方案和最終目標(biāo)：

    1.整體功能達(dá)到市售電子日歷效果，顯示內(nèi)容包括年、月、日、星期、時(shí)、分、秒、室溫。
    2.實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片有兩種：DS12C887、DS1302。學(xué)習(xí)和使用過(guò)程中可進(jìn)行選擇。
    3.數(shù)碼管控制采用MAX7219專(zhuān)用掃描驅(qū)動(dòng)芯片。
    4.電路板上留有PS/2鍵盤(pán)接口，用于調(diào)節(jié)當(dāng)前時(shí)間、數(shù)碼管顯示亮度、鬧鈴時(shí)間。這一點(diǎn)和普通電子日歷有明顯區(qū)別，畢竟我們做的是一個(gè)有點(diǎn)專(zhuān)業(yè)要求的電子鐘。
    5.電路板上安裝有繼電器，可作為簡(jiǎn)單的時(shí)間控制或溫度控制裝置。
    6.設(shè)計(jì)出原理圖和PCB圖，找廠(chǎng)家制出PCB，編程實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。

下面對(duì)整個(gè)電子鐘的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程做一個(gè)圖示說(shuō)明，希望對(duì)想做這方面畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生朋友有所幫助。

主要元器件選用

1.單片機(jī)

就用AT89S51吧，太方便了，只要在側(cè)面留有ISP插針接口，外接編程器就可以方便地在線(xiàn)改寫(xiě)調(diào)試程序了。ISP編程插針設(shè)置如圖1所示。

2.實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片

有DS12C887、DS1302兩種。前者內(nèi)部自帶鋰電池，后者要外接后備電池，二者的實(shí)物對(duì)比如圖2所示。DS12C887的最大特點(diǎn)是有15種頻率可編程方波輸出功能，在某些情況下可作為簡(jiǎn)易的方波發(fā)生器，電路板上也設(shè)有輸出拉環(huán)和插針，便于不同場(chǎng)合的連接需求，如圖1中的標(biāo)示。

3.PS/2接口

PS/2接口就是電腦主機(jī)后面的鍵盤(pán)或鼠標(biāo)接口，實(shí)物如圖3所示，共有6個(gè)引腳，實(shí)際只用4個(gè)，分別是電源正、電源負(fù)、數(shù)據(jù)腳、時(shí)鐘腳，各插孔功能標(biāo)識(shí)見(jiàn)圖4。

4.MAX7219

很方便的一款專(zhuān)用數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，與單片機(jī)之間采用三線(xiàn)連接，串行傳送數(shù)據(jù)，就是對(duì)電源要求高一些，在緊靠它的地方加上兩個(gè)電容就能使其穩(wěn)定工作，實(shí)物見(jiàn)圖5。

5.溫度傳感器

DS18B20是最佳選擇，體積小巧，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理方便，實(shí)物如圖6所示。

原理圖設(shè)計(jì)

 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)板搭接和綜合考慮，各器件與單片機(jī)各引腳的連接關(guān)系如下：
    1.AT89S51的P1.5、P1.6、P1.7用于ISP編程，不作他用。
    2.DS1302的第7腳（SCLK）、第6腳（I/O）、第5腳（RST）分別接AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2。
    3.MAX7219的第1腳（DIN）、第12腳（CS）、第13腳（SCL）分別接AT89S51的P2.0、P2.1、P2.2。
    4.DS12C887的第4腳（AD0）—第11腳（AD7）接AT89S51的P0.0～P0.7、第13腳（/CS）接P2.7、第14腳（AS）接ALE、第15腳（R/W）接P3.6、第17腳（DS）接P3.7、第19腳（IRQ）接P3.3。
    5.LED、繼電器、DS18B20分別占用P3.0、P1.4、P1.3。

設(shè)計(jì)原理圖如圖7所示。

PCB設(shè)計(jì)

這里PCB設(shè)計(jì)沒(méi)有按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)順序，即由原理圖到網(wǎng)絡(luò)表再到PCB，主要是因?yàn)橛械脑](méi)有現(xiàn)成的封裝，相比之下對(duì)于這個(gè)不太復(fù)雜的電路，手工布線(xiàn)更為靈活。經(jīng)過(guò)半個(gè)多月的純手工設(shè)計(jì)，最終的PCB圖如圖8所示。

焊接制作及編程調(diào)試

將PCB圖發(fā)給電路板廠(chǎng)家，經(jīng)過(guò)半個(gè)月的等待，終于等到了成品電路板，黑色的阻焊層與白色的字符層，更顯得對(duì)比分明，尤其是對(duì)著電路板長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行目測(cè)檢查，沒(méi)有視覺(jué)疲勞感，之前的綠色電路板觀(guān)察時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)感覺(jué)眼花?？誔CB如圖9所示。作者在電路板上作了很多引腳功能和連接標(biāo)注，對(duì)編程調(diào)試很有幫助。

到這里就可以進(jìn)入編程調(diào)試階段了，這個(gè)時(shí)鐘程序的編寫(xiě)主要包括以下4個(gè)主要部分：

1．PS/2鍵盤(pán)通信

PS/2接口6只引腳中4只引腳是有效的，兩只用于供電，只有2只引腳可以用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。PS／2通信協(xié)議是一種雙向同步串行通信協(xié)議。通信的兩端通過(guò)Clock（時(shí)鐘腳）同步，并通過(guò)Data（數(shù)據(jù)腳）交換數(shù)據(jù)。任何一方如果想抑制另外一方通信時(shí)，只需要把Clock（時(shí)鐘腳）拉到低電平。每一數(shù)據(jù)幀包含11～12個(gè)位，具體含義如表1所列。更多的PS/2說(shuō)明可以參考網(wǎng)上的應(yīng)用介紹。

PS/2接口與單片機(jī)的連接如原理圖7所示，由于PS/2鍵盤(pán)要向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總是先將第5腳時(shí)鐘線(xiàn)拉低，這樣就可以將PS/2接口的第5腳與單片機(jī)的外中斷輸入引腳相連，一旦PS/2要向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)就可以以外中斷的方式優(yōu)先響應(yīng)PS/2鍵盤(pán)的輸入請(qǐng)求，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，接收完畢后，PS/2鍵盤(pán)將時(shí)鐘線(xiàn)恢復(fù)為高電平。

由表1可知，單片機(jī)以外中斷方式接收PS/2鍵盤(pán)數(shù)據(jù)時(shí)，每接收一幀數(shù)據(jù)就要中斷11次，接收完成后，只要對(duì)其中8位有效數(shù)據(jù)進(jìn)行比較或查表，就可以知道哪個(gè)按鍵被按下。例如把小鍵盤(pán)區(qū)的數(shù)字鍵通碼進(jìn)行排序制表，根據(jù)查表的次數(shù)就可知道是哪個(gè)數(shù)字按鍵被按下。這就是PS/2鍵盤(pán)編程的思路。單片機(jī)成功接收了PS/2鍵盤(pán)數(shù)據(jù)確定是哪個(gè)按鍵后，就可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序段執(zhí)行指定的功能，如設(shè)定時(shí)間，設(shè)定亮度、設(shè)定鬧鈴等。

2．DS12C887的設(shè)置和讀寫(xiě)

DS12C887內(nèi)部共有128個(gè)寄存器，前14個(gè)為時(shí)鐘控制寄存器，剩下114個(gè)供編程者自由使用。14個(gè)時(shí)鐘控制寄存器中的前10個(gè)用于存儲(chǔ)時(shí)鐘參數(shù)，后4個(gè)用于控制DS12C887的各功能組件工作狀態(tài)。在DS12C887的第13腳片選端（CS）與P2.7相連接情況下，14個(gè)時(shí)鐘控制寄存器地址及具體功能說(shuō)明如表2所示。

在本文所示電路連接情況下，DS12C887就相當(dāng)于是單片機(jī)的一個(gè)外部并行擴(kuò)展RAM，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)采用MOVX指令直接一次性讀出或?qū)懭?，很是方便。在程序初始根?jù)要求對(duì)相關(guān)功能寄存器進(jìn)行設(shè)定，然后在每次循環(huán)當(dāng)中讀出當(dāng)前各時(shí)間寄存器的數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理后分別送到兩片MAX7219的指定位置顯示即可，具體可參考源程序。

3．MAX7219的初始化和數(shù)據(jù)寫(xiě)入

MAX7219是一款專(zhuān)用數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部設(shè)有動(dòng)態(tài)掃描電路，它以串行通信方式接收到單片機(jī)的顯示數(shù)據(jù)后，對(duì)指定位置的數(shù)碼管顯示內(nèi)容進(jìn)行更新，為單片機(jī)節(jié)省了寶貴的軟、硬件資源。MAX7219的一個(gè)顯著特點(diǎn)是可以通過(guò)設(shè)定亮度控制寄存器的數(shù)值來(lái)控制所接數(shù)碼管的顯示亮度。MAX7219內(nèi)部有14個(gè)寄存器，用于控制數(shù)碼管顯示的內(nèi)容和狀態(tài)，各寄存器功能列表如表3所示。

MAX7219的初始化就是對(duì)后5個(gè)寄存器進(jìn)行設(shè)置，由于檢測(cè)只需在電路板焊接好進(jìn)行一次就可以，所以程序初始主要是寫(xiě)入譯碼方式、顯示亮度、掃描位數(shù)、顯示開(kāi)關(guān)4個(gè)控制寄存器相應(yīng)數(shù)值。到這里就可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)PS/2鍵盤(pán)設(shè)定數(shù)碼管顯示亮度，就是識(shí)別按鍵后對(duì)MAX7219的亮度控制寄存器重新寫(xiě)入新數(shù)值。

MAX7219每個(gè)寄存器的寫(xiě)入分兩步，第一步先寫(xiě)入寄存器地址；第二步再寫(xiě)入寄存器數(shù)據(jù)，具體的寫(xiě)入語(yǔ)句見(jiàn)源程序。這里簡(jiǎn)要介紹一下MAX7219級(jí)聯(lián)狀態(tài)下數(shù)據(jù)寫(xiě)入思路，這個(gè)電路板上用到兩片MAX7219（U5、U6），由原理圖7可見(jiàn)U6的輸入端（DIN）接到U5的輸出端（DOUT），這樣就稱(chēng)U6為后級(jí)，U5為前級(jí)，寫(xiě)入子程序段執(zhí)行一次就把地址和數(shù)據(jù)先送到后級(jí)的U6，再執(zhí)行一次才送到U5，以此類(lèi)推，如果3片MAX7219級(jí)聯(lián)，寫(xiě)入子程序就要執(zhí)行三次才能分別將數(shù)據(jù)送到相應(yīng)的MAX7219。

4.DS18B20數(shù)據(jù)讀取和處理

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理就不介紹了。單片機(jī)對(duì)讀取到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，就是將讀出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BCD碼，再將轉(zhuǎn)換到的BCD碼高低位分離，送到MAX7219的相應(yīng)位置顯示即可。

編好的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，一個(gè)原汁原味的單片機(jī)電子鐘就制作好了，夜間的運(yùn)行效果如圖12所示。

制作調(diào)試問(wèn)題匯總

    1.試驗(yàn)板搭接是必須的，否則無(wú)法確定原理線(xiàn)路正確性。
    2.DS12C887有一個(gè)上電穩(wěn)定時(shí)間，在程序初始進(jìn)行幾十毫秒的延時(shí)即可，否則會(huì)讀出不正確的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題編程時(shí)多花了2天時(shí)間。PS/2鍵盤(pán)設(shè)定好亮度后，將亮度參數(shù)保存到DS12C887的7F0EH單元，重新上電后應(yīng)能讀出上次設(shè)定的亮度參數(shù)，但每次讀出的均為0，百思不解，上網(wǎng)搜索也無(wú)結(jié)果，反復(fù)試驗(yàn)思考，終于發(fā)現(xiàn)DS12C887的用戶(hù)RAM區(qū)上電需要一個(gè)穩(wěn)定時(shí)間，否則讀出的數(shù)據(jù)始終是0。
    3.MAX7219對(duì)供電電壓穩(wěn)定性要求較高，大小兩個(gè)濾波電容要緊靠芯片布置，參數(shù)設(shè)置要恰當(dāng)。在試驗(yàn)板搭接階段經(jīng)常發(fā)現(xiàn)MAX7219顯示會(huì)錯(cuò)亂，查找各類(lèi)網(wǎng)頁(yè)資料，就是要設(shè)置濾波電容，但試驗(yàn)板上沒(méi)有緊靠芯片設(shè)置，而且采用的是飛線(xiàn)，一直到制成PCB后這個(gè)問(wèn)題才得到解決。
    4.MAX7219的質(zhì)量問(wèn)題。網(wǎng)購(gòu)是現(xiàn)在電子元件獲取的主要途徑，但發(fā)現(xiàn)特便宜的MAX7219質(zhì)量無(wú)法保證，所以大家網(wǎng)購(gòu)電子元件時(shí)，要注意這個(gè)問(wèn)題。
    5.網(wǎng)上的參考資料要多對(duì)比，才能確定其正確性。

待改進(jìn)之處
 
    1.可在板上合適的位置增加幾個(gè)獨(dú)立按鍵，日常使用調(diào)節(jié)更方便些；
    2.顯示內(nèi)容可增加農(nóng)歷和濕度；
    3.可以用光敏電阻配合串行A/D轉(zhuǎn)換芯片（如TLC549）實(shí)現(xiàn)顯示亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)環(huán)境光線(xiàn)的變化，這樣子就更加具有專(zhuān)業(yè)性了。