【正文】 制器、自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)、多功能波形發(fā)生器、步進(jìn)電機(jī)定位控制系統(tǒng)、電子時(shí)鐘等。多時(shí)鐘系統(tǒng)能夠包括上述四種時(shí)鐘類型的任意組合 [4]。石英計(jì)時(shí)芯片（簡稱“機(jī)芯”）比較多，常見型號的有STP5512F、SM5546A和D60400等。利用5512F的2秒輸出信號作為秒加法電路的計(jì)數(shù)脈沖，可實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘。 NE555定時(shí)器電路實(shí)現(xiàn)形式555定時(shí)器是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè)5KΩ的電阻而得名。采用NE555時(shí)基電路或其他振蕩電路產(chǎn)生秒脈沖信號，作為秒加法電路的時(shí)鐘信號或微處理器的外部中斷輸入信號，可構(gòu)成電子鐘。采用555定時(shí)器設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘，成本低，容易實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)形式單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)主要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)使把CPU、存儲器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：1 有優(yōu)異的性能價(jià)格比；2 集成度高、體積小、有很高的可靠性、控制功能強(qiáng)；3 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；4 外部總線增加了I2C、ISP等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)；5 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法。這種用軟件代替硬件的控制技術(shù)，是對生產(chǎn)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)均具有時(shí)鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時(shí)鐘借助微處理器的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)電子鐘功能。 總體方案設(shè)計(jì)在比較了以上四種實(shí)現(xiàn)方案之后，考慮單片機(jī)貨源充足、價(jià)格低廉，可軟硬件結(jié)合使用，能夠較方便的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多功能性，故采用單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)。該系統(tǒng)使用AT89C52單片機(jī)作為核心，通過讀取時(shí)鐘芯片DS1302的數(shù)據(jù)，完成此喚醒儀的主要功能——時(shí)鐘顯示、多路定時(shí)報(bào)警。 多路定時(shí)喚醒儀硬件系統(tǒng)框圖鍵盤是為了完成時(shí)鐘的校對和定時(shí)時(shí)間的設(shè)置功能。整個(gè)電路使用了兩種電源，+5V電源將為整個(gè)電路供電。當(dāng)+5V電源被切斷后，DS1302啟用+3V電源，可以保持DS1302繼續(xù)工作。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在選定設(shè)計(jì)方案以后，要選擇合適的器件，設(shè)計(jì)合適的硬件電路圖才能實(shí)現(xiàn)多路喚醒儀的具體功能。該系列單片機(jī)均采用標(biāo)準(zhǔn)MCS51內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全，功能完善，性能穩(wěn)定，體積小，價(jià)格低廉，貨源充足，調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用極為廣泛。擁有15條可編程I/O引腳，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，可編程串行UART通道，并能直接驅(qū)動LED輸出。但是將兩種功能結(jié)合在一片單片機(jī)上，就需要更多的I/O引腳，故本設(shè)計(jì)采用具有32根I/O引腳的AT89C52單片機(jī)。片內(nèi)的FLASH存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。AT89C52具有以下主要性能：1. 與MCS—51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；2. 8KB可重擦寫Flash閃速存儲器；3. 全靜態(tài)操作：0——24Hz；4. 1000次擦寫周期；5. 三級加密程序存儲器；6. 2568字節(jié)內(nèi)部RAM；7. 32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口；8. 6個(gè)中斷優(yōu)先級； 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；9. 可編程串行UART通道；10. 低功耗空閑和掉電模式。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。 AT89C52芯片PDIP封裝引腳圖AT89C52為適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求，采用PDIP、TQFP、PLCC三種封裝形式，本系統(tǒng)采用雙列直插PDIP封裝形式。每種芯片的主要時(shí)鐘功能基本相同，只是在引腳數(shù)量、備用電池的安裝方式、計(jì)時(shí)精度和擴(kuò)展功能等方面略有不同。DS1643為帶有全功能實(shí)時(shí)時(shí)鐘的8K8非易失性SRAM，集成了非易失性SRAM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、晶振、電源掉電控制電路和鋰電池電源，BCD碼表示的年、月、日、星期、時(shí)、分、秒，帶閏年補(bǔ)償。故而從性價(jià)比和貨源上考慮，本設(shè)計(jì)采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DS1302。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31天時(shí)可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，并且可以關(guān)閉充電功能。需要強(qiáng)調(diào)的是。VCC1為后備電源，VCC2為主電源。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電。當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。(2) RST提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。如果在傳送過程中置RST為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且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為時(shí)鐘輸入端。 DS1302引腳功能說明引腳號名稱功能1VCC1備份電源輸入2X13X24GND地5RST控制移位寄存器/復(fù)位6I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出7SCLK串行時(shí)鐘8VCC2主電源輸入 DS1302的控制字和讀寫時(shí)序說明在編程過程中要注意DS1302的讀寫時(shí)序。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù)。 DS1302控制字（即地址及命令字節(jié)）BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT01RAMA4A3A2A1A0RD控制字的作用是設(shè)定DS1302的工作方式、傳送字節(jié)數(shù)等?？刂谱指魑坏暮x和作用如下：1. BIT7：控制字的最高有效位，必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。定義如下：當(dāng)BIT 6位=0時(shí)，定義時(shí)鐘和其他寄存器的地址。當(dāng)A4～A0=7，為芯片寫保護(hù)寄存器地址。當(dāng)A4～A0=31，為時(shí)鐘多字節(jié)方式選擇寄存器。4. BIT 0（最低有效位）：如為0，表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作。在控制字指令輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（0位）開始。 DS1302數(shù)據(jù)讀寫時(shí)序DS1302的數(shù)據(jù)讀寫方式有兩種，一種是單字節(jié)操作方式，一種是多字節(jié)操作方式。當(dāng)以多字節(jié)方式寫時(shí)鐘寄存器時(shí)，必須按數(shù)據(jù)傳送的次序依次寫入8個(gè)寄存器。不管是否寫了全部31字節(jié)，所寫的每一個(gè)字節(jié)都將傳送至RAM。無論是讀周期還是寫周期，也無論送方式是單字節(jié)傳送還是多字節(jié)傳送，都要通過控制字指定40字節(jié)中的哪個(gè)將被訪問。所有寫入或讀出操作都是先向芯片發(fā)送一個(gè)命令字節(jié)。這里僅給出單字節(jié)讀寫時(shí)序。 DS1302的片內(nèi)寄存器通過控制字對DS1302片內(nèi)寄存器進(jìn)行尋址之后，即可就所選中寄存器的各位進(jìn)行操作。小時(shí)寄存器（85H、84H）的位7用于定義DS1302是運(yùn)行于12小時(shí)模式還是24小時(shí)模式。在24小時(shí)制式下，位5是第二個(gè)10小時(shí)位（20～23時(shí)）。秒寄存器（81H、80H）的位7定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（CH）。一般在設(shè)置時(shí)鐘時(shí)，可以停止其工作，設(shè)定完之后，再啟動其工作。在任何片內(nèi)時(shí)鐘/日歷寄存器和RAM，在寫操作之前，WP位必須為0，否則將不可寫入。因此，通過置寫保護(hù)位，可以提高數(shù)據(jù)的安全性。 充電控制寄存器和RAM寄存器各位定義BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0充電控制寄存器TCSTCSTCSTCSDSDSRSRSRAM寄存器————————慢速充電寄存器控制著DS1302的慢速充電特性。BIT2和BIT3選擇在VCC2和VCC1之間是一個(gè)還是兩個(gè)二極管串入其中。該寄存器的BIT0和BIT1用于選擇與二極管相串聯(lián)的電阻值。因此，根據(jù)慢速充電寄存器的不同編碼可得到不同的充電電流。RAM寄存器尋址空間一次排列的31字節(jié)靜態(tài)RAM可為用戶使用，備用電源位RAM提供了掉電保護(hù)功能。當(dāng)BIT6為“0”時(shí)對RAM區(qū)進(jìn)行尋址；否則將對時(shí)鐘/日歷寄存器尋址[11]。具體驅(qū)動程序參見附錄A。硬件設(shè)計(jì)比較費(fèi)時(shí)，需要細(xì)心和耐心，也需要熟練掌握電路原理。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DS1302。如圖，上電后。特別需要注意X1和X2兩端連接的晶振M1。為了保證電路連接正確、電氣連通，在與單片機(jī)連接的過程中需要注意以下幾點(diǎn)：1. 清楚DS1302與單片機(jī)連接的管腳。2. 注意電源正負(fù)極連接。該晶振體型比較小，在焊接時(shí)要小心，注意不要將晶振引腳弄斷。4. 編寫DS1302的時(shí)鐘/日歷程序，只要求能夠正確顯示時(shí)間。檢查無誤后可以上電檢查。對于一般的段式LCD，需要專門的驅(qū)動電路，而且LCD顯示的可視性較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點(diǎn)陣），一般采用并行接口，對微處理器的接口要求較高，占用資源多。LED結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高，而且顯示亮度高，價(jià)格便宜，市場上也有專門的時(shí)鐘顯示組合LED。LED顯示分動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示：動態(tài)顯示方式的硬件電路簡單。因此合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。對于一組數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示需要由兩組信號來控制：一組是字段輸出口輸出的字形代碼，用來控制顯示的字形，稱為段碼；另一組是位輸出口輸出的控制信號，用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。因此，在同一時(shí)刻如果各位數(shù)碼管的位選線都處于選通狀態(tài)的話，8位數(shù)碼管將顯示相同的字符。即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于導(dǎo)通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)。這樣在同一時(shí)刻，只有選通的那一位顯示出字符，而其它各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。數(shù)碼管不同位顯示的時(shí)間間隔可以通過調(diào)整延時(shí)程序的延時(shí)長短來完成。若顯示的時(shí)間間隔過長的話，數(shù)碼管顯示時(shí)將產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。靜態(tài)顯示，是由微型計(jì)算機(jī)一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次發(fā)送新的顯示模型為止。為了在顯示部分節(jié)省單片機(jī)I/O口，故采用動態(tài)顯示方式。常用的LED顯示驅(qū)動電路有并行譯碼方式、串行—并行轉(zhuǎn)換方式等。本設(shè)計(jì)采用并行譯碼方式，譯碼后動態(tài)顯示?！刂埔F(xiàn)實(shí)的位數(shù)?？芍苯域?qū)動LED顯示器。其中a b c d為BCD碼輸入，a為最低位。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)，B1端應(yīng)加高電平。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300Ω的限流電阻。 顯示面板LED分布圖 為了電路能正常顯示時(shí)間，在連接顯示電路之前要明確共陰型8段LED的10個(gè)管腳與各段發(fā)光二極管的對應(yīng)關(guān)系，熟悉CD4511管腳位置，然后才能開始進(jìn)行連接[19]。2. 明確單片機(jī)管腳功能。3. 編寫一段顯示程序，燒錄進(jìn)單片機(jī)，檢查好電源正負(fù)端和P0連接是否正確。 按鍵電路設(shè)計(jì)根據(jù)功能需要，本時(shí)鐘需要設(shè)置以下功能鍵：校對選擇鍵，加1操作鍵，減1操作鍵，鬧鈴定時(shí)選擇鍵，鬧鈴路數(shù)選擇鍵，跳出校對/設(shè)置時(shí)間按鍵，鬧鈴開關(guān)鍵。獨(dú)立式鍵盤是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵占用一個(gè)I/O口線，每根I/O口線上的按鍵不會影響其他I/O口上按鍵工作狀態(tài)。矩陣式鍵盤適合按鍵較多時(shí)使用。在矩陣鍵盤電路中，行線是輸入引腳，列線是輸出引腳（當(dāng)然也可以將行線作為輸出引腳，而列線作為輸入引腳）【24】。對于內(nèi)置了上拉電阻的I/O引腳來說，外接上拉電阻沒有意義[16]。只有再次按下，按鍵彈出，與之連接的單片機(jī)管腳才會重新被拉回高電平。每次按下后，會自動彈出。 按鍵功能表按鍵鍵名功能屬性K1SET模式選擇自動復(fù)位K2UP數(shù)值加一操作自動復(fù)位K3DOWN數(shù)值減一操作自動復(fù)位K4OUT跳出功能選擇自動復(fù)位K5SSET定時(shí)選擇自動復(fù)位K6SS多路選擇自動復(fù)位K7Alarm鬧鈴開關(guān)自鎖按鍵操作說明如下：K1鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，在正常顯示時(shí)間狀態(tài)下，第一次按下后，開始校對秒，以后每次按下都會分別進(jìn)入對分、小時(shí)。例如：校對小時(shí)狀態(tài)，每按一下，小時(shí)位加1，當(dāng)加至小時(shí)最高值23時(shí)，再按K4鍵，小時(shí)位回0。K3鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，與K2鍵類似，不同之處是該鍵每次按下將使相應(yīng)校對位進(jìn)行減1操作。K5鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，與K1鍵類似，不同之處是該鍵每次按下調(diào)整的是各路定時(shí)時(shí)間。K7鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，按下后鬧鈴開啟，彈出后鬧鈴關(guān)閉。按鍵電路比較簡單，故檢查起來也很容易。若按下連通，松開不連通，說明連接正確。采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。不過該方法只能做一些簡單音樂，并且音樂程序會占用很多單片機(jī)存儲資源。采用錄放音電路，鈴聲可以是預(yù)先設(shè)定的一段自己喜歡的音樂，符合電器設(shè)備人性化的要求。另外，也可以購置一塊音樂集成電路，加置在單片機(jī)和蜂鳴器之間，當(dāng)單片機(jī)連接鬧鈴電路的管腳送出高電平時(shí)，音樂集成電路會給蜂鳴器特定脈沖，使蜂鳴器發(fā)聲。報(bào)警電路是本設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，故采用最簡單的方法，用發(fā)光二極管代替，為了區(qū)分報(bào)警的路數(shù)，用三種不同顏色的發(fā)光二極管來區(qū)分。當(dāng)I/O引腳為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，也可按復(fù)位鍵重新啟動。單片機(jī)復(fù)位后，除了PC之外，還對片內(nèi)的特殊功能寄存器有影響。89C52單片機(jī)復(fù)位信號的輸入端是RST引腳，高電平有效。RST端的外部復(fù)位電路有兩種操作方式：上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位。上電瞬間，RC電路充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，隨著充電電流的減少，RST的電位逐漸下降。按鍵電平復(fù)位是相當(dāng)于RST端通過電阻接高電平，(b)所示；按鍵脈沖復(fù)位，利用