【正文】 ................... 20 環(huán)境溫度采集子程序設(shè)計 .......................................................................... 21 顯示子程序設(shè)計 .......................................................................................... 24 鍵盤掃描子程序 .......................................................................................... 25 鬧鈴子程序設(shè)計 .......................................................................................... 25 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 29 參考文獻 .................................................................................................................................. 30 附錄 A 多功能電子時鐘 元器件一覽表 ............................................................................... 31 附錄 B 多功能電子時鐘硬件原理圖 ..................................................................................... 32 致 謝 ...................................................................................................................................... 33 1 第一章 引 言 一寸光陰一寸金，寸金難買寸光陰。 如果沒有時間的概念，社會 將停 滯不前 。因此利用當今先進的科技致力于電子鐘的研究將能更好的服務(wù)于人們的生活。 在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品正在以前所未有的革新速度，向著功能多樣化、體積最小化、功耗最低化的方向迅速發(fā)展，電子技術(shù)的發(fā)展 有力 的 推動 社會生產(chǎn)力的發(fā)展 。時間 對 我們 來說總是那么寶貴 ，在我們的日常工作、學習、生活中，時間概念愈加顯得重要。生活工作中班車要準點，上班要準時，開會要有時間限制；工業(yè)生產(chǎn)中，每一道工序都要有嚴格的時間限制，這樣才能做到井井有條； 嚴謹?shù)?科技研究中，時間更是重中之重 。 機械 式 鐘表 雖然也可以告知人們時間，也可以定時，顯示日歷。 電子 鐘是采用 電子 電路實現(xiàn)對時 、 分 、 秒 進行 數(shù)字顯示的計時裝置 ， 廣泛 應(yīng) 用于個人家庭 ， 室外廣場，汽車站和火車站 等公共場所 ， 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。 諸如定時自動報警 、 0 按時自動打鈴 、 定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等 ， 所有這些 ， 都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。 隨著社會的進步，人們越來越青睞功能多樣化的產(chǎn)品。如果能夠在電子鐘上利用電子技術(shù)實時性的準確的顯示環(huán)境溫度，那將為我們的生活、工作、和工業(yè)生產(chǎn)中帶來極大的便利 ，同時也可以讓我們隨時的了解周圍環(huán)境的變化以及必要措施的施行 。當今市場上 的 電子時鐘品類繁多， 外 形 小巧別致 。電子時鐘 首先 是數(shù)字化了的時間顯示或報時器，在此基礎(chǔ)上，人們可以根據(jù)不同場合的要求，在時鐘上加置其他功能，比如 定時鬧鈴， 萬年歷， 環(huán)境溫度、濕度檢測，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測， USB 擴展口功能等。交流供電為主，直流電源為后備輔助電源， 能自動切換。 一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555。 555 定時 器的電源電壓范圍寬，可在 ~16V 工作， 7555 可在 3~18V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、 CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。 采用 NE555 時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鐘信號或微處 理器的外部中斷輸入信號，可構(gòu)成電子鐘。輸出的脈沖信號 V0的頻率 F為： CRRF ??? )2/( 21 式 （ ） 可通過調(diào)節(jié) 式 3個參數(shù)，使輸出 V0的頻率為精確的 1Hz。但是受芯片引腳數(shù)量和功能限制，不容易實現(xiàn)電子時鐘的多功能性。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。單片機廣泛應(yīng)于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域 傳統(tǒng) 。單片機均具有時鐘振蕩系統(tǒng)，利用系統(tǒng)時鐘借助微處理器的定時器 /計數(shù)器可實現(xiàn)電子鐘功能。 另外很多功能不同的單片機 是兼容的，這就更便于實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性。 主要 IC芯片選擇 微處理器 選擇 目前 在單 片機系統(tǒng)中， 應(yīng)用比較廣泛的微處理器 芯片 主要為 8XC5X 系列單片機 。 例如比較常用的 AT89C2051 單片機， 帶有 2KB Flash 可編程、可擦除只讀存儲器（ E2PROM）的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計算機。 僅僅是為了完成時鐘設(shè)計或者是環(huán)境溫度采 集設(shè)計，應(yīng)用 AT89C2051 單片機完全可以實現(xiàn)。 AT89C51單片機 是一款低功耗 ，低電壓 ，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4KB（可經(jīng)受 1000 次擦寫周期） 的 FLASH 可編程 可反復(fù)擦寫 的 只讀程序存儲器 （ EPROM） ，器件采用 CMOS 工藝和 ATMEI 公司的 高密度、非易失性存儲 器（ NURAM） 技術(shù)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(yīng)用在各個控制領(lǐng)域 [6]。 此外， AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設(shè)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 6 存片內(nèi) RAM 中 的內(nèi)容，直到下一次硬件復(fù)位為止 [8]。 時鐘日歷芯片 選擇 常用時鐘日歷芯片比較 在電子時鐘 設(shè)計中，常用的實時時鐘芯片有 DS1288 DS121 DS164 DS1302。 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 。 DS1302 簡介 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)。工作電壓寬達 ～ 。 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。 7 DS1302 引腳說明 V CC1X1X2GNDV CC2SCL KI/ORSTD S13021234U38765 圖 DS1302 芯片引腳圖 其 的引腳功能參照表 。 DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動方式。要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字。 表 DS1302 控制字（即地 址及命令字節(jié)） BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD CK WR 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 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。 圖 DS1302 數(shù)據(jù)讀寫時序 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。當以多字節(jié)方式寫時鐘寄存器時，必須按數(shù)據(jù)傳送的次序依次寫入 8個寄存器。不管是否寫了全部 31 字節(jié)，所寫的每一個字節(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，如圖 。 DS1302 的 片內(nèi)寄存器 表 DS1302 有關(guān) 日歷、時間 的 寄存器 讀寄 存器 寫寄 存器 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 范圍 81H 80H CH 10 秒 秒 0059 83H 82H 10 分 分 0059 85H 84H 24/12 0 10 時 時 112 023 AM/PM 87H 86H 0 0 10日 日 131 89H 88H 0 0 10月 月 112 8BH 8AH 0 0 0 0 0 周日 17 8DH 8CH 10 年 年 0099 8FH 8EH WP 0 0 0 0 0 0 0 — 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。 DS1302 有關(guān)日歷、時間的寄存器共有 10個， 時鐘 /日歷包含在 其中 的 7個寫 /讀寄存器內(nèi)，這 7個寄存器分別是秒、分、小時、日、月、星期和年。當為 12 小時 制式 時，位 5 為“ 0”表示 AM；為“ 1”表示 PM。 秒寄存器（ 81H、 80H）的位 7 定義為時鐘暫停標志（ CH）。 一般在設(shè)置時鐘時，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。如表 。寄存器的 BIT4～ BIT7（ TCS）決定 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 充電控制寄存器 TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS RAM 寄存器 — — — — — — — — 10 是否具備充電性能：僅在編碼為 1010 的條件下才具備充電性能，其他編碼組合不允許充電。如果編碼 DS是 01，選擇一個二極管；如果編碼是 10，選擇兩個二極管；其他編碼將不允許充電。其中編碼 RS=01 為 2 KΩ ，RS=10 為 4 KΩ ， RS=11 為 8 KΩ ，而 RS=00 將不允許進行充電。其具體計算 如 公式 ： I 充電 =（ V0VDVE） /R （ ） 式中： V0—— 所接入的 工作電壓； VD—— 二極管壓降，一個按 計算； R—— 慢速充電控制寄存器 0 和 1 位編碼決定的電阻值； VE—— VCC1腳所接入的電池電壓。寄存器和 RAM的操作通過命令字節(jié)的 BIT6 加以區(qū)別。其操作方法與前述相同[9][10][11]。 另外，采集 環(huán)境的溫度 也 可 采用 IC 化的溫度傳感器。 AD590 測量到不同溫度之后，將 把 應(yīng)溫度轉(zhuǎn)化為 線性電流輸出，為 1μ A/K，正比于熱力學溫度。 ℃；電源范圍寬： +4～ +30V。 與 AD590 不同的是， DS18B20 數(shù)字溫度 傳感器 能直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成 串行數(shù)字信號，以供單片機處理 ，既節(jié)省了硬件，又有效避免了模擬方式的干擾問題 。 通過編程， DS18B20 可以實現(xiàn) 9～ 12 位溫度讀數(shù)，信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20或從 DS18B20 送出，因此從單片機到 DS18B