以AT89S52單片機為控制核心，通過實時時鐘芯片DS1307和數字溫度傳感器DS18B20構成了一個多功能的數字時鐘系統。詳細介紹了整個系統的硬件組成結構、工作原理和系統的軟件程序設計。系統采用液晶LCD1602作為顯示器，具有實時時間與日歷顯示、環境溫度顯示、按鍵調時、鬧鈴定時等功能。軟件程序采用均采用C語言編寫，便于移植與升級。

0 引言

目前家用的數字電子鐘，多數只能顯示小時、分鐘等信息，功能單一，而且大都采用LED數碼管作為顯示器件，功耗大，不能令消費者滿意。為此，筆者開發了一款多功的數字式電子鐘，它可以顯示年、月、日、小時、分鐘等時間信息，同時可以顯示環境的溫度信息。還具有按鍵調時、設定鬧鈴等功能。時鐘采用LCD作為顯示器，界面友好，功耗低。

1 系統的硬件構成

系統以AT89S52單片機作為核心控制器件，外圍主要有實時時鐘芯片DS1307、溫度傳感器DS18B20等，均為串行通信器件，使得系統線路簡單可靠性高。系統結構框圖1所示。

圖1 系統結構框圖

1.1 單片機主控模塊

系統采用AT89S52單片機作為控制核心。AT89S52單片機與MCS_51系列單片機產品兼容，采用了Flash存儲器結構，可以在線下載程序，易于日后的升級。它主要負責各個模塊的初始化工作；設置定時器、寄存器的初值；讀取并處理時間、溫度等信息；處理按鍵響應；控制液晶實時顯示等。

硬件電路連接如圖2所示。系統采用12M晶振；P0_Up為P0口上拉電阻，P0口為單片機與液晶顯示器通信的數據端口；C_reset和R_reset組成系統上電復位電路；P1.0~P1.2為液晶顯示器的控制信號端口；P1.3和P1.4為單片機與時鐘芯片DS1307通信的端口； P1.5為鬧鈴的控制端口；P1.6為單片機與溫度傳感器DS18B20的通信端口；P2.4~P2.7為按鍵模塊的接口。

圖2 單片機主控電路

1.2 實時時鐘日歷模塊

系統采用DS1307實時時鐘芯片。它是一款 總線接口的時鐘日歷芯片，片內含有8個特殊功能寄存器和56bit的SRAM，是一種低功耗的實時時鐘芯片。

它的主要技術性能指標：具有秒、分、時、日、星期、月、年的計數功能，并且具有12小時制和24小時制的計數模式，可自動調整每月的天數，具有閏年調整的功能，具有自動掉電保護和上電復位的功能。同時它獨立于CPU工作，不受CPU主晶振及其電容的影響，而且計時準確，月累計誤差小于10秒。

電路連接如圖3。CRY2為32.768kHz的晶振，為時鐘芯片提供計時脈沖；Vbat為DS1307的備用電源，以便在沒有主電源的情況下能夠保存時間信息和一些重要的數據；兩個電阻為 總線的上拉電阻。

圖3 實時時鐘日歷電路

1.3 溫度傳感器模塊

系統采用DS18B20作為溫度傳感器。它是美國DSLLAS公司推出的單總線數字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易匹配處理器等優點。處理器與DS18B20通信只需要一根數據線即可，同時該數據線還可以向掛接的DS18B20供電。它可以直接將溫度轉化成串行數字信號處理，與模擬溫度傳感器相比，DS18B20省去了信號調理、A/D轉換等前向通道處理電路，從而使得系統線路簡單，成本低廉。

它的主要技術性能指標：

（1） 電壓范圍：+3.0~+5.5V（可用數據線供電）

（2） 測溫范圍：－55℃~＋125℃

（3） 通過編程可實現9～12位的數字讀數方式，測溫分辨率可達0.0625℃

（4） 可自設定非易失性的報警上下限值。

電路連接如圖4所示。其中DQ為數據輸入/輸出端口，R_Up 為數據線的上拉電阻，確保數據傳輸的可靠性。

1.4 鬧鈴模塊

系統采用蜂鳴器作為鬧鈴輸出。

電路連接如圖5所示。電路中采用PNP管9012來控制蜂鳴器的開關，由圖可以看出當Bell引腳為高電平時，PNP管截止，蜂鳴器不工作；當Bell引腳為低電平時，PNP管導通，蜂鳴器工作。其中R_Bell為限流電阻。

1.5 鍵盤模塊

鍵盤模塊設置了四個按鍵：Menu_A、Menu_B、Up、Reset。其中用Menu_A來控制菜單的主模式；用Menu_B來控制菜單的副模式；Up鍵用來修改時間信息；Reset鍵返回。

電路連接如圖6所示。四個上拉電阻可以保證在沒有按鍵輸入時，進入單片機四個I/O口的按鍵狀態均為高電平，防止干擾產生；當有按鍵按下時，相應的口線被拉低。軟件上采用查詢的方式，用定時器定時對按鍵狀態進行掃描，確保系統的實時性。

1.6 液晶顯示模塊

系統中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統的LED數碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富等優點，而且不需要外加驅動電路，現在液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中最常用的顯示器件了。LCD1602可以顯示2行16個字符，具有8位數據總線D0-D7，和RS、R/W、E三個控制端口，工作電壓為5V，并且帶有字符對比度調節和背光設置。

管腳功能簡介：

VL：LCD對比度調節端，電壓調節范圍為0－5V。接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，可以用一個5K的電位器來調整對比度；

RS：數據或者指令選擇端。處理器寫入指令時，RS為低電平，寫入數據時，RS為高電平

R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時，讀取數據；R/W為低電平時，寫入數據

E：LCD模塊使能信號控制端。寫數據時，需要下降沿觸發模塊

D0－D7：8位數據總線，三態雙向

BLA： LED背光正極。需要背光時，BLA串接一個限流電阻接VCC

BLK： LED背光負極

2 系統的軟件設計

系統的軟件設計可以分為幾個部分，首先是各個模塊的底層驅動程序編寫，而后是系統聯機調試，編寫上層系統程序。建議在編寫和調試一個大的項目軟件程序時，先編寫各個子模塊的驅動程序，保證每個模塊都可以正常工作，做好備份工作，之后再來編寫整機程序。本系統軟件程序主要包括：液晶LCD1602的底層驅動模塊、時鐘芯片DS1307的底層驅動模塊、傳感器DS18B20的底層驅動模塊、定時器0定時檢查系統變量模塊、定時器1按鍵掃描模塊等。鑒于篇幅，這里不作一一介紹了。系統的軟件流程圖如圖8。

幾點說明：

1 DS1307 是基于 總線接口的時鐘芯片，軟件上完全與 總線完全兼容。

2 DS18B20 是One-wire總線接口的芯片，軟件上對時序的要求特別高。

3 鍵盤處理模塊，可以設定成邊沿觸發或者電平觸發方式。

整個系統的軟件設計均采用C語言開發，因此這些器件的底層程序均可以移植到其它系統中，這就是采用C語言開發的最大的優點。

3 總結

系統經組裝、調試后，可以穩定運行，目前正在筆者寢室作為時鐘日歷。采用串行器件具有線路簡單、體積小、價格低等優點。同時該系統稍加改造，就可以作為工業實時采集中的一個模塊。系統軟件設計均采用C語言編寫，具有模塊化的思想，可以方便的移植到其它的系統中。采用AT89S52單片機，方便系統升級。