摘要 :論述了多點定鬧電子日歷" title="電子日歷">電子日歷鐘系統的設計，在VRS51L3074" title="VRS51L3074">VRS51L3074單片機的控制下，使用串行時鐘芯片DSl2887，實現時間和鬧鐘的設置功能。通過鍵盤和液晶顯示提示，可以方便地校對時鐘和設置鬧鐘，利用鍵盤、LCD顯示模塊構成人機交互界面，實現時間和日歷顯示及設置多個鬧點等。此種電子鐘的特點是操作方便、工作可靠、具有一定的實用價值。
關鍵詞: 單片機VRS51L3074；多點定鬧；DSl2887；LCD顯示
文中是以Versa 8051" title="8051">8051系列MCU的典型器件VRS51L3074和時鐘日歷芯片DSl2887為核心制作的可多定點電子日歷時鐘。該系統功能齊全，可存儲多個鬧點，采用液晶顯示器件LCD以清晰完美的視覺效果顯示出時間、日歷等各種信息，有操作簡單、工作穩定、功耗低、使用方便等特點。
1 方案論述
VRS51L307是美國Ramtron公司最新推出的8 kBFRAM鐵電存儲器的8051單片機。該單片機將外圍功能模塊和40 MI／s(兆指令／秒)單周期8051內核集成在一起，工作電壓3．0～3．6 V，有精確的內部振蕩器。
本系統采用VRS51L3074單片機作為控制核心，使用單片集成的即時時鐘芯片DSl2887來實現時鐘功能，顯示系統采用液晶模塊LCD顯示時間、日歷及鬧鈴等提示信息，有著智能化的人機界面。用此方案設計的電路圖簡單，不需要驅動電路，用并行口的數據線便可以實現時間、日歷以及鬧鐘的顯示。 VRS51L3074有成熟的閃存技術，本身自帶有看門狗定時器電路，這樣在單片機死機或遇到程序故障時系統能夠自動復位，看門狗定時器由一個14位預分頻器構成，以系統時鐘或者是系統時鐘的分頻信號作為其計數源，當看門狗溢出時將使系統復位。系統時鐘頻率可動態調節，有集成省電、上電復位／掉電檢測等功能。
2 系統基本原理
用VRS51L3074控制功能將即時時鐘DSl2887的年、月、日、星期、時、分、秒等信息并行輸入LCD液晶顯示器上，時間和日歷還有鬧鐘的調整則通過鍵盤的控制功能將各種調整信息反映到單片機中，并通過單片機的并口將各種時間、日歷和鬧鐘信息輸入給LCD液晶顯示器，從而實現整個設計的控制功能。
本系統對外圍器件的訪問都是通過I／O方式，其中單片機的P1口與鍵盤連接，P0口的8個端口用作單片機的數據線分別與顯示器和即時時鐘相連，P60和 P27分別用作控制端，用來控制單片機與LCD顯示器以及單片機與即時時鐘之間的數據傳輸；本系統中，由于采用LCD顯示屏作為顯示系統，因而用鍵盤作為控制系統對于便攜式的日歷鐘來說，有利于操作和控制。在本設計中，各功能鍵的控制通過軟件編程的方法來實現，這樣利用鍵盤的不同功能鍵就可以實現對鬧鐘、時鐘和日歷的調整控制。整個設計的系統圖，如圖1所示。
3 系統硬件設計
硬件系統由單片機及其鍵盤電路、時鐘系統、鬧點報警功能和LCD顯示部分組成。整個系統的電路設計以單片機VRS51L3074和時鐘芯片DSl2887的設計為核心，外加液晶顯示器OCM160128-I(內置T6963C控制器)，蜂鳴器以及鍵盤。
采用VRS51L3074單片機作為控制核心對時鐘芯片DSl2887進行控制，讀取時間，提取數據，對輸入信號進行處理，最后通過LCD顯示各種時間、日歷及鬧鐘信息，從而實現整個設計的控制功能。系統主控電路如圖2所示。VRS51L3074片內自帶40 MHz振蕩器，可無需外部晶振為系統提供時鐘信號。通過對時鐘主電路之間預分頻器的配置可靈活設置系統時鐘以滿足不同應用的需要。系統時鐘源選擇及分頻比設置由特殊功能寄存器DEVCLKCFGl和DEVCLKCFG2控制。
3．1 單片機與DSl2887時鐘芯片的接口設計界面
單片機與DSl2887時鐘芯片的接口界面如圖3所示。兩者之間要實現同步通信，就需要用到6個口線：(1)復位／RESET。(2)I／O數據線。(3)片選信號線／CS。(4)數據激發或讀取線DS。(5)讀取／寫入，輸入線R／W。(6)地址激發輸入線AS。
在以上6個口線中，DS、R／W都有兩種操作模式。本設計采用Intel總線時序，故MOT腳接地。在這種模式下，DS(數據激發或讀取)腳稱為／RD 腳。AD0～AD7是多工雙向的地址／數據總線。在總線周期的第一段時間呈現的是地址，同樣的IC腳和信號路徑，在第二段時間當成數據使用。因總線從地址到數據的改變是發生在內部SRAM的存取時間，所以地址／數據作成多工形態并不會使DSl2887的存取時間變慢。片選信號線／CS選擇輸入為LOW時，即可對DSl2887進行存取，在總線周期即使沒有使能／CS腳，也同樣會鎖存住地址但沒有存取的動作發生。當Vcc< 4．25 V時，DSl2887會除能／CS腳，禁止存取動作，此功能會保護在電源消失期間的即時時鐘和SRAM里的數據。地址激發輸入AS送一個正向地址激發脈沖到輸入腳，然后在AS／ALE的下降邊緣使得地址栓在DSl2887內。在下一個時鐘下降沿，地址激發輸入將清除，而不管片選端／ CS是否置位。接入命令必須成對發送。／RESET腳的信號對于時鐘、日歷或SRAM都沒有影響。在電源上升時，RESET腳應該維持在LOW一段時間，以便允許電源電壓穩定下來，／RESET腳維持在LOW的時間視應用而定。
3．2 單片機與LCD顯示屏的接口電路
此電路中，液晶顯示器數據口D0～D7與單片機的P00～P07并行相連。如圖4所示。／RD、／WR讀、寫選通端與單片機的／RD、／WR相連，低電平有效，為輸入信號。／CE為T6963C的片選信號，低電平有效。C／D通道選擇信號，1為指令通道，O為數據通道。
3．3 鬧點報警功能設計
蜂鳴器報警電路如圖5所示。當時鐘到指定鬧點時，DSl2887控制／狀態寄存器2中的AF被置1，同時ALE引腳產生一個中斷(低電平有效)，由于 ALE接至單片機的ALE腳，所以引發中斷程序。DSl2887的SQW輸出1Hz的脈沖，由于數據信息接至單片機的P00～P07腳，所以P20腳輸出 1 Hz的脈沖，使得蜂鳴器間斷性地發出鳴聲。當復位腳為低并且Vcc>4．25 V時，鬧鐘中斷允許ALE被置為O，鬧鐘中斷標志AF置0，信號通過AS位傳送到VRS51L3074的37腳，通過P20腳輸出脈沖到蜂鳴器，停止鬧響。到達預定時間響鈴1 min，1 min后自動停止，也可以按下已設定的鍵實現手動停止。
3．4 單片機與鍵盤的連接
系統采用行列式鍵盤。用I／O口線組成行、列結構，按鍵設置在行列的交點上。因此，在按鍵數量較多時，可以節省I／O口線。鍵盤的列線分別與單片機的P1.0～P1.2相連，行線分別與單片機的P1.3～P1.5相連。
4 軟件系統的設計
系統軟件設計包括單片機計算機兩部分的編程。計算機軟件編程主要實現參數設置、串行口數據接收、指令發送以及數據的顯示和存儲。單片機軟件編程主要實現鍵盤、液晶顯示、鬧鐘等各模塊的功能，采用C語言編程。該系統通過串行口與鍵盤通信，鍵盤給單片機發指令實現數據采集及系統控制，并將數據實時傳回液晶顯示器顯示結果。整個軟件系統采用模塊化的程序設計方法，共分為時間日期設定、鬧鈴
設定、LCD顯示模塊和鍵盤掃描模塊4個部分。其中主要是鬧點的設定與提取。軟件系統的主要特點是整個過程完全在鍵盤的控制之下，實現了友好的人機交互功能。主程序通過判斷鍵盤的輸入情況調用不同的子程序，子程序的功能實現也是在鍵盤的配合之下完成的。主程序流程圖，如圖6所示。
首先對單片機的串行口及定時器進行初始化，然后進行鍵盤掃描，如果有鍵按下，則根據掃描到的鍵值跳轉到相應的入口并執行相應的程序，并根據外部的輸入進行相應的操作。如果沒有鍵按下，則回到初始化狀態。在并行運行的程序中，本設計將調用另外兩位合作者編寫的日歷時鐘和溫度程序，送入液晶顯示器中進行顯示。
4．1 多點定鬧模塊
鬧鐘的的起鬧止鬧基本步驟：(1)電子設備的中央處理器CPU從硬件時鐘芯片中讀取當前時間，從鬧鐘信息中提取一個與當前時間最接近的然后啟動鬧鐘，將該鬧鐘的啟動時間設置到硬件時鐘芯片中。(2)硬件時鐘芯片在當前時間與該需啟動鬧鐘的啟動時間進行比較，一致時通知CPU鬧鐘啟動時間已經到達，蜂鳴器控制標志為“1”，鬧鐘打開，開始起鬧，并顯示在顯示器上，要止鬧只需按下啟停鍵便可止鬧，沒有按鍵的情況下系統根據預設的鬧響時間1 min后停止鬧鈴，鬧時功能關停。硬件時鐘芯片在當前時間與該需啟動鬧鐘的啟動時間進行比較不同時指向下一時間。(3)通過不停的進行比較，第一個鬧點響停后，時鐘正常行走，系統又再返回步驟(1)。
4．2 OSl2887時鐘芯片與VRS51L3074的接口程序
系統通過中斷和軟件計數器可產生秒信號。每到1 s，系統將會調整時間存儲單元的內容，從而實現計時功能。下面為DSl2887時鐘芯片和VRS51L3074單片機的接口軟件，假定采用每天24 h制，時間數據格式為BCD碼，初始化時間為2000年1月1日9時00分00秒，1 kHz方波輸出。時鐘芯片每1 s向單片機申請中斷一次，一方面讓單片機修改一次時鐘顯示，另一方面也給單片微機系統提供時間基準。
5 結束語
系統利用VRS51L3074作為控制核心，外加專用的時鐘芯片DSl2887的應用，實現時間、日歷及鬧鐘信息顯示功能。該電子鐘操作方便，通過鍵盤和漢顯液晶提示可方便地校對時鐘和對鬧鐘進行設置。