【正文】 據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，錄象機、攝象機，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。因此，單片機的學習、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學家、工程師。但是卻很少知道它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理。通過鍵盤可以進行定時、校時功能。 課題研究目的和研究內(nèi)容 課題研究目的 日常生活中人們離不開時鐘。 隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 時鐘的數(shù)字化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)在時鐘生產(chǎn)研究的主導設(shè)計方向。基本功能是時鐘顯示，能準確顯示“時”、“分”、“秒”，并具有快速校準時、分、秒的功能。擴展功能有具整點報時功能以及鬧鐘功能。在本次設(shè)計中采用單片機技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。微處理器的選擇， AT89S51 是 2021年 ATMEL 推出的新型品種，除了完全兼容 8051 外，還多了 ISP 編程和看門狗功能。由于液晶顯示與驅(qū)動都集成在一個芯片上，因此使用起來很方便。通過這些控制電路的連接構(gòu)成了完整的電路 . 按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由電源轉(zhuǎn)換模塊、主控制模塊、時鐘及溫度 模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊共 5 個模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖 所示： 圖 電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖 主控制模塊 在本次設(shè)計中采用單片機技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。微處理器的選擇， AT89S51 是 2021 年 ATMEL 推出的新型品種，除了完全兼容8051 外，還多了 ISP 編程和看門狗功能。 89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造 技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 （一）、 AT89S52 主要功能列舉如下： 擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash 晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 內(nèi)部程序存儲器（ ROM）為 8KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 256 字節(jié) 32 個可編程 I/O 口線 8 個中斷向量源 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 三級加密程序存儲器 全雙工 UART 串行通道 （二）、 AT89S52 各引腳功能介紹： VCC： AT89S52 電源正端輸入，接 +5V。 XTAL1： 單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。 RESET： AT89S52 的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA 引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V的燒錄高壓（ Vpp）。AT89S52 可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的 8 位鎖存器（如 74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～ A7）鎖進鎖存器中，因為 AT89S52 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 AT89S52 可以利用 PSEN 及 RD 引腳分別啟用存在外部的 RAM 與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。其他三個 I/O 端口（ P P P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當做 I/O 用時可以推動 8個 LS 的 TTL 負載。設(shè)計者必須外加一鎖存器將端口 0 送出的地址栓鎖住成為 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一完整的 16 位地址總線，而定址到 64K 的外部存儲器空間。 P2 除了當做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個 時候 P2 便不能當做 I/O來使用了。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當做定時器 2 的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。 其引腳分配如下： ： RXD，串行通信輸入。 ： INT0，外部中斷 0 輸入。 ： T0，計時計數(shù)器 0 輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當訪問外 部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。 由于液晶顯示與驅(qū)動都集成在一個芯片上，因此使用起來很方便。 1602LCD 顯示器的結(jié)構(gòu) 1 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量為 16 2 個字符； 芯片工作電壓為 ～ ； 工作電流為 （ ）； 字符尺寸為 （ W H） mm。 VL 是調(diào)節(jié)對比度的引腳調(diào)節(jié)此腳上的電壓可以改變黑白對比度 RS 是很多液晶上都有的引腳 是命令 /數(shù)據(jù)選擇引腳 該腳 電平為高時表示將進行數(shù)據(jù)操作；為低時表示進行命令操作。 E 同樣很多液晶模塊有此引腳 通常在總線上信號穩(wěn)定后給一正脈沖通知把數(shù)據(jù)讀走，在此腳為高電平的時候總線不允許變化。 BLA 是背光源正極， BLK 是背光源負極 ]9[ 。執(zhí)行完這個函數(shù)可以把液晶初始化成 16x2 顯示 5x7 的點陣 8 位總線接口。 此液晶支持的指令碼有 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置 16 2顯示， 5 7點陳， 8位數(shù)據(jù)接口 第一行指令主要能完成的功能是 控制液晶顯示否，光標顯示否，光標閃爍否。 RS 復(fù)位端接 ,EN 使能端接 ,讀、寫信號端接 圖 顯示模塊的數(shù)據(jù)連接圖 時鐘模塊 單片機控制時鐘模塊，定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用單片機內(nèi)部的可編程定時 /計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時間 精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有： DS1302， DS12887， X1203 等都可以滿足高精度的要求。實時時鐘 /日歷電路提供秒、分、時、日、星期、月、年的信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘 操作可通過 AM/PM 標志位決定采用 24 或 12 小時時間格式。時鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達 31 字節(jié)的字符組方式通信。 DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，主要組成部分為：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘以及 RAM。 DS1302 含充電電路，可以對作為后備電源的可充電電池充電，并可選擇充電使能和串入的二極管 數(shù)目，以調(diào)節(jié)電池充電電壓。數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前 8 位指 定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸出數(shù)據(jù)。 DS1302 的寄存器和控制命令 對 DS1302 的操作就是對其內(nèi)部寄存器的操作， DS1302 內(nèi)部共有 12 個寄存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄 存器以外的寄存器。 DS1302 內(nèi)部寄存器列表如表 2 所示： 寄存器名稱 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫 讀 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 0059 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 0059 0 10MIN MIN 小時寄存器 84H 85H 0112 或 0023 12/24 0 A HR HR 日期寄存器 86H 87H 0128,29,30,31 0 0 10DATE DATE 月份寄存器 88H 89H 0112 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 0107 0 0 0 0 0 DAY 年份寄存器 8CH 8DH 0099 10YEAR YEAR 表 2： DS14302 內(nèi)部主要寄存器分布表 DS1302 內(nèi)部的 RAM 分為兩類，一類是單個 RAM 單元，共 31 個，每個單元為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操 作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM，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）。單片機是通過簡單的同步串行通訊與 DS1302 通訊的，每次通訊都必須由單片機發(fā)起，無論是讀還是寫操作，單片機都必須先向 DS1302 寫入一個命令幀，這個幀的格式如表 1 所示，最高位 BIT7 固定為 1， BIT6 決定操作是針對 RAM 還是時鐘寄存器，接著的 5 個 BIT 是 RAM 或時鐘寄存器在 DS1302 的內(nèi)部地址，最后一個 BIT 表示這次操作是讀操作抑或是寫操作。其中 RST 從低電平變成高電平啟動一次數(shù)據(jù)傳輸過程， SCLK 是時鐘線， I/O 是數(shù)據(jù)線。 時鐘模塊的數(shù)據(jù)連接 設(shè)計中時鐘模塊， DS1302 的 X X2 間接晶振起時鐘振蕩作用。此轉(zhuǎn)換后的直流電源為 +12V,而線 路設(shè)計中許多芯片所用到的電壓為 +5V,因此 ,還需有 12V 到 5V 的轉(zhuǎn)換電路。 本章小結(jié) 本章通過對設(shè)計思想的介紹，分別對主控制模塊、顯示模塊、時鐘模塊、以及電源轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計原理進行分析闡述。 3 電路仿真與制作 電路仿真 電路圖的繪制通過 完成。 該軟件的特點： ① 全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。 ③ 目前支持的單片機類型有： 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真 5 AVR、 PIC。因此用 Proteus 制作 PCB 板。檢查線路，看是否焊接出現(xiàn)短路情況。 4 軟件設(shè)計部分 本次設(shè)計用 Keil 編程軟件進行軟件設(shè)計。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。 時鐘 程序的設(shè)計 因為使用了時鐘芯片 DS1302，陽歷程序只 需要從 DS1302 各寄存器中讀出年、周、月、日、小時、分、秒等數(shù)據(jù)，再處理既可。 時鐘 程序流程圖見圖 所示。以上兩個模塊都需將數(shù)值送顯示模塊。 //_nop_()。 en=1。 // _nop_()。 } //液晶延時 本章小結(jié) 本章介紹了本次設(shè)計的軟件部分的設(shè)計思想，即時鐘程序與顯示程序。 基于單片機的數(shù)字時鐘系統(tǒng)具有顯示準確、直觀、易于調(diào)整等特點， 單片機所被占用的 I/O 口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴展性。做為新時代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時代的發(fā)展。對于上述所提到的研究課題，我們應(yīng)盡量考慮到人的因素，增強時鐘的實用 性和操作性，為使用者提供切實的方便，營造一種舒適的生活氛圍。 參考文獻 [1] 劉建英 .基于單片機的時鐘設(shè)計 [J].內(nèi)蒙古石油化工， 2021， 1. [2]余永權(quán) .ATMEL89 系列單片機應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天大學出版社， 2021 [3]李廣弟等 .單片機基礎(chǔ)，北京航空航天大學出版社， 2021 [4]郁有文，常健，程繼紅 .傳感器原理及工程應(yīng)用 [M]．西安：西安電子科技大學出版社， [5]張韻華． 符號計算系統(tǒng) Mathematica 教程 [M]． 北京：科學出版社 .2021 [6]張國營，陳締纓． 傳感器實驗指導書 [M].徐州：中國礦業(yè)大學物理實驗中心 .2021 [7] 張曄，王玉民 .單片機應(yīng)用技術(shù) [M].高等教育出版社， 2021. [8]AT89C51 Datasheet ,ATMEL， 2021 [9]LCD1602 Datasheet [10]DS1302 Datasheet ,DALLAS Semiconductor， 2021 [11]DS18B20 Datasheet ,DALLAS Semiconductor ,2021 [12]李光飛 .單片機 C 程序設(shè)計實例指導 [M]. 北京 :航空航天大學業(yè)出版社 , 2021. [13]樓燃苗 ,李光飛 . 51 系列單片機設(shè)計實例 [M]. 北京 :航空航天大學業(yè)出版社 , 2021.