基于P87LPC762單片機的電子計時(shí)牌設計

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。

3.2 讀程序分析

讀一字節子程序同寫(xiě)一字節子程序是一個(gè)道理，首先可設置循環(huán)計數值為8，以便為讀取一個(gè)8位字節數據做準備，然后在串行時(shí)鐘下降沿從P0.2端口讀取一位時(shí)鐘數據到C，以進(jìn)行帶進(jìn)位的累加器循環(huán)右移，這樣，循環(huán)8次后，即完成了一個(gè)字節時(shí)鐘數據的讀取。其結果存放到累加器ACC中。具體讀取一字節數據的程序如下： 

 

3.3 安全生產(chǎn)天數的計算

本系統中的一項功能就是顯示當前的安全生產(chǎn)天數。要得出安全生產(chǎn)天數值，首先應在單片機的內存單元中設定好安全生產(chǎn)天數的起點(diǎn)日期，同時(shí)設定一個(gè)基準時(shí)間，這樣就可以計算出設置的安全生產(chǎn)天數起點(diǎn)日期到這個(gè)基準時(shí)間的天數，也就是起點(diǎn)的累計天數。然后，當每次讀取時(shí)鐘芯片日歷時(shí)鐘數據時(shí)，系統就會(huì )計算出當前讀到的日期到基準時(shí)間的天數，也就是當前日期的累計天數，兩個(gè)累計天數之差即是要顯示的安全生產(chǎn)天數。

4 實(shí)時(shí)監控系統的設計

本系統的主程序用于完成數據的初始化以及T0定時(shí)器的設置等，其它任務(wù)均放到定時(shí)中斷程序中來(lái)執行。圖3所示為其中斷服務(wù)程序流程圖。中斷服務(wù)程序首先要判斷是否有按鍵按下，即是否進(jìn)人數據設置狀態(tài)?如果不是在設置狀態(tài)，就要從時(shí)鐘芯片讀取要顯示的數據，以及把每一項顯示緩沖區的數據送數碼管顯示。如果是在設置狀態(tài)下，則設置每0.25 s刷新顯示一次數據。 

 

若在設置狀態(tài)下，則意味著(zhù)有按鍵按下，那么就要讀取相應的按鍵。本設計中如果按鍵在設置狀態(tài)下，不進(jìn)行相應的數據調整操作，則保存設置的數據，并退出設置狀態(tài)。讀鍵時(shí)，首先讀出其鍵碼并保存。然后判斷鍵碼穩定否，如果不穩定，說(shuō)明按鍵已經(jīng)響應，則不進(jìn)行數據調整。如果鍵碼穩定，則再判斷是否是調整鍵，如果是調整鍵，則調整修改指針，即每按一次調整鍵，修改指針加一，并進(jìn)行下一項數據的修改。修改指針一般從安全天數的千、百、十、個(gè)到年、月、日、星期再到小時(shí)、分。如果一開(kāi)始按下的按鍵不是調整鍵，則不會(huì )進(jìn)入設置狀態(tài)。在調整鍵已經(jīng)響應的情況下，如果再讀到有鍵按下的信號，那么，當其不是調整鍵時(shí)，進(jìn)入數據修改狀態(tài)，以進(jìn)行相應數據的調整。注意：在設置狀態(tài)下，每次操作均清除時(shí)鐘，以便計時(shí)退出。調整好相應數據后，即可保存數據并進(jìn)行數據的顯示。

5 數據的顯示

本設計中采用16片8位串行輸入／并行輸出74HC164N和數碼管來(lái)進(jìn)行串行移位顯示。所用數碼管是共陽(yáng)極的8段數碼管。由于分成三組輸出來(lái)顯示數據，因此，設計時(shí)把安全生產(chǎn)天數和溫度顯示部分的74HC164N時(shí)鐘線(xiàn)連在一起接到單片機的P0.5，而把年月日星期顯示部分的74HC164N時(shí)鐘線(xiàn)連在一起接到單片機的P0.7，另外，把時(shí)鐘顯示部分的74HC164N時(shí)鐘線(xiàn)連在一起接到單片機的P1.0。

6 結束語(yǔ)

本設計在完成過(guò)程中進(jìn)行了多次的試驗，尤其是在對溫度的讀取方面，得到了很多老師的指導，在此一并感謝。 

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