【正文】 路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電器的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。 電子時鐘的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)字電子時鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便?？梢哉f時間的準(zhǔn)確已成為各行各業(yè)安全運行的基礎(chǔ)，如果時間出現(xiàn)誤差而不能及時校正，會造成一系列嚴(yán)重的后果和經(jīng)濟(jì)損失 [3] 。其中， 利用單片機(jī)實現(xiàn)的電子時鐘具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、編程靈活、便于功能擴(kuò)展等特點。通過鍵盤可以進(jìn)行定時、校時功能。 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要檢測溫度。近年來，美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DSl8B20 為代表的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器以其突出優(yōu)點廣泛使用于倉儲管理、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、氣象觀測、科學(xué)研究以及日常生活中。 智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器）是 上世紀(jì) 90 年代中期問世的。目前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器、隨機(jī)存取存儲器和只讀存儲器。目前，新型溫度傳感器正從模擬式 向 數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展 [6]。 在日常生活和自動控制系統(tǒng)中，我們時常會遇到對時間和溫度實時監(jiān)控的需求。本文給出了一種基于單片機(jī)基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 3 實現(xiàn)帶溫度檢測的電子時鐘的設(shè)計方法和實現(xiàn)過程。由于 DS12887 時鐘芯片 內(nèi)含一個鋰電池， 所以 斷電情況 可以 運行十年以上不丟失數(shù)據(jù) ，重新上電后不用校正時鐘 。設(shè)計中結(jié)合硬件、軟件的分步調(diào)試，達(dá)到要求的控制效果。 系統(tǒng)軟件描述 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 5 系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)三部分功能：時鐘部分實現(xiàn)年、月、日、時、分、秒、星期顯示和設(shè)置、鬧鐘功能；溫度測量部分實現(xiàn)環(huán)境溫度測量及顯示；鍵盤部分主要為時鐘和鬧鐘設(shè)置；功能整體程序流程框圖如圖 22所示。接著把元器件焊接到各個功能電路的模塊上，并結(jié)合程序進(jìn)行調(diào)試。 本設(shè)計能達(dá)到以下結(jié)果： 1）顯示年、月、日、星期等日歷相關(guān)信息。 2）掉電后時鐘芯片正常運行，重新上電后不用校正時鐘。 4）實時溫度顯示 。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 表 31 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 （二） STC89C52 各管腳介紹 STC89C52 各管腳如圖 31 所示。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 PO 口 (Pin39～ Pin32)：名稱為 ～ 。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL 邏輯電平 （晶體管 晶體管邏輯電平） 。 P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在 flash編程和校驗時， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。 P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 RST—— 復(fù)位輸入。 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可 禁止 ALE操作。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 EA/VPP—— 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。 如 EA端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 實時時鐘芯片 DS12887 （一） DS12887 功能特點 [9] [10] DS12887 是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司推出的時鐘芯片， 此芯片是基于 CMOS 技術(shù) 的 ，把時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部， 這無疑大大簡化了外圍電路，同時它與目前 IBM AT 計算 機(jī)常用的時鐘芯片 MC146818B 和 DS1287 芯片引腳 兼容，可直接 進(jìn)行對等交換 。 (2)可計時至 2100 年前的 秒、分、時、星期、日、月、年 等日歷信息 并 帶 有閏年補(bǔ)償功能。 (4)可通過編程選擇 12 小時或 24 小時制， 12 小時時鐘模式帶有 PM 和 AM 提示 ， 此外還有 有夏令時功能。 (6)內(nèi)部共 有 128 個 RAM 單元， 這在常用的實時時鐘中屬于較大的。 (7)可編程 并選擇的 方波信號輸出 (8)中斷信號輸出 (IRQ)和總線兼容，定 時 鬧 鐘 中斷、周期性中斷、時鐘更新周期結(jié)束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進(jìn)行測試。下面說明管腳功能： 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 11 圖 32 DS12887 管腳圖 GND：電源地 VCC：直流電源 +5V電壓。 MOT(模式選擇 )：接 VCC（ +5V） 時， 芯片在 MOTOROLA 時序 下工作 ，接 GND（地）時， 芯片在 INTEL 時序 下工作 。 AD0～ AD7(雙向地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用線 )： 數(shù)據(jù)和控制指令都通過此 8 個引腳來于單片機(jī)等控制器傳輸。 DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入 )： 該引腳 有兩種操作模式， 視該芯片是出于 MOTOROLA 模式或者 INTEL 模式 ，當(dāng)使用 MOTOROLA 時序時， DS 是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通 ；若為 INTEL 時序， DS 稱作 (RD)， RD 與 典型存貯器的允許信號 (OE)的定義相同。 此引腳的兩種模式與 DS 相似 。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 12 IRQ(中斷申請輸入 )：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。 IRQ 線是漏極開路輸入，要求外接 上拉 電阻。 （三） DS12887 的 內(nèi)部功能 (1) 地址分配圖 DS12887 的 存儲器 分配圖如圖 33 所示 ，其中 00H09H 為時鐘信息和鬧鐘信息寄存器 ,0AH0DH 為四個控制寄存器 圖 33 DS12887 存儲器分配圖 (2) 控制寄存器 ● 寄存器 A 表 32 DS12887 寄存器 A UIP： 更新位 。s 內(nèi)不會發(fā)生。 表 33 DS12887 周期中斷率和方波頻率 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 13 RS3， RS2， RS1， RS0：頻率選擇位 ，通過這四個位 用戶可以： a 用 PIE 位允許中斷 ； b 用 SQWE 位允許 SQAW 輸出； c 二者同時允許并用相同的頻率； d 二者 都不允許 ● 寄存器 B 表 34 DS12887 寄存器 B SET： 此位 為 0，時間更新正常進(jìn)行，每秒計數(shù)走時一次，當(dāng) 此位為 1，時間更新被禁止，程序可 對芯片進(jìn)行 初始化 的操作和編程 。 AIE：定 時 鬧 鐘 中斷允許位， AIE 為 1，允許中斷，否則禁止中斷。 SQWE：方波允許位，置 1 選定頻率方波從 SQW 腳輸出；為 0時， SQW 腳為低。 24/12：小時格式位， 1 表明 24 小時 制 ，而 0 表明 12 小時 制 。 當(dāng) DSE 位為 0，這種特殊修正不發(fā)生。當(dāng)下列表達(dá)式中一個或多個為真時，置 1。PIE+AFUIE 只要 IRQF 為 1， IRQ 管腳輸出低 ，程序讀寄存器 C 以后或 RESET 管腳為低后，所有標(biāo)志位清零。 VF：更新周期結(jié)束標(biāo)志位。 BIT0～ BIT3：未用狀態(tài)位，讀出總為 0，不能寫入。 BIT0～ BIT6：未用狀態(tài)位 ，讀出總為 0，不能寫入。具有全 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 15 數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出，單總線數(shù)據(jù)通信，最高 12 位分辨率，檢測溫度范圍大的特征，是開發(fā)溫度相關(guān)產(chǎn)品的很好的選擇 。華氏器件 67~+2570F，以 遞增 (7)溫度以 9 位數(shù)字量讀出 (8)溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間 200ms（典型值） (9)用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置 (10)報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件 (11)應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng) （二） DS18B20 內(nèi)部工作原理 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器 。 圖 34 DS18B20原理圖 DS18B20 引腳定義： (1)DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端 (2)GND 為電源地 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 16 (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地） 圖 35 DS18B20引腳圖 圖 36給出了 DS18B20測溫原理： DS1820用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi) 部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計數(shù)來得到溫度值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃）的值增加，表明所測溫度大于 55℃。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的的值來 實現(xiàn)的。 DS1820 內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供 ℃的分辨力。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。如用于華氏溫度，必須要用一個轉(zhuǎn)換基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 17 因子查找表。無論是那種供電方式， I/O 線都要接 。本設(shè)計采用 38 所示接線，即外接電源工作方式 [11]。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式液晶顯示模塊。字符型液晶顯示模塊 LCD1602是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件。 （二） LCD1602 功能介紹 LCD1602 各引腳功能如表 37所示。很顯然第二種更簡單、直接，下面就列出典型讀寫的時序要求，以方便編寫程序。單片機(jī)的模塊化就是把系統(tǒng)分成各個具有獨立功能又可以互相銜接的簡單模塊，將復(fù)雜難懂的指令、語法、編程及其電基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計 21 路分解，使設(shè)計簡單化 [15]。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 本設(shè)計的單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括 STC89C52芯片，晶振電路和復(fù)位電路。 圖 39 晶振電路圖 STC89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL0和 XTAL1分別是此放大器的輸入端和輸出端。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 39所示，在 XTAL0和 XTAL1引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。晶體振蕩頻率可以在 ～12MHz之間選擇，電容值在 5～ 30pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。 （二）復(fù)位電路 最小系統(tǒng)復(fù)位電路如圖 310 所示。 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。單片機(jī)復(fù)位電路參數(shù)的選定須在振蕩穩(wěn)定后保證復(fù)位高電平持續(xù)時間大于 2 個機(jī)器周期。 （三）最小系統(tǒng)整體圖 最小系統(tǒng)整體電路如圖 311 所示。 MOT 引腳接地，為 INTEL 總線時序方式。 時鐘模塊電路如圖 312 所示。這里只用到一個溫度傳感器，若要使用多個則只需將所有的 DS18B20 的