張治海

(山西省廣播電視局228 臺，山西 太原 030001)

在現(xiàn)代社會快節(jié)奏的生活狀態(tài)下，人們對時間觀念更加注重。目前，許多人都在使用電子時鐘，但大多數(shù)電子時鐘只顯示時間，功能比較單一，無法滿足廣大消費者的需求，功能多樣的電子萬年歷應運而生。

多功能電子萬年歷除能夠清晰準確地顯示信息，還應當根據(jù)需求隨時對日期、時間、星期、溫度、鬧鐘進行設置。應當具有數(shù)據(jù)直觀顯示、功能多樣、成本低廉等特點。

1 系統(tǒng)方案

按照預期想要實現(xiàn)的功能，硬件系統(tǒng)以AT89C52 芯片作為主控核心，它的大部分功能與AT89C51 相同，不同的部分是，它內部存儲空間為8 KB ROM。

電源模塊:使用電壓值為6 V 的干電池，為了得到穩(wěn)定電壓，所以需要將電源系統(tǒng)穩(wěn)壓器LDO 將電源穩(wěn)壓成5 V的電源，這種方案設計簡單，設備輕便，方便攜帶。

按鍵控制模塊:采用獨立按鍵，程序處理簡單，可大大節(jié)省CPU 資源。

時鐘模塊:采用時鐘芯片DS1302，它的性能相對較高，可自動實現(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒的計數(shù)，精度及準確度都較高。

溫度采集模塊:采用溫度傳感器DS18B20，被測的溫度可以直接讀出，顯示直觀清晰。編程簡單，使用電壓范圍比較大，可操作性強，分辨率和精確度也都比較高［1］。

顯示模塊:采用LCD1602 顯示，功率損耗低，價格便宜，顯示內容豐富?？芍苯优c單片機接口，硬件操作簡單。

2 硬件設計

硬件設計主要在Proteus 仿真，設計采用Proteus 的ISIS，進入仿真主界面，找到要仿真的元件，將各模塊的元件按電路連接后，設置參數(shù)，編寫程序。

2.1 主控芯片AT89C52 與最小系統(tǒng)

AT89C52 單片機的最小系統(tǒng)分為復位電路和晶振電路兩部分。

1)復位電路

考慮到設計要求，復位電路集上電自動復位和手動復位于一體。

時鐘電路進入工作狀態(tài)，當高電平的時間大約超出2 us的時候，就需要是單片機復位，該操作是系統(tǒng)自動實現(xiàn)的［2］。手動復位則要通過一個按鍵就可以實現(xiàn)，在程序運行時，若出現(xiàn)問題，如程序計數(shù)器PC 沒有按照預計的功能運行，即程序“跑飛”、死機或死循環(huán)等現(xiàn)象，手動復位就可以恢復正常了。其電路設計如圖1 所示。

圖1 復位電路

2)時鐘振蕩電路

考慮系統(tǒng)運行速度，可用12 MHz 的石英晶振，并使用兩個小電容作為微調電容，可以大大提高電路的運行速度［3］。

2.2 時鐘芯片DS1302 接口設計

DS1302 最主要的功能是實時顯示時間，具有高性能、低功耗的優(yōu)點。在工作時需要先進行初始化，否則不能正常運行。它是3 線的串行接口，占用的引腳相對較少，在內部集成可以編程的時鐘日歷，操作者可以根據(jù)自己對功能的需求，在單片機上進行設置?？梢允褂猛獠侩娫春蛡浞蓦娫措p電源供電，當外部電源能源耗盡時，可以使用備份電源使時鐘芯片繼續(xù)運作。

當單電源與電池供電時，VCC1 提供低電源。當雙電源供電時，VCC2 是主電源，VCC1 是備份電源。DS1302 在工作前必須進行初始化，要將SCLK 端置“0”，RST 端置“1”，這樣SCLK 才能得到脈沖信號?？刂谱值奈? 至位5 是操作單元的地址。DS1302 進行讀寫數(shù)據(jù)時，位7 必須置1。至于位6，對時間進行讀寫時，CK=0，對程序進行讀寫時RAM=1。進行讀操作時，位0 置1;進行寫操作時，位0 置0。

2.3 溫度芯片DS18B20 接口設計

溫度采集采用溫度傳感器DS18B20，它的測量精度較高，便于數(shù)據(jù)采集，更加符合設計要求。DS18B20 溫度傳感器由美國DALLAS 半導體公司生產(chǎn)，相比較于傳統(tǒng)的熱敏電阻等其他這類元件，它可以直接顯示被測溫度，還可以根據(jù)實際情況的要求，編寫簡單的程序來實現(xiàn)讀數(shù)方式為9－12位的數(shù)字值［4］。溫度傳感器接口電路如圖2 所示。

圖2 溫度傳感器DS18B20 接口電路

2.4 鬧鐘模塊接口設計

通過三極管來控制蜂鳴器，三極管導通蜂鳴器響，三極管截止蜂鳴器不響，鬧鐘模塊電路圖如圖3 所示。

圖3 蜂鳴器電路

2.5 LCD 接口電路設計

管腳3 用于調節(jié)LCD1602 的灰度。4、5、6 是控制管腳，控制LCD1602 寫入或讀出指令。7 至14 是數(shù)據(jù)口與P0 連接，將數(shù)據(jù)傳送到LCD1602 中。LCD1602 與單片機的接口電路如圖4 所示。

圖4 LCD1602 與單片機接口電路

2.6 按鍵模塊設計

按鍵電路由四個輕觸開關組成，用按鍵來對時間進行調整，還可以實現(xiàn)設置鬧鐘的功能。電路右端接地，另一端接單片機的端口。把按鍵按下時，與它對應的端口就會轉變成低電平。通過檢測低電平，可以找到對應按下的按鍵，就可以及時作出對應的操作。

3 軟件設計

整個軟件系統(tǒng)采用C51 編程，主要實現(xiàn):時間數(shù)據(jù)的采集、溫度的采集、鬧鈴的設置、按鍵的識別處理、LCD 的驅動等。

編程軟件采用Keil uVision4，是51 系列單片機C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil C51 軟件能夠提供大量的庫函數(shù)，把高級語言翻譯成單片機能識別的語言，生成目標代碼的效率較高，語句緊湊，容易理解［5］。

軟件總體設計流程圖如圖5 所示。

當接通電源開始工作后，程序從main()函數(shù)開始運行，隨后對溫度模塊、時間模塊和顯示模塊進行初始化。DS18B20 必須先與單片機芯片達成通信協(xié)議，完成初始化并取得通信后，啟動溫度測量程序，測量過程完成后，發(fā)出溫度轉換指令，從而便可將溫度轉化成數(shù)字模式進行顯示讀取;同時DS1302 將讀取時分秒星期以及年月日寄存器然后通過液晶顯示實時時間、星期及日期;鍵盤電路中按鍵可對實時日歷時鐘進行調整;進行顯示時要對標志位賦初值，隨后進入循環(huán)中運行按鍵掃描程序和液晶顯示程序。

圖5 總設計流程圖

3.1 時間采集

采用時間芯片DS1302 對時間進行采集時，必須對系統(tǒng)初始化。設置時間后，看是否對時間進行調整，若時間需要調整，則調整時間后才能顯示，讀取時間;若不需要調整，則可以直接顯示并讀取時間。

3.2 溫度采集

DS18B20 單線通信的功能要求，需要分時完成，確保一定的時延控制。否則，不能進行讀寫控制。系統(tǒng)對溫度采集，開始必須進行初始化，對溫度進行寫操作，要對溫度采樣，然后復位。再進行初始化，存儲溫度數(shù)據(jù)，對溫度進行讀操作就完成了。

3.3 液晶顯示模塊

LCD1602 在工作時，要進行初始化操作。LCD1602 有以下幾個基本時序:

1)讀狀態(tài):RS=L，RW=H，E=H

2)寫指令:RS=L，RW=L，D0～D7=指令碼，E=高脈沖

3)讀數(shù)據(jù):RS=H，RW=H，E=H

4)寫數(shù)據(jù):RS=H，RW=L，D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖

3.4 鬧鐘模塊

將要設置的鬧鐘時間寫入存儲器，當前時間與設置的時間一致時，鬧鈴就會響;當前時間與設置的時間不一致時，鬧鈴不響。

3.5 獨立按鍵模塊

設計中識別按鍵采用查詢法，程序簡單。系統(tǒng)中含有命名為SET、UP、DOWN、OUT/STOP 四個調整按鍵。SET、OUT/STOP 兩個按鍵是否按下在主函數(shù)里面查詢，由SET 鍵來激活UP、DOWN 鍵的功能。這樣設計，CPU 的工作量大大減少。OUT/STOP 是多功能鍵，當OUT/STOP 是響鈴停止功能時，SET 鍵未被按下，當OUT/STOP 是退出調整模式的功能時，SET 按下。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

編程器Genius G540 在聯(lián)機時將Keil uVision4 編寫的程序燒寫到AT89C52 主控芯片中。步驟如下［6］:

1)啟動Keil 編程軟件，新建工程，選擇與單片機型號相匹配的CPU(該設計使用的是AT89C52)，再新建文件，擴展名為“.c”。

2)在建好的文件中用C 語言編寫程序。

3)對編寫好的C 程序進行編譯，確定無誤后，生成HEX文件。

4)把單片機固定在G540 編程精靈上，用數(shù)據(jù)線將編程器和計算機相連。

5)啟動G540 編程軟件，選擇使用的CPU 型號，首先對單片機進行擦除，然后加載HEX 文件，再通過查空、編程、比較、加密等步驟，完成程序的燒寫。

5 總結

論文分別從硬件方面和軟件方面，對基于單片機的多功能萬年歷設計作了詳細論述。

在設計的整個過程中，硬件方面主要設計了AT89C52單片機的最小系統(tǒng);設計了DS1302 接口電路實現(xiàn)時鐘設置，設置了具體時間;設計了DS18B20 接口電路顯示溫度;整個設計成果在LCD 液晶顯示。軟件主要設計了鬧鈴程序、溫度采集程序、以及LCD 顯示程序;系統(tǒng)的調試主要是通過一塊AT89C52 開發(fā)板，再借助于Keil4、單片機仿真軟件Proteus 7 Professional 來實現(xiàn)。

［1］張萌.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)綜合實例［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［2］樓然苗.單片機課程設計指導［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007.

［3］林志琦，郎建軍.基于Proteus 的單片機可視化軟硬件仿真［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2006.

［4］馬忠梅.單片機C 語言應用程序設計［M］.北京：北京航天航空大學出版社，2007.

［5］肖炎根，舒望.基于實時鐘芯片的電子萬年歷的設計［J］.電子技術，2007(3) ：91－94.

［6］王越明.電子萬年歷的設計［J］.黑龍江科技信息，2004(8) ：18－22.

［7］陳明熒.8051 單片機課程設計實訓教程［M］.北京：清華大學出版社，2003.

［8］何立民.單片機高級教程［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2003.

［9］魯剛強.基于液晶顯示器的單片機系統(tǒng)設計［J］.科技資訊，2008(35) ：22－23.