【正文】 電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。因此，本設(shè)計(jì)中采用 DS1302 提供時(shí)鐘。此設(shè)計(jì)方案需用 A/D 轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 電路設(shè)計(jì)最終方案決定 綜上各模塊的選擇方案與論證，確定最后的主要硬件資源如下：采用 AT89S51 作為主控制系統(tǒng)； 3 第 2 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 電路設(shè)計(jì)框圖 本系統(tǒng)的電路系統(tǒng)框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)硬件框圖 系統(tǒng)硬件概述 本電路是由 AT89S51單片機(jī)作為控制核心，能在 3V 超低壓工作， AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4kBytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案；時(shí)鐘電路由 DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。 DS1302內(nèi)部有一個(gè) 31*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 主要單元電路的設(shè)計(jì) AT89S51 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì) AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 P0口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門(mén)電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用 5 于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 I/O 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。這是由硬件自動(dòng)完成的，不需要我們操心， 1 然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可 能讀入出錯(cuò)，如果不對(duì)端口置 1，端口鎖存器原來(lái)的狀態(tài)有可能為 0Q 端為 0Q^為 1加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為 1，該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗，此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為 1，也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的 1 信號(hào)讀入后不一定是 1。 89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。 單片機(jī)在萬(wàn)年歷的應(yīng)用 6 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)中斷系統(tǒng) 在提及單片機(jī)的最小系統(tǒng)后，現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的另一重要應(yīng)用系統(tǒng)即中斷系統(tǒng)做一個(gè)比較詳細(xì)的介紹。為解決這個(gè)問(wèn)題，發(fā)展了中斷的概念。所謂的中斷就是，當(dāng) CPU正在處理某項(xiàng)事務(wù)的時(shí)候，如果外界或者內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求CPU 暫停正在處理工作而去處理這個(gè)緊急事件，待處理完后，再回到原來(lái)中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程 序，這個(gè)過(guò)程稱作中斷。中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后應(yīng)進(jìn)行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程序。外部中斷 0(INT0)來(lái)自 引腳，通過(guò)外部中斷 0 觸發(fā)方式控制位IT0()，來(lái)決定中斷輸入信號(hào)是低電平有效還是負(fù)跳變有效。一旦輸入信號(hào)有效，便使 IE0 標(biāo)志置一，向 CPU 申請(qǐng)中斷。 TF0（ ），片內(nèi)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1發(fā)生溢出時(shí)，置位 TF1，并向 CPU申請(qǐng)中斷； RI（ ）或 TI（ ），串行口中斷請(qǐng) 求標(biāo)志。 MCS51 單片機(jī)為用戶提供了四個(gè)專用寄存器，來(lái)控制單片機(jī)的中斷系統(tǒng)。進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，寄存器地址為 88H。當(dāng)中斷響應(yīng)完成轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由硬件把 IE0（或 IE1）清零， 當(dāng)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出 時(shí)，相應(yīng)的溢出標(biāo)志位由硬件置“ 1”。計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位的使用有兩種情況：采用中斷方式時(shí)，作中斷請(qǐng)求標(biāo)志位來(lái)使用；采用查詢方式時(shí)，作查詢狀態(tài)位來(lái)使用；串行口控制寄存器（ SCON），進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，寄存器地址為 98H。串行中斷請(qǐng)求由 TI和 RI的邏輯或得到。按位操作時(shí)，各位的地址為 0A8H~0AFH，可見(jiàn)， MCS51單片機(jī)通過(guò)中斷允許控制寄存器對(duì)中斷的允許（開(kāi)放）實(shí)行兩級(jí)控制。當(dāng)總控制位為禁止時(shí)，關(guān)閉整個(gè)中斷系統(tǒng)，不管分控制為狀態(tài)如何，整個(gè)中斷系統(tǒng)為禁止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)總控制位為允許時(shí)，開(kāi)放中斷系統(tǒng)，這時(shí)才能由各分控制位設(shè)置各自中斷的允許與禁止。單片機(jī)在中斷響應(yīng)后不會(huì)自動(dòng)關(guān)閉中斷。中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（ IP） MCS51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)控制比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橄到y(tǒng)只定義了高、低 2個(gè)優(yōu)先級(jí)。各中斷源的優(yōu)先級(jí)由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器（ IP）進(jìn)行設(shè)定。 單片機(jī)在萬(wàn)年歷的應(yīng)用 8 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì) DS1302 是美國(guó) DALLAS 公司推 出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ 。 DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 31 8 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302 的引腳排列 ,其中 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(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許 對(duì) DS1302 進(jìn)行操作。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc 之前， RST必須保持低電平。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )， SCLK 為時(shí)鐘輸入端。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 DS1302，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。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，即 SCLK(7)、 9 I/O(6)、 RST(5)。只是選擇晶振時(shí)，不同的晶振，誤差也較大。只要占用 CPU 一個(gè)口線即可。 圖 DS1302與單片機(jī)的連接 溫度采集模塊設(shè)計(jì) 采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測(cè)量精度高，電路連接簡(jiǎn)單特點(diǎn)，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用Ｐ 與 DS18B20 的 I/O 口連接加一個(gè)上拉電阻 ,Vcc 接電源 ,Vss 接地。 10 度至 +85 度范圍內(nèi)精度為177。 DS18B20 連線如圖 。 VDD 接 5V 電源， VSS 接地。 RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 BLA、 BLK 分別為顯示器背光燈的正、負(fù)極。圖 6 為 DS1302 的控制字，此控制字的位 7必須置 1，若為 0 則不能把對(duì) DS1302 進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。位 1至位 5 指操作單元的地址?？刂谱止?jié)總是從最低位開(kāi)始輸入 /輸出的?！?WP”是寫(xiě)保護(hù)位，在任何的對(duì)時(shí)鐘和 RAM 的寫(xiě)操作之前， WP 必須為 0。 (2) DS1302 的控制字 DS1302 的控制字如圖 6 所示。 圖 DS1302 的控制字 (3) 數(shù)據(jù)輸入輸出 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 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開(kāi)始。如下圖 ： 圖 DS1302 讀與寫(xiě)的時(shí)序圖 (3) DS1302 的寄存器 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)圖 。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。 LCM1602 工作原理及說(shuō)明 (1)寄存器選擇控制 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來(lái)的 2 條線是背光電源線。顯示模式設(shè)置 (初始化 )00111000[0x38]設(shè)置 16 2顯示， 5 7點(diǎn)陣， 8 位數(shù)據(jù)接口；顯示開(kāi)關(guān)及光標(biāo)設(shè)置： (初始化 ) 00001DCBD顯示 (1 有效 )、 C 光標(biāo)顯示 (1有效 )、 B光標(biāo)閃爍 (1 有效 )。數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為 80H，所以數(shù)據(jù)地 址為 80H+地址碼 (027H， 4067H)。 系統(tǒng)仿真電路 本次仿真使用軟件 ，該軟件元件庫(kù)豐富，元件封裝要求相對(duì)簡(jiǎn)單且參數(shù)調(diào)整方便，除此之外，程序還可進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試。 0 0 寫(xiě)入指令寄存器（清屏指令等） 0 1 讀 busy flag,以及讀取位址計(jì)數(shù)器（ DB0~DB6）的值 1 0 寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) 15 圖 系統(tǒng)仿真電路圖 如圖，左上角為顯示模塊 LCM1602， U1是時(shí)鐘芯片 DS1302,U2 是主控模塊 AT89C51， 單片機(jī)在萬(wàn)年歷的應(yīng)用 16 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 程序流程框圖