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1、电子钟的设计与实现硬件部分摘 要单片计算机即单片微型计算机，是一种集成的电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本次设计主要为实现一款可正常显示时钟/日历、带有定时闹铃的电子钟。 电子钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时钟精确、体积小、界
2、面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。另外，在生活和工农业生产中，也常常需要电子时钟具有多功能性。 本设计应用AT89S52芯片作为核心，LCD液晶显示，使用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间精度高，操作简单，编程容易。 该电子钟可以应用于一般的生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的方便。关键词：电子钟；时钟日历芯片；AT89S52The Design and Implementation of Electron Clock The Design of the
3、 HardwareAbstractThe monolithic computer is a monolithic microcomputer, be one kind of integrated circuit chip, be that the width demonstrating drive circuit , pulse modulates breadboarding adopt the grand scale IC technology central authority processor CPU , random memory RAM , god of the earth rea
4、d memory ROM , diversified I/O mouths and function (possibility such as interruption system , timer/ calculagraph having a data-handling capacity to be included, multi-path converter, A/D converter and so on circuit) integrated arrive at a piece of silicon slice upper formation one small but perfect
5、 computer system. Its volume is small , cost is low , the function is strong, apply to the intelligence product and the industrial automation broadly go ahead. But, 51 monolithic machine are that every representative and a kind of having representativeness most in monolithic machine. Design that bei
6、ng to realize one but to demonstrate the clock/ calendar regularly mainly, as well as electronic clock having noisy bell the regular time time.The electronic clock is to electronize , digitize mainly make use of electron technology with the clock , own the clock is accurate , volume is small , the i
7、nterface is amicable , expansion the function waits for a characteristic by force , the quilt applies to life and the job broadly middle. Require that the electron clock has multifunctional also often in besides, giving birth to a child in life and industry and agriculture.Design that the chip apply
8、ing AT89S52 is core , LCD liquid crystal display , uses the DS1302 real time clock calendar chip to accomplish fundamental clock/ calendar function originally. This realization method merit is that the circuit is simple , the function is reliable , real time nature is good , time accuracy is high ,
9、the simplicity , the programming are easy to handle.That electronic clock is not bad apply to also may bring about more going to the lavatory by refitting , improving the function , life and job increasing the new function , giving peoples thereby in the same life and job.Key words：electronic clock;
10、 DS1302; AT89S52目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 引 言51.1 多功能电子时钟研究的背景和意义51.2 电子时钟的功能5第二章 电子时钟设计方案分析72.1 FPGA设计方案72.2 NE555时基电路设计方案72.3 单片机设计方案8第三章 电子时钟硬件设计93.1 单片机特点93.2元器件选择93.2.1微处理器选择93.2.2 DS1302的片内寄存器133.3电子时钟硬件电路设计143.3.1 晶振电路设计153.3.2 复位电路设计163.3.3 按键电路设计173.3.4 显示电路设计183.3.4 时钟电路设计193.3.5 闹铃电路设计20第三章 电子时
11、钟软件设计224.1主程序设计224.2 子程序设计224.2.1 实时时钟日历子程序设计224.2.2 显示子程序设计234.2.3 键盘扫描子程序234.2.4 闹铃子程序设计23第五章 系统调试275.1 硬件调试275.1.1 单片机基础电路调试275.1.2 DS1302电路调试285.1.3 按键电路调试285.2 软件调试285.2.1 键盘子程序调试29结 论30致 谢31参考文献32附录A 程序33附录B 带日历电子钟元器件一览表43附录C 带日历电子钟的硬件电路图44附录D 英文翻译原文部分45译文部分浅谈单片机48第一章 引 言时间是人类生活必不可少的重要元素，如果没有时
12、间的概念，社会将不会有所发展和进步。从古代的水漏、十二天干地支，到后来的机械钟表以及当今的石英钟，都充分显现出了时间的重要，同时也代表着科技的进步。致力于计时器的研究和充分发挥时钟的作用，将有着重要的意义。1.1 多功能电子时钟研究的背景和意义20世纪末，电子技术获得了飞速的发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，同时也使现代电子产品性能进一步提升，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂容易使人忘记当前的时间。然而遇到重大事情的时候，一旦忘记时间，就会给自己或他人造成很大麻烦。平时我们要求
13、上班准时，约会或召开会议必然要提及时间；火车要准点到达，航班要准点起飞；工业生产中，很多环节都需要用时间来确定工序替换时刻。所以说能随时准确的知道时间并利用时间，是我们生活和工作中必不可少的1。想知道时间，手表当然是一个很好的选择，但是，在忙碌当中，我们还需要一个“助理” 及时的给我们提醒时间。所以，计时器最好能够拥有一个定时系统，随时提醒容易忘记时间的人。 最早能够定时、报时的时钟属于机械式钟表，但这种时钟受到机械结构、动力和体积的限制，在功能、性能以及造价上都没办法与电子时钟相比。 电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛应用于个人家庭，车站， 码头办公室等公共场所
14、，成为人们日常生活中不可少的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、0按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 电子时钟的功能电子时钟主要是利用电子技术将时钟电子化、数字化，拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多，外形小巧别致。也
15、有体型较大的，诸如公共场所的大型电子报时器等。电子时钟首先是数字化了的时间显示或报时器，在此基础上，人们可以根据不同场合的要求，在时钟上加置其他功能，比如定时闹铃，万年历，环境温度、湿度检测，环境空气质量检测，USB扩展口功能等本设计电子时钟主要功能为：（1）能随意设定走时起始时间。对电子钟而言，最基本的功能是具有对时功能，即随意设定起始时间。（2）能设定闹钟闹铃时间。电子钟一般都有闹铃功能，即预设一个时间，一旦走时到该时间，电子钟以声（音乐形式，可选）和光（显示状态的变化）的形式告警提示，音乐可自选。（3）12小时24小时两种制式可选，以适应不同的需要。（4）带日历，能正常显示年月日。第二章
16、 电子时钟设计方案分析电子闹钟既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据电子时钟里的核心部件秒信号的产生原理，通常有以下三种形式：2.1 FPGA设计方案现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA），是20世纪70年代发展起来的一种可编程逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。FPGA在结构上由逻辑功能块排列为阵列，并由可编程的内部连线连接这些功能块，来实现一定的逻辑功能。可编程逻辑器件的设计过程是利用EDA开发软件和编程工具对器件进行开发的过程。由于EDA技术拥有系统的模拟和仿真功能，可读性、可重复性、可测性非常好，所以利用EDA开发
17、FPGA是目前比较流行的方式。当然，有时根据需要，也会应用MAX+plus开发集成环境进行设计。正因为FPGA在设计过程中方便、快捷，而且FPGA技术功能强大，能够应用其制作诸如基代码发生器、数字频率计、电子琴、电梯控制器、自动售货机控制系统、多功能波形发生器、步进电机定位控制系统、电子时钟等。应用FPGA能够将时钟设计为为四种类型：全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和波动式时钟。多时钟系统能够包括上述四种时钟类型的任意组合234。2.2 NE555时基电路设计方案555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5K的电阻而得名。目
18、前，流行的产品主要有4种：BJT两个：555，556（含有两个555）；CMOS两个：7555，7556（含有两个7555）。555定时器是一种数字与模拟混合型的集成电路，应用广泛。成本较低，外加电阻、电容等元件就可以构成多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等领域5。采用NE555时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，可构成电子钟。由555构成的秒脉冲发生器电路见图2.1。输出的脉冲信号V0的频率F为： 式（2.1）可通过调节式2.1中的3个参数，使输出V0的频率为精确的1Hz。
19、图2.1 基于的秒脉冲发生器采用555定时器设计电子时钟，成本低，容易实现。但是受芯片引脚数量和功能限制，不容易实现电子时钟的多功能性。2.3 单片机设计方案 图2.2 系统模块框图 模块说明：（1）日历时钟模块。本模块可采用日历时钟芯片DS1302，DS1302 是美国DALLAS 公司生产的实时日历时钟芯片,具有秒、分、时、星期、日、月、年计数功能,且可润年调整。但如果没有日历时钟芯片的情况下可采用单片机中断的方法产生年月日时分秒等信号。（2）键盘模块。它是整个系统中最简单的部分，根据功能要求，本系统共需四个按键：功能移位键、功能加键、功能减键、定闹键。并采用独立式按键。（3）显示模块。可
20、采用数码管显示（LED）或液晶显示（LCD）。（4）报时模块。采用一个扬声器来进行闹钟报时功能。（5）电源模块。考虑到简便直接用USB 接口5V 电源供电。综上，考虑单片机货源充足、价格低廉，可软硬件结合使用，能够较方便的实现系统的多功能性，故采用单片机作为本设计的硬件基础。第三章 电子时钟硬件设计3.1 单片机特点单片机是微型机的一个主要分支，它在结构上的最大特点使把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。单片机具有如下特点：(1)集成度高、体积小、有很高的可靠性；(2)控制功能强；(3)低功耗、低电压
21、，便于生产便携式产品；(4)外部总线增加了I2C、SPI等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构；(5)单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。所以单片机的应用非常广泛，在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统以及人们的生活中均有用武之地。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思路和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术，是对生产控制技术的一次革命。利用单片机的智能性，可方便地实现具有智能的电子钟设计。单片机均具有时钟振荡系统，利用系统时钟借助微处
22、理器的定时器/计数器可实现电子钟功能。然而系统时钟误差较大，电子钟的积累误差也可能较大，所以可以通过误差修正软件加以修正，或者在设计中加入高精度时钟日历芯片，以精确时间。另外很多功能不同的单片机是兼容的，这就更便于实现产品的多功能性。3.2元器件选择3.2.1微处理器选择目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理器芯片主要为8XC5X系列单片机。该系列单片机均采用标准MCS-51内核，硬件资源相互兼容，品类齐全，功能完善，性能稳定，体积小，价格低廉，货源充足，调试和编程方便，所以应用极为广泛，有些文献将8051泛指MCS-51系列单片机，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51单片机影响
23、极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核兼容的产品而以。同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如ATMEL的89C51（已经停产）、89S51，PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（华邦）等，我们常说的已经停产的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的ROM（一次性写入），AT89C51的性能相对于8051已经算是非常优越的
24、了。不过在市场化方面，89C51受到了PIC单片机阵营的挑战，89C51最致命的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，必须加上ISP功能等新功能才能更好延续MCS-51的传奇。89S51就是在这样的背景下取代89C51的，现在，89S51目前已经成为了实际应用市场上新的宠儿，作为市场占有率第一的Atmel目前公司已经停产AT89C51，将用AT89S51代替。89S51在工艺上进行了改进，89S51采用0.35新工艺，成本降低,而且将功能提升,增加了竞争力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同时，Atmel不再接受89CXX的定单，大家在市场上见到的89C51实际都是Atme
25、l前期生产的巨量库存而已。如果市场需要，Atmel当然也可以再恢复生产AT89C51。 89S51相对于89C51增加的新功能包括： (1) 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格只比89C51稍高一些 (2) ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 (3) 最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 (4) 具有双工UART串行通道。 (5) 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 (6) 双数据指示
26、器。 (7) 电源关闭标识。 (8) 全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 (9) 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。 比较结果：就如同INTEL的P3向P4升级一样，虽然都可以跑Windows，不过速度是不同的。 从AT89C51升级到AT89S51 ,也是同理。和S51比起来，C51就要逊
27、色一些，实际应用市场方面技术的进步是永远向前的。 因此，本设计中我们选用S系列的单片机，其中比较常用的有AT89s51和AT89s52,这两款单片机的区别如下：（1）AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
28、AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品
29、的需求。（2）At89s52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工
30、串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 。AT89S52具有以下主要性能：与MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、 1000次擦写周期、 全静态操作：0Hz33Hz 、 三级加密程序存储器 、 32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中
31、断源 、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符 。相比较而言，AT89S52在AT89S51的基础上做了改进与拓展，性能更优越，故本设计选用单片机AT89S52。在电子时钟设计中，常用的实时时钟芯片有DS12887、DS1216、DS1643、DS1302。每种芯片的主要时钟功能基本相同，只是在引脚数量、备用电池的安装方式、计时精度和扩展功能等方面略有不同。DS12887与DS1216芯片都有内嵌式锂电池作为备用电池； X1203引脚少，没有嵌入式锂电池，跟DS1302芯片功能相似，只是相比较之下，X1203与AT89S5
32、1搭配使用时占用I/O口较多。DS1643为带有全功能实时时钟的8K8非易失性SRAM，集成了非易失性SRAM、实时时钟、晶振、电源掉电控制电路和锂电池电源，BCD码表示的年、月、日、星期、时、分、秒，带闰年补偿。同样，DS1643拥有28只管脚，硬件连接起来占用微处理器I/O口较多，不方便系统功能拓展和维护。故而从性价比和货源上考虑，本设计采用实时时钟日历芯片DS1302。DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟日历芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时
33、、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。有主电源和备份电源双引脚，而且备份电源可由大容量电容（1F）来替代。需要强调的是，DS1302需要使用32.768KHz的晶振。DS1302引脚图参照图3.2。图3.1 DS1302芯片引脚图其引脚功能参照表3.1。表3.1 DS1302引脚功能说明引脚号名称功能1VCC1备份电源输入2X132.768KHz晶振输入3X232.768KHz晶振输出4GND地5RST控制移位寄存器/复位6I/O数据
34、输入/输出7SCLK串行时钟8VCC2主电源输入在编程过程中要注意DS1302的读写时序。DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如表3.2。表3.2 DS1302控制字（即地址及命令字节）BIT7BIT6BIT5BIT4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 01RAMA4A3A2A1A0RD控制字的作用是设定DS1302的工作方式、传送字节数等。每次数据的传输都是由控制字开始。控制字各位的含义和作用如下：(1)BIT7：控制字的最高有效位，必须是逻辑1，如果它为0，
35、则不能把数据写入到DS1302中。（2） BIT 6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；（3）BIT 5至BIT 1（A4A0）：用A4A0表示，定义片内寄存器和RAM的地址。定义如下：当BIT 6位=0时，定义时钟和其他寄存器的地址。A4A0=06，顺序为秒、分、时、日、月、星期、年的寄存器。当A4A0=7，为芯片写保护寄存器地址。当A4A0=8，为慢速充电参数选择寄存器。当A4A0=31，为时钟多字节方式选择寄存器。当BIT 6=1时，定义RAM的地址，A4A0=030，对应各子地址的RAM，地址31对应的是RAM多字节方式选择寄存器。1. BIT 0（最低有效位）
36、：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。图3.2 DS1302数据读写时序DS1302的数据读写方式有两种，一种是单字节操作方式，一种是多字节操作方式。每次仅写入或读出一个字节数据称为单字节操作，每次对时钟/日历的8字节或31字节RAM进行全体写入或读出的操作，称其为多字节操作方式。当以多字节方式写时钟寄存器时，必须按数据传送的次序依次写入8
37、个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，不必写所有31字节。不管是否写了全部31字节，所写的每一个字节都将传送至RAM。为了启动数据的传输，CE引脚信号应由低变高，当把CE驱动至逻辑1的状态时，SCLK必须为逻辑0，数据在SCLK的上升沿串行输入。无论是读周期还是写周期，也无论送方式是单字节传送还是多字节传送，都要通过控制字指定40字节中的哪个将被访问。在开始8个时钟周期把命令字（具有地址和控制信息的8位数据）装入移位寄存器之后，另外的时钟在读操作时输出数据，在写操作时输入数据，所有的数据在时钟的下降沿变化。所有写入或读出操作都是先向芯片发送一个命令字节。对于单字节操作，包括命令字节在内，每
38、次为2个字节，需要16个时钟；对于时钟/日历多字节模式操作，每次为7个字节，需要72个时钟；而对于RAM多字节模式操作，每次则为32字节，需要多达256个时钟。这里仅给出单字节读写时序，如图3.2。多字节操作方式与其类似，只是后面跟的字节数不止一个。3.2.2 DS1302的片内寄存器表3.3 DS1302有关日历、时间的寄存器读寄存器写寄存器BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0范围81H80HCH10秒秒00-5983H82H10分分00-5985H84H010时时1-120-23AM/PM87H86H0010日日1-3189H88H0010月月1-128BH8A
39、H00000周日1-78DH8CH10年年00-998FH8EHWP0000000通过控制字对DS1302片内寄存器进行寻址之后，即可就所选中寄存器的各位进行操作。片内各寄存器及各位的功能定义如表3.3。DS1302有关日历、时间的寄存器共有10个，时钟/日历包含在其中的7个写/读寄存器内，这7个寄存器分别是秒、分、小时、日、月、星期和年。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12小时制式时，位5为“0”表示AM；为“1”表示PM。在24小时制式下，位5是第二个10小时位（2023时）。 秒寄存器（81H、80H）的位7定义为时钟暂停标
40、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。一般在设置时钟时，可以停止其工作，设定完之后，再启动其工作。控制寄存器（8FH、8EH）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在任何片内时钟/日历寄存器和RAM，在写操作之前，WP位必须为0，否则将不可写入。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。因此，通过置写保护位，可以提高数据的安全性。另外，还有慢速充电控制寄存器和RAM寄存器。如表3.4。表3.4充电控制寄存器和RAM寄存器各位定义BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0充电控制寄存器TCSTCS
41、TCSTCSDSDSRSRSRAM寄存器慢速充电寄存器控制着DS1302的慢速充电特性。寄存器的BIT4BIT7（TCS）决定是否具备充电性能：仅在编码为1010的条件下才具备充电性能，其他编码组合不允许充电。BIT2和BIT3选择在VCC2和VCC1之间是一个还是两个二极管串入其中。如果编码DS是01，选择一个二极管；如果编码是10，选择两个二极管；其他编码将不允许充电。该寄存器的BIT0和BIT1用于选择与二极管相串联的电阻值。其中编码RS=01为2 K，RS=10为4 K，RS=11为8 K，而RS=00将不允许进行充电。因此，根据慢速充电寄存器的不同编码可得到不同的充电电流。其具体计算
42、如公式3.1： I充电=（V0-VD-VE）/R （3.1）式中：V0所接入的5.0V工作电压；VD二极管压降，一个按0.7V计算；R慢速充电控制寄存器0和1位编码决定的电阻值；VEVCC1脚所接入的电池电压。RAM寄存器寻址空间一次排列的31字节静态RAM可为用户使用，备用电源位RAM提供了掉电保护功能。寄存器和RAM的操作通过命令字节的BIT6加以区别。当BIT6为“0”时对RAM区进行寻址；否则将对时钟/日历寄存器寻址。其操作方法与前述相同91011。具体驱动程序参见附录A。3.3电子时钟硬件电路设计电子闹钟至少要包括秒信号发生器、时间显示电路、按键电路、供电电源、闹铃指示电路等几部分。
43、硬件电路系统框图参照图3.3。该系统使用AT89S52单片机作为核心，通过读取时钟日历芯片DS1302的数据，完成此电子时钟的主要功能时钟/日历。使用LCD已经显示，分别显示时/年，分/月，秒/日。 图3.3 带日历的电子时钟硬件系统框图键盘是为了完成时钟/日历的校对和显示功能。由于此电子时钟要求具有闹铃功能，所以设计有闹铃电路，进行声音响铃。整个电路使用+5V电源为整个电路供电。具体电路图请参见附录C。3.3.1 晶振电路设计 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到，即内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单
44、片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲，本设计即采取的这种方式。 图3.4 晶振电路如图所示，电容器C1，C2是负载电容，起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF，本电路选用的是22pf的电容。晶振频率的典型值为12MH2，采用6MHz的情况也比较多，本电路选用的是12MHz的晶振，其固有频率为1210的6次方赫兹，单片机的时钟周期是1/12微秒，机器周期是1us。用内部振荡方式所得到的时钟信号比较稳定，实用电路中使用比较多。 3.3.2 复位电路设计复位是单片机的初始化操作，以便使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并
45、从这个状态开始工作。除了进入系统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，也可按复位键重新启动。复位后，PC内容初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。单片机复位后，除了PC之外，还对片内的特殊功能寄存器有影响，它们的复位状态如表3.9所示。单片机复位后不影响内部RAM的状态17。89C51单片机复位信号的输入端是RST引脚，高电平有效。其有效时间持续24个时钟周期（2个机器周期）以上。RST端的外部复位电路有两种操作方式：上电自动复位和按键手动复位。上电自动复位是利用电容储电来实现的，上电瞬间，RC电路充电，RST端出现正脉冲，随着充电电流的减
46、少，RST的电位逐渐下降。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。按键电平复位是相当于RST端通过电阻接高电平。按键脉冲复位，利用RC微分电路产生正脉冲。出于应用方便，本设计采用按键电平复位电路。 表3.5 单片机寄存器的复位状态表寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP1、P3FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE000000BPCON0B(NMOS)TMOD00H00000B(CHMOS)按键复位电路连接如下图所示：图3.5按键复位电路3.3.3 按键电路设计功能键主要由4*4编码矩阵键盘组成，在不同的显
