【正文】 、周、時、分、秒的時鐘。要想用單片機獲取時間這類非電信號的信息，必須使用時間芯片，將時間信息轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。如果是數(shù)字信號就可以直接送往單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。但是這種方案需由軟件編程來實現(xiàn)秒脈沖的產(chǎn)生，編程相對來說比較復(fù)雜，而且也不利于排故（宋禮國，2009）。另外，這種電路設(shè)計方案的另外一個設(shè)計要求就是晶振的選擇要求晶振的振蕩頻率必須通過分頻得到秒脈沖。方案二：使用并行接口時鐘芯片DS12887設(shè)計時鐘電路。該電路能夠準(zhǔn)確計時，還附加許多其它功能，在掉電時能保存用戶設(shè)置參數(shù)和故障狀態(tài)參數(shù)等重要參數(shù)。圖1 AT89S52與DS12887的接口電路該設(shè)計雖然能完成所要求的任務(wù)，綜合性能也比較好，但其并行接口方式占用大量接口資源，給其他設(shè)計帶來諸多不便。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機進(jìn)行通信，實時時鐘/日歷電路提供秒分時日月年的信息、每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時格式DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個口線。而在夜晚不需要觀察時鐘的時候就可以給主電路斷電，這樣可以節(jié)約大量能量。在硬件設(shè)計方面，由于只增加了一個DS1302時間芯片，因此并不是特別復(fù)雜，而且這種獨立計時的設(shè)計使得產(chǎn)品排故更加方便。圖2 AT89S52與DS1302的電路接口比較上述兩種方案可以看出，第二種方案計時更加準(zhǔn)確而且電路硬件設(shè)計先對來說并不復(fù)雜，軟件設(shè)計更加簡潔，因此采用第二種方案。但是這種設(shè)計方案在顯示位數(shù)比較少時性價比比較高，價格便宜。點陣式數(shù)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,而在本課題設(shè)計中的顯示數(shù)字較多字符較少，而且此種方案耗能多，不符合現(xiàn)代的節(jié)能理念，所以不用此種作為顯示。而LCD液晶顯示則耗能少，能夠顯示年、月、日、星期等漢字，在顯示方面更加靈活，而且改變顯示時只要改變軟件設(shè)計就可以，不用改變硬件電路的設(shè)計，易于電路的功能擴展。另外，這種設(shè)計硬件更加簡潔。比較上述三種方案可以看出方案三耗能少，顯示靈活，易于電路擴展而且不管是軟件設(shè)計還是硬件設(shè)計都比較簡單，因此采用第三種設(shè)計方案。 溫度測試由于現(xiàn)在用品追求多樣化，多功能化，給系統(tǒng)加上溫度測量顯示模塊，能夠方便人們的生活，使該設(shè)計具有人性化。方案二：采用溫度傳感器DS18B20。它的ROM中存有其芯片的唯一標(biāo)識碼，即任意兩個DS18B20的標(biāo)識碼是不同的，特別適合于微處理芯片構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)。其內(nèi)部采用在板溫度測量專利技術(shù)，測量范圍為55~+125℃，℃。基于DS18B20的以上優(yōu)點，本設(shè)計選取DS18B20來測量溫度。實時時鐘的要求：a) 具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能；b) 具備年、月、日、星期、時、分、秒校準(zhǔn)功能；c) 重要日期提醒；d) 定時鬧鐘報警。時鐘芯片采用DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM和實時時鐘DS1302。系統(tǒng)由主控制器AT89S5時鐘芯片DS130LCD液晶顯示電路、鍵掃描電路和通信系統(tǒng)模塊電路組成。以LCD液晶顯示器為顯示模塊，把單片機傳來的數(shù)據(jù)顯示出來，并且顯示多樣化。系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖3所示。若用數(shù)字電路完成，所設(shè)計的電路相當(dāng)復(fù)雜，大概需要十幾片數(shù)字集成塊，其功能也主要依賴數(shù)字電路的各功能模塊的組合來實現(xiàn)。另外這個課題設(shè)計的軟件程序比較簡單，不需要很強大的單片機，只要用簡單的單片機就可以滿足要求，因此我選用了性價比比較高的低端AT89S52單片機。目前，新型單片機內(nèi)還有A/D(Analog to Digital)和D/A(Digital to Analog)轉(zhuǎn)換器、高速輸入輸出部件、DMA(Direct Memory Access)通道、浮點運算等特殊功能部件。單片機AT89S52，如圖4所示，是ATMEL 所生產(chǎn)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。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。圖4 AT89S52單片機芯片 主控制模塊電路（1）復(fù)位電路，復(fù)位是單片機的初始化操作，主要功能是把程序計數(shù)器內(nèi)容初始化為0000H，同時使CPU以及其他功能部件從一個確定的初始狀態(tài)開始工作。以后每周期重復(fù)一次，直至RST端變?yōu)榈碗娖?。按鍵復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電實現(xiàn)的，當(dāng)電源接通通過按鈕就可以實現(xiàn)復(fù)位。圖4 復(fù)位電路（2）單片機的第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，XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。因此，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。圖5 時鐘電路（3）單片機最小系統(tǒng)，由主控器AT89S5時鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。20引腳為接地端，40引腳為電源端。圖6 單片機最小系統(tǒng) 時鐘電路的芯片介紹及電路設(shè)計 DS1302簡介DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，且具有閏年補償功能，～。 DS1302與單片機的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302的引腳功能如表1所示，外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。控制字節(jié)的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位5至位1指示操作單元的地址。表2 DS1302的控制字節(jié)D7D6D5D4D3D2D1D01 RAMA4A3A2A1A0RAMDS1302在任何數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被訪問到。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8，在多字節(jié)方式下為8+字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。上電運行時，在Vcc≥，RST腳必須保持低電平。DS1302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。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RAM相關(guān)的寄存器等。表3 DS1302的日歷、時鐘寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN時寄存器84H85H0112或002312/24010HRHR日寄存器86H87H01310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210周寄存器8AH8BH01070 0000DAY年寄存器8CH8DH009910YEARYEAR時鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時鐘暫停位。當(dāng)它為0時，時鐘將開始啟動。它為高電平時，選擇12小時方式。DS1302的晶振選用32768Hz，電容推薦值為6pF。 時鐘電路的設(shè)計時鐘芯片DS1302與單片機AT89C51的接口是由3條線來完成的，,。圖8 時鐘電路接口 溫度測量芯片介紹及電路設(shè)計 DS18B20簡介DS18B20 數(shù)字溫度計提供 9 位溫度讀數(shù),指示器件的溫度。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件，此特性的應(yīng)用范圍包括 HVAC環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機械內(nèi)的溫度檢測，以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測。它支持“一線總線”接口，使用戶可以輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。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)的穩(wěn)定報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其中，其功能是當(dāng)按下此鍵時，開始調(diào)整年、月、日、星期、時、分、秒，沒按一次就改變一個相應(yīng)的要改變的位；，其功能是當(dāng)按下此鍵時開始進(jìn)行鬧鐘調(diào)整，并且每按一次就改變一次要調(diào)整的位；，其功能是每按一次此鍵就將相應(yīng)的要改變的位的數(shù)值加一；，其功能是每按下一次此鍵就將要改變的位的數(shù)值減一電路圖如圖11所示。對于顯示英文操作，由于英文字母種類很少，只需要8位（一字節(jié)）即可。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼。12864是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及12864全點陣液晶顯示器組成。12864LCD的引腳說明如表4所示。12864內(nèi)部功能器件及相關(guān)功能如下：1. 指令寄存器(IR)IR是用于寄存指令碼，與數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)相對應(yīng)。2．?dāng)?shù)據(jù)寄存器(DR)DR是用于寄存數(shù)據(jù)的，與指令寄存器寄存指令相對應(yīng)。DR和DDRAM之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動執(zhí)行的。BF=1表示模塊在內(nèi)部操作，此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUS READ指令，可以將BF讀到DB7總線，從檢驗?zāi)K之工作狀態(tài)。DFF=1為開顯示（DISPLAY OFF），DDRAM的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示（DISPLAY OFF）。5．XY地址計數(shù)器XY地址計數(shù)器是一個9位計數(shù)器。X地址計數(shù)器是沒有記數(shù)功能的，只能用指令設(shè)置。6．顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）DDRAM是存儲圖形顯示數(shù)據(jù)的。DDRAM與地址和顯示位置的關(guān)系見DDRAM地址表。當(dāng)一行掃描完成，此地址計數(shù)器自動加1，指向下一行掃描數(shù)據(jù)，RST復(fù)位后Z地址計數(shù)器為0。因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即DDRAM的數(shù)據(jù)從哪一行開始顯示在屏幕的第一行。8. 字符顯示FYD128640402B每屏可顯示4行8列共32個1616點陣的漢字，每個顯示RAM可顯示1個中文字符或2個168點陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實現(xiàn)32個中文字符或64個ASCII碼字符的顯示。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實現(xiàn)的。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：0000～0006H（其代碼分別是0000、0000000006共4個）顯示自定義字型，02H～7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0H～F7FFH顯示8192種GB2312中文字庫字形。2管腳接電源給液晶顯示器供電，3管腳接電源用于提供液晶顯示器顯示驅(qū)動電壓。本設(shè)計采用了匯編語言，因為匯編語言更接近機器語言，可以直接存取寄存器和I/O，編寫的代碼可以非常精確的被執(zhí)行，可以編寫出比一般編譯系統(tǒng)高效的代碼，可以作為不同語言或不同標(biāo)準(zhǔn)的接口。 編程語言的選擇匯編語言的實質(zhì)和機器語言是相同的，都是直接對硬件操作，只不過指令采用了英文縮寫的標(biāo)識符，更容易識別和記憶。匯編程序通常由三部分組成：指令、偽指令和宏指令。匯編語言程序歸納起來大概有以下幾個主要特性。 不宜使用的領(lǐng)域 大型軟件的整體開發(fā)；沒有特殊要求的一般應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)等。所以，我們在選用匯編語言時要根據(jù)實際的應(yīng)用環(huán)境，盡可能避免其缺點對整個應(yīng)用系統(tǒng)的影響。在主程序中，系統(tǒng)上電自動復(fù)位以后首先進(jìn)行系統(tǒng)的液晶顯示、時鐘芯片DS12887初始化，然后讀寫日期、時間等信息，待數(shù)據(jù)讀寫結(jié)束后顯示時鐘。如果沒有按鍵，則返回掃描子程序，循環(huán)掃描。開始清屏初始化讀DS1302子程序顯示子程序掃描鍵盤判斷是否按鍵顯示時間調(diào)整屏鍵值判斷調(diào)整時間圖13 主程序流程圖 DS1302時鐘芯片的讀操作流程圖首先對時鐘芯片DS1302初始化，經(jīng)過對狀態(tài)寄存器判斷之后，對DS1302進(jìn)行讀操作，讀操作時利用時鐘日歷地址相鄰的特點，直接使地址增加，隨后判斷數(shù)據(jù)是否讀完了。如圖14所示。本設(shè)計采用了分屏顯示的原理，在時間顯示時顯示屏一，在時間調(diào)整時顯示屏二，其流程圖分別如圖1圖16所示。有調(diào)整按鍵顯示設(shè)置設(shè)置顯示字符的首地址顯示當(dāng)前時間判斷按鍵顯示時間修改是否完成返回時間顯示圖14 時間顯示，屏二時間調(diào)整顯示流程圖在顯示屏二時應(yīng)先判斷是否有調(diào)整時間的請求，如果有時間調(diào)整的要求即有按鍵按下則顯示此屏，顯示此屏?xí)r先進(jìn)行顯示設(shè)置，因為要調(diào)整時間因此要用光標(biāo)表示出要調(diào)整的位，因此顯示設(shè)置中要調(diào)整出光標(biāo)，調(diào)整時間時先調(diào)出當(dāng)前時間，從當(dāng)前時間開始調(diào)整，然后判斷按鍵，根據(jù)按鍵來調(diào)整時間，調(diào)整完成之后再返回時間顯示即顯示屏一。當(dāng)調(diào)整完畢之后，從剛才調(diào)整好的時間開始顯示、計時。判斷按鍵記錄按鍵次數(shù)根據(jù)按鍵次數(shù)改變要調(diào)整的位顯示調(diào)整結(jié)果返回圖15 按鍵調(diào)整模塊流程圖5 實驗與調(diào)試驗證理論的最好的方法是實踐，因此本設(shè)計通過實驗，用實物的調(diào)試來驗證之上設(shè)計的可行性。 硬件調(diào)試本設(shè)計的硬件驗證電路完全由按照上述理論進(jìn)行焊接。由于電路比較簡單在焊接中遇到的問題不是很多。圖16 整體電路實物圖硬件焊接好后需要測試是否都連接好了，本設(shè)計采用的測試方法是用萬用表來測量，用萬用表的兩個表筆分別接連線的兩端，測試是否電阻為零，如果電阻為零說明連接正確，如果有電阻說明沒有連接好。 軟件調(diào)試本設(shè)計采用偉福編譯軟件來編譯程序，是目前使用廣泛的單片機開發(fā)軟件，它集成了源程序編輯和程序調(diào)試于一體，支持匯編語言編譯，另外它還支持第三方編譯器，可以編譯C語言和PL/M語言。接下來進(jìn)行編輯、修改等操作。圖17 編譯程序編譯:加載好要編譯的文件，在工具欄的右上方找到編譯按鈕，按下編譯按鈕，開始編譯，編譯后會提示編譯是否通過，如果編譯通過就可以進(jìn)行程序下載，實驗；如果編譯沒有通過說明程序存在錯誤需要修改這時會