基于單片機的DS1302日歷時鐘的設計和實現(xiàn)

嚴 敏

(江蘇旅游職業(yè)學院 信息工程學院，江蘇 揚州 225127)

在日常生活中，日歷時鐘應用于各種場所，如商場、超市、辦公室、家庭、學校等.與傳統(tǒng)的機械時鐘相比，數(shù)字日歷時鐘具有精度高，顯示直觀，壽命長等一系列優(yōu)點.本文即以AT89C51單片機為主控制器，利用DS1302時鐘芯片設計日歷時鐘，在Proteus仿真平臺中進行系統(tǒng)的硬件設計，在MedWin V3.0開發(fā)環(huán)境中進行系統(tǒng)的軟件設計.

1 系統(tǒng)硬件設計

1.1 總體結(jié)構(gòu)

以AT89C51單片機為主控制器，利用DS1302時鐘芯片設計日歷時鐘，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

設計的日歷時鐘不僅要具有小時、分鐘和秒的時間顯示功能，還要具有年、月、日和星期的顯示功能.系統(tǒng)的控制核心是AT89C51單片機，通過單片機控制DS1302顯示日歷和時間，并在LCD1602液晶屏上顯示輸出結(jié)果.

1.2 DS1302時鐘模塊

DS1302是DALLAS公司生產(chǎn)的時鐘芯片，具有低功耗、高性能的特點，可以通過簡單的同步串行模式與微控制器進行通信聯(lián)絡，且只需要三根I/O線，即復位(RST)、I/O數(shù)據(jù)線和串行時鐘(SCLK).

1.2.1 DS1302的外部引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS1302的外部引腳及功能說明如圖2所示.

VCC2-主電源引腳;X1,X2-32.768 kHz晶振引腳；GND-地；

VCC1-電池引腳;SCLK-串行時鐘；I/O-數(shù)據(jù)輸入/輸出；RST-復位.

圖2 DS1302引腳圖

DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要有實時時鐘、數(shù)據(jù)存儲器RAM、振蕩電路與分頻器、輸入移位寄存器、命令與控制邏輯等組成.

圖3 DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2.2 DS1302的寄存器和控制命令

DS1302時鐘芯片有7個與日歷時鐘相關的寄存器，如表1所示.

表1 DS1302內(nèi)部主要寄存器

DS1302和單片機之間的聯(lián)絡信號通過簡單的同步串行通信實現(xiàn).根據(jù)DS1302的工作時序要求，不管是單片機從DS1302進行讀操作通信還是單片機向DS1302進行寫操作通信，每次通信都由單片機先發(fā)起.也就是說，在執(zhí)行相應的讀或?qū)懖僮髦?，單片機必須向DS1302寫入一個字節(jié)的命令字，字節(jié)命令字的八位數(shù)據(jù)如圖4所示.

圖4 DS1302的命令字結(jié)構(gòu)

1.3 LCD1602液晶顯示模塊

LCD1602屏幕可以顯示兩行字符，每行16個，總共32個字符.LCD1602內(nèi)部有一個80*8位的顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM緩沖區(qū)，字符顯示位與DDRAM地址的對應關系見表2.

表2 字符顯示位與DDRAM的對應關系

DDRAM第一行的地址從00H開始到27H結(jié)束，第二行的地址從40H開始到67H結(jié)束，每行40個地址，而LCD1602每行顯示16個字符，因此在編寫程序時，選用DDRAM的前16個地址即可，需要特別注意的是第二行地址從40H開始.如果要在LCD1602屏幕的某行某列顯示一個字符，就將這個字符對應的ASCII碼寫入某行某列相對應的DDRAM地址，這時會發(fā)現(xiàn)液晶屏幕上并不能正常顯示出這個字符，原因是必須在該地址的基礎上加上80H.比如，要在第二行第二列顯示電壓單位伏特的符號“V”，就要先將第二行第二列對應的DDRAM地址41H加上80H，即C1H，然后在C1H地址寫入“V”字符對應的ASCII碼0x56，這樣才能正常顯示.其他字符的顯示依此類推，不再贅述.

2 系統(tǒng)軟件設計

軟件程序主要完成日歷時鐘的數(shù)據(jù)讀取、轉(zhuǎn)換及液晶顯示等功能.

2.1 DS1302時鐘子程序設計

sbit RST=P1^0;//DS1302復位端口定義在P1.0引腳

sbit SCLK=P1^1;// DS1302時鐘輸出端口定義在P1.1引腳

sbit DATA=P1^2;// DS1302數(shù)據(jù)輸出端口定義在P1.2引腳

(1)單片機向DS1302寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)的程序

void write1302(unsigned char dat)

{unsigned char i;

SCLK=0;//為上升沿寫入數(shù)據(jù)做好準備

delaynus(2);

for (i=0;i<8;i++)//連續(xù)寫入八位數(shù)據(jù)

{DATA=dat&0x01;//將dat的bit0數(shù)據(jù)寫入DS1302

delaynus(2);

SCLK=1;//上升沿寫入數(shù)據(jù)

delaynus(2);

SCLK=0;//

dat>>=1;//向右移一位}}

(2)單片機從DS1302讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)的程序

unsigned char read1302(void)

{unsigned char i,dat;

delaynus(2);

for (i=0;i<8;i++)//連續(xù)讀取八位數(shù)據(jù)

{dat>>=1;//右移一位

if (DATA==1)//如果讀出的數(shù)據(jù)是1

dat|=0x80;//將1取出，寫在dat的最高位

SCLK=1;//將SCLK置于高電平，為下降沿讀出

delaynus(2);

SCLK=0;//拉低SCLK，形成脈沖下降沿

delaynus(2);}

return dat;//將讀出的數(shù)據(jù)返回}

2.2 LCD1602液晶顯示子程序設計

LCD1602液晶屏的驅(qū)動程序編寫相對復雜，一定要弄清楚1602的各個操作指令的用法和意義，主要包括顯示模式設置，顯示開關控制，輸入模式控制，從DDRAM中讀取數(shù)據(jù)，對DDRAM進行寫數(shù)據(jù)，清屏、光標歸位設定，數(shù)據(jù)地址指針設置，LCD目前的忙碌工作標志等[1]，其部分代碼設計如下：

……

void Lcd_initial() //初始化LCD

{ E=0;

Lcd_writecmd(0x38); //16*2顯示，5*7點陣

msdelay (1);

Lcd_writecmd(0x08); //顯示關閉

msdelay (2);

Lcd_writecmd(0x01); //顯示清屏

msdelay (2);

Lcd_writecmd(0x06); //設置光標，讀寫一個字符后，光標加1

msdelay (1);

Lcd_writecmd (0x0c); //顯示打開，不顯示光標

msdelay (1); }

3 仿真與結(jié)果分析

在Proteus平臺上繪制日歷時鐘的硬件電路圖，如圖5所示.

圖5 日歷時鐘的硬件電路圖

在Medwin V3.0開發(fā)環(huán)境中使用C51語言編寫好系統(tǒng)程序，編譯調(diào)試，并將編譯生成的HEX十六進制文件加載到單片機芯片中，啟動仿真就可以看到基于1602LCD顯示的DS1302日歷時鐘設計系統(tǒng)的仿真運行效果.當前北京時間為2019年5月28日11點42分25秒，仿真結(jié)果如圖6所示.

圖6 日歷時鐘的仿真運行結(jié)果

由圖6可以看出，液晶屏上能夠?qū)崟r、準確地顯示當前的日期和時間.

4 結(jié)語

日歷時鐘在我們的生活中無處不在.本文以AT89C51單片機為主控制器，利用DS1302實時時鐘芯片設計日歷時鐘系統(tǒng)，在Proteus仿真軟件中設計了硬件電路，在Medwin V3.0開發(fā)環(huán)境中編寫相應的C51程序.Proteus和MedWin V3.0這兩款軟件的聯(lián)合使用，極大地提高了單片機系統(tǒng)設計的效率，降低了成本，縮短了開發(fā)周期[2-5].