器等價格不菲的電子設(shè)備外，開發(fā)過程也較為繁瑣。如果采用單片機系統(tǒng)的虛擬仿真軟件 Protues,則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。 電子時鐘是利用電子技術(shù)構(gòu)成時鐘功能的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的壽命，因此現(xiàn)在越來越得到廣泛的使用。因此我們將設(shè)計一個 多功能電子時鐘系統(tǒng)。 課題 的任務(wù)和要求 3 種工作模式狀態(tài)（正常時鐘顯示模式、系統(tǒng)校準模式、秒表計時模式）；系統(tǒng)所有功能，能夠通過上位 PC 機對其操作修改與實時動態(tài)顯示（ PC主機端可利用高級語言進行人機界面設(shè)計）； 2．在正常時鐘顯示模式時，時鐘具有顯示年、月、日、時、分、秒的功能； 3．在正常時鐘顯示模式時，系統(tǒng)具有整點報時的功能，在離整點前 10 秒時，自動發(fā)出鳴叫聲，步長 1 秒，每間隔 1 秒鳴叫一次，前 4 響是低音，后 1 響為高音，共鳴叫 5 次，最后 1 響結(jié)束時為整點。秒表記時的精度為 秒，由 3 個鍵分別控制秒表的啟動、清零、記錄功能，可連續(xù)記錄 3 組時間，并能夠 顯示記錄時間； 6．系統(tǒng)顯示器采用 LCD 液晶顯示器 1602 或其它顯示器件，并采用鍵盤對相關(guān)數(shù)據(jù)進行設(shè)置與操作。示意框圖如圖 21 所示。示意框圖如圖 22 所示 。 其中方案一 靈活性大，便于修改，成本低，但是經(jīng)常會有死機情況，重啟會復(fù)位，需要重新設(shè)置時間。 所以相比較而言，選擇成本較低的，便于修改的方案一。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具 有外存。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機由芯片內(nèi)僅有 CPU的專用處理器發(fā)展而來。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 其中最成功的是 INTEL 的 8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。 90 年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。而傳統(tǒng)的 8 位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80年代 提高了數(shù)百倍。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。 下面重點介紹 STC89C52： STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié) ，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 STC89C52RC 單片機 :8K 字節(jié)程序存儲空間； 512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間；內(nèi)帶 2K字節(jié) EEPROM 存儲空間 。單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示 ,18 引腳和 19 引腳接時鐘電路 ,XTAL1 接外部晶振和微調(diào)電容的一端 ,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入 ,XTAL2 接外部晶振和微 調(diào)電容的另一端 ,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出 .第 9 引腳為復(fù)位輸入端 ,接上電容 ,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路 ,20引腳為接地端 ,40引腳為電源端 . 圖 31為 STC89C52 的管腳圖。 電源 （ 1） VCC— 芯片電源，接 5V； （ 2） VSS— 接地端； 時鐘 XTAL XTAL2：晶體振蕩電路反相輸入和輸出端。 (2)PSEN：外 ROM 讀選通信號。 RST(Reset)功能：復(fù)位信號輸入端。 (4)EA/Vpp:內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。 I/O 線 89C52 共有 4個 8位并行 I/O 端口： P0 口、 P1口、 P2口、 P3 口，共 32 個引腳。 P0：經(jīng)上拉電阻后作為液晶模塊的數(shù)據(jù)輸入端。 沒有晶振，就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機就無法工作。單片機訪問一次存儲器的時間，稱之為一個機器周期，這是一個時間基準。 因為我們 選擇了 12MHZ 晶振，它 的時鐘周期是 1／ 12us，它的一個機器周期是 12(1／ 12)us，也就是 1us。 89 系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到 芯片 內(nèi)的施密特 觸發(fā)器 中的。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。電路如下圖 33所示： 圖 33 單 片機復(fù)位電路 時鐘電路 DS1302 簡介 DS1302是由美國 DALLAS公司推出的一種低功耗、高性能的實時時鐘芯片， 實時時鐘可提供年、月、日、時、分和秒的調(diào)整，一個月的 30 天與 31 天可以自動調(diào)整，且具有閏年的自動補償功能。工作電壓 ～ 。 DS1302 用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣 范應(yīng)用于多個領(lǐng)域。當(dāng) Vcc2Vcc1+ 時，由 Vcc2 向 DS1302 供電，當(dāng) Vcc2 Vcc1 時，由 Vcc1 向 DS1302 供電。 引腳圖如下 35 所示： 圖 35 DS1302 引腳圖 圖 36 DS1302 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 工作原理 DS1302 在每次進行讀、寫程序前都必須初始化，先把 SCLK 端置“ 0”，接著把 RST 端置“ 1”，最后才給予 SCLK 脈沖。對于位 6，若對程序進行讀 /寫時 RAM=1，對時間進行讀 /寫時， CK=0。位 0是讀 /寫操作位，進行讀操作時，該位為 1；該位為 0 則表示進行的是寫操作。 DS1302 的日歷、時間寄存器內(nèi)容：“ CH”是時鐘暫停標志位，當(dāng)該位為 1時，時鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為 0 時，時鐘開始運行。當(dāng)“ WP”為 1 時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。表 2為 DS1302的控制字，此控制字的位 7必須置 1， 若為 0則不能把對 DS1302 進行讀寫數(shù)據(jù)。位 1 至位5指操作單元的地址?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入 /輸出的。“ WP” 是寫保護位，在任何的對時鐘和 RAM 的寫操作之前， WP 必須為 0。 的使用方法介紹 (1) DS1302 的控制字節(jié) DS1302 的控制字如表所示。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個 SCLK脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位 7。 第二行分寄存器， bit0~bit6 表示分鐘數(shù)，因采用 BCD 編碼，所以低四位最大能表示的數(shù)字為 9，計數(shù)滿向高三位進 1。 第八行控制寄存器， bit7 是寫保護位 WP，當(dāng) WP為 1時，寫保護位可防止對任一寄存器的寫操作，在任何的對時鐘和 RAM 的寫操作之前， WP 位必須為 0 此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充 電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31 個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。大概要采用 8個按鍵分別命名為 K0 到 K7,K1 鍵是每種模式的退出，然后都是正常顯示時鐘時間， K3進入校準模式，此時 K4 表示秒、分、時的切換。在正常顯示時間下， K2 進入定時模式， K3 顯示分， K4顯示時， K K6 是時間的上下波動。它由若干個 5X7 或者 5X11 等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義 CGRAM，顯示效果也不好）。 電路如下 38 所示： 圖 38 液晶顯示電路 1602LCD 的引腳功能 表 33 LCD1602 引腳接口說明表 引腳 符號 引腳說明 引腳 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 15 腳：背光源正極。 1602LCD 的字符液晶字庫 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，如下表所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代 碼是 01000001B（ 41H），顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母 “A” 。 q XXXX0010 ⑶ “ 2 B R b r ┌ イ ツ メ β θ XXXX0011 ⑷ 3 C S c s ┘ ゥ テ モ ε ∞ XXXX0100 ⑸ $ 4 D T d t \ ェ ト ャ μ ? XXXX0101 ⑹ % 5 E U e u ロ ォ ナ ュ σ o XXXX0110 ⑺ amp。 l | セ シ