【正文】 太陽(yáng)、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類(lèi)不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄。對(duì)于數(shù)字電子萬(wàn)年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時(shí)顯示年、月、日、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí) 間校準(zhǔn)等功能。 此萬(wàn)年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。電子萬(wàn)年歷的開(kāi)發(fā)與研究在信息化時(shí)代的今天亦是當(dāng)務(wù)之急，因?yàn)樗鼞?yīng)用在學(xué)校、機(jī)關(guān)、企業(yè)、部隊(duì)等單位禮堂、訓(xùn)練場(chǎng)地、教學(xué)室、公共場(chǎng)地等場(chǎng)合，可以說(shuō)遍及人們生活的 每一個(gè)角落。 由于社會(huì)對(duì)信息交換不斷提高的要求及高新技術(shù)的逐步發(fā)展，促使電子萬(wàn)年歷發(fā)展并且投入市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。 （ 2）根據(jù)選用的電子萬(wàn)年歷芯片設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路。 （ 4）根據(jù)硬件電路圖，在開(kāi)發(fā)板上完成器件的焊接。 （ 6）通過(guò)編程、編譯、調(diào)試，把程序下載到單片機(jī)上運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。 （ 8）軟件設(shè)計(jì)時(shí)必須要有完善的思路，要做到程序簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。所以，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿(mǎn)足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選 的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單使用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。從而實(shí)現(xiàn)電子萬(wàn)年歷的功能。單片機(jī)的應(yīng)用，使許多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度大大提高，可以說(shuō)當(dāng)今世界正在經(jīng)受一場(chǎng)以單片機(jī)技術(shù)為標(biāo)志的新技術(shù)革命浪潮的沖擊。 （ 2） AT89C51 單片機(jī) AT89C51單片機(jī)的主要特性如下： ? 與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 第 6 頁(yè) 共 50 頁(yè) 6 ? 4K字節(jié)的在線(xiàn)編程 Flash存儲(chǔ)器， 1000次擦寫(xiě)周期 ? ～ 的工作電壓范圍 ? 全靜態(tài)工作模式： 0～ 33MHz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖 ? 128 8字節(jié)內(nèi)部 RAM ? 32個(gè)可編程 I/O口線(xiàn) ? 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ? 6個(gè)中斷源 ? 全雙工串行 UART通道 ? 低功耗空閑和掉電模式 ? 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) ? 看門(mén)狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 ? 掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 ? 具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)功能 ? 靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP字節(jié)或頁(yè)寫(xiě)模式） 由于 AT89C51單片機(jī)片內(nèi)有 4K字節(jié)的在線(xiàn)編程 Flash存儲(chǔ)器，可以擦寫(xiě) 1000次，具有掉電模式，而且具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)功能，對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)非常實(shí)用。 第 7 頁(yè) 共 50 頁(yè) 7 3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 根據(jù)上述所確定的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 AT89C51單片機(jī)有 40個(gè)引腳。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“ 1”可作為高阻抗輸入端用。 在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)要求外接上拉電阻。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1接收低 8位地址。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR指令）時(shí)， P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P2亦接收低高位地址和其他控制信號(hào)。對(duì) P3口寫(xiě)入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線(xiàn)外，更重要的用途是它的第二功能，見(jiàn)表 31所示： P3口還接收一些用于 Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 DISRT0位缺省為 RESET輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。即使不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 對(duì) Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。該位置后，只有一條 MOVX和 MOVC指令 ALE才會(huì)被激活。 ? PSEN：程序存儲(chǔ)允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。 ? EA/VPP：外部訪(fǎng)問(wèn)允許。需要注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位 時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端狀態(tài)。 Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的變成電壓 Vpp. ? XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS51完全兼容 ? 看門(mén)狗（ WDT）： WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。 WDT 在默認(rèn)情況下無(wú)法工作；為了激活 WDT，用戶(hù)必須往 WDTRST 寄存器（地址： 0A6H）中依次寫(xiě)入 01EH 和 0E1H。WDT計(jì)時(shí)周期依賴(lài)于外部時(shí)鐘頻率。當(dāng) WDT溢出，它將驅(qū)動(dòng) RSR引腳輸出一個(gè)高電平。 AT89C51系列單片機(jī)的串行通信口可以工作于同步和異步通信方式。串行口內(nèi)的接收器采用的是雙緩沖結(jié)構(gòu)，能夠在接收到的第一個(gè)字節(jié)從接收寄存器讀走之前就開(kāi)始接收第二個(gè)字節(jié)（當(dāng)然，如果第二個(gè)字節(jié)接收完畢，第 10 頁(yè) 共 50 頁(yè) 10 而第一個(gè)字節(jié)仍然沒(méi)有被讀走，那將會(huì)丟掉一個(gè)字節(jié)）。如果將數(shù)據(jù)寫(xiě)入 SBUF，數(shù)據(jù)會(huì)被送入發(fā)送寄存器準(zhǔn)備發(fā)送。因此， CPU對(duì) SBUF的讀寫(xiě)，實(shí)際上是分別訪(fǎng) 問(wèn) 2個(gè)不同的寄存器。 ? 振蕩電路： AT89C51系列單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器，由一個(gè)單極反相器組成。可以利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘，只要 XTAL1和 XTAL2引腳上一個(gè)晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個(gè)完整的振蕩信號(hào)發(fā)生器，此方式稱(chēng)為內(nèi)部方式。在組成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，多數(shù)采用這種方式，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。 ? 定時(shí) /計(jì)數(shù)器： AT89C51單片機(jī)內(nèi)含有 2個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，定時(shí)器中含有 3種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 ? RAM：高于 7FH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址是 8位的，也就是說(shuō)其地址空間只有256字節(jié)，但內(nèi)部 RAM的尋址方式實(shí)際上可提供 384字節(jié)。這樣，雖然高 128字節(jié)區(qū)分與專(zhuān)用寄器 ，即特殊功能寄存器區(qū)的地址是重合的，但實(shí)際上它們是分開(kāi)的。 ? SFR： SFR是具有特殊功能的所有寄存器的集合，共含有 22個(gè)不同寄存器，它們的地址分配在 80H～ FFH中。如對(duì)這些單元進(jìn)行讀操作，得到的是一些隨機(jī)數(shù)，而寫(xiě)入則無(wú)效，所以在編程時(shí)不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫(xiě)入這些未確定的地址單元中，特殊功能寄存器主要有累加器 ACC、 B寄存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW、堆棧指針 SP、數(shù)據(jù)指針 DPTR、 I/O端口、串行口數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF、定時(shí)器寄存器、捕捉寄存器、控制寄存器。 IE 寄存器用于允許或禁止中斷； IP 寄存器用于確定中斷源的優(yōu)先級(jí)別；優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)用于執(zhí)行中斷源的優(yōu)先排序；有關(guān)邏輯門(mén)用于輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。 串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用 Q0的狀態(tài)。 動(dòng)態(tài)特性 (TA=25℃ )如表 36 表 36動(dòng)態(tài)特性 [2]:fmax 最大時(shí)鐘頻率。這些電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛地采用。采用普通 晶振。采用三線(xiàn)接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302是 DS1202 的升級(jí)產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。當(dāng) Vcc2大于 Vcc1＋ ， Vcc2給 DS1302供電。 X1和 X2是振蕩源，外接 。 RST輸入有兩種功能：首先， RST接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。如果在傳送過(guò)程中 RST 置為低電平， 則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。 SCLK始終是輸入端。位 5至位 1指示操作單元的地址 。 在控制指令字輸入后的下一個(gè) SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入 DS1902，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開(kāi)始。 DS1302有 12個(gè)寄存器，其中有 7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD碼形式 ,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表 1。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存 器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302 與 CPU 的連接需要三條線(xiàn)，即 SCLK(7)、 I/O(6)、 RST(5)。 DS1302 與 CPU 的連接 ， 實(shí) 際上，在調(diào)試程序時(shí)可以不加電容器，只加一個(gè) 的晶振即可。另外，還可以在上面的電路中加入 DS18B20，同時(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度。 LED 還可以換成 LCD，還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的10 位多功能 8 段液晶顯示模塊 LCM101，內(nèi)含看門(mén)狗 (WDT)/時(shí)鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，并有內(nèi)置顯示 RAM，可顯示任意字段筆劃，具有 3－ 4 線(xiàn)串行接口，可與任何單片機(jī)、 IC 接口。 DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)間流程。下面對(duì) DS1302的基本操作進(jìn)行編程： 根據(jù)本人在調(diào)試中遇到的問(wèn)題，特作如下說(shuō)明： DS1302 與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位 MSB(D7)必須為邏輯 1，如果 D7=0，則禁止寫(xiě) DS1302，即寫(xiě)保護(hù)；D6=0，指定時(shí)鐘數(shù)據(jù)， D6=1，指定 RAM 數(shù)據(jù)； D5～ D1 指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位 LSB(D0)為邏輯 0，指定寫(xiě)操作 (輸入 )， D0=1，指定讀操作 (輸出 )。若進(jìn)行單字節(jié)傳送， 8 位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下 2 個(gè) SCLK 周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下 8個(gè) SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 要特別說(shuō)明的是備用電源 B1，可以用電池或者超級(jí)電容器 ( 以上 )?？梢杂美鲜诫娔X主板上的 充電電池。 100 μF 就第 17 頁(yè) 共 50 頁(yè) 17 可以保證 1 小時(shí)的正常走時(shí)。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。 DS1302 可以用于數(shù) 據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒(méi)有具體的時(shí)間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無(wú)法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢(xún)等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且，某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許。 第 18 頁(yè) 共 50 頁(yè) 18 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 電子萬(wàn)年歷的功能是在程序控制下實(shí)現(xiàn)的。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強(qiáng)了程序的可移植性。 用 PROTEUS ISIS 對(duì)電子萬(wàn)年歷的硬件電路設(shè)計(jì) 通過(guò) PROTEUS ISIS 軟件的 VSM（虛擬仿真技術(shù)），用戶(hù)可以對(duì)模擬電 路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路，以及基于微控制器的系統(tǒng)連同所有外圍接口電子元器件一起仿真。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也可以通過(guò)此方法調(diào)整圖紙的大小。會(huì)彈出如圖 53所示的窗口。然后再在“ Keywords”中輸入其他所需的元器件，用同樣的方法進(jìn)行操作。 第 22 頁(yè) 共 50 頁(yè) 22 圖 54 所用器件 其中 74LS174表示三個(gè)串行接口， AT89C51 代表單片機(jī)會(huì)， DS1302 代表時(shí)鐘芯片， RESPACK8代表八排電阻。再用同樣的方法把 ds1302 放入到圖紙的合適位置。在布線(xiàn)之前，如果覺(jué)得元器件的引腳的方向不好布線(xiàn)，則可以通過(guò)單擊 這四個(gè)按鈕進(jìn)行調(diào)整，這四按鈕的意思分別是：順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90176。沿 Y 軸對(duì)稱(chēng)，沿 X 軸對(duì)稱(chēng)。接著進(jìn)行布線(xiàn)，由于 PROTEUS ISIS 有自動(dòng)布線(xiàn)的功能，比如要把 AT89C51 的 P2 口連到 74LS164 的 OUT8 口，只要先在 P2 引腳上單擊一下，再在 OUT8 引腳上單擊，則 ISIS 自動(dòng)將兩個(gè)引腳連上線(xiàn)。具體操作是：?jiǎn)螕粢B線(xiàn)的一個(gè)引腳，連出適當(dāng)?shù)木嚯x后雙擊，另一個(gè)引腳也同樣操作，在單擊如圖 65 所示的“ LBL”按鈕，再在圖中 引腳的 A處單擊，在彈出的窗口中的“ String”中填入名稱(chēng)，如“ A” ，對(duì) OUT7 引腳進(jìn)行同樣的操作，在“ String”中也填入名稱(chēng)“ A”，這樣就完成了 引腳與 RES引腳的網(wǎng)絡(luò)連接，這個(gè)好處避免兩個(gè)距離比較遠(yuǎn)的器件進(jìn)行真實(shí)線(xiàn)的連接，使布線(xiàn)美觀。選擇 ，從中可以選擇電路原理中的兩個(gè)通用的端子，一個(gè)是接地，一個(gè)是電源。 圖 56 連接端子 第 24 頁(yè) 共 50 頁(yè) 24 在 PROTEUS ISIS 中的最終設(shè)計(jì)圖如圖 57所示 圖 57仿真 圖 最后分別對(duì)各元器件的屬性值進(jìn)行設(shè)置，單擊 按鈕，進(jìn)行電氣檢測(cè)，查看