基于单片机的多功能数字钟系统设计与分析

如图2所示，本次设计的多功能数字钟采用一块AT89C52作为主控模块，还用到了转换芯片DS1302，主要是对实现定时电路进行信号交换。在单片机工作之前，我们必须给它一个电源(5V)和连接一些需要连接的地方。比如第18、19引脚之间要给它接上一个12MHz的晶振和两个33pF的电容。第31引脚要接上电源，第9引脚要接上复位电路。第20引脚要接地，第40引脚要接上电源。DS1302芯片主要用于电路的转换。单片机剩下的P0口、P3口、和P2口分别用于其他功能。同时要指出的是在使用P0口时要给它接上上拉电阻，这样单片机的驱动能力就会大大增强。P3口是复用功能，可以用做数据的传输和地址线。特别要强调的是这里只能用高8位做数据线。P2口内部已经具备了上拉电阻，因此不用再加上拉电阻了。这些都是上电之前要做好的一些前提条件，如果忽视了哪一点，都可能使单片机不能正常工作，或者说容易烧坏单片机。
2．2 LCD显示模块电路的设计
显示电路图如图3所示。从图3中可以观察到，单片机P1口连接LCD的D0-D7， LCD的第1、2脚分别接电源和地，然后由单片机AT89C52载入程序用以控制LCD，由此来显示相应的文字。

为了线路的简便，本显示模块只用到一块LCD(128×64)的液晶显示器。另外，为了使程序更简单，还使用了一块液晶的控制器芯片KS0108来驱动LCD，这样当编写程序时就省去了编写LCD的驱动程序，大大减少了设计的时间段，这样既省时间又不会使电路变复杂。
2．3 闹铃与按键模块电路的设计
闹铃电路如图4所示。本电路比较简单，只用普通的蜂鸣器接至AT89C52由它进行控制，从图4可以看出单片机P3．0口接喇叭的正极，为了使蜂鸣器的声音大些，P3．0口信号输出端接上一个电阻和一个三极管用于放大声音信号，蜂鸣器的负极直接接地，按键模块用到了三个按钮和三个电阻。单片机的P3．1＼P3．2＼P3．3与三个按钮相连。按钮的另一端接喇叭的 负极。其中按钮的功能是随时调整时间以及调
整闹钟。

2．4 DS1302时钟模块的设计
2．4．1 引脚功能及结构
图5所示为DS1302的引脚图。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正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。上电运行时，在Vcc大于或等于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为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。

2．4．2 DS1302与CPU的连接
DS1302与CPU的连接电路如图6所示。DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK(7)、I／O(6)、RST(5)。时钟的显示用LCD。实际上，在调试程序时可以不加电容器，只加一个32．768kHz的晶振即可。只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大(还可以在上面的电路中加入DS18 B20，同时显示实时温度)。只要占用CPU一个口线即可。LCD还可以换成LED，因为LED无法显示较复杂的字符而本设计有用到字符显示，因此系统选用LCD，其特点是可显示任意字段笔划(比如星期)而且显示清晰。

为了初始化任何数据的传输，引脚信号应由低变高，并且应将具有地址和控制信息的8位数据(控制字节)装入芯片的移位寄存器内，数据的读写可以用单字节或多字节的突发模式方式进行。所有的数据应在时钟的下降沿变化，而在时钟的上升沿，芯片或与之相连的设备进行输入。

3 系统的软件设计
3．1 系统软件概述
3．1．1 DS1302的命令字节
命令字节的格式如图7所示，每次数据的传输都是由命令字节开始的，这里的最高有效位必须是1。D6是RAM(为1)或时钟／日历(为0)的标识位。D1～D5定义片内寄存器的地址。最低有效位(D0)定义了写操作(为0时)或读操作(为1时)。命令字节的传输始终从最低有效位开始。

3．1．2 DS1302的控制字节
DS1302的控制字节如图7所示。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)如为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。