【正文】 ................. 19 7 結論 ........................................................................................................................... 19 致謝 .............................................................................................................................. 21 參考文獻 ...................................................................................................................... 22 附錄 .............................................................................................................................. 23 附錄Ⅰ硬件電路圖 .............................................................................................. 23 附錄Ⅱ主程序源代碼 .......................................................................................... 24 附錄Ⅲ外文翻譯原文 ............................................................ 錯誤 !未定義書簽。 1 1 概述 在日新月異的 21 世紀里，家 用 電 子產品得到了迅速發(fā)展 。 單片機以其高可靠性、高性價比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)、通訊設備、日常消費類產品和玩具等。 用單片機來控制的小型家電產品具有便攜實用，操作簡單的特點。怎樣讓時鐘更好的為人民服務，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設計出新型時鐘。 時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。 本文設計的日歷和時鐘的顯示廣泛用 于小型智能家用電子產品，如電子鐘。 電子 鐘既可廣泛應用于家庭 ,也可應用于銀 2 行、郵電、賓館、 醫(yī)院 、學校、企業(yè)、商店 等相關行業(yè)的大廳，以及單位會議室、門衛(wèi)等場所。 2 設計方案論證 功能要求 能顯示年、月、日、時、分、秒、星期 能對時間進行手動修正 采用 24小時制 使用 LED顯示時間參數 上電后，電子鐘顯示“ 2021 年 1月 1日” “ 1 時 1分 1 秒 星期 1” 對時，分，秒，日，月，年高位為 0時做消隱處理，只顯示單個數字以增強其可讀性。 方案二 : 采用 AT89S52,片內 ROM 全都采用 Flash ROM；能以 3V的超底壓工作；同時也與 MCS51系列單片機完全該芯片內部存儲器為 8KB ROM 存儲空間，同樣具有89C51 的功能，且具有在線編程可擦除技術，當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。 方案二： 采用點陣式數碼管顯示，點陣式數碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合 ,如采用在顯示數字顯得太浪費 ,且價格也相對較高 ,所以也不用此種作為顯示。 所以采用了 LED 數碼管作為顯示。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現的時間誤差較大。 方案二： 采用 DS1302 時鐘芯片實現時鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償的年進行計數，而且精度高 ,位的 RAM做為數據暫存區(qū)，工作電壓 ～ ， 300nA. 電路設計最終方案確定 綜上各方案所述 ,對此次作品的方案選定 : 以單片機 AT89S52 為主控制器， 4 時間數據是通 過時鐘芯片 DS1302 來讀取，并通過 LED 數碼管顯示出來，并用鍵盤來完成對當前時間的調整。并具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個 16 位定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。 時鐘芯片 芯片介紹 低功耗時鐘芯片 DS1302 可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償等多種功能。這種記錄對長時間的連續(xù)測 控系統(tǒng)結果的分析以及對異常數據出現的原因的查找有重要意義。在測量控制系統(tǒng)中，特別是長時間無人職守的測控系統(tǒng)中，經常需要記錄某些具有特殊意義的數據及其出現的時間。傳統(tǒng)的數據記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有 具體的時間記錄，因此只能記錄數據而無法準確記錄其出現的時間；若采用單片機計時，一方面需要采用計數器，占用硬件資 5 源，另一方面需要設置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且某些測控系統(tǒng)可能不允許。 DS1302 的性能特性 用于高速數據暫存的 31 8位 RAM； ～ 電壓工作范圍； 用于時鐘或 RAM 數據讀 /寫的單字節(jié) 或多字節(jié)（脈沖方式）數據傳送方式； 可選的慢速充電（至 VCC1）的能力。它經過一個簡單的串行接口與微處理器通信。對于小于 31 天的月和月末的日期自動進行調整，還包括閏年校正的功能。采用三線接口與 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)的時鐘信號或RAM 數據。 DS1302 由 VCC1或 VCC2中較大者供電。 DS1302 數據操作原理 DS1302 在任何數據傳送時必須先初始化，把 RST 腳置為高電平，然后把 8位地址和命令字裝入移位寄存器，數據在 SCLK 的 上升沿被輸入。在開始 8個時鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數據，在寫操作時寫入數據。 6 V c c 21X12X23GND4R ST5I/O6SC L K7V c c 18D S1302U3 圖 31 DS1302 管腳圖 如果在傳送過程中置 RST 為低電平，則會終止本次數據傳送，并且 I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。 引腳號 引腳名稱 功能 1 VCC2 主電源 2， 3 X1， X2 振蕩源，外接 32768HZ 晶振 4 GND 地線 5 RST 復位 /片選線 6 I/O 串行數據輸入 /輸出端（雙向） 7 SCLK 串行時鐘輸入端 8 VCC1 后備電源 表 32 DS1302 引腳功能表 DS1302 的控制字如圖 33 所示。位 6如果為 0，則表示存取日歷時鐘數據；為 1 表 示存取 RAM 數據。最低有效位（位 0）如為 0，表示要進行寫操作；為 1表示進行讀操作。 7 圖 33 控制字節(jié)的含義 為了提高對 32 個地址的尋址能力（地址 /命令位 1～ 5＝邏輯 1），可以把時鐘 /日歷或 RAM 寄存器規(guī)定為多字節(jié)（ burst）方式。在時鐘 /日歷寄存器中的地址 9～ 31 或 RAM 寄存器中的地址 31不能存儲數據。必須按數據傳送的次序寫最先的 8個寄 存器。不管是否寫了全部 31字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至 RAM。 圖 34數據讀寫程序 DS1302 共有 12 個寄存器，其中有 7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為 BCD 碼形式，其日歷、時間寄存器及其控制字見表 35，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作。要特別說明的是，備用電源 BT1 可以用電池或超級電容（ 10萬μ F 以上）。如果斷電時間較短（幾小時或幾天），可以用漏電較小的普通電解電容代替（ 100μ F就可以保證 1 小時的正常走時）。初始化后就可以按正常方法調整時間。 圖 36 DS1302 時鐘電路 數碼管 LED LED 顯示器由若干個發(fā)光二極管組成，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個筆畫或一個點就發(fā)光。各段 LED 顯示器需要由驅動電路驅動。將各段發(fā)光二極管連在一起的叫共陽極顯示器，用低電平驅動；將陰極連在一起的叫共陰極顯示器，用高電平驅動。 9 動態(tài)顯示是指顯示器顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。在本系統(tǒng)中數碼管使用共陰極接法而且是用動態(tài)顯示。 6號腳為使能端，為高電平時有效。當需要級聯(lián)時只需要改變使能端信號引腳即可，連接方法簡單。每組有一個控制端 G，由控制端的高或低電平決定該組數據被接通還是斷開。采用三線接口與 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)的時鐘信號或 RAM 數據?？僧a生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；顯示部份由 15 個數碼管， 74Hs13 74ls244 構成。 硬件的結構和可靠性直接影響著整個系統(tǒng)的可靠性，所以合理的安排電路能提高電子產品的性能。 AT89S52 主控制模塊 DS1302時鐘模塊 LED數碼管動態(tài)掃描顯示模塊 鍵盤模塊 復位電路 時鐘電路 11 單片機的復位電路 圖 42 手動復位電路 在系統(tǒng)運行的過程中，有時可能對系統(tǒng)需要進行復位，為了避免對硬件系統(tǒng)經常加電和斷電造成的損害，設計了手動的復位電路。這種電路的設計，在系統(tǒng)的運行過程中需要復位時，只需使開關閉合，在 RST 端就會出現一定時間的高電平信號，從而使單片 機實現復位。 MCS51 系列單片機內部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產生一定頻率的時鐘信號送到單片機的內部的各個單元，決定單片機的工作速度。這種方式是外界振蕩源，本設計就采用這種外接晶振的方法。）；二是對振蕩器的頻率起到微調的作用（ C1 C2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有 提高）。 12 圖 43單片機內部晶振電路連接圖 主電路設計 主電路的功能是完成年、月、日、星期、時、分、秒之間的轉換， 再送往LED 顯示，并且接受鍵盤操作，對日期和時間進行校正。用 P3 口的低 3 位接譯碼器的 A0,A1,A2 端，用 ,分別接譯碼器的使能端，通過控制 P3 口來控制 LED 的 動態(tài)掃描。本設計用到四個獨立式鍵盤分別接到 P1 口的低 4 位，用 P1 口的, 接日歷時鐘的使能端和時鐘端及數據輸入輸出口，并在日歷時鐘上接一 的晶振，并接兩個 22PF 的電容終端和地相連，各芯片的電源部分分別接到有開關式電源產生的＋ 5V 電源上，芯片的接地端都接在公共地上，在這里接電源部分就不再一一詳述。動態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示，但靜態(tài)顯示占用的 I/O 口資源較多，往往用移位寄存器 74LS164 等來擴充其 I/O口不足的情況，當顯示位數較多時，這樣勢必增加硬件開銷，增大成本，不利于開闊市場。 13 圖 44電路原理圖 5 軟件設計 軟件的設計是設計控制系統(tǒng)的應用程序。 主程序設計 主程序才用模塊化設計，流程圖如圖 51 所示。 初始化部分主要有初始化定時器部分和和 一些寄存器、標志位、初始化時間等。 寄存器的初始化主要是初始化執(zhí)行程序時用到的部分 RAM 空間，防止程序執(zhí)行時帶來混亂。 初始化時間是開機時顯示的時間，并通過調用日歷時鐘的寫程序 來完成時間的置初值。其中 K1鍵功能最多，通過判斷 K1鍵按下的次數來判斷是調時間還是定時，并對對應的位置閃爍。當判斷鍵值為 1時則為調秒狀態(tài)，對應的秒低位閃爍，為 2時為調分狀態(tài)并分閃爍，為 3 時為調時狀態(tài)并時閃爍，為 4 時為調日狀態(tài)并日閃爍，為 5時為調月狀態(tài)并月閃爍，為 6時為調年狀態(tài)并年閃爍，為 7時為調星期狀態(tài)并星期閃爍。由于鍵盤流程圖非常復雜，在此只表示秒，如圖 52所示，其余略。日歷時鐘DS1302 的讀寫需要初始化時序、讀時序、寫時序。而每一次命令和數據的傳輸都是從主機啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送是低位在先。 1 鍵值為1？ 調顯示 秒閃爍 秒標志位置1 K2 按下？ K3 按下？ 秒減1 秒數據送 DS1302 秒加1 3 Y N Y Y 鍵值為？ N 。 。 圖 52 鍵盤子程序流程圖 17 當 RST為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對 DS1302進行操作。上電運行