【正文】 多功能電子時鐘元器件一覽表 ............................................................................... 53 附錄 C 多功能電子時鐘硬件原理圖 ................................................................................... 54 致 謝 ...................................................................................................................................... 55 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第一章 引 言 現(xiàn)在是一個知識爆炸的新時代?？梢院敛豢鋸埖恼f，電子技術(shù)的應(yīng)用無處不在，電子技術(shù)正在不斷地改變我們的生活，改變著我們的世界。因此我們需要一個定時系統(tǒng)來提醒這些忙碌的人。 多 路喚醒儀 研究 的 背景 和意義 20 世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展 。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌和繁雜 容易使人忘記當(dāng)前的時間。平時我們要求上班準(zhǔn)時，約會 或召開 會議必然要提及時間；火車要準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)，航班要準(zhǔn)點(diǎn)起 飛；工業(yè)生產(chǎn)中，很多環(huán)節(jié)都需要用時間來確定 工序替換 時刻 。 想知道時間， 手表當(dāng)然是一個 很 好的選擇，但是， 在忙碌當(dāng)中，我們 還 需要一個“助理” 及時 的 給我們提醒時間。 最早 能夠定時 、 報時的 時鐘屬于 機(jī)械 式 鐘表，但這種時鐘受到機(jī)械結(jié)構(gòu)、動力和體積的限制，在功能 、 性能以及造價上 都沒辦法與電子時鐘相比。 由于數(shù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用 ， 使得數(shù)字鐘的精度 ， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表 ， 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便 ， 而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先的報時功能 。 然而，更多時候需 要提醒人們時間，甚至一天之內(nèi)提醒人們不同的時間。 喚醒儀 的功能 喚醒儀 主要是利用電子技術(shù)將時鐘電子化、數(shù)字化， 并且?guī)в卸嗦范〞r報警功能，擁有時間精確、體積小、界面友好、可擴(kuò)展性能強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生活和工作當(dāng)中。也有體型較大的，諸如公共場所的大型電子報時器等。 本設(shè)計 喚醒儀 主要功能為： 1. 具有時間顯示功能， 24 小時制 ； 2. 能隨意設(shè)定走時起始時間。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 多路喚醒儀 方案 設(shè)計 多路喚醒儀 就是一個帶有三路定時報警的電子時鐘， 既可以通過純硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)，根據(jù)電子時鐘里的核心部件 —— 秒信號的產(chǎn)生 器 ，通常有以下四 種 實(shí)現(xiàn)形式 ： 采用 FPGA 電路的 實(shí)現(xiàn)形式 、 采用石英鐘專用芯片 的 實(shí)現(xiàn)形式 、 采用NE555 時基電路 的 實(shí)現(xiàn)形式 和 基于 單片機(jī) 的 實(shí)現(xiàn)形式 。 FPGA 在結(jié)構(gòu)上由邏輯功能塊排列為 陣 列，并由可編程的內(nèi)部連線連接這些功能塊，來實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能。由于 EDA 技術(shù)擁有系統(tǒng)的模擬和仿真功能，可讀性、可重復(fù)性、可測性非常好，所以利用 EDA 開發(fā) FPGA 是目前比較流行的方式。 正因為 FPGA 在設(shè)計過程中方便、快捷，而且 FPGA 技術(shù)功能強(qiáng)大，能夠應(yīng)用其制作諸如基代碼發(fā)生器、數(shù)字頻率計、電子琴、電梯控制器、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)、電子時鐘等。多時鐘系統(tǒng)能夠 包括上述四種時鐘類型的任意組合 [4]。石英內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 計時芯片（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數(shù)脈沖，可實(shí)現(xiàn)電子時鐘。 NE555 定時器 電路 實(shí)現(xiàn)形式 555 定時器 是美國 Sigics 公司 1972 年研制的用于取代機(jī)械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個 5KΩ 的電阻而得名。 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。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itl eN u m be r R e v i s io nS iz eBD a t e : 9 J un 2 0 0 8 S he e t o f F ile : H :\常亮 \常亮畢業(yè)設(shè)計 \電路圖 \5 55 定時器 .d db D ra w n B y:RD IS7T H R6T R IG2GND1C V o lt5R4VCC8Q35 55C CRV C CV 012 圖 基于 555 的秒脈沖發(fā)生器 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 輸出的脈沖信號 V0 的頻率 F 為： CRRF ??? )2/(4 4 21 式 （ ） 可通過調(diào)節(jié) 式 中的 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(shí)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(jī)芯片就是一臺 微型 計算機(jī)。 所以單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時控制、分布式多機(jī)系統(tǒng)以及人們的生活中均有用武之地。 從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。 利用單片機(jī)的智能性，可方便地實(shí)現(xiàn)具有智能的 喚醒儀 設(shè)計。然而系統(tǒng)時鐘內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 誤差較大，電子鐘的積累誤差也可能較大，所以可以通過誤差修正軟件加以修正，或者在設(shè)計中加入高精度時鐘 芯片，以精確時間 。 多路喚醒儀 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、 報警指示電路等幾部分。 該系統(tǒng)使用 AT89C52 單片機(jī)作為核心，通過讀取時鐘芯片 DS1302 的數(shù)據(jù)，完成此喚醒儀的主要功能 —— 時鐘顯示、 多路 定時報警。 單 片 機(jī)A T 8 9 C 5 2報 警 電 路3 個 L E D電 源6 位 共 陰L E D 顯 示7 個 獨(dú)立 按 鍵時 鐘 日 歷 芯片 D S 1 3 0 2備 用 電 源硬 件 譯 碼 芯 片C D 4 5 1 1 圖 多 路定時 喚醒儀 硬件系統(tǒng)框圖 鍵盤是為了完成時鐘的校對和定時時間的設(shè)置功能。 整個電路使用了兩種電源， +5V 電源將為整個電路供電。當(dāng) +5V 電源被切斷后， DS1302 啟用 +3V 電源，可以保持 DS1302 繼續(xù)工作。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計 在選定設(shè)計方案以后，要選擇合適的 器件，設(shè)計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16 位定時器 /計數(shù)器， 6 個中斷源，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； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 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. 256 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 7. 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口 ； 8. 6 個中斷優(yōu)先級 ； 3 個 16 位可編程定時 /計數(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、定時器 /計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。 圖 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 系內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 統(tǒng)采用雙列 直插 PDIP 封裝形式 ，如圖 。每種芯片的主要時鐘功能基本相同，只是在引腳數(shù)量、備用電池的安裝方式、計時精度和擴(kuò)展功能等方面略有不同。 DS1643 為 帶有全功能實(shí)時時鐘的 8K 8 非易失性 SRAM，集成了非易失性 SRAM、實(shí)時時鐘、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、分、秒，帶閏年補(bǔ)償。故而從性價比 和 貨源上考慮，本設(shè)計采用實(shí)時時鐘日歷芯片 DS1302。實(shí)時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月 小于 31 天時可以自動調(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。 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） DS1302 引腳說明 DS1302 引腳圖參照圖 。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)VCC2 大于 VCC1+ 時， VCC2 給 DS1302 供電。 X X2 為振蕩源，外接 晶振。 RST 輸入有兩種功能 : (1) RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器 。 當(dāng) RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進(jìn)行操作。上電運(yùn)行時，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 )，下文有詳細(xì)說明。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 9 Jun 20 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ng s \ A d m i ni st r a t or \桌面 \常亮畢業(yè)設(shè)計 \電路圖 \多功能電子時鐘畢業(yè)設(shè)計電路圖 .ddbD r a w n B y :V C C 11X12X23G N D4V C C 2 8S C L K 7I / O 6R S T 5D S 13 02 圖 DS1302 芯片引腳圖 其引腳功能參照表 。 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 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 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(dāng) BIT 6 位 =0 時，定義時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 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(dāng)以多字節(jié)方式寫時鐘寄內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 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 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 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