【正文】 .....................33附錄二：整機(jī) PCB 圖 ...................................................................................34附錄三：部分源程序 ...................................................................................35電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)III電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要本文介紹一種基于 AT89S52 單片機(jī)的帶溫度顯示的數(shù)字萬年歷的實現(xiàn)方法，系統(tǒng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、時鐘計時模塊、溫度采集模塊、鍵盤顯示模塊。時鐘模塊采用高性能時鐘芯片 DS1302，溫度采集模塊采用 DS18B20 集成溫度傳感器，顯示模塊以 LCD1602 液晶屏作為顯示。該系統(tǒng)具有電路設(shè)計新穎、功耗低、體積小、顯示清晰等優(yōu)點。第一次是擺和擺輪游絲的發(fā)明，相對穩(wěn)定的機(jī)械振蕩頻率源使鐘表的走時差從分級縮小到秒級，代表性的產(chǎn)品就是帶有擺或擺輪游絲的機(jī)械鐘或表。第三次革命就是單片機(jī)數(shù)碼計時技術(shù)的應(yīng)用（電子萬年歷） ，使計時產(chǎn)品的走時日差從分級縮小到 1/600 萬秒，從原有傳統(tǒng)指針計時的方式發(fā)展為人們?nèi)粘８鼮槭煜さ囊构鈹?shù)字顯示方式，直觀明了，并增加了全自動日期、星期、溫度以及其他日常附屬信息的顯示功能，它更符合消費者的生活需求！因此，電子萬年歷的出現(xiàn)帶來了鐘表計時業(yè)界跨躍性的進(jìn)步 [1]。日歷是人們不可或缺的日常用品。以電腦軟件或者電子產(chǎn)品形式出現(xiàn)的萬年歷被稱為電子萬年歷。目前市場上各式各樣的電子時鐘數(shù)不勝數(shù)，但多數(shù)是只針對時間顯示，功能單一，使用不便，壽命不長不能滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨蟆?課題的研究目的與意義二十一世紀(jì)是數(shù)字化技術(shù)高速發(fā)展的時代，而單片機(jī)在數(shù)字化高速發(fā)展的時代扮演著極為重要的角色。所以說電子萬年歷的開發(fā)是國家之所需，社會之所需，人民之所需。 課題研究的主要內(nèi)容本課題所研究的電子萬年歷是單片機(jī)控制技術(shù)的一個具體應(yīng)用，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：(1) 選用電子萬年歷芯片時，應(yīng)重點考慮功能實在、使用方便、單片存儲、低功耗、抗斷電的器件。(3) 在硬件設(shè)計時，結(jié)構(gòu)要盡量簡單實用、易于實現(xiàn)，使系統(tǒng)電路盡量簡單。(5) 通過編程、編譯、調(diào)試，把程序下載到單片機(jī)上運行，并實現(xiàn)本設(shè)計的功能。電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)32 系統(tǒng)功能要求與總體設(shè)計 系統(tǒng)功能要求設(shè)計一個能顯示年、月、日、時、分、秒、星期和當(dāng)前溫度的數(shù)字萬年歷，采用 LCD 顯示并具備以下功能：一、 基本功能能夠任意設(shè)定年、月、日、時、分、秒、星期。(5) 有整點提示和鬧鐘。方案一：單片機(jī)為主控制核心，時間和溫度數(shù)據(jù)是通過時鐘芯片 DS1302 和數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來讀取的，通過液晶顯示器顯示出來，并采用按鍵來完成對當(dāng)前時間的調(diào)整和定時時間的設(shè)定。溫度檢測部分有熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)換成模擬量的電壓信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，再通過單片機(jī)把溫度值傳給 LED 顯示模塊顯示出來，并用按鍵來完成對當(dāng)前時間的調(diào)整和定時時間的設(shè)定。因為時間的誤差主要來源于理想機(jī)器周期和實際周期之間的微小差距，此外還有送定時器初值時產(chǎn)生的誤差，況且用軟件編程比較復(fù)雜，所以本設(shè)計采用日歷時鐘芯片。為了增加設(shè)計的實用性方案一和方案二都增加了溫度顯示模塊，采用數(shù)字溫度芯片具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、調(diào)試方便或不用調(diào)試、易于實現(xiàn)群測等優(yōu)點，而且直接輸出數(shù)字量的溫度值，簡化了測量電路的同時又保證了測溫精度。由于電壓或電流量都是模擬量，易于受外界干擾，并且熱敏元件存在非線性誤差，這都將影響溫度的測量精度，還給計算帶來了麻煩。綜合上面比較論證，本設(shè)計采用方案一來實現(xiàn)?？驁D如圖 21 所示。 時鐘 模 塊 采 用 的 是 DS1302 數(shù) 字 時 鐘 芯 片 ， 主 要 為 萬 年 歷 提 供 系 統(tǒng) 時 鐘 ， 并 帶有圖 21 系統(tǒng)框圖電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)5掉電保護(hù)。按鍵有四個獨立按鍵組成。溫度采集選用的是 DS18B20，主要完成實時溫度的采集。電源模塊為經(jīng)典的 7805 穩(wěn)壓模塊，為整個系統(tǒng)提供電源。并且通過按鍵對時鐘和鬧鐘的調(diào)整，有蜂鳴器完成鬧鐘提示。 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易 失 性 存 儲 器 技 術(shù) 制 造 ， 與 工 業(yè)80C51 產(chǎn) 品 指 令 和 引 腳 完 全 兼 容 。 在 單 芯 片 上 ， 擁 有 靈 巧 的 8 位 CPU 和 在 系 統(tǒng) 可 編 程Flash， 使 得 AT89S52 為 眾 多 嵌 入 式 控 制 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 提 供 高 靈 活 、 更 有 效 的 解 決方 案 。 另 外 ， AT89S52 可 降 至0Hz 靜 態(tài) 邏 輯 操 作 ， 支 持 2 種 軟 件 可 選 擇 節(jié) 電 模 式 。 掉 電 保 護(hù) 方 式 下 ，RAM 內(nèi) 容 被 保 存 ， 振 蕩 器 被 凍 結(jié) ， 單 片 機(jī) 一 切 工 作 停 止 ， 直 到 下 一 個 中 斷 或 硬件 復(fù) 位 為 止 。 AT89S52 引腳結(jié)構(gòu)介紹AT89S52 單片機(jī)引腳圖如圖 31 所示：電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)7 AT89S52 單片機(jī)共有 40 個引腳，主電源引腳 Vcc 和 GND，外部晶振引腳XATL1 和 XATL2，控制和復(fù)位引腳，輸入 /輸出引腳。VCC（40 腳）：電源端，接+5V。P0 口：P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下，P0 口具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗時，需要外部上拉電阻。對 P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（）和時器/計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（），具體如下表所示。P2 口：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)圖 31 AT89S52 單片機(jī)引腳圖電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)8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（TTL）。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。對 P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表 31所示。引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RST（9 引腳）：復(fù)位輸入?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。在 flash 編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE 脈沖將會跳過。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。這個 ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN 將不被激活。為使能從 0000H 到FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令，EA 必須接 GND。在 Flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。XTAL2（18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。(1) 振蕩電路石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。 圖 32 晶體振蕩電路。電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)10在一個時鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個最基本的動作。由于時鐘脈沖是計算機(jī)的基本工作脈沖，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏（使計算機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。但是，由于不同的計算機(jī)硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時鐘周頻率范圍也不一定相同。(2) 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC＝0000H，使單片機(jī)從第一個單元取指令。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/Vpd或RST 引腳(9)加上持續(xù)兩個機(jī)器周期(即24個振蕩周期) 的高電平。單片機(jī)常用的復(fù)位電路如圖33所示。除此之外我們所學(xué)的電路還有手動復(fù)位電路和自動復(fù)位電路。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進(jìn)行涓泳電流充電的能力。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。當(dāng) Vcc2 大于 Vcc1+ 時，Vcc2 給 DS1302 供電。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。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。如果在傳送過程中 RSTS 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。中有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平，I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向） 。 DS1302 與單片機(jī)接口電路DS1302 與單片機(jī)接口電路如圖 35 所示。DS1302 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≥ 之前，RST 腳必須保持低電平。DS1302 的控制字如表 32 所示。位 6 如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)；為 1 則表示存取 RAM 數(shù)據(jù)。最低有效位（位 0）如果為 0，則表示藥進(jìn)行寫操作；為 1 表示進(jìn)行讀操作。 為了提高對 32 個地址尋址能力（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(shù)據(jù)。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?8個寄存器。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)圖 35 DS1302 接口電路電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)13位為 BCD 碼形式。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 有主電源/ 后備電源雙電源引腳： Vcc1 在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電磁備份；Vcc1 在雙電池系統(tǒng)中提供主電源。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 中較打大者供電。Vcc1 為后備電源，Vcc2 為主電源。實現(xiàn)停電后時鐘正常運行，可以不顯示，實現(xiàn)掉電保護(hù) [5]。獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了表 32 DS1302 控制字電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)14分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電 [7]，電壓范圍為 至 無需備用電源測量溫度范圍為55 度至+125 度。 度溫度傳感器可編程的分辨率為 9～12 位 [8][9]。(2) 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。(4) 12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。(6) 檢測溫度范圍為 –55176。C (–67176。F)(7) 內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。(9) 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。如要采用寄生工作方式，只要將VDD電源引腳與單總線并聯(lián)即可。DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更電子萬年歷的設(shè)計與實現(xiàn)15強(qiáng)。在講解其工作流程之前我們有必要了解DS18B20的內(nèi)部存儲器資源。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。VC1I/O2GND3Q0SBRKP4RAM 數(shù)據(jù)暫存器：用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共 9 個字節(jié) RAM，每個字節(jié)為 8 位。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第 8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20 共3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。按鍵電路設(shè)計如圖 38 所示。 R510K678S2位34VCP圖 38 按鍵電路 顯示電路的設(shè)計一、LCD1602 簡介液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用 [12]。根據(jù)顯示容量又可以分為單行 16 字，2 行 16 字 [13]，兩行 20 字等等。這是一種通用模塊。(2) 顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和大、小寫字母。1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其外觀圖如圖 39 所示，其中引腳如圖 310 所示（模塊背面有標(biāo)注）。第 5 腳：RW 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。第