基于單片機的電子計時牌設(shè)計

0 引言

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

1 系統(tǒng)設(shè)計原理

本設(shè)計采用飛利浦公司的P87LPC762做為微處理器，溫度傳感器芯片選用LM70，時鐘芯片采用DS1302芯片，它們與單片機全部采用串行通信方式。該電子計時牌系統(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、時鐘數(shù)據(jù)。系統(tǒng)首先通過單片機讀人溫度傳感器芯片LM70測得的二進制溫度數(shù)據(jù)，然后進行處理計算以得出相應(yīng)的BCD溫度數(shù)據(jù)，最后與安全天數(shù)數(shù)據(jù)一同通過單片機擴展的串口送到數(shù)碼管顯示。同時通過單片機與時鐘芯片DS1302的通信讀入日歷時鐘數(shù)據(jù)，再把得到的年月日、星期數(shù)據(jù)通過單片機擴展的另一個串口輸出送到數(shù)碼管顯示，同時把時鐘數(shù)據(jù)通過單片機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相連的三個按鍵來完成。顯示部分采用74HC164N串行輸入并行輸出移位寄存器來驅(qū)動數(shù)碼管。秒信號和天氣信號則采用發(fā)光二極管來顯示。綜上所述，本設(shè)計采用的串行通信方式可有效地節(jié)省硬件電路設(shè)計的空間，從而使設(shè)計更為簡捷，具有一定的實用性。

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)，也就是把二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 BCD碼數(shù)據(jù)存放到單片機中。

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)的符號位，如果是負溫度數(shù)據(jù)，則要先求補碼才能最終將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的正確溫度值。

3 日歷時鐘數(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)計設(shè)置計時的初始時間是2005年1月1日星期六1時0分0秒，即時鐘芯片上電后即從這個時間開始走時。那么，要完成初始化時鐘，就應(yīng)當把初始時間寫入DS1302芯片中去。圖2所示是其寫時鐘數(shù)據(jù)流程圖。

從圖2所示的流程圖可以看出，要想把時鐘數(shù)據(jù)寫入時鐘芯片，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鐘多字節(jié)控制寄存器，它的命令字格式如下：

當寫入時鐘芯片08EH時，同樣還要寫入允許寫操作的命令字00H。寫完這兩個命令字后，就可以開始寫入每個字節(jié)時鐘數(shù)據(jù)的地址和相應(yīng)的時鐘數(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，小時地址為84H，依次類推。也就是說，每寫完一個字節(jié)數(shù)據(jù)的地址后，其地址應(yīng)相應(yīng)加2，以準備下一個字節(jié)地址的寫入。整個程序可實現(xiàn)七個字節(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)計數(shù)值為0，便完成了時鐘數(shù)據(jù)的寫入。

寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)時，首先要置循環(huán)計數(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鐘端口輸入一個時鐘下降沿。只有在下降沿后，一位數(shù)據(jù)才能寫人時鐘芯片。這樣，循環(huán)8次后，一字節(jié)的數(shù)據(jù)就寫入到了時鐘芯片。整個初始時鐘數(shù)據(jù)寫入后，就可以讓DS1302自動運行并走時了。

3.2 讀程序分析

讀一字節(jié)子程序同寫一字節(jié)子程序是一個道理，首先可設(shè)置循環(huán)計數(shù)值為8，以便為讀取一個8位字節(jié)數(shù)據(jù)做準備，然后在串行時鐘下降沿從P0.2端口讀取一位時鐘數(shù)據(jù)到C，以進行帶進位的累加器循環(huán)右移，這樣，循環(huán)8次后，即完成了一個字節(jié)時鐘數(shù)據(jù)的讀取。其結(jié)果存放到累加器ACC中。具體讀取一字節(jié)數(shù)據(jù)的程序如下：

3.3 安全生產(chǎn)天數(shù)的計算

本系統(tǒng)中的一項功能就是顯示當前的安全生產(chǎn)天數(shù)。要得出安全生產(chǎn)天數(shù)值，首先應(yīng)在單片機的內(nèi)存單元中設(shè)定好安全生產(chǎn)天數(shù)的起點日期，同時設(shè)定一個基準時間，這樣就可以計算出設(shè)置的安全生產(chǎn)天數(shù)起點日期到這個基準時間的天數(shù)，也就是起點的累計天數(shù)。然后，當每次讀取時鐘芯片日歷時鐘數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)就會計算出當前讀到的日期到基準時間的天數(shù)，也就是當前日期的累計天數(shù)，兩個累計天數(shù)之差即是要顯示的安全生產(chǎn)天數(shù)。

4 實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)的主程序用于完成數(shù)據(jù)的初始化以及T0定時器的設(shè)置等，其它任務(wù)均放到定時中斷程序中來執(zhí)行。圖3所示為其中斷服務(wù)程序流程圖。中斷服務(wù)程序首先要判斷是否有按鍵按下，即是否進人數(shù)據(jù)設(shè)置狀態(tài)?如果不是在設(shè)置狀態(tài)，就要從時鐘芯片讀取要顯示的數(shù)據(jù)，以及把每一項顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送數(shù)碼管顯示。如果是在設(shè)置狀態(tài)下，則設(shè)置每0.25 s刷新顯示一次數(shù)據(jù)。

若在設(shè)置狀態(tài)下，則意味著有按鍵按下，那么就要讀取相應(yīng)的按鍵。本設(shè)計中如果按鍵在設(shè)置狀態(tài)下，不進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)整操作，則保存設(shè)置的數(shù)據(jù)，并退出設(shè)置狀態(tài)。讀鍵時，首先讀出其鍵碼并保存。然后判斷鍵碼穩(wěn)定否，如果不穩(wěn)定，說明按鍵已經(jīng)響應(yīng)，則不進行數(shù)據(jù)調(diào)整。如果鍵碼穩(wěn)定，則再判斷是否是調(diào)整鍵，如果是調(diào)整鍵，則調(diào)整修改指針，即每按一次調(diào)整鍵，修改指針加一，并進行下一項數(shù)據(jù)的修改。修改指針一般從安全天數(shù)的千、百、十、個到年、月、日、星期再到小時、分。如果一開始按下的按鍵不是調(diào)整鍵，則不會進入設(shè)置狀態(tài)。在調(diào)整鍵已經(jīng)響應(yīng)的情況下，如果再讀到有鍵按下的信號，那么，當其不是調(diào)整鍵時，進入數(shù)據(jù)修改狀態(tài)，以進行相應(yīng)數(shù)據(jù)的調(diào)整。注意：在設(shè)置狀態(tài)下，每次操作均清除時鐘，以便計時退出。調(diào)整好相應(yīng)數(shù)據(jù)后，即可保存數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)的顯示。

5 數(shù)據(jù)的顯示

本設(shè)計中采用16片8位串行輸入／并行輸出74HC164N和數(shù)碼管來進行串行移位顯示。所用數(shù)碼管是共陽極的8段數(shù)碼管。由于分成三組輸出來顯示數(shù)據(jù)，因此，設(shè)計時把安全生產(chǎn)天數(shù)和溫度顯示部分的74HC164N時鐘線連在一起接到單片機的P0.5，而把年月日星期顯示部分的74HC164N時鐘線連在一起接到單片機的P0.7，另外，把時鐘顯示部分的74HC164N時鐘線連在一起接到單片機的P1.0。

6 結(jié)束語

本設(shè)計在完成過程中進行了多次的試驗，尤其是在對溫度的讀取方面，得到了很多老師的指導(dǎo)，在此一并感謝。