方案和最終目標：

    1.整體功能達到市售電子日歷效果，顯示內(nèi)容包括年、月、日、星期、時、分、秒、室溫。
    2.實時時鐘芯片有兩種：DS12C887、DS1302。學習和使用過程中可進行選擇。
    3.數(shù)碼管控制采用MAX7219專用掃描驅(qū)動芯片。
    4.電路板上留有PS/2鍵盤接口，用于調(diào)節(jié)當前時間、數(shù)碼管顯示亮度、鬧鈴時間。這一點和普通電子日歷有明顯區(qū)別，畢竟我們做的是一個有點專業(yè)要求的電子鐘。
    5.電路板上安裝有繼電器，可作為簡單的時間控制或溫度控制裝置。
    6.設計出原理圖和PCB圖，找廠家制出PCB，編程實現(xiàn)預期效果。

下面對整個電子鐘的設計和制作過程做一個圖示說明，希望對想做這方面畢業(yè)設計的學生朋友有所幫助。

主要元器件選用

1.單片機

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

2.實時時鐘芯片

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

3.PS/2接口

PS/2接口就是電腦主機后面的鍵盤或鼠標接口，實物如圖3所示，共有6個引腳，實際只用4個，分別是電源正、電源負、數(shù)據(jù)腳、時鐘腳，各插孔功能標識見圖4。

4.MAX7219

很方便的一款專用數(shù)碼管驅(qū)動芯片，與單片機之間采用三線連接，串行傳送數(shù)據(jù)，就是對電源要求高一些，在緊靠它的地方加上兩個電容就能使其穩(wěn)定工作，實物見圖5。

5.溫度傳感器

DS18B20是最佳選擇，體積小巧，與單片機連接簡單，數(shù)據(jù)處理方便，實物如圖6所示。

原理圖設計

 經(jīng)過試驗板搭接和綜合考慮，各器件與單片機各引腳的連接關系如下：
    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。

設計原理圖如圖7所示。

PCB設計

這里PCB設計沒有按照傳統(tǒng)的設計順序，即由原理圖到網(wǎng)絡表再到PCB，主要是因為有的元件沒有現(xiàn)成的封裝，相比之下對于這個不太復雜的電路，手工布線更為靈活。經(jīng)過半個多月的純手工設計，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)給電路板廠家，經(jīng)過半個月的等待，終于等到了成品電路板，黑色的阻焊層與白色的字符層，更顯得對比分明，尤其是對著電路板長時間進行目測檢查，沒有視覺疲勞感，之前的綠色電路板觀察時間長了會感覺眼花。空PCB如圖9所示。作者在電路板上作了很多引腳功能和連接標注，對編程調(diào)試很有幫助。

[!--empirenews.page--]

到這里就可以進入編程調(diào)試階段了，這個時鐘程序的編寫主要包括以下4個主要部分：

1．PS/2鍵盤通信

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Clock（時鐘腳）同步，并通過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，只需要把Clock（時鐘腳）拉到低電平。每一數(shù)據(jù)幀包含11～12個位，具體含義如表1所列。更多的PS/2說明可以參考網(wǎng)上的應用介紹。

PS/2接口與單片機的連接如原理圖7所示，由于PS/2鍵盤要向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時，總是先將第5腳時鐘線拉低，這樣就可以將PS/2接口的第5腳與單片機的外中斷輸入引腳相連，一旦PS/2要向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機就可以以外中斷的方式優(yōu)先響應PS/2鍵盤的輸入請求，開始接收數(shù)據(jù)，接收完畢后，PS/2鍵盤將時鐘線恢復為高電平。

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

2．DS12C887的設置和讀寫

DS12C887內(nèi)部共有128個寄存器，前14個為時鐘控制寄存器，剩下114個供編程者自由使用。14個時鐘控制寄存器中的前10個用于存儲時鐘參數(shù)，后4個用于控制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個時鐘控制寄存器地址及具體功能說明如表2所示。

在本文所示電路連接情況下，DS12C887就相當于是單片機的一個外部并行擴展RAM，數(shù)據(jù)讀寫采用MOVX指令直接一次性讀出或?qū)懭?，很是方便。在程序初始根?jù)要求對相關功能寄存器進行設定，然后在每次循環(huán)當中讀出當前各時間寄存器的數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機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)寫入

MAX7219是一款專用數(shù)碼管驅(qū)動芯片，內(nèi)部設有動態(tài)掃描電路，它以串行通信方式接收到單片機的顯示數(shù)據(jù)后，對指定位置的數(shù)碼管顯示內(nèi)容進行更新，為單片機節(jié)省了寶貴的軟、硬件資源。MAX7219的一個顯著特點是可以通過設定亮度控制寄存器的數(shù)值來控制所接數(shù)碼管的顯示亮度。MAX7219內(nèi)部有14個寄存器，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的初始化就是對后5個寄存器進行設置，由于檢測只需在電路板焊接好進行一次就可以，所以程序初始主要是寫入譯碼方式、顯示亮度、掃描位數(shù)、顯示開關4個控制寄存器相應數(shù)值。到這里就可以發(fā)現(xiàn)通過PS/2鍵盤設定數(shù)碼管顯示亮度，就是識別按鍵后對MAX7219的亮度控制寄存器重新寫入新數(shù)值。

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

4.DS18B20數(shù)據(jù)讀取和處理

DS18B20內(nèi)部結構和工作原理就不介紹了。單片機對讀取到的溫度數(shù)據(jù)進行適當處理，就是將讀出的二進制數(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的相應位置顯示即可。

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

制作調(diào)試問題匯總

    1.試驗板搭接是必須的，否則無法確定原理線路正確性。
    2.DS12C887有一個上電穩(wěn)定時間，在程序初始進行幾十毫秒的延時即可，否則會讀出不正確的數(shù)據(jù)，因為這個問題編程時多花了2天時間。PS/2鍵盤設定好亮度后，將亮度參數(shù)保存到DS12C887的7F0EH單元，重新上電后應能讀出上次設定的亮度參數(shù)，但每次讀出的均為0，百思不解，上網(wǎng)搜索也無結果，反復試驗思考，終于發(fā)現(xiàn)DS12C887的用戶RAM區(qū)上電需要一個穩(wěn)定時間，否則讀出的數(shù)據(jù)始終是0。
    3.MAX7219對供電電壓穩(wěn)定性要求較高，大小兩個濾波電容要緊靠芯片布置，參數(shù)設置要恰當。在試驗板搭接階段經(jīng)常發(fā)現(xiàn)MAX7219顯示會錯亂，查找各類網(wǎng)頁資料，就是要設置濾波電容，但試驗板上沒有緊靠芯片設置，而且采用的是飛線，一直到制成PCB后這個問題才得到解決。
    4.MAX7219的質(zhì)量問題。網(wǎng)購是現(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)量無法保證，所以大家網(wǎng)購電子元件時，要注意這個問題。
    5.網(wǎng)上的參考資料要多對比，才能確定其正確性。

待改進之處
 
    1.可在板上合適的位置增加幾個獨立按鍵，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）實現(xiàn)顯示亮度的自動調(diào)節(jié)，以適應環(huán)境光線的變化，這樣子就更加具有專業(yè)性了。