基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

李慧茹

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

李慧茹

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

電子時(shí)鐘是一種能夠廣泛使用的計(jì)時(shí)工具，它不僅能夠?qū)Ω鞣N時(shí)間信息進(jìn)行顯示，同時(shí)也可以對(duì)溫濕度進(jìn)行顯示。本文所設(shè)計(jì)的多功能電子時(shí)鐘以STC89C52RC單片機(jī)為核心，由時(shí)鐘模塊、顯示模塊及蜂鳴器模塊組成。其中時(shí)鐘模塊使用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示；顯示模塊采用LCD12864液晶屏對(duì)時(shí)間參數(shù)、溫濕度參數(shù)進(jìn)行顯示。經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，功耗小，能夠適應(yīng)日常生活的需求。

1 引言

基于單片機(jī)的多功能電子時(shí)鐘因其要求實(shí)現(xiàn)的功能及應(yīng)用范圍的的不同，所以可以在單片機(jī)上集成不同的傳感器來(lái)滿足它們?cè)诮虒W(xué)、科研、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)是在軟件與硬件的共同作用下完成的，電路圖的繪制及電路板的焊接是進(jìn)行軟件編寫(xiě)的基礎(chǔ)，在確保開(kāi)發(fā)板的正確焊接后使用Keil uVision4進(jìn)行相關(guān)功能代碼的編寫(xiě)，在代碼運(yùn)行無(wú)誤后我們使用燒錄軟件將程序燒進(jìn)單片機(jī)芯片內(nèi)進(jìn)行實(shí)物演示，觀察實(shí)物是否能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的功能，通過(guò)程序的多次修改完成系統(tǒng)預(yù)設(shè)功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖如圖1所示，系統(tǒng)的功能完成主要是利用溫濕度傳感器完成溫濕度的采集，通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)時(shí)間參數(shù)的修改與鬧鐘的設(shè)定，最后完成時(shí)間的顯示。將編寫(xiě)的程序加載到單片機(jī)上后，接通電源，單片機(jī)STC89C52完成對(duì)顯示模塊的初始化，在顯示模塊的初始化完成后對(duì)溫濕度傳感器進(jìn)行初始化，初始化完成后通過(guò)DH11T的DATA端口與單片機(jī)的P3.1口進(jìn)行連接完成數(shù)據(jù)的傳輸。主要實(shí)現(xiàn)復(fù)位、對(duì)時(shí)鐘的設(shè)置及對(duì)鬧鐘的設(shè)定功能，當(dāng)時(shí)鐘芯片內(nèi)存儲(chǔ)的時(shí)間到達(dá)設(shè)定的鬧鐘時(shí)間時(shí)打開(kāi)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。WT588D語(yǔ)音模塊，當(dāng)時(shí)間為整點(diǎn)、半點(diǎn)或是按下語(yǔ)音播報(bào)按鍵時(shí)，連接在芯片上的喇叭進(jìn)行播報(bào)。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本次設(shè)計(jì)的多功能電子時(shí)鐘主要是以STC89C52RC作為系統(tǒng)的核心電路，系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示兩大部分。單片機(jī)共有內(nèi)部時(shí)鐘與外部時(shí)鐘兩種時(shí)鐘模式。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部時(shí)鐘提供時(shí)鐘信號(hào)，89C52的XTAL1、XTAL2時(shí)鐘引腳分別與時(shí)鐘的兩端進(jìn)行連接。

為了使產(chǎn)生的頻率標(biāo)稱，將12MHz的晶振與單片機(jī)的XTAL1、XTAL2引腳相連，再接上兩個(gè)電容值為20pf的電容（晶振的負(fù)載電容）；實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，VCC1 VCC1接3V電子電池，通信時(shí)鐘引腳SCLK與P1.3口相連，數(shù)據(jù)傳輸引腳與P1.4口相連，時(shí)鐘芯片的使能端CE與P1.5口相連，時(shí)鐘芯片的振蕩源X1、X2與一個(gè)頻率為32.768K的晶振相接構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘模塊。系統(tǒng)的晶振電路與單片機(jī)的連接情況如圖2所示。

圖2 晶振電路圖

2.3 系統(tǒng)復(fù)位電路

復(fù)位存在上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位這兩種形式。當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上出現(xiàn)了2us的高電平時(shí)（晶振頻率為12Mhz，所以一個(gè)機(jī)器周期為1us）就完成了復(fù)位操作。系統(tǒng)晶振頻率我們使用的是12Mhz，因而單片機(jī)的最小周期是1us，由上述理論可知，如果要完成復(fù)位操作，那么高電平至少應(yīng)持續(xù)2個(gè)最小周期。而在實(shí)際操作中由于系統(tǒng)會(huì)受到一定的干擾：晶振的穩(wěn)定性，復(fù)位按鍵及相關(guān)數(shù)值的變化，因而需要保留適當(dāng)?shù)挠嗔款A(yù)防系統(tǒng)受到干擾。

2.4 DS1302時(shí)鐘模塊

DS1302是一款時(shí)鐘芯片且具有閏年補(bǔ)償?shù)墓δ埽渲袉纹瑱C(jī)的P1.3、P1.4、P1.5分別與DS1302的三個(gè)引腳SCLK、I/O、CE相連接。在DS1302接了兩個(gè)電源，其中VCC2用來(lái)保障正常運(yùn)行，而VCC1則用來(lái)預(yù)防特殊情況的發(fā)生以及在VCC2斷電時(shí)保證芯片的持續(xù)工作。

在時(shí)鐘芯片上有兩個(gè)電源引腳，而芯片主要由兩個(gè)電源信號(hào)中電源值較大的那個(gè)進(jìn)行供電，當(dāng)VCC2超過(guò)（VCC1+0.2）V時(shí)，由VCC2保證時(shí)鐘芯片的正常工作。當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，由VCC1保證芯片的持續(xù)工作。為了使系統(tǒng)正常工作我們使用+5V電壓為VCC2引腳供電當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)由VCC1端的3V電子電池供電，保證其時(shí)鐘信息準(zhǔn)確。時(shí)鐘模塊如圖3所示：

圖3 時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘芯片的參數(shù)說(shuō)明如表1所示，除表中所列，DS1302時(shí)鐘芯片可自動(dòng)調(diào)整每月天數(shù)及閏年的天數(shù)。

表1 DS1302參數(shù)說(shuō)明

2.5 時(shí)鐘數(shù)據(jù)處理模塊

2.5.1 數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取時(shí)，為了確保數(shù)據(jù)的讀取需現(xiàn)將RST端置高，通過(guò)單片機(jī)的P1.4口將地址最低位傳送到DS1302的I/0口上，在檢測(cè)到一個(gè)上升沿的信號(hào)時(shí)將所需的時(shí)間參數(shù)送入DS1302，然后在檢測(cè)到一個(gè)下降沿的信號(hào)時(shí)通過(guò)DS1302的I/ O口將時(shí)間信息傳送到單片機(jī)的P1.4口，以此來(lái)完成對(duì)DS1302時(shí)間信息的讀取；同樣的當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)DS1302時(shí)在電平的上升沿將地址信息從低到高以此發(fā)送到I/O口上，在發(fā)送完地址信息后將你需要的初始信息寫(xiě)入DS1302中。

2.5.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊

由于存儲(chǔ)在時(shí)鐘芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)類型為BCD碼形式，因此在液晶屏上顯示時(shí)間參數(shù)之前需要將數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。本次設(shè)計(jì)的功能系統(tǒng)，首先將需要讀取的時(shí)鐘信息的地址傳送到時(shí)鐘芯片DS1302中，之后讀取DS1302時(shí)間參數(shù)時(shí)將時(shí)間信息通過(guò)DS1302芯片的I/0口傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的P1.4引腳，P1.4口將收到的時(shí)間參數(shù)通過(guò)轉(zhuǎn)換將BCD碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制在LCD12864上進(jìn)行顯示。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 程序設(shè)計(jì)思想

電子時(shí)鐘的功能設(shè)計(jì)是通過(guò)各個(gè)模塊的子程序的控制完成的，先分別對(duì)模塊進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)、編程與程序的調(diào)試，然后將硬件與軟件協(xié)同起來(lái)，最后在主函數(shù)中通過(guò)對(duì)子程序的調(diào)用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，這樣有利于程序的修改與調(diào)試，同時(shí)使得軟件功能的完成更加便利，同時(shí)使得書(shū)寫(xiě)的程序能夠更好的適用與其他場(chǎng)合。

3.2 程序設(shè)計(jì)流程

程序運(yùn)行后先分別對(duì)模塊進(jìn)行初始化，調(diào)用模塊初始化函數(shù)進(jìn)行初始化操作，初始化后調(diào)用溫濕度函數(shù)對(duì)溫濕度參數(shù)進(jìn)行讀取，然后運(yùn)行DS1302時(shí)鐘芯片的程序?qū)r(shí)間參數(shù)讀出，并將相應(yīng)的陽(yáng)歷轉(zhuǎn)換為農(nóng)歷日期，然后分別對(duì)農(nóng)歷、陽(yáng)歷日期進(jìn)行顯示，最后對(duì)時(shí)分秒進(jìn)行顯示。在此過(guò)程中不斷運(yùn)行鍵盤(pán)掃描程序，如檢測(cè)到按下設(shè)置鍵則進(jìn)入設(shè)置界面，并通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序判斷是加鍵還是減鍵按下對(duì)時(shí)間進(jìn)行修改，并不斷判斷設(shè)置鍵是否再次按下，若按下則光標(biāo)轉(zhuǎn)到下一個(gè)時(shí)間參數(shù)上對(duì)此時(shí)間參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)修改。全部時(shí)間參數(shù)設(shè)置完畢后進(jìn)行鬧鐘時(shí)間的修改，具體操作與修改時(shí)間的操作相似，最后判斷是否開(kāi)啟鬧鐘，若鬧鐘開(kāi)啟則到達(dá)設(shè)定時(shí)間后調(diào)用蜂鳴器報(bào)警部分程序，報(bào)警過(guò)程中檢測(cè)是否有按鍵按下，若有任一按鍵按下則鬧鐘停止報(bào)警。同時(shí)檢測(cè)是否按下與語(yǔ)音模塊相關(guān)的按鍵，若該按鍵按下，則調(diào)用語(yǔ)音模塊程序進(jìn)行工作，對(duì)時(shí)間星期等參數(shù)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘主要采用了STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)，軟件方面主要用來(lái)設(shè)計(jì)DS1302時(shí)間讀寫(xiě)程序，陽(yáng)歷轉(zhuǎn)農(nóng)歷程序等功能，系統(tǒng)程序的編寫(xiě)則需借用Keil進(jìn)行軟件的編寫(xiě)，程序編寫(xiě)完成后使用下載線將程序執(zhí)行后生成的.Hex文件下載到單片機(jī)的STC89C2芯片上運(yùn)行實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

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