葉飛

摘要：該文設(shè)計(jì)了一款多功能的電子數(shù)字時(shí)鐘，其核心主要是硬件設(shè)計(jì)和軟件編程兩個(gè)大方面。硬件設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)STC89C51為核心，結(jié)合相關(guān)的外圍電路如時(shí)鐘芯片DS1302電路、溫度測(cè)量芯片DS18B20電路、顯示液晶1602電路、獨(dú)立按鍵電路。電路實(shí)現(xiàn)了顯示時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、測(cè)量并顯示溫度等功能，實(shí)際測(cè)試該系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求和目的。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)字時(shí)鐘

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）09-0285-02

單片機(jī)技術(shù)是從事嵌入式開發(fā)的基本技術(shù)，是各高校嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)核心課程。同時(shí)，單片機(jī)又是一門實(shí)用技術(shù)，學(xué)習(xí)它本質(zhì)不是為了應(yīng)付考試，而是切實(shí)掌握一項(xiàng)開發(fā)工具，為以后從事項(xiàng)目開發(fā)提供幫助?；诖?，設(shè)計(jì)各種符合實(shí)際需求的項(xiàng)目，可以為學(xué)生學(xué)習(xí)提供更直觀的視角，而數(shù)字時(shí)鐘無疑是一個(gè)經(jīng)典應(yīng)用場(chǎng)景。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

本次設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際需要，結(jié)合STC89C51單片機(jī)的特點(diǎn)，完成電子時(shí)鐘的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，除了基本的走時(shí)（包括時(shí)間、日期、星期）、板載的按鍵校對(duì)時(shí)間功能外，還提供溫度測(cè)量功能。本系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、LCD顯示模塊、DS1302時(shí)鐘模塊、按鍵模塊、溫度傳感器模塊等相關(guān)模塊構(gòu)成，由STC89C51單片機(jī)為控制核心，時(shí)鐘電路由DS1302提供，溫度的采集由DS18B20芯片完成，通過主控模塊實(shí)時(shí)讀取時(shí)鐘芯片和溫度芯片發(fā)送的數(shù)據(jù)并將讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示到LCD屏幕上，當(dāng)用戶按下了按鍵則會(huì)觸發(fā)中斷系統(tǒng)，根據(jù)判斷用戶按下的哪個(gè)按鍵進(jìn)行對(duì)應(yīng)的響應(yīng)完成調(diào)時(shí)以及其他功能的控制與校準(zhǔn)。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

需求分析和硬件模塊規(guī)劃已經(jīng)確定，就需要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件部分需要分層，一層是底層驅(qū)動(dòng)，一層是上層應(yīng)用，底層驅(qū)動(dòng)使相應(yīng)的模塊正常工作，上層應(yīng)用控制底層模塊具體工作方式，例如從時(shí)鐘存儲(chǔ)模塊讀取時(shí)間信息，溫度檢測(cè)模塊讀取溫度信息，按鍵輸入模塊校準(zhǔn)新的時(shí)間。其具體工作方式如圖1。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中硬件系統(tǒng)包括STC89C51最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LCD顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊、時(shí)鐘存儲(chǔ)模塊。采用模塊化設(shè)計(jì)的思想對(duì)以上模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)三要素：電源電路、復(fù)位電路、和晶振電路。電源電路給單片機(jī)提供+5V的工作電壓，復(fù)位電路可以為單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)，晶振電路為單片機(jī)提供工作用的時(shí)鐘信號(hào)，STC89C51系列單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)采用11.0592MHz的時(shí)鐘頻率。

2.2 LCD顯示電路

LCD采用傳統(tǒng)的1602型液晶，其16管腳的管腳信號(hào)說明如下表1。

按表1將LCD1602與STC89C51連接。

2.3 時(shí)鐘存儲(chǔ)電路

時(shí)鐘存儲(chǔ)電路選用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302，其是DALLAS（達(dá)拉斯）公司推出的一款涓流充電時(shí)鐘芯片，可以提供秒、分、小時(shí)、日期、月、年等信息，并且有軟件自動(dòng)調(diào)整能力，可以通過配置AM/PM來決定是采用24小時(shí)格式還是12小時(shí)格式。

其與STC89C51的連接方式如圖2，DS1302的CE引腳與單片機(jī)的P3^7連接，數(shù)據(jù)I/O引腳與單片機(jī)的P3^6連接，通信時(shí)鐘引腳和單片機(jī)的P3^5連接：

2.4 溫度傳感器

溫度傳感器選擇DS18B20，其管腳如圖3。

DS18B20是美信公司的一款溫度傳感器，單片機(jī)可以通過1-wire協(xié)議與DS18B20進(jìn)行通信，最終將溫度讀出。1-wire總線的硬件接口很簡(jiǎn)單，只需要把DS18B20的數(shù)據(jù)引腳和單片機(jī)的一個(gè)IO口接上就可以了。

2.5 按鍵設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)三個(gè)按鍵，一個(gè)調(diào)整模式，兩個(gè)校準(zhǔn)時(shí)間，其與單片機(jī)STC89C51的連接方式如圖4。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件流程圖

主程序開始后，先對(duì)LCD1602進(jìn)行清屏，之后對(duì)DS1302時(shí)鐘芯片進(jìn)行初始化，初始化后對(duì)時(shí)鐘芯片DS1302的時(shí)鐘信息進(jìn)行讀寫，讀寫后將其打印到LCD1602上，同時(shí)，通過按鍵掃描中斷判斷是否有時(shí)間校準(zhǔn)鍵按下，如果按下，進(jìn)入時(shí)間調(diào)整模式，通過按鍵的鍵值來調(diào)整時(shí)間并顯示出來，主程序流程圖如圖5所示。

3.2 DS1302時(shí)鐘芯片工作流程

首先對(duì)DS1302時(shí)鐘芯片上電，之后對(duì)DS1302的寄存器進(jìn)行讀取，讀操作利用時(shí)間數(shù)據(jù)所在寄存器地址相鄰的特點(diǎn)，對(duì)年、星期、月、日、時(shí)、分等時(shí)間信息依次讀出，讀取方式類似SPI總線。

4 綜合調(diào)試

使用proteus仿真工具進(jìn)行硬件搭配和軟件編譯，結(jié)果如下：

5 結(jié)論

自此，一個(gè)涉及單片機(jī)與其他芯片通信、控制、顯示的具體實(shí)踐項(xiàng)目完成。而多進(jìn)行類似項(xiàng)目的開發(fā)，對(duì)在校大學(xué)生真正理解和掌握STC89C51單片機(jī)，乃至進(jìn)一步掌握類似ARM、FPGA等嵌入式控制器有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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