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基于單片機(jī)萬年歷設(shè)計(jì) 摘要：本文介紹了基于STC89C52單片機(jī)的多功能電子萬年歷的硬件結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)顯示模塊、溫度采集模塊、時(shí)間處理模塊和調(diào)整設(shè)置模塊四個(gè)模塊組成。系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制器，以串行時(shí)鐘日歷芯片DS1302記錄日歷和時(shí)間，它可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。溫度采集選用DS18B20芯片，萬年歷采用直觀的數(shù)字顯示，數(shù)據(jù)顯示采用1602A液晶顯示模塊，可以在LCD上同時(shí)顯示年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 關(guān)鍵字：萬年歷 溫度計(jì) 液晶顯示 0 前言 隨著科技的快速發(fā)展，時(shí)間的流逝,從觀太陽、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄。它可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，而且DS1302的使用壽命長(zhǎng)，誤差小。對(duì)于數(shù)字電子萬年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時(shí)顯示年、月、日、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。該電路采用STC89C52單片機(jī)作為核心，功耗小，能在3V的低壓工作，電壓可選用3~5V電壓供電。 　　此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 1 總體方案設(shè)計(jì) 單片機(jī)電子萬年歷的制作有多種方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有很多種。所以，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單使用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。 系統(tǒng)的功能往往決定了系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過成本，性能，功耗等多方面的考慮決定用三個(gè)8位74LS164串行接口外接LCD顯示器，RESPACK-8對(duì)單片機(jī)STC89C52進(jìn)行供電，時(shí)間芯片DS1302連接單片機(jī)STC89C52。從而實(shí)現(xiàn)電子萬年歷的功能。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，初步確定系統(tǒng)由電源模塊、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊、溫度測(cè)量模塊和鬧鐘模塊共六個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。 鬧鐘模塊 獨(dú)立按鍵 顯示模塊 始終模塊 STC89C52 溫度模塊 電源模塊 圖1 硬件電路框圖 2 硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 單片機(jī)的選擇 2.1.1 51單片機(jī)及12單片機(jī)結(jié)構(gòu)及功能 單片機(jī)又稱單片微控制器，可以完成復(fù)雜的運(yùn)算、邏輯控制、通信等功能。80C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)內(nèi)各種位操作時(shí)間基準(zhǔn)，80C52單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)。通常有兩種電路形式：內(nèi)部震蕩方式和外部震蕩方式。由于80C52的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及時(shí)間精度的要求，而且產(chǎn)品產(chǎn)量豐富來源廣，應(yīng)用也很成熟，故采用來作為控制核心。 單片機(jī)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)環(huán)境電壓多路采集功能的核心模塊。每次選通一路通道信號(hào)進(jìn)行模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量和輸出允許。STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口，上電復(fù)位后P1口為弱上拉型IO口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不須作為A/D使用的口可繼續(xù)作為IO口使用。STC12C5A60AD/S2系列單片機(jī)與89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)相同，而功能上較51單片機(jī)相比更為強(qiáng)大。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖2所示。 圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 2.1.2時(shí)鐘電路 89C51系列單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有內(nèi)部振蕩和外部振蕩方式。本最小系統(tǒng)采用外部晶振電路，利用11.0592MHZ的晶體振蕩器和兩個(gè)30pF的電容組成。其中晶體振蕩器起振蕩作用，兩電容起到去耦合的作用，具體設(shè)計(jì)圖如圖3所示： 圖3 時(shí)鐘電路 2.1.3復(fù)位電路 本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路，復(fù)位輸入引腳RET為其提供了初始化的手段。當(dāng)其ALE及PSEN兩引腳輸出高電平，RET引腳高電平到時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。按下按鈕，則直接把+5V加到了RET端從而復(fù)位稱為手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖4所示。 圖4 復(fù)位電路 2.2時(shí)鐘芯片DS1302接口設(shè)計(jì)與性能分析 2.2.1DS1302性能簡(jiǎn)介 DS1302是Dallas公司生產(chǎn)的一種實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。它通過串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機(jī)提供包括秒、分、時(shí)、日、月、年等在內(nèi)的實(shí)時(shí)時(shí)間信息，并可對(duì)月末日期、閏年天數(shù)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；它還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳，在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。另外，它還能提供31字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的RAM。 DS1302時(shí)鐘芯片內(nèi)主要包括移位寄存器、控制邏輯電路、振蕩器。DS1302與單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送依靠RST，I/O，SCLK三根端線即可完成。其工作過程可概括為：首先系統(tǒng)RST引腳驅(qū)動(dòng)至高電平，然后在SCLK時(shí)鐘脈沖的作用下，通過I/O引腳向DS1302輸入地址/命令字節(jié)，隨后再在SCLK時(shí)鐘脈沖的配合下，從I/O引腳寫入或讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)。因此,其與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實(shí)現(xiàn)的，DS1302的引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4： DS1302引腳說明： X1，X2 32.768kHz晶振引腳 GND 地線 RST 復(fù)位端 I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出端口 SCLK 串行時(shí)鐘端口 VCC1 慢速充電引腳 VCC2 電源引腳 圖4 DS1302的引腳 2.2.2DS1302接口電路設(shè)計(jì) 1時(shí)鐘芯片DS1302的接口電路及工作原理： 圖5 DS1302與MCU接口電路 圖5為DS1302的接口電路，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。VCC1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源并提供低功率的電池備份。VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中VCC1連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。 DS1302由VCC1或VCC2 兩者中較大者供電。當(dāng)VCC2大于VCC1+0.2V時(shí)，VCC2給DS1302供電。當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。 DS1302在每次進(jìn)行讀、寫程序前都必須初始化，先把SCLK端置 “0”，接著把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖；讀/寫時(shí)序如下圖6所示。表-1為DS1302的控制字，此控制字的位7必須置1，若為0則不能對(duì)DS1302進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對(duì)于位6，若對(duì)時(shí)間進(jìn)行讀/寫時(shí)，CK=0，對(duì)程序進(jìn)行讀/寫時(shí)RAM=1。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進(jìn)行讀操作時(shí)，該位為1；進(jìn)行寫操作時(shí)，該位為0?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表-2為DS1302的日歷、時(shí)間寄存器內(nèi)容：“CH”是時(shí)鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為0時(shí)，時(shí)鐘開始運(yùn)行?！癢P”是寫保護(hù)位，在任何的對(duì)時(shí)鐘和RAM的寫操作之前，“WP”必須為0。當(dāng)“WP”為1時(shí)，寫保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫操作。 2、DS1302的控制字 DS1302的控制字如表2所示?？刂谱止?jié)的高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果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)；位5至位1指示操作單元的地址；最低有效位（位0）如為1表示進(jìn)行讀操作，為0表示進(jìn)行寫操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸出。 表2 DS1302的控制字格式 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 RD/WR 3、數(shù)據(jù)輸入輸出（I/O） 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)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。如下圖6所示。 圖6 DS1302讀/寫時(shí)序圖 4、DS1302的寄存器AM 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表3。 表3 DS1302的日歷、時(shí)間寄存器 寫寄存器 讀寄存器 Bit7 Bit6 Bit5 Bit7 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 80H 81H CH 10秒 秒 82H 83H 10分 分 84H 85H 12/ 0 10 時(shí) 時(shí) /PM 86H 87H 0 0 10 日 日 88H 89H 0 0 0 10月 月 8AH 8BH 0 0 0 0 0 星期 8CH 8DH 10年 年 8EH 8FH WP 0 0 0 0 0 0 0 此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。 2.3溫度芯片DS18B20接口設(shè)計(jì)與性能分析 2.3.1 DS18B20性能簡(jiǎn)介 1.DS18B20的主要特性 DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以"一線總線"的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V～5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。其性能特點(diǎn)可歸納如下： 1獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 2測(cè)溫范圍在-55℃到125℃，分辨率最大可達(dá)0.0625℃； 3采用了3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路； 4零待機(jī)功耗； 5可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍在3.0V-5.5V； 6用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置； 7報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 8負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱燒毀，只是不能正常工作。 2.DS18B20工作原理 DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。 DS18B20測(cè)溫原理如圖5所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖7中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 LSB 位置/清除 增加 計(jì)數(shù)器1 斜率累加器 計(jì)數(shù)比較器 溫度寄存器 減到0 預(yù)置 計(jì)數(shù)器2 減到0 停止 預(yù)置 低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 圖7 DS18B20測(cè)溫原理 2.3.2 DS18B20接口電路設(shè)計(jì) 如8圖所示，該系統(tǒng)中采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，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，用P3.7與DS18B20的DQ口連接，Vcc接電源，GND接地。 圖8溫度傳感器DS18B20接口電路 2.3.3 DS18B20的工作時(shí)序 1、復(fù)位時(shí)序圖 圖9復(fù)位時(shí)序圖 2、讀時(shí)序圖 圖10讀時(shí)序圖 3、寫時(shí)序圖 圖11 寫時(shí)序圖 4、工作時(shí)序 1）總線時(shí)序 圖12 總線時(shí)序 2）寫周期時(shí)序 圖13寫周期時(shí)序 3）起始/停止時(shí)序 圖14 起始/停止時(shí)序 4）應(yīng)答時(shí)序 圖15 應(yīng)答時(shí)序 5）立即地址讀時(shí)序 圖16 立即地址讀時(shí)序 2.4 LCD顯示模塊 2.4.1LCM1602的特性及使用說明 1.LCM1602的接口信號(hào)說明如表4: 表4 LCM1602的接口信號(hào) 編號(hào) 引腳符號(hào) 功能說明 編號(hào) 引腳符號(hào) 功能說明 1 VSS 電源地 9 D2 DATA I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 DATA I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 11 D4 DATA I/O 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L） 12 D5 DATA I/O 5 R/W 讀/寫選擇端（H/L） 13 D6 DATA I/O 6 E 使能信號(hào) 14 D7 DATA I/O 7 D0 DATA I/O 15 BLA 背光正極 8 D1 DATA I/O 16 BLK 背光負(fù)極 2、基本操作時(shí)序如下： 1）讀狀態(tài)：RS=L，RW=H，E=H 2）寫指令：RS=L，RW=L，D0～D7=指令碼，E=高脈沖 3）讀數(shù)據(jù)：RS=H，RW=H，E=H 4）寫數(shù)據(jù)：RS=H，RW=L，D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 3、初始化設(shè)置 1）顯示模式設(shè)置如表5： 表5顯示模式設(shè)置 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口 2） 顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置如表6： 表6 顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置 指令碼 功能 0 0 0 0 1 D C B D=1開顯示；D=0關(guān)顯示 C=1顯示光標(biāo)；C=0不顯示光標(biāo) B=1光標(biāo)閃爍；B=0光標(biāo)不顯示 0 0 0 0 0 1 N S N=1當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一 N=0當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減一，且光標(biāo)減一 S=1當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示左移（N=1） 2.4.2LCM1602與MCU的接口電路 LCD的D0～D7分別接單片機(jī)的的P2口，作為數(shù)據(jù)線，因?yàn)镻0口內(nèi)部沒有上拉電阻，所以外部另外加上10K的上拉電阻；P1.0—P1.2分別接LCD的RS、RW、E三個(gè)控制管腳；RV1用來調(diào)節(jié)LCD的顯示灰度；BLK、BLA為背光的陰極和陽極，接上相應(yīng)電平即點(diǎn)亮背光燈。 2.5按鍵模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)用到了5個(gè)按鍵，其中一個(gè)用作系統(tǒng)手動(dòng)復(fù)位，另外4個(gè)采用獨(dú)立按鍵，該種接法查詢簡(jiǎn)單，程序處理簡(jiǎn)單,可節(jié)省CPU資源，按鍵電路如圖17所示，4個(gè)獨(dú)立按鍵分別與STC89C52的P3.4、P3.5、P3.6、P3.7接口相連。 圖17 按鍵電路 對(duì)以上4個(gè)按鍵作簡(jiǎn)要說明：S4——SET 鍵，S3——UP鍵，S2——DOWN鍵，S5——OUT/STOP鍵。 SET 鍵：按下SET鍵進(jìn)入時(shí)間校準(zhǔn)狀態(tài)，按一下進(jìn)入秒調(diào)整，兩下分調(diào)整，依此類推可進(jìn)行各年月日，時(shí)分秒以及星期的校準(zhǔn)； UP鍵：當(dāng)SET鍵按下時(shí)，UP進(jìn)行SET選定項(xiàng)（如：小時(shí)）的加操作; DOWN鍵：當(dāng)SET鍵按下時(shí)，DOWN進(jìn)行SET選定項(xiàng)（如：小時(shí)）的減操作； OUT鍵：當(dāng)OUT鍵按下時(shí)，此鍵功能為退出校準(zhǔn)功能，進(jìn)入下一模式，顯示溫度值和上下限的溫度值。 2.6復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)STC89C52單片機(jī)的復(fù)位引腳RST（全稱RESET）出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)。而本系統(tǒng)選用的是12MHz的晶振，因此一個(gè)機(jī)器周期為1μs，那么復(fù)位脈沖寬度最小應(yīng)為2μs。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。STC89C52單片機(jī)的上電復(fù)位POR（Power On Reset）實(shí)質(zhì)上就是上電延時(shí)復(fù)位，也就是在上電延時(shí)期間把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上。在單片機(jī)每次初始加電時(shí)，首先投入工作的功能部件是復(fù)位電路。復(fù)位電路把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上并且維持一個(gè)延時(shí)（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在電源電壓穩(wěn)定之后，再插入一個(gè)延時(shí)，給予時(shí)鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在單片機(jī)開始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)之前，還要至少推遲2個(gè)機(jī)器周期的延時(shí)。 本設(shè)計(jì)采用上電且開關(guān)復(fù)位電路，如圖18所示上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。通常選擇C=10~30μF，本設(shè)計(jì)采用的電容值為10μF的電容和電阻為4.7K的電阻。 圖18 復(fù)位電路 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 電子萬年歷的功能是在程序控制下實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法與硬件設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，按整體功能分成多個(gè)不同的程序模塊，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，最后通過主程序?qū)⒏鞒绦蚰K連接起來。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強(qiáng)了程序的可移植性。 本系統(tǒng)的軟件部分主要要進(jìn)行公歷計(jì)算程序設(shè)計(jì)，溫度測(cè)量程序設(shè)計(jì)，按鍵的掃描輸入等。程序開始運(yùn)行后首先要進(jìn)行初始化，把單片機(jī)的各引腳的狀態(tài)按程序里面的初始化命令進(jìn)行初始化，初始化完成后運(yùn)行溫度測(cè)量程序，讀取出溫度傳感器測(cè)量出來的溫度，然后運(yùn)行公歷計(jì)算程序，得到公歷的時(shí)間、日期信息，再運(yùn)行按鍵掃描程序，檢測(cè)有無按鍵按下，如果沒有按鍵按下則直接調(diào)用節(jié)日計(jì)算程序，根據(jù)得到的公歷日期信息計(jì)算出節(jié)日，如果有按鍵按下則更新按鍵修改后的變量后送給節(jié)日計(jì)算程序，由節(jié)日計(jì)算程序根據(jù)修改后的變量計(jì)算出對(duì)應(yīng)的節(jié)假日，計(jì)算完成后運(yùn)行顯示程序，顯示程序?qū)⒌玫降臏囟葦?shù)據(jù)、公歷信息、節(jié)假日信息送給對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管讓其顯示。 3.1主程序流程圖的設(shè)計(jì) 主程序流程圖： 開始 DS1302初始化 設(shè)置DS1302 讀年月日星期時(shí)分秒 將讀取的數(shù)據(jù)處理后送液晶屏顯示 返回 圖19 主程序流程圖 3.2 程序設(shè)計(jì) 3.2.1 DS1302讀寫程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的時(shí)間讀取主要來源于單片機(jī)對(duì)DS1302的操作，在硬件上時(shí)鐘芯片DS1302與單片機(jī)的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)，具體連接圖見系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖。讀取寫程序設(shè)計(jì)如下： sbit clk = P1^3; //ds1302時(shí)鐘線定義 sbit io = P1^4; //數(shù)據(jù)線 sbit rst = P1^5; //復(fù)位線 //秒 分 時(shí) 日 月 年 星期 uchar code write_add[]={0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8c,0x8a}; //寫地址 uchar code read_add[] ={0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8d,0x8b}; //讀地址 uchar code init_ds[] ={0x58,0x00,0x00,0x01,0x01,0x13,0x1}; uchar miao,fen,shi,ri,yue,week,nian; uchar i; uchar fen1=0x11,shi1=0; //兩個(gè)鬧鐘變量的定義 bit open1; /*************寫一個(gè)數(shù)據(jù)到對(duì)應(yīng)的地址里***************/ void write_ds1302(uchar add,uchar dat) { rst = 1; //把復(fù)位線拿高 for(i=0;i<8;i++) { //低位在前 clk = 0; //時(shí)鐘線拿低開始寫數(shù)據(jù) io = add & 0x01; add >>= 1; //把地址右移一位 clk = 1; //時(shí)鐘線拿高 } for(i=0;i<8;i++) { clk = 0; //時(shí)鐘線拿低開始寫數(shù)據(jù) io = dat & 0x01; dat >>= 1; //把數(shù)據(jù)右移一位 clk = 1; //時(shí)鐘線拿高 } rst = 0; //復(fù)位線合低 clk = 0; io = 0; } /*************從對(duì)應(yīng)的地址讀一個(gè)數(shù)據(jù)出來***************/ uchar read_ds1302(uchar add) { uchar value,i; rst = 1; //把復(fù)位線拿高 for(i=0;i<8;i++) { //低位在前 clk = 0; //時(shí)鐘線拿低開始寫數(shù)據(jù) io = add & 0x01; add >>= 1; //把地址右移一位 clk = 1; //時(shí)鐘線拿高 } for(i=0;i<8;i++) { clk = 0; //時(shí)鐘線拿低開始讀數(shù)據(jù) value >>= 1; if(io == 1) value |= 0x80; clk = 1; //時(shí)鐘線拿高 } rst = 0; //復(fù)位線合低 clk = 0; io = 0; return value; //返回讀出來的數(shù)據(jù) } /*************把要的時(shí)間 年月日 都讀出來***************/ void read_time() { miao = read_ds1302(read_add[0]); //讀秒 fen = read_ds1302(read_add[1]); //讀分 shi = read_ds1302(read_add[2]); //讀時(shí) ri = read_ds1302(read_add[3]); //讀日 yue = read_ds1302(read_add[4]); //讀月 nian = read_ds1302(read_add[5]); //讀年 week = read_ds1302(read_add[6]); //讀星期 Conversion(0,nian,yue,ri); //農(nóng)歷轉(zhuǎn)換 n_nian = year_moon ; n_yue = month_moon ; n_ri = day_moon ; } /*************把要寫的時(shí)間 年月日 都寫入ds1302里***************/ void write_time() { write_ds1302(0x8e,0x00); //打開寫保護(hù) write_ds1302(write_add[0],miao); //寫秒 write_ds1302(write_add[1],fen); //寫分 write_ds1302(write_add[2],shi); //寫時(shí) write_ds1302(write_add[3],ri); //寫日 write_ds1302(write_add[4],yue); //寫月 write_ds1302(write_add[5],nian); //寫星期 write_ds1302(write_add[6],week); //寫年 write_ds1302(0x8e,0x80); //關(guān)閉寫保護(hù) } /*************把數(shù)據(jù)保存到ds1302 RAM中**0-31*************/ void write_ds1302ram(uchar add,uchar dat) { add <<= 1; //地址是從第二位開始的 add &= 0xfe; //把最低位清零 是寫的命令 add |= 0xc0; //地址最高兩位為 1 write_ds1302(0x8e,0x00); write_ds1302(add,dat); write_ds1302(0x8e,0x80); } /*************把數(shù)據(jù)從ds1302 RAM讀出來**0-31*************/ uchar read_ds1302ram(uchar add) { add <<= 1; //地址是從第二位開始的 add |= 0x01; //把最高位置1 是讀命令 add |= 0xc0; //地址最高兩位為 1 return(read_ds1302(add)); } /*************初始化ds1302時(shí)間***************/ void init_ds1302() { uchar i; rst = 0; //第一次讀寫數(shù)據(jù)時(shí)要把IO品拿低 clk = 0; io = 0; i = read_ds1302ram(30); if(i != 3) { i = 3; write_ds1302ram(30,i); //4050 4100 3080 write_ds1302(0x8e,0x00); //打開寫保護(hù) for(i=0;i<7;i++) write_ds1302(write_add[i],init_ds[i]); //把最高位值0 允許ds1302工作 write_ds1302(0x8e,0x80); //關(guān)寫保護(hù) } } DS1302與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB(D7)必須為邏輯 1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護(hù)；D6=0，指定時(shí)鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)；D5～D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)，D0=1，指定讀操作(輸出) 。 3.2.2 溫度程序設(shè)計(jì) 單總線上最基本的操作有初始化、寫和讀3種，所有其它的操作都由這3種基本操作組合而成，初始化用于對(duì)總線上的器件進(jìn)行狀態(tài)復(fù)位，寫用于主節(jié)點(diǎn)向總線上寫入一位數(shù)據(jù)，讀用于主節(jié)點(diǎn)從總線上讀取一位數(shù)據(jù)。在這3種操作中，只有寫操作是單向的，初始化操作和讀操作都是雙向的。具體程序設(shè)計(jì)如下： byte ow_reset(void) { byte presence; DQ = 0; //拉低總線 delay(29); // 保持 480us DQ = 1; // 釋放總線 delay(3); // 等待回復(fù) presence = DQ; // 讀取信號(hào) delay(25); // 等待結(jié)束信號(hào) return(presence); // 返回 0：正常 1：不存在 } //從 1-wire 總線上讀取一個(gè)字節(jié) byte read_byte(void) { byte i; byte value = 0; for (i=8;i>0;i--) { value>>=1; DQ = 0; DQ = 1; delay(1); if(DQ)value|=0x80; delay(6); } return(value); } //向 1-WIRE 總線上寫一個(gè)字節(jié) void write_byte(char val) { byte i; for (i=8; i>0; i--) // 一次寫一位 { DQ = 0; // DQ = val&0x01; delay(5); // DQ = 1; val=val/2; } delay(5); } 4 調(diào)試分析 在protues上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。首先使用Keil uVsion 2將編寫完成的程序編譯生成HEX文件，將HEX文件燒錄到兩片單片機(jī)中，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖20所示。 圖20 仿真圖 5 結(jié)論 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，硬件方面主要設(shè)計(jì)了STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)、DS1302接口電路、DS18B20接口電路、鬧鐘及LCD顯示；軟件方面借助各個(gè)渠道的資料，主要設(shè)計(jì)了陽歷數(shù)據(jù)讀取程序、陽歷轉(zhuǎn)陰歷程序、溫度采集程序、鬧鈴程序以及LCD顯示程序；系統(tǒng)的調(diào)試主要是通過一塊STC89C52開發(fā)板，再借助于Keil、STC以及少許自己搭建的外圍電路實(shí)現(xiàn)的；再此過程中，分步調(diào)試時(shí)顯示出了陽歷的日期及時(shí)間，還有實(shí)時(shí)溫度，集中調(diào)試時(shí)沒有達(dá)到預(yù)期效果。此萬年歷具有讀顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中學(xué)到了許多沒學(xué)到的知識(shí)，在電路焊接時(shí)雖然沒什么大問題，但從中也知道了焊接在整個(gè)作品中的重要性，電路工程量大，不能心急，一個(gè)個(gè)慢慢來不能急于求成。反而達(dá)到事半功倍的效果。對(duì)電路的設(shè)計(jì)、布局要先有一個(gè)好的構(gòu)思，才顯得電路板美觀、大方。程序編寫中，由于思路不清晰，開始時(shí)遇到了很多的問題，經(jīng)過靜下心來思考，理清了思路，反而得心應(yīng)手。在此次設(shè)計(jì)中，知道了做事要有一顆平常的心，不要想著走捷徑，一步一腳印。也練就了我的耐心，做什么事都要有耐心。在本次設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多很多東西，這是最重要的。總之，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我的能力得到了全方位的提高，次設(shè)計(jì)的電子萬年歷也存在的不足的地方，有待于以后的改進(jìn)。 參考文獻(xiàn) [1]陳明熒． 8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社 [2]蘇平.單片機(jī)的原理與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2006：1-113. 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