【正文】 存儲器（NURAM）技術制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS51兼容。因此，AT89C51是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用在各個控制領域。此外，AT89C51是用靜態(tài)邏輯來設計的，其工作頻率可下降到0Hz，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式——空閑方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結(jié)”，使一切功能都暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復位為止。. 常用時鐘芯片的選擇 在電子時鐘設計中，常用的實時時鐘芯片有DS1288DS121DS164DS1302。DS12887與DS1216芯片都有內(nèi)嵌式鋰電池作為備用電池； X1203引腳少，沒有嵌入式鋰電池，跟DS1302芯片功能相似，只是相比較之下，X1203與AT89S51搭配使用時占用I/O口較多。同樣，DS1643擁有28只管腳，硬件連接起來占用微處理器I/O口較多，不方便系統(tǒng)功能拓展和維護。時鐘日歷芯片選擇DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘日歷芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)?！?。有主電源和備份電源雙引腳，而且備份電源可由大容量電容（＞1F）來替代。 DS1302引腳說明。 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/復位6I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出7SCLK串行時鐘8VCC2主電源輸入 DS1302的控制字和讀寫時序說明在編程過程中要注意DS1302的讀寫時序。它不僅要向寄存器寫入控制字，還需要讀取相應寄存器的數(shù)據(jù)。 DS1302控制字（即地址及命令字節(jié)）BIT7BIT6BIT5BIT4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 01RAMA4A3A2A1A0RD控制字的作用是設定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BIT 6位=0時，定義時鐘和其他寄存器的地址。當A4～A0=7，為芯片寫保護寄存器地址。當A4～A0=31，為時鐘多字節(jié)方式選擇寄存器。4. BIT 0（最低有效位）：如為0，表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作。在控制字指令輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位（0位）開始。一定要在正文中提及此圖。每次僅寫入或讀出一個字節(jié)數(shù)據(jù)稱為單字節(jié)操作，每次對時鐘/日歷的8字節(jié)或31字節(jié)RAM進行全體寫入或讀出的操作，稱其為多字節(jié)操作方式。但是，當以多字節(jié)方式寫RAM時，不必寫所有31字節(jié)。一定要在正文中提及此圖。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)中的哪個將被訪問。所有寫入或讀出操作都是先向芯片發(fā)送一個命令字節(jié)。這里僅給出單字節(jié)讀寫時序。 DS1302的片內(nèi)寄存器 DS1302有關日歷、時間的寄存器讀寄存器寫寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0范圍81H80HCH10秒秒005983H82H10分分005985H84H010時時112023AM/PM87H86H0010日日13189H88H0010月月1128BH8AH00000周日178DH8CH10年年00998FH8EHWP0000000—通過控制字對DS1302片內(nèi)寄存器進行尋址之后，即可就所選中寄存器的各位進行操作。小時寄存器（85H、84H）的位7用于定義DS1302是運行于12小時模式還是24小時模式。在24小時制式下，位5是第二個10小時位（20～23時）。秒寄存器（81H、80H）的位7定義為時鐘暫停標志（CH）。一般在設置時鐘時，可以停止其工作，設定完之后，再啟動其工作。在任何片內(nèi)時鐘/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，通過置寫保護位，可以提高數(shù)據(jù)的安全性。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之間是一個還是兩個二極管串入其中。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提供了掉電保護功能。當BIT6為“0”時對RAM區(qū)進行尋址；否則將對時鐘/日歷寄存器尋址。 環(huán)境溫度傳感器 常用溫度傳感器DS18B20簡介 DS18B20是美國Dallas公司生產(chǎn)的基于單線（1wire）技術的數(shù)字溫度傳感器芯片。所以DS18B20多應用與HVAC環(huán)境控制，建筑物、設備或機械內(nèi)的溫度檢測，以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測。 DS18B20詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳；開漏單總線接口引腳；當被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構 。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構圖配置寄存器為高速暫存存儲器中的第5個字節(jié)。其中，TM為測試模式標志位，出廠時被寫入“0”，不能改變；R0、R1是溫度計分辨率設置位。 配置寄存器與分辨率關系表R0R1溫度計分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時間/ms009011010113751112750溫度信息的低位、高位字節(jié)內(nèi)容還包括了符號位S（是正溫度還是負溫度）和二進制小數(shù)部分。在DS18B20完成溫度變換之后，溫度值與存儲在TH和TL內(nèi)的告警觸發(fā)值相比較。TH或TL的高位直接對應于16位溫度寄存器的符號位。只要告警標志置位，DS18B20就將響應告警搜索命令，這也就允許單線上多個DS18B20同時進行溫度測量，即使某處溫度越限，也可以識別出正在告警的器件。 電子時鐘硬件電路設計電子鬧鐘至少要包括秒信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電源、鬧鈴指示電路等幾部分。該系統(tǒng)使用AT89C51單片機作為核心，通過讀取時鐘日歷芯片DS1302和溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)，完成此電子時鐘的主要功能——時鐘/日歷和環(huán)境溫度采集。+5V電源的方框去掉，+3V電源改為“后備電源” 多功能電子時鐘硬件系統(tǒng)框圖鍵盤是為了完成時鐘/日歷的校對和日歷/溫度的顯示功能。整個電路使用了兩種電源，+5V電源將為整個電路供電。當+5V電源被切斷后，DS1302啟用+3V電源，可以保持DS1302繼續(xù)工作。具體電路圖請參見附錄。該硬件電路設計簡單，抗干擾能力強。DS1302采用雙電源供電，平時由+5V電源供電，當+5V掉電之后，由圖中BT1（+3V備用電池）供電。 系統(tǒng)時鐘電路 環(huán)境溫度采集電路設計本設計中使用DS18B20溫度傳感器進行環(huán)境溫度采集和轉(zhuǎn)化。電阻R11作為DS18B20的I/O口的上拉電阻，在讀時隙結(jié)束時，I/O引腳將通過此上拉電阻拉回至高電平。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)構簡單，體積小，功耗低，響應速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高，而且顯示亮度高，價格便宜，市場上也有專門的時鐘顯示組合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。因此合理的設計既應保證驅(qū)動電路易實現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。靜態(tài)顯示，是由微型計算機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I/O口，故采用靜態(tài)顯示方式。 顯示面板LED分布圖 按鍵電路設計根據(jù)功能需要，本時鐘需要設置以下功能鍵：校對選擇鍵，加1操作鍵，減1操作鍵，顯示日期鍵，顯示溫度鍵，鬧鈴開關鍵。獨立式鍵盤是各個按鍵相互獨立，每個按鍵占用一個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使用。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。 按鍵功能表按鍵鍵名功能屬性K1Calendar顯示日歷自鎖K2T顯示溫度自鎖K3FUN功能選擇自動復位K4UP數(shù)值加一操作自動復位K5DOWN數(shù)值減一操作自動復位K6Enter/Snooze確認鍵/貪睡自動復位K7Alarm鬧鈴開關自鎖按鍵操作說明如下：K1鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，在正常顯示時間狀態(tài)下，每次將按鍵按下， LED數(shù)碼管將顯示日期；再次按下，按鍵彈出，重新顯示時間。K3鍵：該鍵為自動復位鍵，在正常顯示時間狀態(tài)下，第一次按下后，開始校對小時，以后每次按下都會分別進入對分、秒、鬧鈴時、鬧鈴分、年、月、日的校對狀態(tài)。例如：校對小時狀態(tài)，每按一下，小時位加1，當加至小時最高值23時，再按K4鍵，小時位回0。K5鍵：該鍵為自動復位鍵，與K4鍵類似，不同之處是該鍵每次按下將使相應校對位進行減1操作。K7鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，按下后鬧鈴開啟，彈出后鬧鈴關閉。采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構簡單，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存儲資源。S9012的發(fā)射極和集電極導通，使蜂鳴器發(fā)聲。 鬧鈴電路第四章 電子時鐘軟件設計本設計使用C語言編程。初始日期為2008年5月12日，此刻若按K1鍵，LED顯示“080512”。在讀寫操作子程序中都執(zhí)行了關中斷指令，因為在串行通信時對時序要求比較高，而且在此是用I/O口軟件模擬串行時鐘脈沖，所以在通信過程中最好保證傳輸?shù)倪B續(xù)性，不要允許中斷。如果DS1302一直沒有掉電，則不存在此問題。當用多字節(jié)模式進行操作時，必須寫夠8字節(jié)。因此，必須采用軟件的方法來模擬單線的協(xié)議時序。1. 初始化單線總線上的所有操作均從初始化開始。主機釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿。主機接收到從機的應答脈沖后，說明有單線器件在線。共有5位ROM操作命令。只有序列號完全匹配的DS18B20才能響應后面的內(nèi)存操作命令，其他不匹配的將等待復位脈沖。Skip Rom（跳過ROM）CCH此命令用于單掛接總線系統(tǒng)時，可以無需提供64位ROM序列號皆可運行內(nèi)存操作命令。Search Rom（搜索ROM）F0H 主機調(diào)用此命令，通過一個排除法過程，可以識別出總線上所有器件的ROM序列號。3. 內(nèi)存操作命令在成功執(zhí)行了ROM操作命令之后，才可以使用內(nèi)存操作命令。 DS18B20內(nèi)存操作命令命令類型命令字節(jié)功能說明Write Scratchpad（寫暫存器）4EH此命令寫暫存器中地址2～4的3個字節(jié)（TH、TL和配置寄存器）在發(fā)起復位脈沖之前，3個字節(jié)都必須要寫。主機可以隨時發(fā)起復位脈沖以停止此操作。如果在此命令后產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進行復制就會輸出0，復制完成后，再輸出1。如果在此命令后主機產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進行溫度轉(zhuǎn)換就會輸出0，轉(zhuǎn)換完成后再輸出1。此重調(diào)操作在DS18B20加電時自動產(chǎn)生。4. 數(shù)據(jù)處理DS18B20要求有嚴格的時序來保證數(shù)據(jù)的完整。其中，除了應答脈沖之外，均由主機產(chǎn)生。首先了解寫時隙。有2種類型的寫時隙：寫“1”和寫“0”。DS18B20在DQ線變低后的15～60μs的窗口對DQ進行采樣，如果為高電平，就為寫“1”；如果為低電平，就為寫“0”。對于主機寫“0”時隙的情況，DQ線必須被拉至低電平且至少保持低電平60μs。當主機從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，把數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生讀時隙。因此，在此15μs內(nèi)，主機必須停止將DQ引腳置低。所有的讀時隙最短必須持續(xù)60μs，各個讀時隙之間必須保證最短1μs的恢復時間。在寫時序中，主機將在拉低總線15μs內(nèi)釋放總線，并向DS18B20寫“1”。DS18B20僅在主機發(fā)出讀時隙時才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，當主機向DS18B20發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時隙，以便DS18B20能傳輸數(shù)據(jù)。 顯示子程序設計用74LS164驅(qū)動LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路，編程也很容易。關鍵之處是要實現(xiàn)根據(jù)鍵值顯示不同的數(shù)字。程序見附錄C。程序見附錄C。由于本設計中AT89C51單片機在系統(tǒng)中的主要任務是接受DS1302和DS18B20的數(shù)據(jù)并送出顯示，完成時鐘/日歷校對和日期/溫度顯示控制。單片機掃描完鍵盤，得到鍵值，并根據(jù)鍵值轉(zhuǎn)入執(zhí)行對應任務，以實現(xiàn)按鍵功能。程序見附錄C。 程序見附錄C在本章中的最后一個小節(jié)應該寫出自己設計的調(diào)試過程。第五章 系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試工作分硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩部分，調(diào)試方法介紹如下：