1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本設(shè)計(jì)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(shí)鐘芯片采用DS1302芯片，它們與單片機(jī)全部采用串行通信方式。該電子計(jì)時(shí)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(shí)鐘數(shù)據(jù)。系統(tǒng)首先通過單片機(jī)讀人溫度傳感器芯片LM70測得的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行處理計(jì)算以得出相應(yīng)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(jī)擴(kuò)展的串口送到數(shù)碼管顯示。同時(shí)通過單片機(jī)與時(shí)鐘芯片DS1302的通信讀入日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，再把得到的年月日、星期數(shù)據(jù)通過單片機(jī)擴(kuò)展的另一個(gè)串口輸出送到數(shù)碼管顯示，同時(shí)把時(shí)鐘數(shù)據(jù)通過單片機(jī)本身自帶的串口輸出送至顯示。數(shù)據(jù)的設(shè)置與修改可通過與單片機(jī)相連的三個(gè)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(qū)動(dòng)數(shù)碼管。秒信號(hào)和天氣信號(hào)則采用發(fā)光二極管來顯示。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用的串行通信方式可有效地節(jié)省硬件電路設(shè)計(jì)的空間，從而使設(shè)計(jì)更為簡捷，具有一定的實(shí)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(shè)計(jì)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(jī)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(yīng)的模擬溫度送入內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字溫度值(即二進(jìn)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(zhuǎn)化成相應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)，也就是把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BCD碼數(shù)據(jù)存放到單片機(jī)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(fù)溫度)，那么，同相應(yīng)溫度值的正溫度相比，轉(zhuǎn)換后的溫度寄存器數(shù)據(jù)D5～D15位則是正溫度的補(bǔ)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(hào)位，如果是負(fù)溫度數(shù)據(jù)，則要先求補(bǔ)碼才能最終將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的正確溫度值。

3 日歷時(shí)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(shè)計(jì)設(shè)置計(jì)時(shí)的初始時(shí)間是2005年1月1日星期六1時(shí)0分0秒，即時(shí)鐘芯片上電后即從這個(gè)時(shí)間開始走時(shí)。那么，要完成初始化時(shí)鐘，就應(yīng)當(dāng)把初始時(shí)間寫入DS1302芯片中去。圖2所示是其寫時(shí)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(shí)鐘數(shù)據(jù)寫入時(shí)鐘芯片，首先要寫入相應(yīng)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(yīng)的數(shù)據(jù)，依此類推。其具體步驟是首先寫入時(shí)鐘多字節(jié)控制寄存器，它的命令字格式如下：

當(dāng)寫入時(shí)鐘芯片08EH時(shí)，同樣還要寫入允許寫操作的命令字00H。寫完這兩個(gè)命令字后，就可以開始寫入每個(gè)字節(jié)時(shí)鐘數(shù)據(jù)的地址和相應(yīng)的時(shí)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(shí)地址為84H，依次類推。也就是說，每寫完一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的地址后，其地址應(yīng)相應(yīng)加2，以準(zhǔn)備下一個(gè)字節(jié)地址的寫入。整個(gè)程序可實(shí)現(xiàn)七個(gè)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(jì)數(shù)值為0，便完成了時(shí)鐘數(shù)據(jù)的寫入。

寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，首先要置循環(huán)計(jì)數(shù)值(這里設(shè)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(yīng)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(shí)鐘端口輸入一個(gè)時(shí)鐘下降沿。只有在下降沿后，一位數(shù)據(jù)才能寫人時(shí)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(shí)鐘芯片。整個(gè)初始時(shí)鐘數(shù)據(jù)寫入后，就可以讓DS1302自動(dòng)運(yùn)行并走時(shí)了。

3.2 讀程序分析

讀一字節(jié)子程序同寫一字節(jié)子程序是一個(gè)道理，首先可設(shè)置循環(huán)計(jì)數(shù)值為8，以便為讀取一個(gè)8位字節(jié)數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備，然后在串行時(shí)鐘下降沿從P0.2端口讀取一位時(shí)鐘數(shù)據(jù)到C，以進(jìn)行帶進(jìn)位的累加器循環(huán)右移，這樣，循環(huán)8次后，即完成了一個(gè)字節(jié)時(shí)鐘數(shù)據(jù)的讀取。其結(jié)果存放到累加器ACC中。具體讀取一字節(jié)數(shù)據(jù)的程序如下：

3.3 安全生產(chǎn)天數(shù)的計(jì)算

本系統(tǒng)中的一項(xiàng)功能就是顯示當(dāng)前的安全生產(chǎn)天數(shù)。要得出安全生產(chǎn)天數(shù)值，首先應(yīng)在單片機(jī)的內(nèi)存單元中設(shè)定好安全生產(chǎn)天數(shù)的起點(diǎn)日期，同時(shí)設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間，這樣就可以計(jì)算出設(shè)置的安全生產(chǎn)天數(shù)起點(diǎn)日期到這個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間的天數(shù)，也就是起點(diǎn)的累計(jì)天數(shù)。然后，當(dāng)每次讀取時(shí)鐘芯片日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)計(jì)算出當(dāng)前讀到的日期到基準(zhǔn)時(shí)間的天數(shù)，也就是當(dāng)前日期的累計(jì)天數(shù)，兩個(gè)累計(jì)天數(shù)之差即是要顯示的安全生產(chǎn)天數(shù)。

4 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主程序用于完成數(shù)據(jù)的初始化以及T0定時(shí)器的設(shè)置等，其它任務(wù)均放到定時(shí)中斷程序中來執(zhí)行。圖3所示為其中斷服務(wù)程序流程圖。中斷服務(wù)程序首先要判斷是否有按鍵按下，即是否進(jìn)人數(shù)據(jù)設(shè)置狀態(tài)?如果不是在設(shè)置狀態(tài)，就要從時(shí)鐘芯片讀取要顯示的數(shù)據(jù)，以及把每一項(xiàng)顯示緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送數(shù)碼管顯示。如果是在設(shè)置狀態(tài)下，則設(shè)置每0.25 s刷新顯示一次數(shù)據(jù)。

若在設(shè)置狀態(tài)下，則意味著有按鍵按下，那么就要讀取相應(yīng)的按鍵。本設(shè)計(jì)中如果按鍵在設(shè)置狀態(tài)下，不進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)整操作，則保存設(shè)置的數(shù)據(jù)，并退出設(shè)置狀態(tài)。讀鍵時(shí)，首先讀出其鍵碼并保存。然后判斷鍵碼穩(wěn)定否，如果不穩(wěn)定，說明按鍵已經(jīng)響應(yīng)，則不進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整。如果鍵碼穩(wěn)定，則再判斷是否是調(diào)整鍵，如果是調(diào)整鍵，則調(diào)整修改指針，即每按一次調(diào)整鍵，修改指針加一，并進(jìn)行下一項(xiàng)數(shù)據(jù)的修改。修改指針一般從安全天數(shù)的千、百、十、個(gè)到年、月、日、星期再到小時(shí)、分。如果一開始按下的按鍵不是調(diào)整鍵，則不會(huì)進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。在調(diào)整鍵已經(jīng)響應(yīng)的情況下，如果再讀到有鍵按下的信號(hào)，那么，當(dāng)其不是調(diào)整鍵時(shí)，進(jìn)入數(shù)據(jù)修改狀態(tài)，以進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的調(diào)整。注意：在設(shè)置狀態(tài)下，每次操作均清除時(shí)鐘，以便計(jì)時(shí)退出。調(diào)整好相應(yīng)數(shù)據(jù)后，即可保存數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。

5 數(shù)據(jù)的顯示

本設(shè)計(jì)中采用16片8位串行輸入／并行輸出74HC164N和數(shù)碼管來進(jìn)行串行移位顯示。所用數(shù)碼管是共陽極的8段數(shù)碼管。由于分成三組輸出來顯示數(shù)據(jù)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)把安全生產(chǎn)天數(shù)和溫度顯示部分的74HC164N時(shí)鐘線連在一起接到單片機(jī)的P0.5，而把年月日星期顯示部分的74HC164N時(shí)鐘線連在一起接到單片機(jī)的P0.7，另外，把時(shí)鐘顯示部分的74HC164N時(shí)鐘線連在一起接到單片機(jī)的P1.0。

6 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)在完成過程中進(jìn)行了多次的試驗(yàn)，尤其是在對溫度的讀取方面，得到了很多老師的指導(dǎo)，在此一并感謝。