江志晃 周麗琳 郭凱晴

摘要

隨著人民生活水平的不斷提高，多功能的電子時鐘在生活中應用的場景越來越廣泛，現(xiàn)在很多制造商都已經(jīng)整合多功能電子時鐘的功能進行物聯(lián)網(wǎng)等應用，本文主要以探析多功能電子時鐘的功能，從電路設計、鬧鐘等研究如何應用基于STC89C52系列芯片的電子時鐘的多功能實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】STC89C52 電子時鐘

新型多功能電子時鐘，它有別于傳統(tǒng)意義上的時間，無級管控技術(shù)的應用不但能滿足人們對時間顯示的功能，更多的是拓展其它功能，如溫度感應、鬧鐘、定時等?；赟TC89C52的多功能電子時鐘，它比傳統(tǒng)時鐘走時更精準、體積更小，更容易為其它物聯(lián)網(wǎng)設備提供基礎性的功能。采用STC89C52系列芯片有著無比的穩(wěn)定性而且價格便宜，功能強大。利用STC89C52系列芯片設計和實現(xiàn)的多功能電子時鐘可以很好地解決傳統(tǒng)電子鐘設計和運行時的多發(fā)問題，同時它還具備顯示效果好、功能多、電路簡單等優(yōu)點，可更好地服務于人們的工作和生活。

1 多功能電子時鐘的功能及方案

多功能電子時鐘的主要功能有LED顯示時間、定時鬧鐘、整點定時報時、溫度感應顯示、定時電源控制等。多功能電子時鐘的設計是51單片機的實際控制類應用，本設計方案主要包括以下幾部分內(nèi)容。

（1）選用主芯片時考慮到多功能電子時間的使用環(huán)境復雜，應用場景多樣以及保養(yǎng)維修方便的特點，系統(tǒng)的主芯片選用價格便宜、參數(shù)合適和性能穩(wěn)定的STC89C52系列，STC89C52系列芯片具備良好的ISP在線可編寫可燒錄技術(shù)，當程序?qū)﹄娐愤M行調(diào)用及調(diào)試時，支持程序?qū)π酒M行燒錄應用，對51單片機兼容性良好，具備有8K的ROM以及超低的3V啟動工作電壓。

（2）時間芯片采用DS1302，DS1302芯片價格較為便宜，它是一種高準度、高性能的時鐘芯片。它可在2-5V之間的工作電壓環(huán)境下正常運行，且能耗較低，芯片內(nèi)部可自動對時間和日期進行補償運算和計數(shù)。

（3）溫度和濕度傳感器選用DHT11芯片，該芯片價格便宜。采用單總結(jié)式訪問結(jié)構(gòu)，便于單片機直接直接調(diào)用資源，而且感應的數(shù)值較為準確，電路設計較為簡單。

（4）LCD顯示模塊選用LCM12864芯片，它可顯示最多32個字符，有接口與單片機直接相連，價格便宜，功耗較低。但LCD亮度流明不足在強光下環(huán)境下可能會有一定的不清晰現(xiàn)象，但與其它實現(xiàn)方案相比，此方案優(yōu)點較為明顯。

（5）控制模塊，設計為獨立的按壓式按鍵實現(xiàn)，此實現(xiàn)辦法便于操作，程度調(diào)用較為簡單。

整個系統(tǒng)的設計方案，由主芯片STC89C52、時間芯片DS1302等配合系統(tǒng)協(xié)同工作，系統(tǒng)可正常實現(xiàn)設計的6大功能，功能框架圖所圖1所示。

2 多功能電子時鐘功能的實現(xiàn)

2.1 多功能電子時鐘功能的硬件設計

根據(jù)系統(tǒng)設計方案對系統(tǒng)硬件電路設計，系統(tǒng)的整體設計系統(tǒng)與6個模塊協(xié)同工作，共同處理數(shù)據(jù)。

2.1.1 STC89C52芯片設計

系統(tǒng)設計中STC89C52芯片為系統(tǒng)的主運行芯片，它的正常規(guī)范設計直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。STC89C52共有引腳40個，各個引腳的功能均己定義。

（1）PO口，是8位開路型雙向的，它是地址與數(shù)據(jù)總線的復用口，當它接收到輸入數(shù)據(jù)時，能驅(qū)動8個邏輯電路，當對端口以高電平時可視為具備高阻抗的輸入端口。當FLASH進行編程或者燒錄時，PO口接收外部指令;當在輸出指令或者校驗時，必須有電阻配合其工作。

（2）P1口，是8位的雙向型輸入輸出的，且自帶內(nèi)部上拉電阻功能。P1口可驅(qū)動4個邏輯電路，對端口處于高電平或者低電平時，將直接影響著P1口的輸入輸出特性。

（3）P3口，它是芯片中較為重要的端口，它可處理4個邏輯電路，同時也是一個可自動上拉電阻型的雙向輸入輸出端口，它不但可作為FO接口，而且它還具備著其它第三方功能的處理的能力，對于FALSH存儲器編程能接收和處理。如表1所示。

（4）其它端口，此芯片還有復位輸入、可編程端口、振蕩電路、自動定時、自動計數(shù)、中斷系統(tǒng)等，此芯片有6個不同的中斷源，可以允許更多的系統(tǒng)中斷請求和服務。

2.1.2 DS1302時鐘芯片設計

DS1302是由美國DALLAS公司推出的具有涓細電流充電能力的低功耗實時時鐘芯片。它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能，它采用普通32.768kHz晶振，具體的封裝如圖2所示。

在芯片中“X1，X2”為別代表32.768kHz晶振引腳端口，“GND”為地線端口，“RST"指復位端;“I/O”是指傳輸?shù)臄?shù)據(jù)輸入和輸出端口;“SCLK”為串行時鐘端口;“VCCL”是慢速充電引腳端口;“VCC2”是指電源引腳端口。

DS1302芯片與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位Write Protect（D7）必須高邏輯電平，如果D為低邏輯電平，則寫保護，不能寫入DS 1302;若D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù);最低位LSB（DO）為低邏輯電平時指定寫輸入操作;若DO=1，指定讀操作輸出操作。在DS1302的時鐘日歷或RAM傳送，首先發(fā)送命令8位字節(jié)，若進行單字節(jié)傳送，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。

根據(jù)以上原則，DS1302的具體設計電路如圖

2.4 所示，VCC1為備用電源，VCC2為主要接入供電電源，VCC1可確保VCC2在中斷的情況下，DS1302仍然能確保正常運行。

2.1.3 DHT11傳感器設計

DHTt l數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有己校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準，校準系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應用中，在苛刻應用場合的最佳選擇。

DHT11傳感器易于連接STC89C52，STC89C52的P2.0口用來發(fā)收串行數(shù)據(jù)，而連接傳感器的Pin2，傳感器的電源端口Pin1和Pin4接STC89C52的VDD和GND端。傳感器的第三腳懸浮放置。DHT11傳感器電路原理圖如3所示。

整個多功能電子時鐘還有幾個模塊均需要設計電路及串連，分別有LCD顯示模塊、復位電路模塊、按鍵模塊，在上述的模塊中均需要用到系統(tǒng)開始選用的芯片設計，在此不——列出。

2.2 多功能電子時鐘功能的軟件設計

不管硬件選用如何合理，如果沒有一個好的程序控制，各種芯片之間將不能很好的協(xié)同工作，此系統(tǒng)通過功能區(qū)，劃分為不同的程序模塊，分別對不同的模塊進行編程、調(diào)試和測試，最后由主程序?qū)⒏髯幽K之間串接，各個子模塊之間的修改將不會對整個程序造成基礎性變化。本系統(tǒng)主要有以下子模塊進行設計，分別是日歷程序、溫度濕度程序、按鍵輸入控制程序、顯示程序、主調(diào)用程序。主調(diào)用程序?qū)⒏髯幽K的數(shù)據(jù)整合，在LCD上顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)。

主程序的主函數(shù)

void main（）

{beep=0;//開機叫BEEP叫一聲

delay_1ms（150）;

P0=P1=P2=P3=0xff;//單片機IO口初始化為1

init_61302（）;//ds1302初始化

read_clocks;

init_12864（）：//1cd12864初始化

init_12864_dis（）;//1cd12864初始化顯示

time0_init（）;//初始化定時器

dst11（）;//先讀出溫濕度的值

{if（flag_clock_en==0）//只有鬧鐘關(guān)了才能進入設置

key_with（）;

else

{beep=1;

flag_clock_en=0;}}//按下任意鍵可關(guān)閉鬧鐘

if（flag_200ms==1）

{flag_200ms=0;

dst11（）;//先讀出溫濕度的值

ds1302_dis（）;}//時鐘顯示函數(shù)

if（flag_100ms==1）{

menu_dis（）;

//鬧鐘報警函數(shù)

flag_100ms=0;

}

delay_1ms（1）;}}

2.2.1 時間芯片顯示程序

把時間芯片的數(shù)據(jù)顯示在LCD上，需要進行調(diào)用和驅(qū)動，具體的程序如下。

Conversion（O，nian，yue，ri）;//農(nóng)歷轉(zhuǎn)換

……

write_shu16（2，3，nian）;//顯示年

write_shu16（2，5，yue）;//顯示月

write_shu16（2，7，ri）：//顯示日

write_shu16（3，7，week）;//顯示星期addr_12864（3，2）;//地址轉(zhuǎn)換

……addr_12864（4，0）;//地址轉(zhuǎn)換

write_shu10（1，6，table dhtll[0]）;//顯示濕度

write_shu10（1，2，table_dhtll[2]）;//顯示溫度

}}}

2.2.2 溫度濕度程序設計

在總線上有初始化數(shù)據(jù)、寫和讀數(shù)據(jù)3種基本操作，初始化數(shù)據(jù)是對總線上的器件清理狀態(tài)復位清零操作，寫數(shù)據(jù)操作用于主節(jié)點向總線上寫入一位數(shù)據(jù)，讀用于主節(jié)點從總線上讀取一位數(shù)據(jù)。具體程序設計如下。

void dstll（）

{staticuint value;

uchari，j;//讀溫濕度時不能打開中斷

delay_uint（4）;//50us

if（dht11==0）//判斷是否響應。為響應

……

value=0;

while（dht11==1）//等待響應時間過完

（value++;

if（value>=2000）

return;}

for（i=0;i<5;i++）

{for（j=0;j<8;j++）

{table_dht11[i]

<<=1;

while（dht11==0）;

delay_uint（4）;

if（dht11==1）

{table_dhtll[i]|=0x01;

while（dht11==1）;

在多功能電子時鐘的實現(xiàn)過程中，調(diào)用了很多的函數(shù)進行數(shù)據(jù)讀寫以及驅(qū)動等操作，具體的實現(xiàn)方法和程序使用的技巧和方法略有不同，此處將不——列出。

2.3 多功能電子時鐘的整體設計

多功能電子時鐘系統(tǒng)的核心采用的是STC89C52單片機;數(shù)據(jù)顯示模塊采用的是LCD液晶顯示;溫濕度采集模塊用的是DHT11溫濕度傳感器，整個系統(tǒng)設計如圖4所示。

多功能電子時鐘系統(tǒng)在整體聯(lián)調(diào)后，可實現(xiàn)6大模塊的功能，顯示效果在光線照明不強的情況下顯示良好，各種功能均能正常實現(xiàn)，按鍵功能系統(tǒng)能控制各種功能模塊，模塊間互相調(diào)用正常，系統(tǒng)功能實現(xiàn)。

3 結(jié)論

多功能電子時鐘整個系統(tǒng)設計具備了多種功能，在實際應用上非常廣泛，它可以應用于一些較為惡劣的環(huán)境下，更可以實現(xiàn)定時工控等功能，為物聯(lián)網(wǎng)的接入提供了一定的基礎，具備著良好的發(fā)展前景。各種制作商應關(guān)注多功能電子時鐘的擴展功能及硬件設計的優(yōu)化方案，進一步提高質(zhì)量和適應環(huán)境的能力，促進設計及工藝的進一步飛躍。

參考文獻

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