基于單片機設計的電子計時(shí)牌

　　0 引言

　　隨著(zhù)電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子計時(shí)牌已成為電子設備發(fā)展的一個(gè)標志性功能。顧名思義，計時(shí)牌主要用來(lái)完成計時(shí)功能，即顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間，這是計時(shí)牌的首要任務(wù)。但是，現代的電子計時(shí)牌也可以集成多種功能于一身，它不僅可以實(shí)時(shí)顯示當前的具體時(shí)間，而且還可以顯示年、月、日、星期。此外，還有許多特殊的計時(shí)牌，它們可以把安全生產(chǎn)天數、倒計時(shí)天數、工作環(huán)境溫度、萬(wàn)年歷等等都設計到其中，從而大大擴展了計時(shí)牌的應用范圍。

　　1 系統設計原理

　　本設計采用飛利浦公司的P87LPC762做為微處理器，溫度傳感器芯片選用LM70，時(shí)鐘芯片采用DS1302芯片，它們與單片機全部采用串行通信方式。該電子計時(shí)牌系統的硬件原理圖如圖1所示。圖中，數據的串行輸出顯示分成三部分，分別為：安全天數與溫度、年月日與星期、時(shí)鐘數據。系統首先通過(guò)單片機讀人溫度傳感器芯片LM70測得的二進(jìn)制溫度數據，然后進(jìn)行處理計算以得出相應的BCD溫度數據，最后與安全天數數據一同通過(guò)單片機擴展的串口送到數碼管顯示。同時(shí)通過(guò)單片機與時(shí)鐘芯片DS1302的通信讀入日歷時(shí)鐘數據，再把得到的年月日、星期數據通過(guò)單片機擴展的另一個(gè)串口輸出送到數碼管顯示，同時(shí)把時(shí)鐘數據通過(guò)單片機本身自帶的串口輸出送至顯示。數據的設置與修改可通過(guò)與單片機相連的三個(gè)按鍵來(lái)完成。顯示部分采用74HC164N串行輸入并行輸出移位寄存器來(lái)驅動(dòng)數碼管。秒信號和天氣信號則采用發(fā)光二極管來(lái)顯示。綜上所述，本設計采用的串行通信方式可有效地節省硬件電路設計的空間，從而使設計更為簡(jiǎn)捷，具有一定的實(shí)用性。

　　2 溫度檢測

　　要完成環(huán)境溫度的檢測與顯示，首先要用到溫度傳感器。本設計選用的是LM70溫度傳感器芯片，由于LM70采用的是

　　串行通信方式，因此只需三根線(xiàn)與單片機相連即可完成數據的讀寫(xiě)。

　　溫度傳感芯片的作用就是測取外界的溫度值。它首先是把通過(guò)熱敏電阻從外界感應的模擬溫度送入內部的A／D轉換器，轉換成相應的數字溫度值（即二進(jìn)制溫度數據）存放到溫度寄存器中，溫度傳感器LM70所測的溫度可通過(guò)對其溫度寄存器數據的讀取來(lái)最終將其轉化成相應的模擬數據，也就是把二進(jìn)制數據轉換成BCD碼數據存放到單片機中。

　　這里需要注意的是，如果外界環(huán)境溫度在零度以下（即負溫度），那么，同相應溫度值的正溫度相比，轉換后的溫度寄存器數據D5～D15位則是正溫度的補碼。所以，在讀出溫度寄存器數據后，一定要判斷數據的符號位，如果是負溫度數據，則要先求補碼才能最終將其轉換成相應的正確溫度值。

　　3 日歷時(shí)鐘數據的讀取

　　3.1 寫(xiě)程序分析

　　首先來(lái)分析對DS1302的寫(xiě)程序。本設計設置計時(shí)的初始時(shí)間是2005年1月1日星期六1時(shí)0分0秒，即時(shí)鐘芯片上電后即從這個(gè)時(shí)間開(kāi)始走時(shí)。那么，要完成初始化時(shí)鐘，就應當把初始時(shí)間寫(xiě)入DS1302芯片中去。圖2所示是其寫(xiě)時(shí)鐘數據流程圖。

　　從圖2所示的流程圖可以看出，要想把時(shí)鐘數據寫(xiě)入時(shí)鐘芯片，首先要寫(xiě)入相應數據的地址，在寫(xiě)入一字節地址后，即可寫(xiě)入一字節相應的數據，依此類(lèi)推。其具體步驟是首先寫(xiě)入時(shí)鐘多字節控制寄存器，它的命令字格式如下：

　　當寫(xiě)入時(shí)鐘芯片08EH時(shí)，同樣還要寫(xiě)入允許寫(xiě)操作的命令字00H。寫(xiě)完這兩個(gè)命令字后，就可以開(kāi)始寫(xiě)入每個(gè)字節時(shí)鐘數據的地址和相應的時(shí)鐘數據了。這里需要注意的是：寫(xiě)秒數據地址為80H，分地址為82H，小時(shí)地址為84H，依次類(lèi)推。也就是說(shuō)，每寫(xiě)完一個(gè)字節數據的地址后，其地址應相應加2，以準備下一個(gè)字節地址的寫(xiě)入。整個(gè)程序可實(shí)現七個(gè)字節數據的寫(xiě)入，即寫(xiě)一次地址，寫(xiě)一次數據，直到循環(huán)計數值為0，便完成了時(shí)鐘數據的寫(xiě)入。

　　寫(xiě)入一字節數據時(shí)，首先要置循環(huán)計數值（這里設為8），一共要串行輸入8位數據，每次移入數據前，應先使數據再移一位到C，然后執行以下幾條指令：

　　這幾條指令的目的是為了給串行時(shí)鐘端口輸入一個(gè)時(shí)鐘下降沿。只有在下降沿后，一位數據才能寫(xiě)人時(shí)鐘芯片。這樣，循環(huán)8次后，一字節的數據就寫(xiě)入到了時(shí)鐘芯片。整個(gè)初始時(shí)鐘數據寫(xiě)入后，就可以讓DS1302自動(dòng)運行并走時(shí)了。