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天數、倒計時天數、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，數據的串行輸出顯示分成三部分，分別為：安全天數與溫度、年月日與星期、時鐘數據。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據，然后進行處理計算以得出相應的BCD溫度數據，最后與安全天數數據一同通過單片機擴展的串口送到數碼管顯示。同時通過單片機與時鐘芯片DS1302的通信讀入日歷時鐘數據，再把得到的年月日、星期數據通過單片機擴展的另一個串口輸出送到數碼管顯示，同時把時鐘數據通過單片機本身自帶的串口輸出送至顯示。數據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據的讀寫。

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部的A／D轉換器，轉換成相應的數字溫度值(即二進制溫度數據)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據的讀取來最終將其轉化成相應的模擬數據，也就是把二進制數據轉換成BCD碼數據存放到單片機中。

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據D5～D15位則是正溫度的補碼。所以，在讀出溫度寄存器數據后，一定要判斷數據的符號位，如果是負溫度數據，則要先求補碼才能最終將其轉換成相應的正確溫度值。

3 日歷時鐘數據的讀取

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所示是其寫時鐘數據流程圖。

從圖2所示的流程圖可以看出，要想把時鐘數據寫入時鐘芯片，首先要寫入相應數據的地址，在寫入一字節(jié)地址后，即可寫入一字節(jié)相應的數據，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)時鐘數據的地址和相應的時鐘數據了。這里需要注意的是：寫秒數據地址為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)數據的地址后，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)數據的寫入，即寫一次地址，寫一次數據，直到循環(huán)計數值為0，便完成了時鐘數據的寫入。

寫入一字節(jié)數據時，首先要置循環(huán)計數值(這里設為8)，一共要串行輸入8位數據，每次移入數據前，應先使數據再移一位到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，一位數據才能寫人時鐘芯片。這樣，循環(huán)8次后，一字節(jié)的數據就寫入到了時鐘芯片。整個初始時鐘數據寫入后，就可以讓DS1302自動運行并走時了。

3.2 讀程序分析

讀一字節(jié)子程序同寫一字節(jié)子程序是一個道理，首先可設置循環(huán)計數值為8，以便為讀取一個8位字節(jié)數據做準備，然后在串行時鐘下降沿從P0.2端口讀取一位時鐘數據到C，以進行帶進位的累加器循環(huán)右移，這樣，循環(huán)8次后，即完成了一個字節(jié)時鐘數據的讀取。其結果存放到累加器ACC中。具體讀取一字節(jié)數據的程序如下：

3.3 安全生產天數的計算

本系統(tǒng)中的一項功能就是顯示當前的安全生產天數。要得出安全生產天數值，首先應在單片機的內存單元中設定好安全生產天數的起點日期，同時設定一個基準時間，這樣就可以計算出設置的安全生產天數起點日期到這個基準時間的天數，也就是起點的累計天數。然后，當每次讀取時鐘芯片日歷時鐘數據時，系統(tǒng)就會計算出當前讀到的日期到基準時間的天數，也就是當前日期的累計天數，兩個累計天數之差即是要顯示的安全生產天數。

4 實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計

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

若在設置狀態(tài)下，則意味著有按鍵按下，那么就要讀取相應的按鍵。本設計中如果按鍵在設置狀態(tài)下，不進行相應的數據調整操作，則保存設置的數據，并退出設置狀態(tài)。讀鍵時，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，說明按鍵已經響應，則不進行數據調整。如果鍵碼穩(wěn)定，則再判斷是否是調整鍵，如果是調整鍵，則調整修改指針，即每按一次調整鍵，修改指針加一，并進行下一項數據的修改。修改指針一般從安全天數的千、百、十、個到年、月、日、星期再到小時、分。如果一開始按下的按鍵不是調整鍵，則不會進入設置狀態(tài)。在調整鍵已經響應的情況下，如果再讀到有鍵按下的信號，那么，當其不是調整鍵時，進入數據修改狀態(tài)，以進行相應數據的調整。注意：在設置狀態(tài)下，每次操作均清除時鐘，以便計時退出。調整好相應數據后，即可保存數據并進行數據的顯示。

5 數據的顯示

本設計中采用16片8位串行輸入／并行輸出74HC164N和數碼管來進行串行移位顯示。所用數碼管是共陽極的8段數碼管。由于分成三組輸出來顯示數據，因此，設計時把安全生產天數和溫度顯示部分的74HC164N時鐘線連在一起接到單片機的P0.5，而把年月日星期顯示部分的74HC164N時鐘線連在一起接到單片機的P0.7，另外，把時鐘顯示部分的74HC164N時鐘線連在一起接到單片機的P1.0。

6 結束語

本設計在完成過程中進行了多次的試驗，尤其是在對溫度的讀取方面，得到了很多老師的指導，在此一并感謝。