基于AT89S51單片機(jī)的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目基于AT89S51單片機(jī)的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 張 明 學(xué)號(hào) 10011425 班 級(jí) 100114 專 業(yè) 嵌入式系統(tǒng)工程 分 院 信息技術(shù) 指導(dǎo)教師 于 薇 2013年 4月 1 日長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）專用紙 目 錄目 錄II摘 要IIIAbstractIV緒 論1第1章 整體設(shè)計(jì)方案31.1 單片機(jī)的選擇31.2 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)51.3 本章小結(jié)6第2章 數(shù)字鐘的硬件設(shè)計(jì)72.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)72.2 數(shù)字鐘的外圍電路設(shè)計(jì)92.2.1 時(shí)鐘電路93.2.2 LCD顯示電路112.2.3 語(yǔ)音錄放電路132.2.4 電源電路132.2.5 相關(guān)控制電路1

2、42.3 本章小結(jié)16第3章 數(shù)字鐘的軟件設(shè)計(jì)173.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容173.2 主程序183.3 時(shí)鐘設(shè)置子程序213.4 中斷子程序253.5 LCD顯示子程序263.6 本章小結(jié)26第4章 調(diào)試與功能說(shuō)明274.1 硬件調(diào)試274.2 系統(tǒng)性能測(cè)試與功能說(shuō)明294.2.1 系統(tǒng)時(shí)鐘誤差分析294.2.2 軟件調(diào)試問(wèn)題及解決314.3 系統(tǒng)PCB圖324.4 本章小節(jié)32結(jié) 論34致 謝35參考文獻(xiàn)36附錄1：設(shè)計(jì)所用到器件清單37附錄2:設(shè)計(jì)實(shí)物圖38摘 要 本文介紹了一款基于AT89S51單片機(jī)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，通過(guò)多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)思路，詳細(xì)敘述了系統(tǒng)硬件、軟件的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。論文重

3、點(diǎn)闡述了數(shù)字鐘硬件中MCU模塊、語(yǔ)音模塊、時(shí)鐘模塊和相關(guān)控制模塊等的模塊化設(shè)計(jì)與制作；軟件同樣采用模塊化的設(shè)計(jì)，包括中斷模塊、鬧鐘模塊、語(yǔ)音模塊、時(shí)間調(diào)整模塊設(shè)計(jì)，并采用簡(jiǎn)單流通性強(qiáng)的C語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了時(shí)間與鬧鐘的修改功能、語(yǔ)音播報(bào)功能、年、月、日和星期的顯示功能。并且通過(guò)對(duì)比實(shí)際的時(shí)鐘，查找出了誤差的來(lái)源，確定了調(diào)整誤差的方法，盡可能的減少誤差，使得系統(tǒng)可以達(dá)到實(shí)際數(shù)字鐘的允許誤差范圍內(nèi)。關(guān)鍵詞：AT89S51單片機(jī)；數(shù)字鐘；語(yǔ)音播報(bào)Abstract This paper introduced the design of digital clock based on SCM of

4、AT89S51, the specific process of how the system hardware and software achieved were detailed description through the design of multifunction digital clock. The modular design and production, which consisted of MCU module, voice module，clock module and the associated control module, were mainly recou

5、nted；As well as hardware designing，software design use the same method, consists suspension module，alarm clock module, voice module, time adjust module, and that use the C language to achieve because of its simple and strong negotiability. In this design the functions of time and alarm clock run and

6、 change, voice broadcast，functions of the year, month, day and week display have been achieved. And by comparing the actual clock, find out the source of the error and determined the method of adjusting error, reduce errors as much as possibly, so this system can achieve a practical digital clock wi

7、th error within the permissible range.Keywords ：AT89S51 microcontroller; Digital clock; Voice Broadcast II緒 論課題背景單片機(jī)自1976年由Intel公司推出MCS-48開(kāi)始，迄今已有二十多年了。由于單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、功耗地、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活的方方面面，幾乎“無(wú)處不在，無(wú)所不為”。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已從面向工業(yè)控制、通訊、交通、智能儀表等迅速發(fā)展到家用消費(fèi)產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、汽車電子、PC機(jī)外圍以及網(wǎng)絡(luò)通訊等廣大領(lǐng)域。單片機(jī)有

8、兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)的結(jié)構(gòu)為多。本文討論的單片機(jī)多功能定時(shí)器的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個(gè)可編程的計(jì)時(shí)定時(shí)系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。不僅能滿足所需要求，而且還有很多功能可供開(kāi)發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如ATME

9、L、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說(shuō)是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。這些兼容機(jī)與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（主要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而，常用80C51系列來(lái)稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)，它們對(duì)8051單片機(jī)一般都作了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)。其功能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)，不該把它們直接稱呼為MCS-51系列單片機(jī)，因?yàn)镸CS只是Intel公司專用的單片機(jī)系列型號(hào)。MCS-51系列及80C51單片機(jī)有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機(jī)及

10、其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型。課題意義在日常生活和工作中，我們常常用到定時(shí)控制，如擴(kuò)印過(guò)程中的曝光定時(shí)等。早期常用的一些時(shí)間控制單元都使用模擬電路設(shè)計(jì)制作的，其定時(shí)準(zhǔn)確性和重復(fù)精度都不是很理想，現(xiàn)在基本上都是基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，隨著單片機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，大可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則可以用于家電控制，甚至可以用于兒童電子玩具。它功能強(qiáng)大，體積小，質(zhì)量輕，靈活好用，配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒梢詷?gòu)造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設(shè)備

11、逐漸增多，不同的設(shè)備都有自己的控制器，使用起來(lái)很不方便。根據(jù)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一個(gè)單片機(jī)多功能定時(shí)系統(tǒng)，它可以避免多種控制器的混淆，利用一個(gè)控制器對(duì)多路電器進(jìn)行控制，同時(shí)又可以進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)和定點(diǎn)打鈴。它可以執(zhí)行不同的時(shí)間表（考試時(shí)間和日常作息時(shí)間）的打鈴，可以任意設(shè)置時(shí)間。這種具有人們所需要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動(dòng)，擴(kuò)大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。數(shù)字鐘的應(yīng)用數(shù)字電子鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確，一鐘多用等特點(diǎn)，在生活中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)上已有現(xiàn)成的電子鐘集成電路芯片出售，價(jià)格便宜、使用也方便，但是人們對(duì)電子產(chǎn)品的應(yīng)用要求越來(lái)越高，數(shù)字鐘不但可以顯示當(dāng)前的時(shí)間，而且可以顯

12、示日期、農(nóng)歷 、以及星期等，給人們的生活帶來(lái)了方便。另外數(shù)字鐘還具備秒表和鬧鐘的功能，且鬧鐘鈴聲可自選，使一款電子鐘具備了多媒體的色彩。時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。電子鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇院、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使電子鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。

13、第1章 整體設(shè)計(jì)方案由于本系統(tǒng)要求具有語(yǔ)音播報(bào)功能，所以需采用十六位可處理語(yǔ)音信號(hào)的單片機(jī)。其主要設(shè)計(jì)思想是：整個(gè)系統(tǒng)用單片機(jī)為中央控制器，由單片機(jī)執(zhí)行采集時(shí)鐘芯片的時(shí)間信號(hào)并通過(guò)顯示模塊來(lái)輸出信號(hào)及相關(guān)的控制功能。時(shí)鐘芯片產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，利用單片機(jī)的I/O口傳給單片機(jī)；并通過(guò)I/O口實(shí)現(xiàn)LCD的顯示。系統(tǒng)設(shè)有4個(gè)按鍵可以對(duì)時(shí)間星期年月日進(jìn)行調(diào)整，還可以設(shè)置鬧鐘。整體框架如圖1-1所示。語(yǔ)音模塊LCD顯示單片機(jī)電源模塊復(fù)位電路時(shí)鐘模塊按鍵模塊圖1-1 系統(tǒng)整體框圖1.1 單片機(jī)的選擇AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system pro

14、grammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片

15、內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。  主要功能特性為：兼容MCS-51指令系統(tǒng)；4k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISP Flash ROM；32個(gè)雙向I/O口；4.5-5.5V工作電壓；2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器；時(shí)鐘頻率0-33MHz；全雙工UART串行中斷口線；128x8bit內(nèi)部RAM；2個(gè)外部中斷源；低功耗空閑和省電模式；中斷喚醒省電模式；看門狗（W

16、DT）電路；靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程；雙數(shù)據(jù)寄存器指針。AT89S51單片機(jī)與其他品牌單片機(jī)相比有著性價(jià)比高，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。(1) 51單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如果是作低成本的智能產(chǎn)品，51構(gòu)架單片機(jī)的成本優(yōu)勢(shì)，還是無(wú)人能敵的。比如一片AT89S51和AT89S52單片機(jī)的批量?jī)r(jià)格大概是5元左右，STC89C52單片機(jī)的批量?jī)r(jià)格大概是6元多，這樣的芯片價(jià)格是很低的。一片簡(jiǎn)單的74系列通用數(shù)字邏輯芯片還要1元左右，而一片51單片機(jī)內(nèi)部集成有成千上萬(wàn)個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)電路。51構(gòu)架已經(jīng)誕生很多年了，到目前依然有著強(qiáng)大的生命力和實(shí)用性，從1976年51構(gòu)架成功面市，多少年過(guò)去了，從90年代初全新閃存結(jié)構(gòu)的AT89

17、C51要90元一片，到現(xiàn)在AT89S51只要5元多一片，51依然大量的使用著。使用51單片機(jī)能夠有效的控制智能產(chǎn)品整機(jī)的成本， 51系列還是有著無(wú)法替代的重要地位。(2) AT89S51與AT89C51的比較AT89S51相對(duì)與AT89C51新增加了很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89C51更低！ AT89S51具有ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境上拔除，可以在線燒寫。AT89S51的最高工作頻率為33MHz， 89C51的極限工作頻率是24M，就是說(shuō)S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。AT89S51具有雙工UA

18、RT串行通道。AT89S51內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路。 AT89S51具有雙數(shù)據(jù)指示器。 AT89S51具有電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)。 AT89S51具有全新的加密算法，這使得對(duì)于89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 在兼容性方面，AT89S51向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等產(chǎn)品。也就是說(shuō)不論教科書上采用的單片機(jī)是8051還是89C51還是MCS-51等等。在89S51上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所謂的向下兼容。 AT89S51與AT89C51就如同INTEL的P3向P4升級(jí)一樣，雖

19、然都可以跑Windows98，不過(guò)速度是不同的?？傊?，無(wú)論是比其他品牌同類產(chǎn)品相比，還是與同品牌產(chǎn)品相比都顯示出了AT89S51優(yōu)良的性能，更高的性價(jià)比。所以AT89S51芯片成為了本系統(tǒng)的首選。1.2 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)AT89S51單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)主要包括了以下主要部件：(1) 控制器控制器是單片機(jī)的指揮控制部件，控制器的主要任務(wù)是識(shí)別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。單片機(jī)執(zhí)行指令是在控制器的控制下進(jìn)行的。首先從程序存儲(chǔ)器中讀出指令，送指令寄存器保存，然后送至指令譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果送定時(shí)控制邏輯電路，由定時(shí)控制邏輯產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)和控制

20、信號(hào)，再送到單片機(jī)的各個(gè)部件去進(jìn)行相應(yīng)的操作。這就是執(zhí)行一條指令的全過(guò)程，執(zhí)行程序就是不斷重復(fù)這一過(guò)程?？刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器IR、指令譯碼器、條件轉(zhuǎn)移邏輯電路及時(shí)序控制邏輯電路。(2) 存儲(chǔ)器AT89S51單片機(jī)存儲(chǔ)器采用的是哈佛結(jié)構(gòu),即程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間截然分開(kāi),程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自己的尋址方式,尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于單片機(jī)面向控制的實(shí)際應(yīng)用極為方便,有利.在8051/8751彈片擊中,不僅在片內(nèi)集成了一定容量的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及眾多的特殊功能寄存器,而且還具有極強(qiáng)的外存儲(chǔ)器的擴(kuò)展能力,尋址能力分別可達(dá)64KB,尋址和操作簡(jiǎn)

21、單方便。(3) 并行I/O口MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器所組成。實(shí)際上P0-P3已被歸入特殊功能寄存器之列。這四個(gè)口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。(4) 時(shí)鐘電路與時(shí)序時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。MCS-51單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，MCS-51單片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行進(jìn)行工作，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個(gè)信號(hào)的關(guān)系。1.

22、3 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的整體構(gòu)思方案，具體有幾個(gè)模塊組成，以及每個(gè)模塊的連接方法。核心芯片單片機(jī)的基本資料介紹，著重介紹了單片機(jī)的對(duì)比與選擇。再選擇了合適的單片機(jī)后還介紹了AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)的架構(gòu)與實(shí)驗(yàn)。第2章 數(shù)字鐘的硬件設(shè)計(jì)2.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)要正常運(yùn)行，必須具備一定的硬件條件，其中最主要的就是三個(gè)基本條件：（1）電源正常；（2）時(shí)鐘正常；（3）復(fù)位正常。AT89S51的引腳如圖2-1所示。在AT89S51單片機(jī)的40個(gè)引腳中，電源引腳2根，晶振引腳2根，控制引腳4根，可編程輸入輸出引腳32根。圖2-1 AT89S51的最小系統(tǒng)(1) 工作電源電源是單片機(jī)工作的動(dòng)

23、力源泉，對(duì)應(yīng)的接線方法為;40腳（VCC）電源引腳，工作時(shí)接5電源，20腳（GND）為接地線。(2) 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)序脈沖，單片機(jī)所有運(yùn)算與控制過(guò)程都是在統(tǒng)一的時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的，時(shí)鐘電路就好比人的心臟一樣重要。當(dāng)采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，連接方法如圖2-1所示，在晶振引腳XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)引腳之間接入一個(gè)晶振，兩個(gè)引腳對(duì)地分別再接入一個(gè)電容即可產(chǎn)生所需的時(shí)鐘信號(hào)，電容的容量一般在幾十皮法，如30PF。(3) 復(fù)位電路在復(fù)位引腳(9腳)持續(xù)出現(xiàn)24個(gè)振蕩器脈沖周期(即2個(gè)機(jī)器周期)的高電平信號(hào)將使單片機(jī)復(fù)位。如圖2-1所示電容C和電阻R構(gòu)成了單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位

24、電路。復(fù)位后，單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序，并初始化一些專用寄存器為復(fù)位狀態(tài)值，受影響的專用寄存器如表3-1所示。表2-1 復(fù)位寄存器狀態(tài)表寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)PC000HTC0N00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P3FFHSCON00HIPXXX00000HSBUF不確定IEOXX00000HPCON0XXX0000HTMOD00H(4) 控制引腳EA接法 EA/VPP(31腳)為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制引腳，當(dāng)EA為低電位時(shí)單片機(jī)從外部程序存儲(chǔ)器取指令；當(dāng)EA接高電平時(shí)單片機(jī)從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器取指令。AT89S5

25、1單片機(jī)內(nèi)部有4KB可反復(fù)擦寫1000次以上的程序存儲(chǔ)器，因此要把EA接+5V高電平，讓單片機(jī)運(yùn)行內(nèi)部的程序，這樣就可以通過(guò)反復(fù)燒寫來(lái)驗(yàn)證程序了。這就是AT89S51單片機(jī)最小化系統(tǒng)的連接，只要把編寫好的程序燒寫到單片機(jī)內(nèi)部，并接上5V電源就可以正常運(yùn)行了，在17腳接上的發(fā)光二極管可以用來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)是否正常。2.2 數(shù)字鐘的外圍電路設(shè)計(jì)2.2.1 時(shí)鐘電路（1） 單片機(jī)時(shí)鐘時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外

26、部時(shí)鐘方式。本文用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路設(shè)計(jì)如圖2-2所示。圖2-2 單片機(jī)時(shí)鐘AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。（2） 時(shí)鐘芯片采用帶 RAM的時(shí)鐘芯片DS1302。該芯片可以進(jìn)行時(shí)分秒的計(jì)數(shù)，具有100年日歷，可編程接口，還具有報(bào)警功能和掉電保存功能，并且可以對(duì)其方便的進(jìn)行程序控制DS1302它通過(guò)串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，向單片機(jī)提供包括秒、分、時(shí)、日、月、年等在內(nèi)的實(shí)時(shí)時(shí)間信息，并可對(duì)月末日期、閏年天數(shù)自

27、動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳，在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。另外，它還能提供31字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的RAM。有了這些特點(diǎn)，DS1302已在許多單片機(jī)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。 圖2-3 DS1302引腳排列圖DS1302的引腳排列如圖2-3所示，各引腳的功能見(jiàn)表2-2。表2-2 DS1302功能表引腳功能X1，X232768HZ晶振引腳端RST復(fù)位端I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出端SCLK串行時(shí)終端GND地VCC2，VCC1主電源與后備電源引腳端DS1302時(shí)鐘芯片內(nèi)主要包括移位寄存器、控制邏輯電路、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路以及用于高速暫存的31字節(jié)RAM。DS1302與單片

28、機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送依靠RST，I/O，SCLK三根端線即可完成。其工作過(guò)程可概括為：首先系統(tǒng)RST引腳驅(qū)動(dòng)至高電平，然后在作用于SCLK時(shí)鐘脈沖的作用下，通過(guò)I/O引腳向DS1302輸入地址/命令字節(jié)，隨后再在SCLK時(shí)鐘脈沖的配合下，從I/O引腳寫入或讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)。因此,其與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實(shí)現(xiàn)的。DS1302與單片機(jī)電路相連如圖2-4所示。圖2-4 DS1302與單片機(jī)接口圖3.2.2 LCD顯示電路液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。 1602B可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0

29、-D7，和RS、R/W、EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光。該模塊也可以只用D4-D7作為四位數(shù)據(jù)分兩次傳送。這樣的話可以節(jié)省MCU的I/O口資源。各引腳的功能見(jiàn)表2-3。表2-3 LCD引腳功能圖編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2雙向數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3雙向數(shù)據(jù)口3VL對(duì)比度調(diào)節(jié)11D4雙向數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5雙向數(shù)據(jù)口5R/W讀/寫選擇13D6雙向數(shù)據(jù)口6E模塊使能端14D7雙向數(shù)據(jù)口7D0雙向數(shù)據(jù)口15BLK背光源地8D1雙向數(shù)據(jù)口16BLA背光源正極 從該模塊的正面看，引腳排列從右向左為：15腳、16腳，然后才是11

30、4腳。VDD：電源正極，4.55.5V，通常使用5V電壓；VL：LCD對(duì)比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為05V。接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，但對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，因此通常使用一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整對(duì)比度，或者直接串接一個(gè)電阻到地；RS：MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要寫入指令時(shí)，使RS為低電平；MCU要寫入數(shù)據(jù)時(shí)，使RS為高電平；R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時(shí)，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時(shí)，寫入數(shù)據(jù)；E：LCD模塊使能信號(hào)控制端。寫數(shù)據(jù)時(shí)，需要下降沿觸發(fā)模塊。D0D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4D7接

31、口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式；BLA： LED背光正極。需要背光時(shí)，BLA串接一個(gè)限流電阻接VDD，BLK接地，實(shí)測(cè)該模塊的背光電流為50mA左右；BLK： LED背光地端。它與單片機(jī)的連接如圖2-5所示。 圖2-5 LCD與單片機(jī)接口2.2.3 語(yǔ)音錄放電路系統(tǒng)要求能夠有鬧鐘、語(yǔ)音播報(bào)、按鍵報(bào)時(shí)等功能。由單片語(yǔ)音錄放芯片來(lái)做比較方便簡(jiǎn)單。ISD2500芯片，可以錄放時(shí)間60秒?？梢詽M足本設(shè)計(jì)的要求，性能良好所以選用。ISD2500和1400語(yǔ)音電路一樣，具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。它的最大特點(diǎn)在于片內(nèi)E2PROM容量為480K(1400系列為128K)，所以錄放時(shí)間長(zhǎng)

32、；有10個(gè)地址輸入端(1400系列僅為8個(gè))，尋址能力可達(dá)1024位；最多能分600段；設(shè)有OVF（溢出）端，便于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)。其封裝如圖2-6所示。圖2-6 ISD封裝圖系統(tǒng)要求能夠有鬧鐘、語(yǔ)音播報(bào)、按鍵報(bào)時(shí)等功能。由單片語(yǔ)音錄放芯片來(lái)做比較方便簡(jiǎn)單。ISD2500芯片，可以錄放時(shí)間60秒?？梢詽M足本設(shè)計(jì)的要求，但是ISD2500芯片的價(jià)格比較昂貴，在現(xiàn)有的條件下還不能實(shí)現(xiàn)。所以只作簡(jiǎn)單介紹以便做相關(guān)擴(kuò)展應(yīng)用，本設(shè)計(jì)只用簡(jiǎn)單的語(yǔ)音模塊。2.2.4 電源電路電源電路包括變壓器、橋式整流器、電容和穩(wěn)壓器。通過(guò)變壓器變壓，使得220V電壓變?yōu)?2 V，在通過(guò)橋式整流，電容的濾波作用，穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓作

33、用，可輸出5V的穩(wěn)定電壓。如圖2-7所示。 圖2-7 系統(tǒng)電源電路在系統(tǒng)中要用到2個(gè)電源：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源與DS1302時(shí)鐘芯片電源所以有2路電源VCC和VCC1。 2.2.5 相關(guān)控制電路(1) 按鍵電路按鍵電路如圖2-8所示，按鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)一定的電路轉(zhuǎn)換為高、低電平狀態(tài)。按鍵閉合過(guò)程在相應(yīng)的I/O端口形成一個(gè)負(fù)脈沖。閉合和釋放過(guò)程都要經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定，這一過(guò)程是處于高、低電平之間的一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)持續(xù)時(shí)間的常長(zhǎng)短與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般在5-10ms之間。為了避免CPU多次處理按鍵的一次閉合，應(yīng)采用措施消除抖動(dòng)。本文采用的是獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電

34、路，每個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生互相影響。 圖2-8 按鍵電路圖P1.0口：表示功能移位鍵，按鍵選擇要調(diào)整的時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位或分個(gè)位。 P1.1口：表示數(shù)字“+”鍵，按一下則對(duì)應(yīng)的數(shù)字加1。 P1.2口：表示數(shù)字“-”鍵，按一下則對(duì)應(yīng)的數(shù)字減1。 P1.3口：表示時(shí)間表的切換，程序默認(rèn)為日常時(shí)間表，當(dāng)按下該開(kāi)關(guān)，使輸入為低電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是考試時(shí)間表。再按鍵，使按鍵抬起，輸入維高電平時(shí)，表示當(dāng)前執(zhí)行的是日常作息時(shí)間表。(2) 復(fù)位電路 AT89S51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑

35、制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是種簡(jiǎn)單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個(gè)電容到VCC，接一個(gè)電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加到RST復(fù)位引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，這個(gè)復(fù)位信號(hào)隨著VCC對(duì)電容的充電過(guò)程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。圖 2-9 復(fù)位電路如圖 2-9所示，上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，

36、就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。2.3 本章小結(jié)本章介紹了多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)的硬件模塊組成。詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的組成及功能。MCU的組成和特點(diǎn)、專門的時(shí)鐘芯片和單片機(jī)時(shí)鐘、顯示模塊的構(gòu)建與運(yùn)用、語(yǔ)音芯片的選擇、2路電源的設(shè)計(jì)制作?；旧鲜峭瓿闪俗鳛閱纹瑱C(jī)所需的硬件結(jié)構(gòu)。同時(shí)也顯示了對(duì)軟件支持的強(qiáng)烈要求。第3章 數(shù)字鐘的軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、中斷子程序、鬧鐘設(shè)定子程序、時(shí)鐘顯示子程序以及延時(shí)子程序等。在整個(gè)系統(tǒng)中，在單片機(jī)的30H、31H和32H中存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的小時(shí)、分鐘和秒。用LCD顯示當(dāng)前的時(shí)間，必須用到分字和合字，因此在33H、34H、35H、36H、37H和3

37、8H中存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間的時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位、分個(gè)位、秒十位和秒個(gè)位，方便顯示。本設(shè)計(jì)有由四個(gè)輕觸按鍵組成的小鍵盤，這些按鍵可以任意改變當(dāng)前的狀態(tài)。按功能移位鍵一次，表示當(dāng)前要校對(duì)小時(shí)的十位；按第二次，表示當(dāng)前校對(duì)的是小時(shí)的個(gè)位；按第三次，則表示校對(duì)的是分鐘的十位；第四次，表示的校對(duì)的是分鐘的個(gè)位。按下數(shù)字“+” 鍵和數(shù)字“-”鍵可在當(dāng)前校對(duì)的數(shù)字上相應(yīng)加上1或者減去1。系統(tǒng)軟件采用C語(yǔ)言編寫。時(shí)鐘的最小計(jì)時(shí)單位是秒，但使用定時(shí)器的方式1，最大的定時(shí)時(shí)間也只能達(dá)到131ms。我們可把定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間定為50ms。這樣，計(jì)數(shù)溢出20次即可得到時(shí)鐘的最小計(jì)時(shí)單位：秒。而計(jì)數(shù)20次可以用軟件實(shí)現(xiàn)。秒計(jì)

38、時(shí)是采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)的累積，計(jì)滿20次，即得到秒計(jì)時(shí)。從秒到分，從分到時(shí)是通過(guò)軟件累加并進(jìn)行比較的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要求每滿1秒，則“秒”單元中的內(nèi)容加1；“秒”單元滿60，則“分”單元中的內(nèi)容加1；“分”單元滿60，則“時(shí)”單元中的內(nèi)容加1；“時(shí)”單元滿24，則將時(shí)、分、秒的內(nèi)容全部清零。實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)步驟：（1）選擇工作方式，計(jì)算初值；（2）采用中斷方式進(jìn)行溢出次數(shù)累計(jì)；（3）從秒分時(shí)的計(jì)時(shí)是通過(guò)累加和數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)的；（4）時(shí)鐘顯示緩沖區(qū)：時(shí)鐘時(shí)間在方位數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，為此在內(nèi)部RAM中要設(shè)置顯示緩沖區(qū)，共6個(gè)地址單元。顯示緩沖區(qū)從左到右依次存放時(shí)、分、秒數(shù)值；（5）主程序：主要進(jìn)

39、行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程，然后反復(fù)調(diào)用顯示子程序的方法等待中斷的到來(lái)，流程如圖3-1所示；（6）中斷服務(wù)程序：進(jìn)行計(jì)時(shí)操作；（7）加1子程序：用于完成對(duì)時(shí)、分、秒的加操作，中斷服務(wù)程序在秒、分、時(shí)加1時(shí)共三次調(diào)用加1子程序，包括：合字、加1并進(jìn)行進(jìn)制調(diào)整、分字。3.2 主程序主程序主要由main()組成通過(guò)對(duì)相關(guān)子程序的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的設(shè)置與修改、鬧鐘的設(shè)置與修改、LCD顯示等主要功能。相關(guān)的調(diào)整是靠對(duì)功能鍵的判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如對(duì)set鍵的判斷，對(duì)up鍵的判斷。主程序流程框圖如圖3-1所示。主要程序段如下：void main(void) /d_to_b(); /ds1302_write_

40、time(); /對(duì)DS1302寫數(shù)據(jù) initTimer(); TR0=1; ET0=1; EA=1; LCD_init(); LCD_write_string(0,0,"Wellcome to xnkd"); LCD_write_string(0,1,"123456789-mysy"); while(1) if(sethour=timereg4)&&(setmin=timereg5)&&!fspk&&timereg6=0) fspk=1; if(!set) /功能鍵判斷.if(fset) if(!up)

41、 /調(diào)用1鍵子程序 if(!down) /調(diào)用1鍵子程序if(!enter)圖3-1 主程序MAIN流程框圖3.3 時(shí)鐘設(shè)置子程序時(shí)鐘的修改首先要按功能鍵并停止時(shí)間的輸出顯示，否則系統(tǒng)繼續(xù)刷新時(shí)間則無(wú)法修改，所以時(shí)間是不輸出到LCD的。修改的部分以修改的為準(zhǔn)，沒(méi)有修改的通過(guò)中斷保護(hù)起來(lái)。等修改成功后繼續(xù)顯示。主要流程圖如圖3-2所示，小時(shí)設(shè)置程序段如下：if(keycou=5) /設(shè)置小時(shí)LCD_write_string(0,0,"Hour:"); /將現(xiàn)在時(shí)間保存LCD_set_xy(5,0); /對(duì)小時(shí)重新設(shè)置LCD_write_char(0,timereg4/10+0

42、x30); /設(shè)置完成后顯示修改后的小時(shí)部分LCD_write_char(0,timereg4%10+0x30);在時(shí)間修改功能中要用到1個(gè)數(shù)字加減的問(wèn)題，把它做成1個(gè)子程序，流程如圖3-3所示。通過(guò)判斷功能鍵的狀態(tài)也就是記錄值來(lái)確定。主功能鍵SET是采用循環(huán)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，。當(dāng)標(biāo)識(shí)為相應(yīng)的值時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的操作。if(keycou=5)/小時(shí)加一if(timereg4<23) timereg4+;else timereg4=23;LCD_set_xy(5,0);LCD_write_char(0,timereg4/10+0x30);LCD_write_char(0,timereg4%10+0

43、x30);3-2 時(shí)鐘設(shè)置功能子程序流程框圖圖3-3 加1鍵修改子程序流程框圖圖3-4 時(shí)鐘修改中斷服務(wù)子程序流程框圖3.4 中斷子程序MCS-51系列單片機(jī)有5個(gè)中斷源，中斷分為2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)都可以由軟件來(lái)設(shè)定。中斷地址如表3-1所示。程序中的中斷流程框圖如圖3-4所示。表3-1 中斷地址表五個(gè)中斷源入口地址外部中斷0（/INT0）0003HT0溢出中斷000BH外部中斷1（/INT1）0013HT1溢出中斷001BH串口中斷0023H/*/*Function: 外部中斷1中斷服務(wù)子程序*parameter:*Return:*Modify:/*/vo

44、id Interrupt1 (void) interrupt 2 Int1Flag = 1;/*/*Function: 定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序*parameter:*Return:*Modify:/*/void InterruptTime0(void) interrupt 1  TH0 = 0x06; /8ms TL0 = 0xed; Time0Count+;/*/*Function: 定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序*parameter:*Return:*Modify:3.5 LCD顯示子程序LCD顯示子程序可對(duì)DS1302的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置和讀取DS1302內(nèi)部的

45、時(shí)間、連續(xù)的讀寫操作、RAM的應(yīng)用、充電部分的應(yīng)用、寫保護(hù)、抗干擾等可以實(shí)現(xiàn)上述功能。在編寫中應(yīng)注意的是進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，下面是BCD碼到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換函數(shù)。/*/* 函數(shù)名：BCD_to_INT()；/* 參  數(shù)：無(wú)/* 功  能：用于將時(shí)間BCD碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制碼/*/ void BCD_to_INT() uchar i;  for(i=0;i<7;i+)  bcd_int(timercuri); 3.6 本章小結(jié)本章介紹了本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)，所有的功能在流程圖里清晰的表現(xiàn)了出來(lái)，包括主程序流程圖、時(shí)鐘及鬧鐘修改流程圖、中斷流程圖等，并附有相關(guān)程序的主

46、要部分。在軟件的設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)很重要，顯示很直觀不會(huì)發(fā)生混亂現(xiàn)象，容易上手。第4章 調(diào)試與功能說(shuō)明 4.1 硬件調(diào)試在實(shí)際使用中，我們發(fā)現(xiàn)DS1302的工作情況不夠穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在實(shí)時(shí)時(shí)間的傳送有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差，有時(shí)甚至整個(gè)芯片停止工作。我們對(duì)DS1302的工作電路進(jìn)行了分析，其與單片機(jī)系統(tǒng)的連接如圖2所示。從圖中可以看出，DS1302的外部電路十分簡(jiǎn)單，惟一外接的元件是32768Hz的晶振。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外接晶振電路振蕩時(shí)，DS1302計(jì)時(shí)正確；當(dāng)外接晶振電路停振時(shí)，DS1302計(jì)時(shí)停止。因此，可能是32768Hz晶振是造成 DS1302工作不穩(wěn)定的主要原因。圖4-1  DS

47、1302與單片機(jī)系統(tǒng)的連接圖DS1302時(shí)鐘的產(chǎn)生基于外接的晶體振蕩器，振蕩器的頻率為32768Hz。該晶振通過(guò)引腳X1、X2直接連接至DS1302，即DS1302是依靠外部晶振與其內(nèi)部的電容配合來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的。由于DS1302在芯片本身已經(jīng)集成了6pF的電容，所以，為了獲得穩(wěn)定可靠的時(shí)鐘，必須選用具有6pF負(fù)載電容的晶振。然而，許多人在選用晶振時(shí)僅僅注意了晶振的額定頻率值，而忽視了晶振的負(fù)載電容大小，甚至連許多經(jīng)銷商也不能提供所售晶振的負(fù)載電容。所以即使在使用中選用了符合32768Hz的晶振，但如果該晶振的負(fù)載電容與DS1302提供的6pF不一致時(shí)，就會(huì)影響晶振的起振或?qū)е抡袷庮l率的偏移，

48、出現(xiàn)問(wèn)題。利用輔助電容實(shí)現(xiàn)負(fù)載匹配的方法來(lái)解決當(dāng)所選的晶振負(fù)載電容不是6pF時(shí)，可以采用增加輔助電容的方法提高或降低DS1302振蕩器的電容性負(fù)載，使之與晶體所需的電容值匹配。如果已知晶體的負(fù)載電容為CI，若CI<6pF，則可以增加一個(gè)并聯(lián)電容CS以產(chǎn)生所需的總負(fù)載電容CI，即CI=6pF+CS；若CI>6pF，則可以在晶體的一端增加一個(gè)串聯(lián)電容CS，以產(chǎn)生所需的負(fù)載電容CI，即1/CI=1/6pF+1/CS，通過(guò)計(jì)算即可得出應(yīng)增加的輔助電容大小。輔助電容的接法如圖4-2所示。圖4-2 輔助電容連接圖對(duì)于晶體振蕩器來(lái)說(shuō)，其振蕩頻率與負(fù)載電容之間的關(guān)系是確定的。以本文討論的DS130

49、2使用的32768Hz晶振為例：當(dāng)它工作于所要求的負(fù)載電容時(shí)，能較準(zhǔn)確地產(chǎn)生 32768Hz的頻率；當(dāng)它的負(fù)載電容小于6pF時(shí)，其振蕩頻率會(huì)正向偏移；當(dāng)它的負(fù)載電容大于6pF時(shí)，其振蕩頻率就會(huì)負(fù)向偏移。因此，對(duì)于未知負(fù)載電容的晶體應(yīng)首先采用實(shí)驗(yàn)的方法，在其兩端加入輔助電容使晶體起振，然后用頻率計(jì)測(cè)出振蕩頻率。若測(cè)得頻率大于32768Hz，說(shuō)明負(fù)載電容偏??；若測(cè)得頻率小于32768Hz，說(shuō)明負(fù)載電容偏大。對(duì)輔助電容逐步調(diào)整，最終使振蕩頻率盡可能接近32768Hz，則此時(shí)晶體端所接負(fù)載電容的總和就是適合該晶體的負(fù)載電容。以上方法經(jīng)多次使用，證明確實(shí)有效。它放寬了DS1302在使用中對(duì)晶振的條件要求

50、，增強(qiáng)了DS1302在工作中的穩(wěn)定性，對(duì)DS1302更廣泛地應(yīng)用具有積極的意義。4.2 系統(tǒng)性能測(cè)試與功能說(shuō)明4.2.1 系統(tǒng)時(shí)鐘誤差分析設(shè)系統(tǒng)中所選用的晶振的頻率為fosc，則機(jī)器周期t0由式（4-1）所得。 （4-1）設(shè)定時(shí)器要求的中斷頻率為k，計(jì)數(shù)器位數(shù)為n，則定時(shí)計(jì)數(shù)器的初值X設(shè)置如下： （4-2）于是 而實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)顯示，這個(gè)公式所得的結(jié)果并不可靠：（下表中的所有數(shù)據(jù)都是在計(jì)數(shù)器初始值嚴(yán)格按照原始公式給出的條件下測(cè)得，以個(gè)人計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘為標(biāo)準(zhǔn)）。從表 4-1 中的數(shù)據(jù)可知，嚴(yán)格按照原始公式得出的計(jì)數(shù)初值是存在極大誤差的，這個(gè)誤差總使系統(tǒng)時(shí)間變慢，而且，系統(tǒng)時(shí)間的誤差值隨著每秒中

51、斷次數(shù)的增多而增大，隨計(jì)時(shí)總長(zhǎng)的增長(zhǎng)而增大，并且總是成比例（在誤差允許的范圍內(nèi)）。這就是說(shuō)，系統(tǒng)的誤差跟每秒中斷次數(shù)和個(gè)人計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)的乘積（即中斷總次數(shù)）成正比。也就是說(shuō)，每次中斷計(jì)時(shí)的時(shí)間誤差是一個(gè)常數(shù)。誤差來(lái)源分析：不考慮晶振等固件的誤差，則系統(tǒng)機(jī)器周期可以由公式 1 準(zhǔn)確給出，因而系統(tǒng)誤差不可能來(lái)自于硬件，而應(yīng)該主要來(lái)自于軟件方面。系統(tǒng)每次調(diào)用定時(shí)中斷程序的過(guò)程中，硬件并沒(méi)有自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)定時(shí)周期，而是在調(diào)用中斷程序以后由軟件置數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。表4-1 系統(tǒng)時(shí)間校正測(cè)試數(shù)據(jù) 每秒定時(shí)中斷次數(shù)KPC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)/minX系統(tǒng)時(shí)間誤差T/S備注160602000：59：59-1顯示器無(wú)閃爍160

52、1202001：59：58-2顯示器無(wú)閃爍1601802002：59：57-3顯示器無(wú)閃爍1602402003：59：56-4顯示器無(wú)閃爍1603002004：59：54-6顯示器無(wú)閃爍1603002104：59：59-1顯示器無(wú)閃爍1606002109：59：58-2顯示器無(wú)閃爍 而在程序調(diào)用過(guò)程中，堆棧建立，參數(shù)傳遞等都是需要耗時(shí)的，而這些時(shí)間都被無(wú)形中加到了定時(shí)長(zhǎng)度中去。所以，使得每次定時(shí)長(zhǎng)度都大于理論推導(dǎo)值，在宏觀上表現(xiàn)出來(lái)就是系統(tǒng)比理論計(jì)算出來(lái)的結(jié)果變慢了（這于表格 1 所得的結(jié)論恰好一致）。另外，由于系統(tǒng)每次調(diào)用中斷處理程序所執(zhí)行的操作都是相同的，也就是說(shuō)，系統(tǒng)每次定時(shí)的時(shí)間誤差應(yīng)該是一個(gè)常數(shù)（這也恰好跟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合）。由上面的數(shù)據(jù)和分析可知，原始公式應(yīng)該修改為： (4-3)則由表格4-1 可得相關(guān)的計(jì)算公式為： (4-4)由表格4-1數(shù)據(jù)，實(shí)際要求 k 最小，而又不影響顯示效果，才能使誤差越小，故實(shí)測(cè)中取 k=160 。根據(jù)表4-1計(jì)算得k20（所用晶振頻率為 11.0592 MHz ）。由表4-1 的實(shí)驗(yàn)方法，可得參數(shù)優(yōu)化后的計(jì)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表 4-2。表4-2 參數(shù)優(yōu)化后的計(jì)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)每秒定時(shí)中斷次數(shù)PC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)/min系統(tǒng)計(jì)時(shí)誤差T/S備注1001000：09：58-2顯示器無(wú)閃爍2001000：