基于A(yíng)T89S52的多功能電子萬(wàn)年歷

　　引言

　　隨著(zhù)生活節奏的日益加快，人們的時(shí)間觀(guān)也越來(lái)越重，同時(shí)對電子鐘表、日歷的需求也隨之提高。因此，研究實(shí)用電子時(shí)鐘及其擴展應用，有著(zhù)非?，F實(shí)的意義，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

　　本系統程序由主程序、中斷服務(wù)函數和多個(gè)子函數構成。主函數主要完成各子函數和中斷函數的初始化。定時(shí)中斷函數主要完成時(shí)鐘芯片的定時(shí)掃描及鍵盤(pán)掃描。時(shí)鐘芯片的讀寫(xiě)函數主要是將時(shí)間、日歷信息讀出來(lái)，并把要修改具體值寫(xiě)入時(shí)鐘芯片內部。

　　系統的硬件設計與電路原理

　　電路設計框圖

　　系統硬件概述

　　本電路是由AT89S52單片機為控制核心，具有在線(xiàn)編程功能、低功耗、能在3V的超低壓工作。時(shí)鐘電路由DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計時(shí)，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線(xiàn)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)字節的時(shí)鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數據的RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，具有使用壽命長(cháng)、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。

　　主控制模塊

　　單片機主控制模塊的設計

　　AT89S52單片機為40引腳雙列直插芯片，有四個(gè)I/O口P0，P1，P2，P3，MCS-51單片機共有4個(gè)8位的I/O口(P0、P1、P2、P3)，每一條I/O線(xiàn)都能獨立地作輸出或輸入。

　　時(shí)鐘電路模塊

　　時(shí)鐘電路模塊的設計

　　DS1302的引腳排列如圖3所示，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電;當Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768KHz晶振。RST是復位/片選線(xiàn)，通過(guò)把RST輸入驅動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數據傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器;其次，RST提供終止單字節或多字節數據的傳送手段。

　　時(shí)鐘電路模塊工作原理

　　DS1302在每次進(jìn)行讀、寫(xiě)程序前都必須初始化，先把SCLK端置“0”，接著(zhù)把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖;讀/寫(xiě)時(shí)序如圖4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DS1302進(jìn)行讀寫(xiě)數據。對于位6，若對程序進(jìn)行讀/寫(xiě)時(shí)RAM=1，對時(shí)間進(jìn)行讀/寫(xiě)時(shí)，CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫(xiě)操作位，進(jìn)行讀操作時(shí)，該位為1;該位為0則表示進(jìn)行的是寫(xiě)操作?？刂谱止澘偸菑淖畹臀婚_(kāi)始輸入/輸出的。表2為DS1302的日歷、時(shí)間寄存器內容：“CH”是時(shí)鐘暫停標志位，當該位為1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài);當該位為0時(shí)，時(shí)鐘開(kāi)始運行。“WP”是寫(xiě)保護位，在任何的對時(shí)鐘和RAM的寫(xiě)操作之前，WP必須為0。當“WP”為1時(shí)，寫(xiě)保護位防止對任一寄存器的寫(xiě)操作。

　　DS1302的控制字節

　　DS1302的控制字如表1所示?？刂谱止澋母哂行?位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數據寫(xiě)入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數據，為1表示存取RAM數據;位5至位1指示操作單元的地址;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，控制字節總是從最低位開(kāi)始輸出。

　　數據輸入輸出(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)，數據被寫(xiě)入DS1302，數據輸入從低位即位0開(kāi)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的數據，讀出數據時(shí)從低位0位到高位7。如圖4所示。

　　DS1302的寄存器

　　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)，存放的數據位為BCD碼形式，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表2。

　　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(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器內容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi)：一類(lèi)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，其命令控制字為C0H~FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫(xiě)操作;另一類(lèi)為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節，命令控制字為FEH(寫(xiě))、FFH(讀)。

　　時(shí)鐘模塊實(shí)現功能

　　該模塊為系統提供精準的秒、分、時(shí)、日、月、年等實(shí)時(shí)時(shí)間信息，星期則由編程計算得到。

　　溫度采集模塊

　　溫度采集模塊設計

　　如圖5所示。采用數字式溫度傳感器DS18B20，它具有測量精度高，電路連接簡(jiǎn)單特點(diǎn)，此類(lèi)傳感器僅需要一條數據線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸，使用P1.7與DS18B20的I/O口連接加一個(gè)上拉電阻，Vcc1接電源，Vcc2接地。

　　DS18B20的測溫原理

　　低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，當計數門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計數，進(jìn)而完成溫度測量。計數門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數振蕩器來(lái)決定，每次測量前，首先將-55℃所對應的基數分別置入減法計數器1和溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個(gè)基數值。減法計數器1對低溫度系數晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數，當減法計數器1的預置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計數器1的預置將重新被裝入，減法計數器1重新開(kāi)始對低溫度系數晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數，如此循環(huán)直到減法計數器2計數到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過(guò)程中的非線(xiàn)性，其輸出用于修正減法計數器的預置值，只要計數門(mén)仍未關(guān)閉就重復上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值。

　　顯示模塊的設計

　　本次設計采用的是LED動(dòng)態(tài)顯示方式，由于PROTEUS內沒(méi)有LED，故用LCD代替LED進(jìn)行仿真，與主控制芯片AT89C52相連。如圖6所示。

　　系統的軟件設計

　　主程序流程框圖

　　Keil C與Proteus的聯(lián)調與測試結果

　　Proteus7.6是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路(如LCD，RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件等)，使用Proteus7.6和Keil C可以像使用仿真器一樣調試程序。

　　Proteus的工作過(guò)程

　　運行Proteus的ISIS程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面如圖8所示。在工作前，要設置view菜單下的捕捉對齊和system下的顏色、圖形界面大小等項目。通過(guò)工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pick devices窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調整其相對位置、元件參數設置、元器件間連線(xiàn)、編寫(xiě)程序;在source菜單的Define code generation tools菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴展名等項目;在source菜單的Add/remove source files命令下，加入單片機硬件電路的對應程序;通過(guò)debug菜單的相應命令仿真程序和電路的運行情況。

　　圖8 Proteus的啟動(dòng)界面

　　Proteus軟件所提供的調試手段

　　Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。對于單片機硬件電路和軟件的調試，Proteus提供了兩種方法：一種是系統總體執行效果，一種是對軟件的分步調試以看具體的執行情況。

　　軟件和硬件結合的應用系統

　　軟件和硬件的結合，就是一個(gè)單片機的應用系統了。在這一階段，硬件電路的設計已經(jīng)不是最為關(guān)鍵的了，而軟件系統的設計、調試和運行才是實(shí)驗的主要內容。因此可以以建議性的意見(jiàn)給出具體的硬件電路，并提出該電路所需要完成的具體工作，進(jìn)行軟件的設計和調試。

　　Keil C的介紹

　　keil C的運行界面

　　運行Keil C后的運行界面如圖9所示。

　　圖9 keil C的運行界面

　　Keil C與proteus聯(lián)調測試

　　1、安裝keil與proteus7.6;

　　2、打開(kāi)proteus，畫(huà)出相應電路。在proteus的tools菜單中選中use remote debug monitor;

　　3、在keil中編寫(xiě)MCU的程序;

　　4、進(jìn)入keil的project菜單option for target '工程名'。在DEBUG選項中右欄上部的下拉菜選中Proteus VSM Monitor-51 Driver;

　　5、在keil中進(jìn)行debug，同時(shí)在proteus中查看直觀(guān)的結果，LCD顯示;

　　6、把keil里的文件編譯后輸出hex的文件，在proteus中把單片機的加載程序文件換成keil中的hex文件，然后運行。

　　運行結果

　　結果顯示

　　由圖1整體電路框圖可知，LED顯示結果，如圖10所示。

　　圖10 結果顯示

　　調節顯示

　　日期和時(shí)間的修改由4個(gè)按鍵構成。鍵P0為調節;P2^0，模式切換鍵(向左移)向左移;鍵P2^1，加法按鈕;鍵P2^2，減法按鈕;鍵P2^3，立刻跳出調整模式按鈕。

　　按動(dòng)PO時(shí)秒閃爍進(jìn)入調節系統，如圖11所示。

　　按動(dòng)P2^0向左移，對分進(jìn)行調節，如圖12所示。

　　按動(dòng)P2^1向左移，對時(shí)進(jìn)行加調節，如圖13所示。

　　圖14所示，是未調之前的顯示，按動(dòng)P2^2向左移，對年進(jìn)行減調節，如圖15所示

　　按動(dòng)P2^3向左移，退出調節恢復如圖16所示。

　　總結

　　本文設計了一個(gè)多功能的電子萬(wàn)年歷。電路是由AT89S52單片機為控制核心，與時(shí)鐘芯片DS1302、溫度芯片DS18B20、按鍵、LED顯示等模塊組成硬件系統。在硬件系統中設有3個(gè)獨立按鍵，根據使用者的需要可以隨時(shí)對時(shí)間進(jìn)行校準、選擇時(shí)間、溫度顯示等，綜上所述此萬(wàn)年歷具有讀取方便、顯示直觀(guān)、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，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　在整個(gè)設計過(guò)程中，充分發(fā)揮個(gè)人的主觀(guān)能動(dòng)性，自主學(xué)習，學(xué)到了許多沒(méi)學(xué)到的知識，增加了動(dòng)手能力的考驗，達到了預期的目的?？傊?，這次設計使我的能力得到了全方位的提高。