基于AT90S8535單片機的電子萬年歷掛鐘系統設計

廣東省工商高級技工學校 肖春花

基于AT90S8535單片機的電子萬年歷掛鐘系統設計

廣東省工商高級技工學校 肖春花

設計中選用高性能低功耗的AVR架構單片機AT90S8535作為系統的控制核心，并采用高集成度的實時時鐘芯片SD2303和DS1722溫度傳感器來處理時間和溫度檢測任務，能實現實時時間和溫度的檢測和顯示。AT90S8535單片機帶有SPI接口，能非常便利地實現和DS1722的通信。在設置鬧鈴時，程序會對所設置時間的合理性進行檢測，任何不合理的時間設置將關閉鬧鈴功能。

電子萬年歷；DS1722溫度傳感器；AT90S8535單片機；實時時鐘芯片SD2303

1.引言

電子萬年歷在家庭居室、學校、車站和廣場的使用越來越廣泛，給人們的生活、學習、工作帶來了極大的方便。電子萬年歷具有信息量大、直觀清晰、經濟實用等優點，正成為家庭、商場、公共場所等新的消費熱點，具有重要的開發價值。

2.應用系統設計

2.1 系統方案設計

本設計選用高性能低功耗的AVR架構單片機AT90S8535作為系統的控制核心，并選用高集成度的實時時鐘芯片SD2303和DS1722溫度傳感器來處理時間和溫度檢測任務。AT90S8535單片機帶有SPI接口，能非常便利地實現和DS1722的通信[1]。在與實時時鐘芯片SD2303通信時采用了模擬IIC總線的方式。芯片SD2303能自動產生1秒時鐘基準信號，且自帶日期及閏年調整功能，計時精度和集成度非常高，這樣使設計變得非常的簡單。

2.2 應用系統結構設計

根據電子萬年歷掛鐘的功能要求和選定的方案設計，設計出如圖1-1所示的控制系統結構。

2.3 設備選型

本設計采用Atmel公司的高性能低功耗的AVR單片機AT90S8535作為控制系統的核心。表1-2是萬年歷掛鐘設計具體的設備選型表[2]。

2.4 控制面板設計

控制面板即萬年歷掛鐘外形圖。如圖1-2所示。

在萬年歷掛鐘的控制面板上設置有16個數碼管，分別用于顯示年、月、日、星期、溫度、時和分。顯示格式如下：

年：4位數碼管顯示年，如2009表示2009年。

月：2位數碼管顯示月，如01表示1月份。

日：2位數碼管顯示日，如31表示31日。

星期：1位數碼管顯示星期，如7表示星期日。

溫度：3為數碼管顯示溫度，如H28表示+28℃，L05表示-5℃。

時：2位數碼管顯示時，如23表示23點。

分：2為數碼管顯示分，如59表示59分。

為了進行時間設定和鬧鐘設定，在控制面板下方設置有7個鍵，分別為“時間設置”鍵、“鬧鐘設置”鍵、“+”鍵、“-”鍵、“上一位”鍵、“下一位”鍵和“確定”鍵，其功能如下所述。

當需要設置時間時，按下“時間設置”鍵，這時萬年歷停止計時并將時間清零，在年的最高位上的小數點點亮表示進行年最高位設置，用戶可以通過“+”或者“-”來調整數字，調整完后按“下一位”，則年的最高位小數點熄滅而次高位小數點點亮，用戶按照上述方法設置次高位……直到時間設置完。注意，溫度不可以設置。設置完后按“確定”鍵，用戶設定值將存儲進入單片機并開始以此時間計時。

表1-2 設備選型表

當需要設置鬧鈴時，按下“鬧鈴設置”鍵，這時萬年歷掛鐘仍繼續計時而面板上的時間將全部顯示為0，同時時間的小時高位小數點點亮，用戶按照時間設定的方式設置鬧鐘的時和分，按下“確定”鍵后，鬧鈴被存儲進單片機。當萬年歷掛鐘走到設定的鬧鈴時間時，蜂鳴器發出報警聲。

鬧鈴的設置時間可以通過按“鬧鈴設置”鍵來查看，任何不符合走時的鬧鈴設置將關閉鬧鈴功能。如設置“60時20分”將關閉鬧鈴功能。這時取消鬧鈴功能的一種方法。

3.硬件電路設計

3.1 電子萬年歷掛鐘的硬件設計電路(如圖1-3所示)

AT90S8535單片機是AT90系列AVR單片機中內容接口豐富、功能齊全、性價比較高的產品。

3.2 實時時鐘電路設計[3-4]

SD2303是深圳威帆公司一種具有內置晶振、支持兩線串行接口的高精度實時時鐘芯片。該系列芯片可保證時鐘精度為±5ppm(在25±1℃下)，即年誤差小于2.5分鐘；該芯片內置時鐘精度調整功能，可以在很寬的范圍內校正時鐘的頻率偏差，能以最小分辨率3.052ppm來進行校正，通過與溫度傳感器的結合可以設定適應溫度變化的調整值，實現在寬溫范圍內高精度的計時功能；內置電池、串行NVSRAM，其中內置的一次性電池可保證在外部掉電情況下時鐘使用壽命超過5年，內置串行NVSRAM為非易失性SRAM，擦寫次數可達100億次。該系列芯片可滿足對實時時鐘芯片的各種需要，是高精度實時時鐘的理想選擇。它與AT90S8535單片機的連接可從圖1-3中可看出。

圖3-1 主程序流程

圖3-2 按鍵檢測和處理程序流程

3.3 溫度檢測電路設計

DS1722是美國MAXIM公司的一款API/三線串行接口的數字溫度傳感器，無需外圍元件即可完成對環境溫度的檢測。它可以通過Motorola公司倡導的SPI總線或者三線串口方式同處理器進行通信。通信方式由用戶選擇。它的測溫范圍為-55℃～120℃，精度為±2℃。DS1722提供8～12位的可編程轉換值，即分辨率從1.0℃～0.0625℃。溫度值直接以數字形式輸出。DS1722可以工作在單次轉換和自由（連續）轉換模式下。當工作在單次轉換模式下時，每啟動一次轉換，DS1722便將采集到的溫度數據存儲在寄存器里面；當工作于自由轉換模式下時，DS1722連續采集溫度數據，并將最近一次的采集數據存儲起來。它與AT90S8535單片機的連接也可從圖1-3中可看出[5]。

3.4 顯示電路設計

按照圖1-2設計的控制面板，萬年歷掛鐘需要顯示16位的年、月、日、周、時、分和溫度數據。為了合理利用AT90S8535的I/O口，顯示電路設計采用了一片4-16線譯碼器驅動ULN2803來控制數碼管的顯示。

3.5 鍵盤及鬧鈴電路設計[6]

萬年歷掛鐘需要通過鍵盤完成時間校準和鬧鐘設置等任務。為簡化設計，這里采用了獨立式鍵盤輸入數據，如圖2-17所示。AT90S8535的PC3～PC0在程序中設置為上拉輸入，這樣，在沒有按鍵按下時這些I/O口為高電平輸入，當有按鍵按下時，對應的I/O口被拉低，檢測I/O口電平狀態即可判斷按鍵按下與否。報警電路采用I/O通過三極管驅動蜂鳴器實現。

4.軟件設計

萬年歷掛鐘系統控制程序從功能上來說包含系統初始化程序、實時時鐘日歷芯片的讀寫程序、溫度傳感器芯片的讀寫程序、鍵盤和顯示程序及其他一些輔助事務處理程序。以上這些程序被安排在一個文件中。

4.1 主程序設計

主程序主要完成系統初始化(包括I/O口初始化、SD2303芯片的初始化和DS1722芯片的初始化)、按鍵檢測和處理、時鐘數據的讀取和顯示、溫度數據的讀取和顯示以及根據條件判斷是否需要進行定時報警等工作，以完成人機交互的功能[7]。系統主程序的流程圖如圖3-1所示。

4.2 按鍵檢測和處理程序

按鍵檢測和處理程序為用戶設置時間和鬧鈴提供人機接口。萬年歷掛鐘提供7個獨立式的按鍵接口，通過采集按鍵的電平狀態來檢測按鍵的按下與否。在按鍵檢測程序中提供了延時防抖功能。按鍵檢測程序只有在檢測到“時間設置”鍵或者“鬧鈴設置”鍵被按下后方進入處理程序。處理程序結束的條件為檢測到“確認”鍵被按下[8]。

按鍵檢測程序通過點亮數碼管的小數點提示正在進行設置的是哪一位數據。處理程序提供了對鬧鈴時間設置的合法性檢測，而不提供對時間設置的合法性檢測。只有合法的鬧鈴時間設置方能啟動鬧鈴功能，任何非法的鬧鈴時間設置將關閉鬧鈴功能。按鍵檢測和處理的程序流程如圖3-2所示[9]。

4.3 系統集成與測試

萬年歷掛鐘系統的測試分為4部分：AT90S8535主機電路測試、鍵盤顯示電路的測試、實時時鐘電路的測試和溫度檢測電路的測試。對各部分的測試應該編制各自的測試程序[10]。

完成單片機電路測試后，首先應該進行按鍵和數碼管的顯示測試。在萬年歷掛鐘的設計中采用了16位數碼管的動態顯示和7位獨立的按鍵設計。在主程序中給出了顯示和按鍵檢測的程序，我們可以根據此編寫測試程序。需要注意的是，由于按鍵沒有接上拉電阻，在編寫測試程序時必須將接按鍵的I/O口設置為帶上拉的輸入方式，這樣才能保證按鍵狀態的正確檢測。設計中采用的是共陰型數碼管，我們必須修改顯示程序才能正確顯示數據。

5.結論

本次設計中選用高性能低功耗的AVR架構單片機AT90S8535作為系統的控制核心，并選用高集成度的實時時鐘芯片SD2303和DS1722溫度傳感器來處理時間和溫度檢測任務；萬年歷掛鐘能實現實時時間和溫度的檢測和顯示。通過設置的7個獨立的按鍵來調整時間和設置鬧鈴，利用16個七段LED數碼管顯示。

SD2303具有內置晶振、支持兩線串行接口的高精度實時時鐘芯片。該系列芯片可保證時鐘精度為±5ppm(在25±1℃下)，即年誤差小于2.5分鐘。通過與溫度傳感器的結合可以設定適應溫度變化的調整值，實現在寬溫范圍內高精度的計時功能；DS1722溫度傳感器的測溫范圍為-55℃～120℃，精度為±2℃。DS1722提供8～12位的可編程轉換值，即分辨率從1.0℃～0.0625℃。溫度值直接以數字形式輸出，方便的應用于工農業以及日常生活的各個方面。

[1]閻石.數字電子技術基礎(第五版)[M].高等教育出版社,2006.

[2]張萌,和湘,江斌.單片機應用系統開發綜合實例[M].清華大學出版社,2007.

[3]張軍.AVR單片機應用系統開發典型實例[M].中國電力出版社,2005.

[4]宋吉和.C語言程序設計(第二版)[M].中國石油大學出版社,2006.

[5]鄭鋒,王巧芝,程麗平,張清鵬.51單片機典型應用工發范例大全[M].中國鐵道出版社,2011.

[6]陳杰.高職院校單片機課程教學改革探討[J].中國校外教育,2008(11):143.

[7]李淑萍.高職單片機課程實驗教學改革初探[J].職業教育研究,2011(6):131-132.

[8]陳杰.基于Proteus軟件的彩燈控制器仿真設計[J].職業教育研究,2008(7):148.

[9]沈鴻星.LED交通信號燈控制系統的硬件設計[J].電子工程師,2004(03).

[10]查振亞,葉向陽.智能交通燈控制系統[J].華中理工大學學報,1997,25(2):63-65.

AT90S8535 microcontroller based on the electronic calendar clock system design

Xiao Chunhua
Guangdong Province business senior technical school 512200 China

Design of high performance and low power consumption AVR architecture AT90S8535 MCU as the core of the control system，and the use of high integrated degree，real-time clock chip SD2303 and DS1722 temperature sensor to the processing time and temperature detection task，can realize the real time and the temperature detection and display.AT90S8535 microcontroller with SPI interface，can be very convenient to achieve and DS1722 communication.In the setting of an alarm when a program on the setting time，the rationality of the inspection，any unreasonable time setting off the alarm function.

calendar；DS1722 temperature sensor；AT90S8535 single chip；real-time clock chip SD230