基于单片机论文.doc

华东交通大学毕业设计 1 电子钟的设计与实现硬件部分 摘 要 单片计算机即单片微型计算机，是一种集成的电路芯片，是采用超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多 种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、 模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系 统。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而 51 单片机是 各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次设计主要为实现一款可正常显示时钟/日 历、带有定时闹铃的电子钟。 电子钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时钟精确、体积小、界面 友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。另外，在生活和工农业生 产中，也常常需要电子时钟具有多功能性。 本设计应用 AT89S52 芯片作为核心，LCD 液晶显示，使用 DS1302 实时时钟日历芯 片完成时钟/日历的基本功能。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好， 时间精度高，操作简单，编程容易。 该电子钟可以应用于一般的生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能， 从而给人们的生活和工作带来更多的方便。 关键词：电子钟；时钟日历芯片；AT89S52 陈薪羽：带日历电子钟的设计 2 The Design and Implementation of Electron Clock The Design of the Hardware Abstract The monolithic computer is a monolithic microcomputer, be one kind of integrated circuit chip, be that the width demonstrating drive circuit , pulse modulates breadboarding adopt the grand scale IC technology central authority processor CPU , random memory RAM , god of the earth read memory ROM , diversified I/O mouths and function (possibility such as interruption system , timer/ calculagraph having a data-handling capacity to be included, multi-path converter, A/D converter and so on circuit) integrated arrive at a piece of silicon slice upper formation one small but perfect computer system. Its volume is small , cost is low , the function is strong, apply to the intelligence product and the industrial automation broadly go ahead. But, 51 monolithic machine are that every representative and a kind of having representativeness most in monolithic machine. Design that being to realize one but to demonstrate the clock/ calendar regularly mainly, as well as electronic clock having noisy bell the regular time time. The electronic clock is to electronize , digitize mainly make use of electron technology with the clock , own the clock is accurate , volume is small , the interface is amicable , expansion the function waits for a characteristic by force , the quilt applies to life and the job broadly middle. Require that the electron clock has multifunctional also often in besides, giving birth to a child in life and industry and agriculture. Design that the chip applying AT89S52 is core , LCD liquid crystal display , uses the DS1302 real time clock calendar chip to accomplish fundamental clock/ calendar function originally. This realization method merit is that the circuit is simple , the function is reliable , real time nature is good , time accuracy is high , the simplicity , the programming are easy to handle. That electronic clock is not bad apply to also may bring about more going to the lavatory by refitting , improving the function , life and job increasing the new function , giving people's thereby in the same life and job. Key words：electronic clock; DS1302; AT89S52 华东交通大学毕业设计 3 目 录 摘 要.1 ABSTRACT2 第一章 引 言.5 1.1 多功能电子时钟研究的背景和意义 .5 1.2 电子时钟的功能 .5 第二章 电子时钟设计方案分析.7 2.1 FPGA 设计方案.7 2.2 NE555 时基电路设计方案7 2.3 单片机设计方案 .8 第三章 电子时钟硬件设计.9 3.1 单片机特点 .9 3.2 元器件选择9 3.2.1 微处理器选择9 3.2.2 DS1302 的片内寄存器13 3.3 电子时钟硬件电路设计14 3.3.1 晶振电路设计.15 3.3.2 复位电路设计.16 3.3.3 按键电路设计.17 陈薪羽：带日历电子钟的设计 4 3.3.4 显示电路设计.18 3.3.4 时钟电路设计.19 3.3.5 闹铃电路设计.20 第三章 电子时钟软件设计.22 4.1 主程序设计22 4.2 子程序设计 .22 4.2.1 实时时钟日历子程序设计.22 4.2.2 显示子程序设计.23 4.2.3 键盘扫描子程序.23 4.2.4 闹铃子程序设计.23 第五章 系统调试.27 5.1 硬件调试 .27 5.1.1 单片机基础电路调试.27 5.1.2 DS1302 电路调试28 5.1.3 按键电路调试.28 5.2 软件调试 .28 5.2.1 键盘子程序调试.29 结 论.30 致 谢.31 参考文献.32 附录 A 程序.33 华东交通大学毕业设计 5 附录 B 带日历电子钟元器件一览表 .43 附录 C 带日历电子钟的硬件电路图 .44 附录 D 英文翻译原文部分.45 译文部分浅谈单片机48 陈薪羽：带日历电子钟的设计 6 第一章 引 言 时间是人类生活必不可少的重要元素，如果没有时间的概念，社会将不会有所发 展和进步。从古代的水漏、十二天干地支，到后来的机械钟表以及当今的石英钟，都充 分显现出了时间的重要，同时也代表着科技的进步。致力于计时器的研究和充分发挥时 钟的作用，将有着重要的意义。 1.1 多功能电子时钟研究的背景和意义 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透到了 社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，同时也使现代 电子产品性能进一步提升，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂容易使人忘记当前的时间。然 而遇到重大事情的时候，一旦忘记时间，就会给自己或他人造成很大麻烦。平时我们要 求上班准时，约会或召开会议必然要提及时间；火车要准点到达，航班要准点起飞；工 业生产中，很多环节都需要用时间来确定工序替换时刻。所以说能随时准确的知道时间 并利用时间，是我们生活和工作中必不可少的1。 想知道时间，手表当然是一个很好的选择，但是，在忙碌当中，我们还需要一个 “助理” 及时的给我们提醒时间。所以，计时器最好能够拥有一个定时系统，随时提醒 容易忘记时间的人。 最早能够定时、报时的时钟属于机械式钟表，但这种时钟受到机械 结构、动力和体积的限制，在功能、性能以及造价上都没办法与电子时钟相比。 电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛应用于个 人家庭，车站， 码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。由于数 字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟 表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报 时功能。诸如定时自动报警、0 按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、 通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础 的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 1.2 电子时钟的功能 电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界 面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟 品类繁多，外形小巧别致。也有体型较大的，诸如公共场所的大型电子报时器等。电子 时钟首先是数字化了的时间显示或报时器，在此基础上，人们可以根据不同场合的要求， 在时钟上加置其他功能，比如定时闹铃，万年历，环境温度、湿度检测，环境空气质量 华东交通大学毕业设计 7 检测，USB 扩展口功能等 本设计电子时钟主要功能为： （1）能随意设定走时起始时间。对电子钟而言，最基本的功能是具有对时功能，即随 意设定起始时间。 （2）能设定闹钟闹铃时间。电子钟一般都有闹铃功能，即预设一个时间，一旦走时到 该时间，电子钟以声（音乐形式，可选）和光（显示状态的变化）的形式告警提示，音 乐可自选。 （3）12 小时24 小时两种制式可选，以适应不同的需要。 （4）带日历，能正常显示年月日。 陈薪羽：带日历电子钟的设计 8 第二章 电子时钟设计方案分析 电子闹钟既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据电子时钟里的 核心部件秒信号的产生原理，通常有以下三种形式： 2.1 FPGA 设计方案 现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA） ，是 20 世纪 70 年代发展 起来的一种可编程逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。FPGA 在结构上由逻 辑功能块排列为阵列，并由可编程的内部连线连接这些功能块，来实现一定的逻辑功能。 可编程逻辑器件的设计过程是利用 EDA 开发软件和编程工具对器件进行开发的过程。 由于 EDA 技术拥有系统的模拟和仿真功能，可读性、可重复性、可测性非常好，所以利 用 EDA 开发 FPGA 是目前比较流行的方式。当然，有时根据需要，也会应用 MAX+plus 开发集成环境进行设计。 正因为 FPGA 在设计过程中方便、快捷，而且 FPGA 技术功能强大，能够应用其制 作诸如基代码发生器、数字频率计、电子琴、电梯控制器、自动售货机控制系统、多功 能波形发生器、步进电机定位控制系统、电子时钟等。 应用 FPGA 能够将时钟设计为为四种类型：全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和 波动式时钟。多时钟系统能够包括上述四种时钟类型的任意组合234。 2.2 NE555 时基电路设计方案 555 定时器是美国 Signetics 公司 1972 年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成 电路，因输入端设计有三个 5K 的电阻而得名。目前，流行的产品主要有 4 种：BJT 两 个：555，556（含有两个 555） ；CMOS 两个：7555，7556（含有两个 7555） 。 555 定时器是一种数字与模拟混合型的集成电路，应用广泛。成本较低，外加电阻、 电容等元件就可以构成多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，常作为定时器广泛应 用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等领域5。 采用 NE555 时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号 或微处理器的外部中断输入信号，可构成电子钟。由 555 构成的秒脉冲发生器电路见图 2.1。输出的脉冲信号 V0 的频率 F 为： 式（2.1）CRRF)2/(443. 1 21 可通过调节式 2.1 中的 3 个参数，使输出 V0的频率为精确的 1Hz。 华东交通大学毕业设计 9 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:9-Jun-2008 Sheet of File:H:业业业业业业业业业业业555业业业.ddbDrawn By: R DIS 7 THR 6 TRIG 2 GND 1 CVolt 5 R 4 VCC 8 Q 3 555 CC R VCC V0 1 2 图 2.1 基于的秒脉冲发生器 采用 555 定时器设计电子时钟，成本低，容易实现。但是受芯片引脚数量和功能限 制，不容易实现电子时钟的多功能性。 2.3 单片机设计方案 图 2.2 系统模块框图 模块说明： （1）日历时钟模块。本模块可采用日历时钟芯片 DS1302，DS1302 是美国 DALLAS 公司生产的实时日历时钟芯片,具有秒、分、时、星期、日、月、年计数功能,且可润年调 整。但如果没有日历时钟芯片的情况下可采用单片机中断的方法产生年月日时 分秒等信号。 （2）键盘模块。它是整个系统中最简单的部分，根据功能要求，本系统共需四个按键： 功能移位键、功能加键、功能减键、定闹键。并采用独立式按键。 （3）显示模块。可采用数码管显示（LED）或液晶显示（LCD）。 （4）报时模块。采用一个扬声器来进行闹钟报时功能。 （5）电源模块。考虑到简便直接用 USB 接口 5V 电源供电。 综上，考虑单片机货源充足、价格低廉，可软硬件结合使用，能够较方便的实现系 统的多功能性，故采用单片机作为本设计的硬件基础。 陈薪羽：带日历电子钟的设计 10 第三章 电子时钟硬件设计 3.1 单片机特点 单片机是微型机的一个主要分支，它在结构上的最大特点使把 CPU、存储器、定时 器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言， 一块单片机芯片就是一台计算机。 单片机具有如下特点： (1)集成度高、体积小、有很高的可靠性； (2)控制功能强； (3)低功耗、低电压，便于生产便携式产品； (4)外部总线增加了 I2C、SPI 等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构； (5)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。 所以单片机的应用非常广泛，在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系 统以及人们的生活中均有用武之地。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了 传统的控制系统设计思路和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功 能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术，是对 生产控制技术的一次革命。 利用单片机的智能性，可方便地实现具有智能的电子钟设计。单片机均具有时钟振 荡系统，利用系统时钟借助微处理器的定时器/计数器可实现电子钟功能。然而系统时钟 误差较大，电子钟的积累误差也可能较大，所以可以通过误差修正软件加以修正，或者 在设计中加入高精度时钟日历芯片，以精确时间。另外很多功能不同的单片机是兼容的， 这就更便于实现产品的多功能性。 3.2 元器件选择 3.2.1 微处理器选择 目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理器芯片主要为 8XC5X 系列单片机。该 系列单片机均采用标准 MCS-51 内核，硬件资源相互兼容，品类齐全，功能完善，性能稳 定，体积小，价格低廉，货源充足，调试和编程方便，所以应用极为广泛，有些文献将 8051 泛指 MCS-51 系列单片机，8051 是早期的最典型的代表作，由于 MCS-51 单片机影 响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说 MCS-51 内核实际上已经成为一个 8 位单片机的标准。其他的公司的 51 单片机产品都是和 MCS-51 内核兼容的产品而以。 同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如 ATMEL 的 89C51（已经停产）、89S51，PHILIPS（菲利浦），和 WINBOND（华邦）等，我们常说 的已经停产的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机，同时是在原基础上增强了 许多特性，如时钟，更优秀的是由 Flash（程序存储器的内容至少可以改写 1000 次）存储 器取带了原来的 ROM（一次性写入），AT89C51 的性能相对于 8051 已经算是非常优越 的了。不过在市场化方面，89C51 受到了 PIC 单片机阵营的挑战，89C51 最致命的缺陷在 于不支持 ISP（在线更新程序）功能，必须加上 ISP 功能等新功能才能更好延续 MCS-51 的传奇。89S51 就是在这样的背景下取代 89C51 的，现在，89S51 目前已经成为了实际应 华东交通大学毕业设计 11 用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的 Atmel 目前公司已经停产 AT89C51，将用 AT89S51 代替。89S51 在工艺上进行了改进，89S51 采用 0.35 新工艺，成本降低,而且将 功能提升,增加了竞争力。89SXX 可以像下兼容 89CXX 等 51 系列芯片。同时，Atmel 不 再接受 89CXX 的定单，大家在市场上见到的 89C51 实际都是 Atmel 前期生产的巨量库存 而已。如果市场需要，Atmel 当然也可以再恢复生产 AT89C51。 89S51 相对于 89C51 增加的新功能包括： (1) 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格只比 89C51 稍高一些 (2) ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片 从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 (3) 最高工作频率为 33MHz，大家都知道 89C51 的极限工作频率是 24M，就是说 S51 具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 (4) 具有双工 UART 串行通道。 (5) 内部集成看门狗计时器，不再需要像 89C51 那样外接看门狗计时器单元电路。 (6) 双数据指示器。 (7) 电源关闭标识。 (8) 全新的加密算法，这使得对于 89S51 的解密变为不可能，程序的保密性大大加强， 这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 (9) 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列产品。比如 8051、89C51 等等早期 MCS-51 兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单 片机是 8051 还是 89C51 还是 MCS-51 等等），在 89S51 上一样可以照常运行，这就是 所谓的向下兼容。 比较结果：就如同 INTEL 的 P3 向 P4 升级一样，虽然都可以跑 Windows，不过速度 是不同的。 从 AT89C51 升级到 AT89S51 ,也是同理。和 S51 比起来，C51 就要逊色一些，实际应 用市场方面技术的进步是永远向前的。 因此，本设计中我们选用 S 系列的单片机，其中比较常用的有 AT89s51 和 AT89s52, 这两款单片机的区别如下： （1）AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In- system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构， 芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机 存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断 嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路， 片内时钟振荡器。此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省 电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续 工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬 件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的 需求。 陈薪羽：带日历电子钟的设计 12 （2）At89s52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编 程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适 于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统 可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时 器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工 串行口， 片内晶振及时钟电路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支 持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计 数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节 在系统可编程 Flash AT89S52 。 AT89S52 具有以下主要性能： 与 MCS-51 单片机产品兼容 、8K 字节在系统可编程 Flash 存储器、 1000 次擦 写周期、 全静态操作： 0Hz33Hz 、 三级加密程序存储器 、 32 个可编程 I/O 口 线 、三个 16 位定时器/计数器 八个中断源 、全双工 UART 串行通道、 低功耗空 闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符 。 相比较而言， AT89S52 在 AT89S51 的基础上做了改进与拓展，性能更优越，故 本设计选用单片机 AT89S52。 在电子时钟设计中，常用的实时时钟芯片有 DS12887、DS1216、DS1643、DS1302。 每种芯片的主要时钟功能基本相同，只是在引脚数量、备用电池的安装方式、计时精度 和扩展功能等方面略有不同。DS12887 与 DS1216 芯片都有内嵌式锂电池作为备用电池； X1203 引脚少，没有嵌入式锂电池，跟 DS1302 芯片功能相似，只是相比较之下，X1203 与 AT89S51 搭配使用时占用 I/O 口较多。DS1643 为带有全功能实时时钟的 8K×8 非易失 性 SRAM，集成了非易失性 SRAM、实时时钟、晶振、电源掉电控制电路和锂电池电源， BCD 码表示的年、月、日、星期、时、分、秒，带闰年补偿。同样，DS1643 拥有 28 只 管脚，硬件连接起来占用微处理器 I/O 口较多，不方便系统功能拓展和维护。故而从性价 比和货源上考虑，本设计采用实时时钟日历芯片 DS1302。 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，附加 31 字节静态 RAM，采用 SPI 三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传 送多个字节的时钟信号和 RAM 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年， 一个月小于 31 天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.55.5V。采用 双电源供电（主电源和备用电源） ，可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓 细电流充电的能力。有主电源和备份电源双引脚，而且备份电源可由大容量电容 （1F）来替代。需要强调的是，DS1302 需要使用 32.768KHz 的晶振。 DS1302 引脚图参照图 3.2。 123456 A B C D 654321 D C B A Title Nu mberRev isionSize B Date:9-Jun-20 08 Sheet o f File:C:Do cuments an d SettingsAd ministrator业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业业.ddbDrawn B y: VC C1 1 X1 2 X2 3 GN D 4 VC C2 8 SCL K 7 I/O 6 RST 5 DS 1302 图 3.1 DS1302 芯片引脚图 华东交通大学毕业设计 13 其引脚功能参照表 3.1。 表 3.1 DS1302 引脚功能说明 引脚号名称功能 1VCC1备份电源输入 2X132.768KHz 晶振输入 3X232.768KHz 晶振输出 4GND地 5RST控制移位寄存器/复位 6I/O数据输入/输出 7SCLK串行时钟 8VCC2主电源输入 在编程过程中要注意 DS1302 的读写时序。DS1302 是 SPI 总线驱动方式。它不仅要 向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与 DS1302 通信，首先要先了 解 DS1302 的控制字。DS1302 的控制字如表 3.2。 表 3.2 DS1302 控制字（即地址及命令字节） BIT7BIT6BIT5BIT4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 RAMRD 1 CK A4A3A2A1A0 WR 控制字的作用是设定 DS1302 的工作方式、传送字节数等。每次数据的传输都是由控 制字开始。控制字各位的含义和作用如下： (1)BIT7：控制字的最高有效位，必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入到 DS1302 中。 （2） BIT 6：如果为 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 RAM 数据； （3）BIT 5 至 BIT 1（A4A0）：用 A4A0 表示，定义片内寄存器和 RAM 的地址。 定义如下： 当 BIT 6 位=0 时，定义时钟和其他寄存器的地址。A4A0=06，顺序为秒、分、 时、日、月、星期、年的寄存器。当 A4A0=7，为芯片写保护寄存器地址。当 A4A0=8，为慢速充电参数选择寄存器。当 A4A0=31，为时钟多字节方式选择寄存器。 当 BIT 6=1 时，定义 RAM 的地址，A4A0=030，对应各子地址的 RAM，地址 31 对应的是 RAM 多字节方式选择寄存器。 1.BIT 0（最低有效位）：如为 0，表示要进行写操作，为 1 表示进行读操作。 控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿 时，数据被写入 DS1302，数据输入从最低位（0 位）开始。同样，在紧跟 8 位的控制字 指令后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿，读出 DS1302 的数据，读出的数据也是从最低位到 最高位。 陈薪羽：带日历电子钟的设计 14 图 3.2 DS1302 数据读写时序 DS1302 的数据读写方式有两种，一种是单字节操作方式，一种是多字节操作方式。 每次仅写入或读出一个字节数据称为单字节操作，每次对时钟/日历的 8 字节或 31 字节 RAM 进行全体写入或读出的操作，称其为多字节操作方式。当以多字节方式写时钟寄存 器时，必须按数据传送的次序依次写入 8 个寄存器。但是，当以多字节方式写 RAM 时， 不必写所有 31 字节。不管是否写了全部 31 字节，所写的每一个字节都将传送至 RAM。 为了启动数据的传输，CE 引脚信号应由低变高，当把 CE 驱动至逻辑 1 的状态时， SCLK 必须为逻辑 0，数据在 SCLK 的上升沿串行输入。无论是读周期还是写周期，也无 论送方式是单字节传送还是多字节传送，都要通过控制字指定 40 字节中的哪个将被访问。 在开始 8 个时钟周期把命令字（具有地址和控制信息的 8 位数据）装入移位寄存器之后， 另外的时钟在读操作时输出数据，在写操作时输入数据，所有的数据在时钟的下降沿变 化。所有写入或读出操作都是先向芯片发送一个命令字节。对于单字节操作，包括命令 字节在内，每次为 2 个字节，需要 16 个时钟；对于时钟/日历多字节模式操作，每次为 7 个字节，需要 72 个时钟；而对于 RAM 多字节模式操作，每次则为 32 字节，需要多达 256 个时钟。这里仅给出单字节读写时序，如图 3.2。多字节操作方式与其类似，只是后 面跟的字节数不止一个。 3.2.2 DS1302 的片内寄存器 表 3.3 DS1302 有关日历、时间的寄存器 读寄读寄 存器存器 写寄写寄 存器存器 BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0范围范围 81H80HCH10 秒秒00-59 83H82H10 分分00-59 10 85H84H 24/12 0 AM/PM 时时 1-12 0-23 87H86H0010 日日1-31 89H88H0010 月月1-12 8BH8AH00000周日1-7 8DH8CH10 年年00-99 华东交通大学毕业设计 15 8FH8EHWP0000000 通过控制字对 DS1302 片内寄存器进行寻址之后，即可就所选中寄存器的各位进行操 作。片内各寄存器及各位的功能定义如表 3.3。 DS1302 有关日历、时间的寄存器共有 10 个，时钟/日历包含在其中的 7 个写/读寄存 器内，这 7 个寄存器分别是秒、分、小时、日、月、星期和年。 小时寄存器（85H、84H）的位 7 用于定义 DS1302 是运行于 12 小时模式还是 24 小 时模式。当为 12 小时制式时，位 5 为“0”表示 AM；为“1”表示 PM。在 24 小时制式下， 位 5 是第二个 10 小时位（2023 时） 。 秒寄存器（81H、80H）的位 7 定义为时钟暂停标志（CH） 。当该位置为 1 时，时钟 振荡器停止，DS1302 处于低功耗状态；当该位置为 0 时，时钟开始运行。一般在设置时 钟时，可以停止其工作，设定完之后，再启动其工作。 控制寄存器（8FH、8EH）的位 7 是写保护位（WP） ，其它 7 位均置为 0。在任何片 内时钟/日历寄存器和 RAM，在写操作之前，WP 位必须为 0，否则将不可写入。当 WP 位为 1 时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。因此，通过置写保护位，可以提高数 据的安全性。另外，还有慢速充电控制寄存器和 RAM 寄存器。如表 3.4。 表 3.4 充电控制寄存器和 RAM 寄存器各位定义 慢速充电寄存器控制着 DS1302 的慢速充电特性。寄存器的 BIT4BIT7（TCS）决 定是否具备充电性能：仅在编码为 1010 的条件下才具备充电性能，其他编码组合不允许 充电。 BIT2 和 BIT3 选择在 VCC2和 VCC1之间是一个还是两个二极管串入其中。如果编码 DS 是 01，选择一个二极管；如果编码是 10，选择两个二极管；其他编码将不允许充电。 该寄存器的 BIT0 和 BIT1 用于选择与二极管相串联的电阻值。其中编码 RS=01 为 2 K，RS=10 为 4 K，RS=11 为 8 K，而 RS=00 将不允许进行充电。因此，根据慢速充 电寄存器的不同编码可得到不同的充电电流。其具体计算如公式 3.1： I充电=（V0-VD-VE）/R （3.1） 式中： V0所接入的 5.0V 工作电压； VD二极管压降，一个按 0.7V 计算； R慢速充电控制寄存器 0 和 1 位编码决定的电阻值； VEVCC1脚所接入的电池电压。 RAM 寄存器寻址空间一次排列的 31 字节静态 RAM 可为用户使用，备用电源位 RAM 提供了掉电保护功能。寄存器和 RAM 的操作通过命令字节的 BIT6 加以区别。当 BIT6 为“0”时对 RAM 区进行寻址；否则将对时钟/日历寄存器寻址。其操作方法与前述相 同91011。具体驱动程序参见附录 A。 3.3 电子时钟硬件电路设计 电子闹钟至少要包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源、闹铃指 示电路等几部分。硬件电路系统框图参照图 3.3。 BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0 充电控制寄存器TCSTCSTCSTCSDSDSRSRS RAM 寄存器 陈薪羽：带日历电子钟的设计 16 该系统使用 AT89S52 单片机作为核心，通过读取时钟日历芯片 DS1302 的数据，完 成此电子时钟的主要功能时钟/日历。使用 LCD 已经显示，分别显示时/年，分/月， 秒/日。 图 3.3 带日历的电子时钟硬件系统框图 键盘是为了完成时钟/日历的校对和显示功能。由于此电子时钟要求具有闹铃功能， 所以设计有闹铃电路，进行声音响铃。 整个电路使用+5V 电源为整个电路供电。 具体电路图请参见附录 C。 3.3.1 晶振电路设计 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到，即内部振荡方式和外部振荡方式。在引 脚 XTAL1 和 XTAL2 外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。 由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生 振荡时钟脉冲，本设计即采取的这种方式。 华东交通大学毕业设计 17 图 3.4 晶振电路 如图所示，电容器 C1，C2 是负载电容，起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容 值一般在 5-30pF，本电路选用的是 22pf 的电容。晶振频率的典型值为 12MH2，采用 6MHz 的情况也比较多，本电路选用的是 12MHz 的晶振，其固有频率为 12×10 的 6 次方赫兹， 单片机的时钟周期是 1/12 微秒，机器周期是 1us。用内部振荡方式所得到的时钟信号比 较稳定，实用电路中使用比较多。 3.3.2 复位电路设计 复位是单片