基于單片機設計的電子計時牌

　　0 引言

　　隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，電子計時牌已成為電子設備發(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。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、萬年歷等等都設計到其中，從而大大擴展了計時牌的應用范圍。

　　1 系統(tǒng)設計原理

　　本設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，本設計采用的串行通信方式可有效地節(jié)省硬件電路設計的空間，從而使設計更為簡捷，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的模擬溫度送入內(nèi)部的A／D轉換器，轉換成相應的數(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化成相應的模擬數(shù)據(jù)，也就是把二進制數(shù)據(jù)轉換成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，同相應溫度值的正溫度相比，轉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換成相應的正確溫度值。

　　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。本設計設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，其地址應相應加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。