【正文】 ................. 19 7 結(jié)論 ........................................................................................................................... 19 致謝 .............................................................................................................................. 21 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 22 附錄 .............................................................................................................................. 23 附錄Ⅰ硬件電路圖 .............................................................................................. 23 附錄Ⅱ主程序源代碼 .......................................................................................... 24 附錄Ⅲ外文翻譯原文 ............................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 1 概述 在日新月異的 21 世紀(jì)里，家 用 電 子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展 。 單片機(jī)以其高可靠性、高性價(jià)比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點(diǎn)，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、通訊設(shè)備、日常消費(fèi)類產(chǎn)品和玩具等。 用單片機(jī)來(lái)控制的小型家電產(chǎn)品具有便攜實(shí)用，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。怎樣讓時(shí)鐘更好的為人民服務(wù)，怎樣讓我們的老朋友煥發(fā)青春呢？這就要求人們不斷設(shè)計(jì)出新型時(shí)鐘。 時(shí)鐘電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。 本文設(shè)計(jì)的日歷和時(shí)鐘的顯示廣泛用 于小型智能家用電子產(chǎn)品，如電子鐘。 電子 鐘既可廣泛應(yīng)用于家庭 ,也可應(yīng)用于銀 2 行、郵電、賓館、 醫(yī)院 、學(xué)校、企業(yè)、商店 等相關(guān)行業(yè)的大廳，以及單位會(huì)議室、門(mén)衛(wèi)等場(chǎng)所。 2 設(shè)計(jì)方案論證 功能要求 能顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期 能對(duì)時(shí)間進(jìn)行手動(dòng)修正 采用 24小時(shí)制 使用 LED顯示時(shí)間參數(shù) 上電后，電子鐘顯示“ 2020 年 1月 1日” “ 1 時(shí) 1分 1 秒 星期 1” 對(duì)時(shí)，分，秒，日，月，年高位為 0時(shí)做消隱處理，只顯示單個(gè)數(shù)字以增強(qiáng)其可讀性。 方案二 : 采用 AT89S52,片內(nèi) ROM 全都采用 Flash ROM；能以 3V的超底壓工作；同時(shí)也與 MCS51系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為 8KB ROM 存儲(chǔ)空間，同樣具有89C51 的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。 方案二： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合 ,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi) ,且價(jià)格也相對(duì)較高 ,所以也不用此種作為顯示。 所以采用了 LED 數(shù)碼管作為顯示。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。 方案二： 采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高 ,位的 RAM做為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ～ ， 300nA. 電路設(shè)計(jì)最終方案確定 綜上各方案所述 ,對(duì)此次作品的方案選定 : 以單片機(jī) AT89S52 為主控制器， 4 時(shí)間數(shù)據(jù)是通 過(guò)時(shí)鐘芯片 DS1302 來(lái)讀取，并通過(guò) LED 數(shù)碼管顯示出來(lái)，并用鍵盤(pán)來(lái)完成對(duì)當(dāng)前時(shí)間的調(diào)整。并具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 時(shí)鐘芯片 芯片介紹 低功耗時(shí)鐘芯片 DS1302 可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。這種記錄對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè) 控系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找有重要意義。在測(cè)量控制系統(tǒng)中，特別是長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人職守的測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要記錄某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)及其出現(xiàn)的時(shí)間。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒(méi)有 具體的時(shí)間記錄，因此只能記錄數(shù)據(jù)而無(wú)法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資 5 源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且某些測(cè)控系統(tǒng)可能不允許。 DS1302 的性能特性 用于高速數(shù)據(jù)暫存的 31 8位 RAM； ～ 電壓工作范圍； 用于時(shí)鐘或 RAM 數(shù)據(jù)讀 /寫(xiě)的單字節(jié) 或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式； 可選的慢速充電（至 VCC1）的能力。它經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。對(duì)于小于 31 天的月和月末的日期自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，還包括閏年校正的功能。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(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 由 VCC1或 VCC2中較大者供電。 DS1302 數(shù)據(jù)操作原理 DS1302 在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)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 上升沿被輸入。在開(kāi)始 8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫(xiě)操作時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 6 V c c 21X12X23GND4R ST5I/O6SC L K7V c c 18D S1302U3 圖 31 DS1302 管腳圖 如果在傳送過(guò)程中置 RST 為低電平，則會(huì)終止本次數(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。 引腳號(hào) 引腳名稱 功能 1 VCC2 主電源 2， 3 X1， X2 振蕩源，外接 32768HZ 晶振 4 GND 地線 5 RST 復(fù)位 /片選線 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（雙向） 7 SCLK 串行時(shí)鐘輸入端 8 VCC1 后備電源 表 32 DS1302 引腳功能表 DS1302 的控制字如圖 33 所示。位 6如果為 0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；為 1 表 示存取 RAM 數(shù)據(jù)。最低有效位（位 0）如為 0，表示要進(jìn)行寫(xiě)操作；為 1表示進(jìn)行讀操作。 7 圖 33 控制字節(jié)的含義 為了提高對(duì) 32 個(gè)地址的尋址能力（地址 /命令位 1～ 5＝邏輯 1），可以把時(shí)鐘 /日歷或 RAM 寄存器規(guī)定為多字節(jié)（ burst）方式。在時(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?8個(gè)寄 存器。不管是否寫(xiě)了全部 31字節(jié)，所寫(xiě)的每一字節(jié)都將傳送至 RAM。 圖 34數(shù)據(jù)讀寫(xiě)程序 DS1302 共有 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)表 35，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作。要特別說(shuō)明的是，備用電源 BT1 可以用電池或超級(jí)電容（ 10萬(wàn)μ F 以上）。如果斷電時(shí)間較短（幾小時(shí)或幾天），可以用漏電較小的普通電解電容代替（ 100μ F就可以保證 1 小時(shí)的正常走時(shí)）。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。 圖 36 DS1302 時(shí)鐘電路 數(shù)碼管 LED LED 顯示器由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)筆畫(huà)或一個(gè)點(diǎn)就發(fā)光。各段 LED 顯示器需要由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。將各段發(fā)光二極管連在一起的叫共陽(yáng)極顯示器，用低電平驅(qū)動(dòng)；將陰極連在一起的叫共陰極顯示器，用高電平驅(qū)動(dòng)。 9 動(dòng)態(tài)顯示是指顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。在本系統(tǒng)中數(shù)碼管使用共陰極接法而且是用動(dòng)態(tài)顯示。 6號(hào)腳為使能端，為高電平時(shí)有效。當(dāng)需要級(jí)聯(lián)時(shí)只需要改變使能端信號(hào)引腳即可，連接方法簡(jiǎn)單。每組有一個(gè)控制端 G，由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開(kāi)。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(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM 數(shù)據(jù)?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長(zhǎng)，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能；顯示部份由 15 個(gè)數(shù)碼管， 74Hs13 74ls244 構(gòu)成。 硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，所以合理的安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。 AT89S52 主控制模塊 DS1302時(shí)鐘模塊 LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示模塊 鍵盤(pán)模塊 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 11 單片機(jī)的復(fù)位電路 圖 42 手動(dòng)復(fù)位電路 在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，有時(shí)可能對(duì)系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)位，為了避免對(duì)硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計(jì)了手動(dòng)的復(fù)位電路。這種電路的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中需要復(fù)位時(shí)，只需使開(kāi)關(guān)閉合，在 RST 端就會(huì)出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平信號(hào)，從而使單片 機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)的內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。這種方式是外界振蕩源，本設(shè)計(jì)就采用這種外接晶振的方法。）；二是對(duì)振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用（ C1 C2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有 提高）。 12 圖 43單片機(jī)內(nèi)部晶振電路連接圖 主電路設(shè)計(jì) 主電路的功能是完成年、月、日、星期、時(shí)、分、秒之間的轉(zhuǎn)換， 再送往LED 顯示，并且接受鍵盤(pán)操作，對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行校正。用 P3 口的低 3 位接譯碼器的 A0,A1,A2 端，用 ,分別接譯碼器的使能端，通過(guò)控制 P3 口來(lái)控制 LED 的 動(dòng)態(tài)掃描。本設(shè)計(jì)用到四個(gè)獨(dú)立式鍵盤(pán)分別接到 P1 口的低 4 位，用 P1 口的, 接日歷時(shí)鐘的使能端和時(shí)鐘端及數(shù)據(jù)輸入輸出口，并在日歷時(shí)鐘上接一 的晶振，并接兩個(gè) 22PF 的電容終端和地相連，各芯片的電源部分分別接到有開(kāi)關(guān)式電源產(chǎn)生的＋ 5V 電源上，芯片的接地端都接在公共地上，在這里接電源部分就不再一一詳述。動(dòng)態(tài)顯示的亮度不如靜態(tài)顯示，但靜態(tài)顯示占用的 I/O 口資源較多，往往用移位寄存器 74LS164 等來(lái)擴(kuò)充其 I/O口不足的情況，當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，這樣勢(shì)必增加硬件開(kāi)銷，增大成本，不利于開(kāi)闊市場(chǎng)。 13 圖 44電路原理圖 5 軟件設(shè)計(jì) 軟件的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。 主程序設(shè)計(jì) 主程序才用模塊化設(shè)計(jì)，流程圖如圖 51 所示。 初始化部分主要有初始化定時(shí)器部分和和 一些寄存器、標(biāo)志位、初始化時(shí)間等。 寄存器的初始化主要是初始化執(zhí)行程序時(shí)用到的部分 RAM 空間，防止程序執(zhí)行時(shí)帶來(lái)混亂。 初始化時(shí)間是開(kāi)機(jī)時(shí)顯示的時(shí)間，并通過(guò)調(diào)用日歷時(shí)鐘的寫(xiě)程序 來(lái)完成時(shí)間的置初值。其中 K1鍵功能最多，通過(guò)判斷 K1鍵按下的次數(shù)來(lái)判斷是調(diào)時(shí)間還是定時(shí)，并對(duì)對(duì)應(yīng)的位置閃爍。當(dāng)判斷鍵值為 1時(shí)則為調(diào)秒狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的秒低位閃爍，為 2時(shí)為調(diào)分狀態(tài)并分閃爍，為 3 時(shí)為調(diào)時(shí)狀態(tài)并時(shí)閃爍，為 4 時(shí)為調(diào)日狀態(tài)并日閃爍，為 5時(shí)為調(diào)月?tīng)顟B(tài)并月閃爍，為 6時(shí)為調(diào)年?duì)顟B(tài)并年閃爍，為 7時(shí)為調(diào)星期狀態(tài)并星期閃爍。由于鍵盤(pán)流程圖非常復(fù)雜，在此只表示秒，如圖 52所示，其余略。日歷時(shí)鐘DS1302 的讀寫(xiě)需要初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件回送是低位在先。 1 鍵值為1？ 調(diào)顯示 秒閃爍 秒標(biāo)志位置1 K2 按下？ K3 按下？ 秒減1 秒數(shù)據(jù)送 DS1302 秒加1 3 Y N Y Y 鍵值為？ N 。 。 圖 52 鍵盤(pán)子程序流程圖 17 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