基于单片机实时钟设计毕业设计Word文档格式.docx
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能以3V的超低压工作；
同时也与MCS-51系列单片机完全兼容。
该芯片内部存储器为8KBROM存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。
所以选择采用AT89S52作为主控制系统.
2.3.3显示模块的选择方案
采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。
所以采用了LED数码管作为显示。
I2C串行接口，提供键盘中断信号，方便与处理器接口。
可驱动8位共阴数码管或64只独立LED和64个按键。
可控扫描位数，可控任一数码管闪烁。
8个功能键，可检测任一键的连击次数。
无需外接元件即直接驱LED，可扩展驱动电流和驱动电压。
2.3.4时钟芯片的选择方案
采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V～5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA。
2.4系统设计的具体实现
本电路是由AT89S52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作。
时钟电路由DS1302提供，它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。
采用三线接口与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或RAM数据。
DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能。
在每个显示刷新周，ZLG7290按照扫描位数寄存器（ScanNum）指定的显示位数N，把显示缓存DpRam0~DpRamN的内容按先后循序送入LED驱动器实现动态显示，减少N值可提高每位显示扫描时间的占空比，以提高LED亮度，显示缓存中的内容不受影响。
2.4.1单片机主控制模块的设计
AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3,MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。
单片机的最小系统如下图所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出.第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。
如图-1所示
图-1最小系统原理
2.4.2时钟电路模块的设计
图-2示出DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。
在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。
当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源，外接32.768KHz晶振。
RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST输入有两种功能：
首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；
其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。
当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。
上电动行时，在Vcc大于等于2.5V之前，RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平，I/O为串行数据输入端（双向）。
SCLK始终是输入端。
图-2DS1302的引脚图
2.4.3显示模块的设计
图-3示出ZLG7290的引脚排列，Dig7~Dig0为输入/输出端，由LED显示位驱动及键盘扫描线。
SegH~SegA为输入/输出端，由LED显示段驱动及键盘扫描线。
SDA为输入/输出端，是I2C总线接口数据/地址线。
SCL为输入端，是I2C总线接口时钟线。
/INT是中断输出端,低电平有效。
/RES是复位输入端，低电平有效。
OSC1、OSC2是连接晶体以产生内部时钟。
11引脚为接地端,16引脚为电源端。
图-3ZLG7290的引脚图
2.4.4DS1302电路原理及说明
（1）、时钟芯片DS1302的工作原理：
串行时钟芯片主要由寄存器、控制寄存器、振荡器、实时时钟以及RAM组成。
为了对任何数据传送进行初始化，需要将/RST置为高电平且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。
数据在SCLK的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输入数据。
时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8（8位地址加8位数据），在多字节方式下为8加最多可达248的数据。
（2）、DS1302的控制命令字节与寄存器
a、控制命令字节
控制命令字节结构如下：
RAMRD
1/CKA4A3A2A1A0/WR
表1
控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中；
位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；
位5至位1指示操作单元的地址；
最低有效位（位0）为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。
b、日历、时钟寄存器
DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟有关，存放的数据位为BCD码形式。
其日历、时间寄存器及控制字如以下表所示。
寄存器的选择根据命令字而定，其中日历、时钟各个寄存器与控制字对照表如表2所示。
寄存器名称
7
6
5
4
3
2
1
RAW/CK
A4
A3
A2
A1
A0
RW//W
秒寄存器
分寄存器
小时寄存器
日寄存器
月寄存器
星期寄存器
年寄存器
写保护寄存器
慢充电寄存器
时间突发寄存器
表2
最后一位RD//W为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作。
表3为主要寄存器命令字、取值范围以及各位内容对照表。
寄存器名
命令字
取值范围
各位内容
写操作
读操作
3～0
80H
81H
00～59
CH
10SEC
SEC
82H
83H
10MIN
MIN
时寄存器
84H
85H
01～12或00～23
12、24
10÷
A/P
HR
86H
87H
01～28，29，30，31
10DATE
DATE
88H
89H
01～12
10M
MONTH
周寄存器
8AH
8BH
01～07
DAY
8CH
8DH
01～99
10YEAR
YEAR
8EH
8FH
WP
90H
91H
TCS
DS
RS
时钟突发寄存器
BEH
BFH
表3
其中有些特殊位需要特别指出：
CH：
时钟暂停位，当此位设置为1时，振荡器停止，DS1302处于低功率的备份方式；
当此位变为0时，时钟开始启动。
12/24：
12或24小时方式选择位，为1时选择12小时方式。
在12小时方式下，位5是AM/PM选择位，此位为1时表示PM。
在24小时方式下，位5是第2个小时位（20-23时）。
WP：
写保护位，写保护寄存器的开始7位（0~6）置为0，在读操作时总是读出0。
在对时钟或RAM进行写操作之前，位7（WP）必须为0，当它为高电平时，写保护位防止对任何其他寄存器进行写操作。
TCS：
控制慢充电的选择，为了防止偶然因素始DS1302工作，只有1010模式才能使慢速充电工作。
DS：
二极管选择位。
如果DS为01，那么选择一个二极管；
如果DS为10，则选择两个二极管。
如果DS为11或00，那么充电器被禁止，与TS无关。
RS：
选择连接在Vcc2与Vcc1之间的电阻，如果RS为00，那么充电器被禁止，与TS无关。
选择的电阻如表4所示。
RS位
电阻器
典型值
00
无
01
R1
2k欧
10
R2
4k欧
11
R3
8k欧
表4
c、RAM寄存器
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类，一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字位C0H~FDH,其中奇数为读操作，偶数为写操作；
另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。
RAM区寄存器与控制字对照表如表5所示。
RAM//CK
RD//W
RAM0
RAM1
………
…
RAM30
RAM突发
表5
（3）、复位和时钟控制
通过将、/RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
/RST输入有两种功能：
首先，/RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；
其次，/RST提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。
当/RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中置/RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。
上电运行时，在Vcc大于等于2.5V之前，/RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
（4）、数据输入输出（I/O）
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。
同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。
如下图-4所示
图-4DS1302读/写时序图
2.4.5动态扫描芯片ZLG7290的工作原理
（1）、键盘部分
ZLG7290可采样64个按键或传感器，可检测每个按键的连击次数。
其基本功能如下：
a、键盘去抖动处理
当键被按下和放开时，可能会出现电平状态反复变化，称作键盘抖动。
若不作处理会引起按键盘命令错误，所以要进行去抖动处理，以读取稳定的键盘状态为准。
b、双键互锁处理
当有两个以上按键被同时按下时，ZLG7290只采样优先级高的按键（优先顺序为S1>
S2>
…>
S64，如同时按下S2和S18采样到S2）。
c、连击键处理
当某个按键按下时，输出一次键值后，如果该按键还未释放，该键值连续有效，就像连续压按该键一样，这种功能称为连击。
连击次数计数器（RepeatCnt）可区别出单击（某些功能不允许连击，如开/关）或连击。
判断连击次数可以检测被按时间，以防止某些功能误操作（如连续按5秒经入参数设置状态）。
d、功能键处理
功能键能实现2个以上按键同时按下来扩展按键数目或实现特殊功能。
如PC机
的“Shift”“Ctrl”、“Alt”键。
（2）、显示部分
ZLG7290提供两种控制方式：
寄存器映象控制和命令解释控制，如上述对显示部分的控制，寄存器映象控制是指直接访问底层寄存器，实现基本控制功能，这些寄存器须字节操作。
命令解释控制是指通过解释命令缓冲区（CmdBuf0～CmdBuf1）中的指令，间接访问底层寄存器实现扩展控制功能。
如实现寄存器的位操作；
对显示缓存循环，移位；
对操作数译码等操作。
（3）、寄存器详解
系统状态部分：
系统寄存器（SystemReg）：
地址00H，复位值11110000B。
系统寄存器保存ZLG7290系统状态，并可对系统运行状态进行配置，其功能分位描述如下：
KeyAvi（Systemeg.0）：
置1时表示有效的按键动作（普通键的单击，连击，和功能键状态变化），/INT引脚信号有效（变为低电平）；
清0表示无按键动作，/INT引脚信号无效（变为高阻态）。
有效的按键动作消失后或读Key后，KeyAvi位自动清0。
键盘部分：
a、键值寄存器（Key）：
地址01H，复位值00H。
Key表示被压按键的键值。
当Key=0时，表示没有键被压按。
b、连击次数计数器（RepeatCnt）：
地址02H，复位值00H。
RepeatCnt=0时，表示单击键。
RepeatCnt大于0时，表示键的连击次数。
用于区别出单击键或连击键，判断连击次数可以检测被按时间。
c、功能键寄存器（FunctionKey）：
地址03H，复位值0FFH。
FunctionKey对应位的值=0表示对应功能键被压按（FunctionKey.7FunctionKey.0对应S64~S57）。
命令接口部分：
命令缓冲区（CmdBuf0~CmdBuf1）：
地址07H~08H，复位值00H～00H。
用于传输指令。
显示部分：
a、闪烁控制寄存器（FlashOnOff）：
地址0CH，复位值0111B/0111B。
高4位表示闪烁时亮的时间，低4位表示闪烁时灭的时间，改变其值同时也改变了闪烁频率，也能改变亮和灭的占空比。
FlashOnOff的1个单位相当于150~250ms（亮和灭的时间范围为：
1~16，0000B相当1个时间单位），所有象素的闪烁频率和占空比相同。
b、扫描位数寄存器（ScanNum）：
地址0DH，复位值7。
用于控制最大的扫描显示位数（有效范围为：
0~7，对应的显示位数为：
1~8），减少扫描位数可提高每位显示扫描时间的占空比，以提高LED亮度。
不扫描显示的显示缓存寄存器则保持不变。
如ScanNum=3时，只显示DpRam0~DpRam3的内容。
c、显示缓存寄存器（DpRam0~DpRam7）：
地址10H~17H，复位值00H~00H。
缓存中一位置1表示该像素亮，DpRam7~DpRam0的显示内容对应Dig7~Dig0引脚。
三、软件设计
3.1程序流程框图
3.2ZLG7290如何与单片机进行通信
通过I2C总线进行通信。
在数据传输期间，时钟（SCL）为高电平时，数据（SDA）必须保持不变。
在SCL为高电平时，数据（SDA）从高电平跳变到低电平，为开始数据传输（START）的条件，开始数据传输条件后所有的命令有效；
SCL为高电平时，数据（SDA）从低电平跳变到高电平，为停止数据传输（STOP）的条件，停止数据传输条件后所有的操作结束。
开始数据传输START后、停止数据传输STOP前，SCL高电平期间，SDA上为有效数据。
字节写入时，每写完一个字节，送一个应答信号ACK，直至STOP；
读出时，每读完一个字节，送一位应答信号ACK，但STOP前一位结束时不送ACK信号。
对不带I2C接口的单片机用软件模拟I2C时序使用I2C器件。
起动总线函数
voidStart_I2c（）
{
SDA=1;
/*发送起始条件的数据信号*/
_Nop（）;
SCL=1;
/*起始条件建立时间大于4.7us,延时*/
SDA=0;
/*发送起始信号*/
/*起始条件锁定时间大于4μs*/
SCL=0;
/*钳住I2C总线，准备发送或接收数据*/
}
结束总线函数
voidStop_I2c（）
/*发送结束条件的数据信号*/
/*发送结束条件的时钟信号*/
/*结束条件建立时间大于4μs*/
/*发送I2C总线结束信号*/
字节数据传送函数
voidSendByte（ucharc）
ucharBitCnt;
for（BitCnt=0;
BitCnt<
8;
BitCnt++）/*要传送的数据长度为8位*/
{
if（（c<
<
BitCnt）&
0x80）SDA=1;
/*判断发送位*/
elseSDA=0;
/*置时钟线为高，通知被控器开始接收数据位*/
/*保证时钟高电平周期大于4μs*/
}
/*8位发送完后释放数据线，准备接收应答位*/
if（SDA==1）ack=0;
elseack=1;
/*判断是否接收到应答信号*/
ucharRcvByte（）
ucharretc;
retc=0;
/*置数据线为输入方式*/
BitCnt++）
/*置时钟线为低，准备接收数据位*/
/*时钟低电平周期大于4.7μs*/
/*置时钟线为高使数据线上数据有效*/
retc=retc<
1;
if（SDA==1）retc=retc+1;
/*读数据位,接收的数据位放入retc中*/
return（retc）;
应答子函数
voidAck_I2c（bita）
if（a==0）SDA=0;
/*在此发出应答或非应答信号*/
elseSDA=1;
/*时钟低电平周期大于4μs*/
/*清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收*/
向无子地址器件发送字节数据函数
bitISendByte（ucharsla,ucharc）
Start_I2c（）;
/*启动总线*/
SendByte（sla）;
/*发送器件地址*/
if（ack==0）return（0）;
SendByte（c）;
/*发送数据*/
Stop_I2c（）;
/*结束总线*/
return
（1）;
向有子地址器件发送多字节数据函数
bitISendStr（uchar
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