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基于DS1307的多功能时钟系统
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2016-08-14
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以AT89S52单片机为控制核心,通过实时时钟芯片DS1307和数字温度传 感器DS18B20 构成了一个多功能的数字时钟系统。本报告详细介绍了整个系统 的硬件组成结构、工作原理和系统的软件程序设计。系统采用液晶LCD128*64 作为显示器,具有实时时间与日历显示、环境温度显示、按键调时、闹铃定时等 功能。软件程序采用均采用C语言编写,便于移植与升级。
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基于 DS1307 的多功能时钟系统
摘要:以 AT89S52 单片机为控制核心,通过实时时钟芯片 DS1307 和数字温度传
感器 DS18B20 构成了一个多功能的数字时钟系统。本报告详细介绍了整个系统
的硬件组成结构、工作原理和系统的软件程序设计。系统采用液晶 LCD128*64
作为显示器,具有实时时间与日历显示、环境温度显示、按键调时、闹铃定时等
功能。软件程序采用均采用 C 语言编写,便于移植与升级。
关键词:实时时钟日历 单片机 DS1307 DS18B20 LCD128*64
引言
目前家用的数字电子钟,多数只能显示小时、分钟等信息,功能单一,而且
大都采用 LED 数码管作为显示器件,功耗大,不能令消费者满意。为此,我开
发了一款多功的数字式电子钟,它可以显示年、月、日、小时、分钟等时间信息,
同时可以显示环境的温度信息。还具有按键调时、设定闹铃等功能,而且通过一
块 3.18V 的备用电池,在单片机断电后让时钟芯片 DS1307 独立工作,因此每次
给单片机上电即可显示当前时间,无需调整。时钟采用 LCD 作为显示器,界面
友好,功耗低。
一、系统的硬件构成
系统以 AT89S52 单片机作为核心控制器件,外围主要有实时时钟芯片
DS1307、温度传感器 DS18B20 等,均为串行通信器件,使得系统线路简单可靠
性高。系统结构框图 1 所示。
图 1 系统结构框图
1.1 单片机主控模块
系统采用 AT89S52 单片机作为控制核心。AT89S52 单片机与 MCS_51 系列
单片机产品兼容,采用了 Flash 存储器结构,可以在线下载程序,易于日后的升
级。它主要负责各个模块的初始化工作;设置定时器、寄存器的初值;读取并处
理时间、温度等信息;处理按键响应;控制液晶实时显示等。
- 2 -
硬件电路连接如图 2 所示。系统采用 12M 晶振;P2.0,P2.1,P2.2 口为单片
机与液晶显示器连接的控制和通信的数据端口;C_RESET 和 R_RESET 组成系
统上电复位电路; P2.6 和 P2.7 为单片机与时钟芯片 DS1307 通信的端口; P2.3
为闹铃的控制端口;P1.6 为单片机与温度传感器 DS18B20 的通信端口;P1.0,
P1.1 为按键模块的接口。
图 2 单片机主控电路
1.2 实时时钟日历模块
系统采用 DS1307 实时时钟芯片。
电路连接如图 3。Y2 为 32.768kHz 的晶振,为时钟芯片提供计时脉冲;Vbat
为 DS1307 的备用电源,以便在没有主电源的情况下能够保存时间信息和一些重
要的数据;两个电阻为 CI
2
总线的上拉电阻。
⑴DS1307是美国 DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片,
它是一款 CI
2
总线接口的时钟日历芯片,采用两线与 CPU 进行通信,片内含有 8
个特殊功能寄存器和 56bit 的 SRAM。
主要技术性能指标:具有秒、分、时、日、星期、月、年的计数功能,并且
具有 12 小时制和 24 小时制的计数模式,可自动调整每月的天数,具有闰年调整
的功能,具有自动掉电保护和上电复位的功能。
DS1307 的引脚功能
DS1307 的引脚图如图 3 所示,采用 8 引脚双列直插 dip 封装,芯片内部结
- 3 -
构图如图 4 所示。各个引脚功能如下:
Vcc:主电源;
Vbat:备份电源。当 Vbat>Vcc+0.2V 时,由 Vcc2 向 DS1307 供电,当 Vbat<
Vcc 时,由 Vcc 向 DS1307 供电;
GND:逻辑地;
SCL: CI
2
总线时钟线;
SDA: CI
2
总线数据线;
SQW/OUT:
图3 DS1307 的引脚分配
CI
2
图 4 DS1307 的内部结构
DS1307 的内部寄存器
DS1302 有关日历、时间的寄存器共有 12 个,其中有 7 个寄存器(读时 81h~
8Dh,写时 80h~8Ch),存放的数据格式为 BCD 码形式,如图 5 所示。
小时寄存器(85h、84h)的位 7 用于定义 DS1302 是运行于 12 小时模式还是
24 小时模式。当为高时,选择 12 小时模式。在 12 小时模式时,位 5 是
PMAM/
,
当为 1 时,表示 PM。在 24 小时模式时,位 5 是第二个 10 小时位。
秒寄存器(81h、80h)的位 7 定义为时钟暂停标志(CH)。当该位置为 1 时,
时钟振荡器停止,DS1302 处于低功耗状态;当该位置为 0 时,时钟开始运行。
控制寄存器(8Fh、8Eh)的位 7 是写保护位(WP),其它 7 位均置为 0。在
任何的对时钟和 RAM 的写操作之前,WP 位必须为 0。当 WP 位为 1 时,写保护位
防止对任一寄存器的写操作。
- 4 -
图 5 DS1307 的时间寄存器
⑶ DS1307 硬件电路设计
DS1307 采用与 CPU 进行通信,电路连接简单。DS1307 的内部振荡电路结构
如图 6 所示,在芯片内部连接有两个电容,目的是为了使晶振起振,所以在电路
设计中就不需要另外再加电容了,电路图如图 7 所示,其中晶振采用的是
32.768kHz,经内部电路分频后可获得一个标准的秒脉冲信号;电阻 R_SCL、R_SDA
是 CI
2
总线的上拉电阻。
图 6 DS1307 的内部振荡电路
图 7 DS1307 的电路连接
1.3 温度传感器模块
系统采用 DS18B20 作为温度传感器。它是美国 DSLLAS 公司推出的单总线数
字温度传感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易匹配处理器
- 5 -
等优点。处理器与 DS18B20 通信只需要一根数据线即可,同时该数据线还可以
向挂接的 DS18B20 供电。它可以直接将温度转化成串行数字信号处理,与模拟
温度传感器相比,DS18B20 省去了信号调理、A/D 转换等前向通道处理电路,
从而使得系统线路简单,成本低廉。
它的主要技术性能指标:
(1) 电压范围:+3.0~+5.5V(可用数据线供电)
(2) 测温范围:-55℃~+125℃
(3) 通过编程可实现 9~12 位的数字读数方式,测温分辨率可达 0.0625℃
(4) 可自设定非易失性的报警上下限值。
电路连接如图 8 所示。其中 DQ 为数据输入/输出端口,R_Up 为数据线的上拉
电阻,确保数据传输的可靠性。
图 8 温度传感器电路
1.4 闹铃模块
系统采用蜂鸣器作为闹铃输出。
电路连接如图 9 所示。电 路 中 采用 PNP 管 9012 来控制蜂鸣器的开关,由图
可以看出当 Bell 引脚为高电平时,PNP 管截止,蜂鸣器不工作;当 Bell 引脚为
低电平时,PNP 管导通,蜂鸣器工作。其中 R2 为限流电阻。
图 9 闹铃电路
1.5 键盘模块
键盘模块设置了两个按键:KEY1,KEY2。其中用 KEY1 长按来控制菜单
的主模式,短按为使设定值上升;用 KEY2 短按来使设定值减小。
电路连接如图 2 所示。2 个上拉电阻可以保证在没有按键输入时,进入单片
机四个 I/O 口的按键状态均为高电平,防止干扰产生;当有按键按下时,相应的
口线被拉低。软件上采用查询的方式,用定时器定时对按键状态进行扫描,确保
系统的实时性。
1.6 液晶显示模块
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