./目錄14253摘要 I17054Abstract II100771緒論 177081.1系統(tǒng)基本方案選擇和論證 11011.2電路設(shè)計最終方案決定 332002系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn) 4281862.1電路設(shè)計框圖 4110712.2系統(tǒng)硬件概述 4130272.3主要單元電路的設(shè)計 5145043系統(tǒng)的軟件設(shè)計 15248163.1程序流程框圖 15288203.2子程序 17322894系統(tǒng)測試 18241254.1硬件測試 18105124.2軟件測試 18140315結(jié)束語 1929660參考文獻 2014090附錄：程序 2114069致 30.摘要本文借助電路仿真軟件Protues對基于AT89S51單片機的電子萬年歷的設(shè)計方法及仿真進行了全面的闡述。該電子萬年歷在硬件方面主要采用AT89C51單片機作為主控核心,由DS1302時鐘芯片提供時鐘、1602LCM點陣液晶顯示屏顯示。AT89C51單片機是由Atmel公司推出的,功耗小,電壓可選用4～6V電壓供電；DS1302時鐘芯片是美國DALLAS公司推出的具有涓細電流充電功能的低功耗實時時鐘芯片,它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時,還具有閏年補償?shù)榷喾N功能,而且DS1302的使用壽命長,誤差??；數(shù)字顯示是采用的LED液晶顯示屏來顯示,可以同時顯示年、月、日、星期、時、分、秒等信息。此外,該電子萬年歷還具有時間校準等功能。在軟件方面,主要包括日歷程序、時間調(diào)整程序,顯示程序等。所有程序編寫完成后,在Keil軟件中進行調(diào)試,確定沒有問題后,在Proteus軟件中嵌入單片機進行仿真。論文主要研究了液晶顯示器LCM及時鐘芯片DS1302,溫度傳感器DS18B20與單片機之間的硬件互聯(lián)及通信,對數(shù)種硬件連接方案進行了詳盡的比較,在軟件方面對日歷算法也進行了論述。研究結(jié)果表明,由于萬年歷的應(yīng)用相當普遍,所以其設(shè)計的核心在于硬件成本的節(jié)約軟件算法的優(yōu)化,力求做到物美價廉,才能擁有更廣闊的市場前景。關(guān)鍵詞：單片機；DS1302；DS18B20；LCM1602AbstractThispapermainlydiscussthedesignandsimulationofelectroniccalenderbasedonAT89S51withthehelpofProtues.Onthehardwareside,theelectroniccalendarusingAT89C51microcontrollerasthemaincontrolcenter,clockprovidedbytheDS1302clockchip,1602LEDdotmatrixLCDdisplay.AtmelCorporationAT89C51microcontrollerisproductedbyAtmelCorporation,lowpowerconsumption,voltagecanbeselected4V~6Vvoltagepowersupply;DS1302clockchip,launchedintheUnitedStateswithDALLASsmallcurrentchargingfunctionrealtimeclockchip,lowpowerconsumption,itcanbeyears,month,date,day,hour,minute,secondstime,alsohasaleapyearcompensationandotherfunctions,andDS1302longlife,smallerror;LEDdigitaldisplayisusedinLCDdisplaysthatcandisplayin,month,day,week,hours,minutes,secondsandotherinformation.Inaddition,theelectroniccalendarisalsoatimecalibrationfunctions.Intermsofsoftware,includingcalendarprogram,timetoadjustprocedures,displayprocedures.Allprogrammingiscomplete,theKeilsoftwaredebugging,makesurethereisnoproblem,intheProteussoftwareembeddedwithinthesimulatedMCU.ThisarticlefocusonliquidcrystalscreenLCM1602andclockchipDS1302,temperaturesensorDS18B20whichconnectedandcommunicatedwithMicrocontroller.Severalsolutionswillalsocomparedwitheachother.Onsoftwareside,calendercalculationwillbediscussedaswell.Theresultsareasfollows:aselectroniccalenderarewidelyusedinourdailylife.Itshouldbechipandconvenientsoastowinmoreprofit.Keywords:Microcontroller,DS1302；DS18B20；LCD1602..1緒論隨著社會、科技的發(fā)展,人類得知時間,從觀太陽、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘,不斷研究、創(chuàng)新。為了在觀測時間的同時,能夠了解其它與人類密切相關(guān)的信息,比如溫度、星期、日期等,電子萬年歷誕生了,它集時間、日期、星期和溫度功能于一身,具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔等諸多優(yōu)點,符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢。伴隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是隨大規(guī)模集成電路出現(xiàn),給人類生活帶來了根本性的改變。由其是單片機技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)走進了千家萬戶。電子萬年歷的出現(xiàn)給人們的生活帶來的諸多方便,作為一種附加功能,現(xiàn)在越來越廣泛的被應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中,具有廣闊的市場前景。通過以往對工業(yè)自動化的相關(guān)課程學(xué)習(xí)和理解獨立完成制作電子萬年歷的設(shè)計。電子萬年歷作為電子類小產(chǎn)品不僅是市場上的寵兒,也是是單片機設(shè)計培訓(xùn)中一個很實用的題目。因為這個課題有很好的開放性和可發(fā)揮性,對制作者的要求比較高,不僅考察了對單片機的掌握能力更加強調(diào)了對單片機擴展的應(yīng)用。而且要求設(shè)計的電子萬年歷在操作上力求簡潔,功能上盡量齊全,顯示界面也要出色。所以,電子萬年歷制作無論從實用目的,還是從培養(yǎng)能力的角度來看都是很有價值的畢業(yè)設(shè)計課題。本電子萬年歷的設(shè)計在硬件方面主要采用AT89S51單片機作為主控核心,由DS1302時鐘芯片提供時鐘、1602LCM點陣液晶顯示屏顯示。AT89S51單片機是由Atmel公司推出的,功耗小,電壓可選用4～6V電壓供電[1]；DS1302時鐘芯片是美國DALLAS公司推出的具有涓細電流充電功能的低功耗實時時鐘芯片,它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時,還具有閏年補償?shù)榷喾N功能,而且DS1302的使用壽命長,誤差??；數(shù)字顯示是采用的LED液晶顯示屏來顯示,可以同時顯示年、月、日、星期、時、分、秒等信息。此外,該電子萬年歷還具有時間校準等功能。在軟件方面,主要包括日歷程序、時間調(diào)整程序,顯示程序等。所有程序編寫完成后,在Keil軟件中進行調(diào)試,確定沒有問題后,在Proteus軟件中嵌入單片機進行仿真。最后在老師同學(xué)的幫助以及自己的努力下完成了此次電子萬年歷的設(shè)計。1.1系統(tǒng)基本方案選擇和論證1.1.1單片機芯片的選擇本設(shè)計采用AT89S51芯片作為硬件核心,該芯片采用FlashROM,部具有4KBROM存儲空間,相對于本設(shè)計而言程序空間完全夠用。能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,而且運用于電路設(shè)計中時具備ISP在線編程技術(shù),當在對電路進行調(diào)試時,由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r,避免芯片的多次拔插對芯片造成的損壞。1.1.2顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用點陣式數(shù)碼管顯示,點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成,對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示.方案二：采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格雖適中,對于顯示數(shù)字也最合適,而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器進行移位,該芯片在電路調(diào)試時往往會有很多障礙,所以不采用LED數(shù)碼管作為顯示[2]。方案三：采用LCD液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見[3],對于電子萬年歷而言,一個1602的液晶屏即可,價格也還能接受,需要的接口線較多,但會給調(diào)試帶來諸多方便,所以此設(shè)計中采用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊.1.1.3時鐘芯片的選擇方案和論證方案一：直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號,使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然可以減少時鐘芯片的使用,節(jié)約成本,但是,實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。方案二：采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘,DS130是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路,它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品,與DS1202兼容,但增加了主電源/后背電源雙電源引腳,同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸,可為掉電保護電源提供可編程的充電功能,并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振[4]。因此,本設(shè)計中采用DS1302提供時鐘。１.1.4溫度傳感器的選擇方案與論證方案一：使用熱敏電阻作為傳感器,用熱敏電阻與一個相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓,利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性,采集這兩個電阻變化的分壓值,并進行A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路,增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴格線性的,會產(chǎn)生較大的測量誤差[5]。方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸,易于與單片機連接,可以避免A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,降低硬件成本,簡化系統(tǒng)電路[6]。另外,數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量圍廣等優(yōu)點。因此,本設(shè)計DS18B20溫度傳感器作為溫度采集模塊。1.2電路設(shè)計最終方案決定綜上各模塊的選擇方案與論證,確定最后的主要硬件資源如下：采用AT89S51作為主控制系統(tǒng)；DS1302提供時鐘；DS18B20作為數(shù)字式溫度傳感器；LCD1602液晶屏作為顯示。2系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)2.1電路設(shè)計框圖本系統(tǒng)的電路系統(tǒng)框圖如圖1所示。AT89S51單片機對DS1302和DS18B20寫入控制字并讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù),繼而控制LCM1602作出對應(yīng)的顯示。LCD1602液晶顯示模塊AT89S51主控模塊LCD1602液晶顯示模塊AT89S51主控模塊鍵盤控制模塊DS1302時鐘模塊溫度采集模塊DS1302時鐘模塊溫度采集模塊圖1系統(tǒng)硬件框圖2.2系統(tǒng)硬件概述本電路是由AT89S51單片機作為控制核心,能在3V超低壓工作,AT89S51是一個低功耗,高性能CMOS8位單片機,片含4kBytesISP<In-systemprogrammable>的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案；時鐘電路由DS1302提供,它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路,它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302部有一個31*8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周、時、分、秒,具有使用壽命長,精度高和低功耗等特點,同時具有掉電自動保存功能；溫度的采集由DS18B20完成,它具有獨特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊,測溫圍－55℃～＋125℃,固有測溫分辨率0.5℃,支持多點組網(wǎng)功能,多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,最多只能并聯(lián)8個,如果數(shù)量過多,會使供電電源電壓過低,從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定,實現(xiàn)多點測溫,工作電源:3～5V/DC,在使用中不需要任何外圍元件；顯示部份由LCD1602液晶顯示器完成,該顯示器為工業(yè)字符型液晶,能夠同時顯示16x02即32個字符〔16列2行。2.3主要單元電路的設(shè)計2.3.1AT89S51單片機主控制模塊的設(shè)計AT89S51是一個低功耗,高性能CMOS8位單片機,片含4kBytesISP<In-systemprogrammable>的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳,4kBytesFlash片程序存儲器,128Bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM,32個外部雙向輸入/輸出〔I/O口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗〔WDT電路,片時鐘振蕩器。此外,AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時計數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89S52單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3,MCS-51單片機共有4個8位的I/O口〔P0、P1、P2、P3,每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入[7]。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫"1"時,其管腳被部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址"1"時,它利用部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入"1"后,它們被部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流〔ILL這是由于上拉的緣故。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式,即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù),而是把端口鎖存器的容讀入到部總線,經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到部總線。輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的,不需要我們操心,1然后再實行讀引腳操作,否則就可能讀入出錯,如果不對端口置1,端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q^為1加到場效應(yīng)管柵極的信號為1,該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗,此時即使引腳上輸入的信號為1,也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作,則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入,由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作,所以這類I/O口被稱為準雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準雙向口。單片機的最小系統(tǒng)如圖2所示：18引腳和19引腳接時鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片它是振蕩器倒相放大器的輸出.第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端.單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示：圖2中的晶振頻率為12MHz,復(fù)位方式為上電自動復(fù)位[8]-[9]。圖2單片機最小系統(tǒng)單片機中斷系統(tǒng)在提及單片機的最小系統(tǒng)后,現(xiàn)對單片機的另一重要應(yīng)用系統(tǒng)即中斷系統(tǒng)做一個比較詳細的介紹。在CPU與外設(shè)交換信息時,存在著一個快速CPU與慢速的外設(shè)之間的矛盾。為解決這個問題,發(fā)展了中斷的概念。單片機在某一時刻只能處理一個任務(wù),當多個任務(wù)同時要求單片機處理時,這一要求應(yīng)該怎么實現(xiàn)呢？通過中斷可以實現(xiàn)多個任務(wù)的資源共享。所謂的中斷就是,當CPU正在處理某項事務(wù)的時候,如果外界或者部發(fā)生了緊急事件,要求CPU暫停正在處理工作而去處理這個緊急事件,待處理完后,再回到原來中斷的地方,繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序,這個過程稱作中斷。從中斷的定義我們可以看到中斷應(yīng)具備中斷源、中斷響應(yīng)、中斷返回這樣三個要素。中斷源發(fā)出中斷請求,單片機對中斷請求進行響應(yīng),當中斷響應(yīng)完成后應(yīng)進行中斷返回,返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。MCS-51單片機的中斷源共有兩類,它們分別是：外部中斷和部中斷。外部中斷0<INT0>來自P3.2引腳,通過外部中斷0觸發(fā)方式控制位IT0<TCON.0>,來決定中斷輸入信號是低電平有效還是負跳變有效。一旦輸入信號有效,便使IE0標志置一,向CPU申請中斷；外部中斷1<INT1>來自P3.3引腳,通過外部中斷1觸發(fā)方式控制位IT1<TCON.2>,來決定中斷輸入信號是低電平有效還是負跳變有效。一旦輸入信號有效,便使IE0標志置一,向CPU申請中斷。部中斷有三個：TF0,TF1,RI或TI。TF0〔TCON.5,片定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T0發(fā)生溢出時,置位TF0,并向CPU申請中斷；TF1〔TCON.7,片定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T1發(fā)生溢出時,置位TF1,并向CPU申請中斷；RI〔SCON.0或TI〔SCON.1,串行口中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時置位RI或當串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時置位TI,向CPU申請中斷[10]。MCS-51單片機為用戶提供了四個專用寄存器,來控制單片機的中斷系統(tǒng)。定時器控制寄存器〔TCON,該寄存器用于保存外部中斷請求以及定時器的計數(shù)溢出。進行字節(jié)操作時,寄存器地址為88H。按位操作時,各位的地址為88H～8FH,當CPU采樣到INT0〔或INT1端出現(xiàn)有效中斷請求時,IE0〔IE1位由硬件置"1"。當中斷響應(yīng)完成轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時,由硬件把IE0〔或IE1清零,當計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)溢出時,相應(yīng)的溢出標志位由硬件置"1"。當轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時,再由硬件自動清"0"。計數(shù)溢出標志位的使用有兩種情況：采用中斷方式時,作中斷請求標志位來使用；采用查詢方式時,作查詢狀態(tài)位來使用；串行口控制寄存器〔SCON,進行字節(jié)操作時,寄存器地址為98H。按位操作時,各位的地址為98H~9FH,當發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后,由硬件置"1"；在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后,用軟件清"0",當接收完一幀串行數(shù)據(jù)后,由硬件置"1"；在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后,用軟件清"0"。串行中斷請求由TI和RI的邏輯或得到。就是說,無論是發(fā)送標志還是接收標志,都會產(chǎn)生串行中斷請求；中斷允許控制寄存器〔IE,進行字節(jié)操作時,寄存器地址為0A8H。按位操作時,各位的地址為0A8H~0AFH,可見,MCS-51單片機通過中斷允許控制寄存器對中斷的允許〔開放實行兩級控制。即以EA位作為總控制位,以各中斷源的中斷允許位作為分控制位。當總控制位為禁止時,關(guān)閉整個中斷系統(tǒng),不管分控制為狀態(tài)如何,整個中斷系統(tǒng)為禁止狀態(tài)；當總控制位為允許時,開放中斷系統(tǒng),這時才能由各分控制位設(shè)置各自中斷的允許與禁止。MCS-51單片機復(fù)位后〔IE＝00H,因此中斷系統(tǒng)處于禁止狀態(tài)。單片機在中斷響應(yīng)后不會自動關(guān)閉中斷。因此在轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序后,應(yīng)根據(jù)需要使用有關(guān)指令禁止中斷,即以軟件方式關(guān)閉中斷。中斷優(yōu)先級控制寄存器〔IPMCS-51單片機的中斷優(yōu)先級控制比較簡單,因為系統(tǒng)只定義了高、低2個優(yōu)先級。高優(yōu)先級用"1"表示,低優(yōu)先級用"0"表示。各中斷源的優(yōu)先級由中斷優(yōu)先級寄存器〔IP進行設(shè)定。IP寄存器地址0B8H,位地址為0BFH～0B8H。2.3.3時鐘電路模塊的設(shè)計DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片,它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品,與DS1202兼容,但增加了主電源/后背電源雙電源引腳,同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力[11]。DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源,VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下,也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1＋0.2V時,Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時,DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源,外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線,通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)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(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時,所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平,則會終止此次數(shù)據(jù)傳送,I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時,在Vcc>2.0V之前,RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時,才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端<雙向>,SCLK為時鐘輸入端。DS1302的控制字節(jié)的最高有效位<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如果為0,則表示存取日歷時鐘數(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0表示要進行寫操作,為1表示進行讀操作,控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。在控制指令字輸入后的下一個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SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù),讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。DS1302有12個寄存器,其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān),存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。此外,DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(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容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元,共31個,每個單元組態(tài)為一個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個字節(jié),命令控制字為FEH<寫>、FFH<讀>。DS1302與CPU的連接需要三條線,即SCLK<7>、I/O<6>、RST<5>。實際上,在調(diào)試程序時可以不加電容器,只加一個32.768kHz的晶振即可。只是選擇晶振時,不同的晶振,誤差也較大。另外,還可以在上面的電路中加入DS18B20,同時顯示實時溫度。只要占用CPU一個口線即可。單片機與DS1302連接圖如圖3所示：圖3DS1302與單片機的連接2.3.4溫度采集模塊設(shè)計采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20,它是數(shù)字式溫度傳感器,具有測量精度高,電路連接簡單特點,此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸,使用Ｐ0.7與DS18B20的I/O口連接加一個上拉電阻,Vcc接電源,Vss接地。獨特的一線接口,只需要一條口線通信多點能力,簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電,電壓圍為3.0V至5.5V無需備用電源測量溫度圍為-55度至+125度。-10度至+85度圍精度為±0.5度溫度傳感器可編程的分辨率為9～12位[12]。DS18B20連線如圖4所示：圖4DS18B20管腳連線2.3.5顯示模塊的設(shè)計如下圖5所示,采用LCM1602液晶顯示器,單片機P1口作為數(shù)據(jù)輸出口,RS,R\W,E分別通過10K的上拉電阻連接到單片機的P0.0,P0.1,P0.2。VDD接5V電源,VSS接地。VEE為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高〔對比度過高時會產(chǎn)生"鬼影",使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇,高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。R/W為讀寫信號線,高電平<1>時進行讀操作,低電平<0>時進行寫操作。E<或EN>端為使能<enable>端,下降沿使能。DB0-DB7為雙向數(shù)據(jù)總線,同時最高位DB7也是忙信號檢測位。BLA、BLK分別為顯示器背光燈的正、負極[13]。圖5LCM1602與單片機的連接2.3.6DS1302原理及說明<1>時鐘芯片DS1302的工作原理DS1302在每次進行讀、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/寫時序如下圖7所示。圖6為DS1302的控制字,此控制字的位7必須置1,若為0則不能把對DS1302進行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6,若對程序進行讀/寫時RAM=1,對時間進行讀/寫時,CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位,進行讀操作時,該位為1；該位為0則表示進行的是寫操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表2為DS1302的日歷、時間寄存器容："CH"是時鐘暫停標志位,當該位為1時,時鐘振蕩器停止,DS1302處于低功耗狀態(tài)；當該位為0時,時鐘開始運行。"WP"是寫保護位,在任何的對時鐘和RAM的寫操作之前,WP必須為0。當"WP"為1時,寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。<2>DS1302的控制字DS1302的控制字如圖6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0表示要進行寫操作,為1表示進行讀操作,控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。圖6DS1302的控制字<3>數(shù)據(jù)輸入輸出在控制指令字輸入后的下一個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SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù),讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7[14]。如下圖7所示：圖7DS1302讀與寫的時序圖DS1302的寄存器DS1302有12個寄存器,其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān),存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見圖8。圖8DS1302的日歷、時間寄存器此外,DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(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容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元,共31個,每個單元組態(tài)為一個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個字節(jié),命令控制字為FEH<寫>、FFH<讀>。2.3.7LCM1602工作原理及說明<1>寄存器選擇控制1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線。1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲器〔CGROM>已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符[15],圖形寄存器選擇控制表如表1所示：表11602寄存器選擇控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器〔清屏指令等01讀busyflag,以及讀取位址計數(shù)器〔DB0~DB6的值10寫入數(shù)據(jù)寄存器〔顯示各字型等11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)<2>指令集1602通過D0～D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置<初始化>00111000[0x38]設(shè)置16×2顯示,5×7點陣,8位數(shù)據(jù)接口；顯示開關(guān)及光標設(shè)置：<初始化>00001DCBD顯示<1有效>、C光標顯示<1有效>、B光標閃爍<1有效>。000001NSN=1<讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1并且光標加1>,N=0<讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1并且光標減1>,S=1且N=1<當寫一個字符后,整屏顯示左移>,S=0當寫一個字符后,整屏顯示不移動。數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H,所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼<0-27H,40-67H>。其他設(shè)置：01H<顯示清屏,數(shù)據(jù)指針=0,所有顯示=0>；02H<顯示回車,數(shù)據(jù)指針=0>[16]。2.3.8系統(tǒng)仿真電路本次仿真使用軟件Protues7.0,該軟件元件庫豐富,元件封裝要求相對簡單且參數(shù)調(diào)整方便,除此之外,程序還可進行動態(tài)調(diào)試。系統(tǒng)仿真截圖如圖9所示：圖9系統(tǒng)仿真電路圖如圖,左上角為顯示模塊LCM1602,U1是時鐘芯片DS1302,U2是主控模塊AT89C51,U3為溫度傳感器DS18B20,右下角是鍵盤控制模塊。3系統(tǒng)的軟件設(shè)計開始初始化讀、寫日期、時間和溫度分離日期\時間\溫度顯示值開始初始化讀、寫日期、時間和溫度分離日期\時間\溫度顯示值顯示子程序日期、時間修改子程序閏月子程序返回圖10主程序流程圖主程序流程圖如上圖10所示。由于LCM1602,DS18B20,DS1302的數(shù)據(jù)讀取及指令寫入函數(shù)均已在各自的頭文件中完成,在主程序中只須引用即可。由于在硬件電路方面上設(shè)計了時間調(diào)整按鍵和開關(guān),因此應(yīng)有對應(yīng)的時間調(diào)整程序。時間調(diào)整程序的流程圖如圖11所示。圖11時間調(diào)整程序流程圖3.2子程序由于本系統(tǒng)程序涉及的可編程器件有LCM1602,DS18B20以及DS1302,各芯片的控制字及數(shù)據(jù)讀寫如果混雜,將會使程序可讀性大大降低,因此采用子程序的方法進行調(diào)用并將其封裝于各自的頭文件中。詳盡的程序設(shè)計見附錄。4系統(tǒng)測試4.1硬件測試在Protues仿真結(jié)束后,于焊接板上完成了硬件組裝。在調(diào)試硬件時遇到過很多問題,但只要細心、認真檢查這些問題都是可以避免的,主要問題及解決辦法現(xiàn)列如下：接通電源后LCM1602沒有正確的顯示。在不通電狀態(tài)下用萬用表檢測電路是否正常連接,在檢查回路時發(fā)現(xiàn)有的點之間看似連接,但由于虛焊導(dǎo)致其并無電氣連接,只能對焊腳進行在加工直到解決問題。電路工作一段時間之后有的芯片發(fā)熱嚴重。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)原來是有尖銳的管腳刺破鄰近的漆包線造成短路,斷掉該線并再次連接可解決問題。4.2軟件測試由于本系統(tǒng)涉及到多個子程序,多個芯片的編程。首先必須對可編程芯片的控制字即其控制指令要熟記于心。其次,芯片很多都有時鐘輸入端,需要晶振支持。對芯片的讀寫都需要在相應(yīng)的觸發(fā)沿到來時才能進行。由于DS18B20是串行通信數(shù)據(jù),只用一個口線傳輸,在處理采集的模擬信號時需要一定的時間,會對延時有較高要求。所以在調(diào)用溫度子程序時,先關(guān)閉定時器1中斷允許,在溫度子程序反回時再打開定時器1中斷允許。5結(jié)束語以上所述即是電子萬年歷的設(shè)計全過程,經(jīng)過多次的反復(fù)測試與分析,對電路的原理及功能更加熟悉,同時提高了設(shè)計能力與及對電路的分析能力.經(jīng)過此設(shè)計,基本完成了設(shè)計任務(wù)的要求。硬件層面而言操作相對簡單,界面比較友好。在硬件電路方面,詳盡解析了各個獨立元件的選擇依據(jù),對數(shù)種方案進行了全面的比較。在時鐘芯片的選擇上,若直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號,使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然可以減少時鐘芯片的使用,節(jié)約成本,但是,實現(xiàn)的時間誤差較大。因此采用專業(yè)的時鐘芯片DS1302,它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸,可為掉電保護電源提供可編程的充電功能；在顯示模塊的選擇上,若采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格雖適中,對于顯示數(shù)字也最合適,而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器進行移位,該芯片在電路調(diào)試時往往會有很多障礙,因此本次設(shè)計選擇了LCM1602,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見；在溫度采集模塊的選擇上,沒有采用熱敏電阻,因為設(shè)計方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路,增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴格線性的,會產(chǎn)生較大的測量誤差。最后選擇了DS18B20,此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸,易于與單片機連接,可以避免A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,降低硬件成本,簡化系統(tǒng)電路。另外,數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量圍廣等優(yōu)點。從元件性能和組裝電路后的測試結(jié)果來看,硬件電路的設(shè)計是比較成功的。在軟件設(shè)計方面,對日歷算法和時間調(diào)整算法都做了比較詳細的闡述,可讀性較強。美中不足的是并沒有給出與陽歷同步的陰歷算法,久經(jīng)思索卻終究未能達成。綜上所述,本設(shè)計雖然實現(xiàn)了電子萬年歷的功能,但在硬件的選擇上應(yīng)該更優(yōu)化,使成本更低；在軟件方面也需要完善,一個真正實用的萬年歷應(yīng)該具有計算陰歷歷法的功能。參考文獻[1]胡乾斌,光斌,玲,喻紅．單片微型計算機原理與應(yīng)用．華中科技大學(xué),1996．[2]勇．數(shù)字電路．電子工業(yè),2004．[3]正振．電子電路設(shè)計與制作．廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系,2007．[4]子文．單片機原理及應(yīng)用．電子科技大學(xué),2006．[5]王萍．電子技術(shù)實驗教程．機械工業(yè),2009．[6]紅衛(wèi).單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析,：航空航天大學(xué).2003[7]光飛.單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo),：航空航天大學(xué).2004[8]王法能.單片機原理及應(yīng)用,科學(xué).2004[9]樓然苗,光飛．51系列單片機設(shè)計實例[M]．航空航天大學(xué),2003．[10]朱定華,戴汝平．單片微機原理與應(yīng)用[M]．清華大學(xué),2003．[11]胡漢才.單片機原理與接口技術(shù)[M]．清華大學(xué),2004．[12]余家春．Protel99SE電路設(shè)計實用教程[M]．中國鐵道,2004．[13]培仁．基于匯編語言編程MCS-51單片機原理與應(yīng)用．：清華大學(xué),2003．[14]T．Someya,J．Small,P．Kim,C．Nuckolls,J．T．Yardley．Alcoholvaporsensorsbasedonsingle-walledcarbonnanotubefieldeffecttransistors[M]．NanoLetters,2003．[15]M．Penzaetal．Alcoholdetectionusingcarbonnanotubesacousticandopticalsensors[M]．AppliedPhysicsLetters,2004．[16]F．Rettig,R．Moos．DirectthermoelectricgassensorsDesignaspectsandfirstgassensors[M]．SensActuatorsB,2007．附錄：程序主程序：#include<reg52.h>#include"lcd1602.h"#include"ds1302.h"#include"ds18b20.h"#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuintb[6];//年、月、日、時、分、秒ucharcoderow1[]={"2009-01-01"};ucharcoderow2[]={"00:00:00"};ucharyear1[12]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};//平年ucharyear2[12]={31,29,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};//潤年ucharj[6]={0x85,0x88,0x8b,0x84+0x40,0x87+0x40,0x8a+0x40};//LCD地址uchari,k,jj=0,w,clock=0,bigclock=0,c=0,num;//i循環(huán)數(shù),k溫度緩存,jj地址位uinttemp;sbitb1=P3^0;//設(shè)置sbitb2=P3^1;//上調(diào)sbitb3=P3^2;//下調(diào)sbitb4=P3^3;//轉(zhuǎn)換sbitb5=P3^4;//鬧鐘sbitspeaker=P3^5;lcdscan<>{for<i=0;i<6;i++> 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}}子程序：LCM1602頭文件：#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitlcdrs=P0^0;sbitlcdrw=P0^1;sbitlcden=P0^2;voiddelay<uintz>{uintx,y;for<x=z;x>0;x-->for<y=110;y>