基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的電子計(jì)時(shí)牌

　　0 引言

　　隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子計(jì)時(shí)牌已成為電子設(shè)備發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志性功能。顧名思義，計(jì)時(shí)牌主要用來完成計(jì)時(shí)功能，即顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間，這是計(jì)時(shí)牌的首要任務(wù)。但是，現(xiàn)代的電子計(jì)時(shí)牌也可以集成多種功能于一身，它不僅可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的具體時(shí)間，而且還可以顯示年、月、日、星期。此外，還有許多特殊的計(jì)時(shí)牌，它們可以把安全生產(chǎn)天數(shù)、倒計(jì)時(shí)天數(shù)、工作環(huán)境溫度、萬年歷等等都設(shè)計(jì)到其中，從而大大擴(kuò)展了計(jì)時(shí)牌的應(yīng)用范圍。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

　　本設(shè)計(jì)采用飛利浦公司的P87LPC762做為微處理器，溫度傳感器芯片選用LM70，時(shí)鐘芯片采用DS1302芯片，它們與單片機(jī)全部采用串行通信方式。該電子計(jì)時(shí)牌系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。圖中，數(shù)據(jù)的串行輸出顯示分成三部分，分別為：安全天數(shù)與溫度、年月日與星期、時(shí)鐘數(shù)據(jù)。系統(tǒng)首先通過單片機(jī)讀人溫度傳感器芯片LM70測得的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行處理計(jì)算以得出相應(yīng)的BCD溫度數(shù)據(jù)，最后與安全天數(shù)數(shù)據(jù)一同通過單片機(jī)擴(kuò)展的串口送到數(shù)碼管顯示。同時(shí)通過單片機(jī)與時(shí)鐘芯片DS1302的通信讀入日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，再把得到的年月日、星期數(shù)據(jù)通過單片機(jī)擴(kuò)展的另一個(gè)串口輸出送到數(shù)碼管顯示，同時(shí)把時(shí)鐘數(shù)據(jù)通過單片機(jī)本身自帶的串口輸出送至顯示。數(shù)據(jù)的設(shè)置與修改可通過與單片機(jī)相連的三個(gè)按鍵來完成。顯示部分采用74HC164N串行輸入并行輸出移位寄存器來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。秒信號(hào)和天氣信號(hào)則采用發(fā)光二極管來顯示。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用的串行通信方式可有效地節(jié)省硬件電路設(shè)計(jì)的空間，從而使設(shè)計(jì)更為簡捷，具有一定的實(shí)用性。

　　2 溫度檢測

　　要完成環(huán)境溫度的檢測與顯示，首先要用到溫度傳感器。本設(shè)計(jì)選用的是LM70溫度傳感器芯片，由于LM70采用的是

　　串行通信方式，因此只需三根線與單片機(jī)相連即可完成數(shù)據(jù)的讀寫。

　　溫度傳感芯片的作用就是測取外界的溫度值。它首先是把通過熱敏電阻從外界感應(yīng)的模擬溫度送入內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字溫度值（即二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)）存放到溫度寄存器中，溫度傳感器LM70所測的溫度可通過對其溫度寄存器數(shù)據(jù)的讀取來最終將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)，也就是把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BCD碼數(shù)據(jù)存放到單片機(jī)中。

　　這里需要注意的是，如果外界環(huán)境溫度在零度以下（即負(fù)溫度），那么，同相應(yīng)溫度值的正溫度相比，轉(zhuǎn)換后的溫度寄存器數(shù)據(jù)D5～D15位則是正溫度的補(bǔ)碼。所以，在讀出溫度寄存器數(shù)據(jù)后，一定要判斷數(shù)據(jù)的符號(hào)位，如果是負(fù)溫度數(shù)據(jù)，則要先求補(bǔ)碼才能最終將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的正確溫度值。

　　3 日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)的讀取

　　3.1 寫程序分析

　　首先來分析對DS1302的寫程序。本設(shè)計(jì)設(shè)置計(jì)時(shí)的初始時(shí)間是2005年1月1日星期六1時(shí)0分0秒，即時(shí)鐘芯片上電后即從這個(gè)時(shí)間開始走時(shí)。那么，要完成初始化時(shí)鐘，就應(yīng)當(dāng)把初始時(shí)間寫入DS1302芯片中去。圖2所示是其寫時(shí)鐘數(shù)據(jù)流程圖。

　　從圖2所示的流程圖可以看出，要想把時(shí)鐘數(shù)據(jù)寫入時(shí)鐘芯片，首先要寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)的地址，在寫入一字節(jié)地址后，即可寫入一字節(jié)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，依此類推。其具體步驟是首先寫入時(shí)鐘多字節(jié)控制寄存器，它的命令字格式如下：

　　當(dāng)寫入時(shí)鐘芯片08EH時(shí)，同樣還要寫入允許寫操作的命令字00H。寫完這兩個(gè)命令字后，就可以開始寫入每個(gè)字節(jié)時(shí)鐘數(shù)據(jù)的地址和相應(yīng)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)了。這里需要注意的是：寫秒數(shù)據(jù)地址為80H，分地址為82H，小時(shí)地址為84H，依次類推。也就是說，每寫完一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的地址后，其地址應(yīng)相應(yīng)加2，以準(zhǔn)備下一個(gè)字節(jié)地址的寫入。整個(gè)程序可實(shí)現(xiàn)七個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的寫入，即寫一次地址，寫一次數(shù)據(jù)，直到循環(huán)計(jì)數(shù)值為0，便完成了時(shí)鐘數(shù)據(jù)的寫入。

　　寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，首先要置循環(huán)計(jì)數(shù)值（這里設(shè)為8），一共要串行輸入8位數(shù)據(jù)，每次移入數(shù)據(jù)前，應(yīng)先使數(shù)據(jù)再移一位到C，然后執(zhí)行以下幾條指令：

　　這幾條指令的目的是為了給串行時(shí)鐘端口輸入一個(gè)時(shí)鐘下降沿。只有在下降沿后，一位數(shù)據(jù)才能寫人時(shí)鐘芯片。這樣，循環(huán)8次后，一字節(jié)的數(shù)據(jù)就寫入到了時(shí)鐘芯片。整個(gè)初始時(shí)鐘數(shù)據(jù)寫入后，就可以讓DS1302自動(dòng)運(yùn)行并走時(shí)了。