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簡明DS1302溫度LED時鐘制作詳解(附單片機源碼與PCB)

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樓主
回顧
這是樓主在高三時候做的一個項目，我和我的組員們共同完成了這個小鐘從電路設計，焊接，再到編程調試的過程。我們將之前學習到的單片機和電路知識運用起來，雖然經歷了不計其數的Bug和坎坷，可是就是在這樣痛苦的過程中我們不知不覺中成長了許多，收獲了更多的實戰經驗。
提出
一直以來，我多數在開發軟件，偶爾碰碰Arduino實現點小功能，幸運的是我的高中有機器人實驗室，于是我們就在龔鵬老師的帶領下，系統的學習STC單片機開發和基礎硬件知識。上個學期，課程已經基本學完，在7*5點陣的基礎下，我們幾個都想獨立自主的完成一個有規模的項目，在大家的提議下，我們選擇去做一個可以顯示溫度的LED時鐘，而且顯示要用LED才大氣，于是我們開始了有序的準備工作。
實現
為了實現這個小鐘的預期功能，我們聽取了老師的意見。使用STC15W402AS芯片(宏晶科技生產)作為主控芯片，利用LED小燈組成的4個“8”作為顯示部分，同時使用DS1302(Maxim生產)作為系統時鐘芯片，使用DS18B20(Maxim生產)作為溫度傳感器芯片。電源使用MicroUSB+5V供電。電路圖為自行設計，使用Protel繪制，再有工廠加工，隨后按電路圖焊接原件，最后進行編程調試。
圖片展示

結構
使用STC15W402AS芯片(宏晶科技生產)作為主控芯片，利用LED小燈組成的4個“8”作為顯示部分，同時使用DS1302(Maxim生產)作為系統時鐘芯片，使用DS18B20(Maxim生產)作為溫度傳感器芯片。電源使用MicroUSB+5V供電。電路圖為自行設計。
重要邏輯顯示原理 - 視覺暫留掃描
由于我們使用了類似于放大版“數碼管”的顯示方式，限于單片機引腳數量限制，我們不能把每個8的每個部分都和單片機相連。于是我們采用了現在LED顯示屏的顯示原理--掃描點亮的原理。在我們的電路中，我們將4個“8”的8個組成部分（a,b,c,d,e,f,g）的正極和單片機P1端口（恰好8個端口）連接（也就是把每個“8”的a并連起來接到一個單片機引腳，把每個“8”的b并連起來接到另一個單片機引腳，以此類推），再將每個“8”的所有組成部分的所有負極并聯，分別和單片機上P2端口上的4個引腳相連，組成顯示控制電路。需要點亮第1個“8”時就先將這個“8”的負極引腳置低，再將需要點亮的部分引腳同時置高。例如下圖所示想要顯示“1”，就將b,c的引腳置高


這樣問題就來了：現在我們能一個一個點亮了，如果我讓這4個“8”一起亮怎么辦？
這就需要視覺暫留原理了，大家都知道電影之所以能動起來就是因為我們人眼有0.1秒的視覺暫留。我們點亮小燈也如此，先點亮第一個，延遲5ms，再點亮第二個，延遲5ms，以此類推。5ms這樣短的時間人根本看不出閃動感，于是完整的圖像顯示出來。
下面是時間送顯的代碼（chart數組里是預先設計好的自模）：
  1. void convertShow(char hour_s1,hour_s2,min_s1,min_s2)
  2. {

  4.     E1 = 0;
  5.     P1 = chart[hour_s1];
  6.     delayMS(5);
  7.     P1 = allclear;
  8.     E1 = 1;

  10.     E2 = 0;
  11.     P1 = chart[hour_s2];
  12.     delayMS(5);
  13.     P1 = allclear;
  14.     E2 = 1;

  16.     E3 = 0;
  17.     P1 = chart[min_s1];
  18.     delayMS(5);
  19.     P1 = allclear;
  20.     E3 = 1;

  22.     E4 = 0;
  23.     P1 = chart[min_s2];
  24.     delayMS(5);
  25.     P1 = allclear;
  26.     E4 = 1;
  27.     if(sec_2%0x02==0x01)
  28.     {
  29.         MDLIGHT = 0;
  30.     }
  31.     else
  32.     MDLIGHT = 1;
復制代碼

讀取時間和溫度
這個想起來很簡單，無非是單片機一邊顯示，一邊不斷向時鐘芯片或者溫度芯片詢問數據，至于芯片如何驅動，則是后面要講的重頭戲
時間修改/模式切換 - 按鈕的使用
誰家的鐘不能改時間啊，所以我們要支持時間修改功能，于是我們決定用傳統的按鈕來修改時間。使用三個按鈕（稱呼他們為Btn1，Btn2，Btn3）。Btn1負責加時間，短按是加1，長按遞加，直到松開。Btn2和Btn1相反，而Btn3則是模式切換（一共三種：修改小時，修改分鐘，顯示溫度）。
可是在實際編程時我們發現，按鈕只要收到輕微擾動就響應，并不是按下才響應，這是為何？
原來通常的按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產生這種現象而作的措施就是按鍵消抖，如下圖。

看來我們需要軟件軟件消抖（硬件消抖效果好可是我們的電路圖已經印刷了啊）。軟件消抖即檢測出鍵閉合后執行一個延時程序，5ms～10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態，如果仍保持閉合狀態電平，則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要給5ms～10ms的延時，待后沿抖動消失后才能轉入該鍵的處理程序。程序如下：
  1. if (KEY_1==0 || KEY_2==0 || KEY_3==0)
  2.     {
  3.         delayMS(20);        //20毫秒軟件防抖
  4.         if (KEY_1 == 0)
  5.         {
  6.             keyValue = 1;
  7.             while(KEY_1==0)
  8.             {
  9.                 modifyTime(status+8);
  10.                 delayShow(500);
  11.             }
  12.         }
  13.         if (KEY_2 == 0)
  14.         {
  15.             keyValue = 2;
  16.             while(KEY_2==0)
  17.             {
  18.                 modifyTime(status+16);
  19.                 delayShow(500);
  20.             }
  21.         }
  22.         if (KEY_3 == 0)
  23.         {
  24.             keyValue = 3;
  25.         }
  26.     }
  27. }
復制代碼

下面是按鈕修改的代碼：
  1. /*************按鈕掃描函數******************************/
  2. void keyScan()
  3. {
  4.     if (KEY_1==0 || KEY_2==0 || KEY_3==0)
  5.     {
  6.         delayMS(20);        //20毫秒軟件防抖
  7.         if (KEY_1 == 0)
  8.         {
  9.             keyValue = 1;
  10.             while(KEY_1==0)
  11.             {
  12.                 modifyTime(status+8);
  13.                 delayShow(500);
  14.             }
  15.         }
  16.         if (KEY_2 == 0)
  17.         {
  18.             keyValue = 2;
  19.             while(KEY_2==0)
  20.             {
  21.                 modifyTime(status+16);
  22.                 delayShow(500);
  23.             }
  24.         }
  25.         if (KEY_3 == 0)
  26.         {
  27.             keyValue = 3;
  28.         }
  29.     }
  30. }

  32. /*************按鈕響應處理函數******************************/
  33. void keyHandle()
  34. {
  35.     if(keyValue==1)
  36.     {
  37.         DS1302_Write(sec,min,hour,day,month,week,year);
  38.         keyValue = 0;
  39.     }
  40.     else if(keyValue==2)
  41.     {
  42.         DS1302_Write(sec,min,hour,day,month,week,year);
  43.         keyValue = 0;
  44.     }
  45.     else if(keyValue==3)
  46.     {
  47.         if (status==1)
  48.         {
  49.             status = 2;
  50.         }
  51.         else if(status==2)
  52.         {
  53.             status = 3;
  54.         }
  55.         else if(status==3)
  56.         {
  57.             status = 1;
  58.         }
  59.         keyValue = 0;

  61.     }
  62. }
復制代碼

還有修改時間的一些詭異邏輯代碼，涉及到一些標志變量，請仔細研讀體會：
  1. /*************修改時間函數******************************/
  2. void modifyTime(int mode)  //mode指明修改小時或分鐘   1：小時   2：分鐘
  3. {

  5.     //修改小時（1）+遞增（8）
  6.     if(mode == 9)
  7.     {
  8.         if(hour==0x23)
  9.         {
  10.             hour = 0x00;
  11.         }
  12.         else if(hour==0x09)
  13.         {
  14.             hour=0x10;
  15.         }
  16.         else if(hour==0x19)
  17.         {
  18.             hour=0x20;
  19.         }
  20.         else
  21.         {
  22.             hour=hour+0x01;
  23.         }

  25.         timeConvert();
  26.         convertShow(hour_1,hour_2,min_1,min_2);
  27.     }

  29.     //修改小時（1）+遞減（16）
  30.     if(mode == 17)
  31.     {
  32.         if(hour==0x00)
  33.         {
  34.             hour = 0x23;
  35.         }
  36.         else if(hour==0x10)
  37.         {
  38.             hour = 0x09;
  39.         }
  40.         else if(hour==0x20)
  41.         {
  42.             hour = 0x19;
  43.         }
  44.         else
  45.         {
  46.             hour = hour-0x01;
  47.         }

  49.         timeConvert();
  50.         convertShow(hour_1,hour_2,min_1,min_2);
  51.     }

  53.     //修改分鐘（2）+遞增（8）
  54.     if(mode == 10)
  55.     {

  57.         if(min==0x59)
  58.         {
  59.             min=0x00;
  60.         }
  61.         else if(min-(min_1<<4)==0x09)
  62.         {
  63.             min=(min_1+0x01)<<4;
  64.         }
  65.         else
  66.         {
  67.             min=min+0x01;
  68.         }

  70.         timeConvert();
  71.         convertShow(hour_1,hour_2,min_1,min_2);
  72.     }

  74.     //修改分鐘（2）+遞減（16）
  75.     if(mode == 18)
  76.     {
  77.         if(min==0x00)
  78.         {
  79.             min=0x59;
  80.         }
  81.         else if(min_2==0x00)
  82.         {
  83.             min=min-0x10;
  84.             min=min+0x09;
  85.         }
  86.         else
  87.         {
  88.             min=min-0x01;
  89.         }

  91.         timeConvert();
  92.         convertShow(hour_1,hour_2,min_1,min_2);
  93.     }
  94. }
復制代碼

整體邏輯
各部分的邏輯設計都完成了，我們現在開始設計整個程序的主函數部分。單片機上電后首先初始化（包括引腳置低什么的不再贅述）檢測DS1302是否在運行（內置電池可以掉電走時），如果在運行就讀取時間送顯，不在運行就起振（開始走時）。然后在每個顯示函數過后偵測按鈕操作，如果發現有效按鈕操作就進行處理按鈕的邏輯，該修改時間就修改時間，該顯示溫度就顯示溫度。這個流程用死循環加以嵌套，就可以無止無休的運行下去（不斷電的話）。下面是主函數代碼：
  1. void main()
  2. {
  3.     init();

  5.     while(1)
  6.     {
  7.         if(status==3)
  8.         {
  9.             temp = DS18B20_ReadTemp();
  10.             tempHandle();
  11.             tempshow(temp_1,temp_2);
  12.         }
  13.         else
  14.         {
  15.             DS1302_readtime();
  16.             convertShow(hour_1,hour_2,min_1,min_2);
  17.         }
  18.         keyScan();
  19.         if(keyValue!=0&&KEY_1==1&&KEY_2==1&&KEY_3==1)
  20.         {
  21.             keyHandle();
  22.         }
  23.     }
  24. }
復制代碼

下面是初始化函數：
  1. void init()
  2. {
  3.     //關閉所有小燈
  4.     E1=1;
  5.     E2=1;
  6.     E3=1;
  7.     E4=1;
  8.     MDLIGHT = 1;
  9.     P1 = allclear;
  10.     T_CE = 0;
  11.     T_SCLK = 0;

  13.     //默認初始化時間12:00
  14.     sec = 0x00;
  15.     min = 0x00;
  16.     hour = 0x16;
  17.     year = 0x01;
  18.     month = 0x01;
  19.     week = 0x01;
  20.     day = 0x01;
  21.     status = 1;
  22.     keyValue = 0;
  23.     delayMS(1000);
  24.     //DS1302初始化判斷是否存在后備電源

  26.     if(DS1302_Read(0x81)&0x80==0x80)
  27.     {
  28.         DS1302_Write_one(0x8e,0x00);
  29.         DS1302_Write_one(0x80,sec);  //起振
  30.         DS1302_Write_one(0x8e,0x80);
  31.     }
  32.     else
  33.     {

  35.     }
  36. }
復制代碼

下面附上DS1302類庫，親測好用：
  1. /*************寫入一字節****************/
  2. void DS1302_Input_Byte(char Input)  //向時鐘IC寫入一字節
  3. {
  4.     char i;
  5.     T_SCLK = 0;
  6.     delay2us();
  7.     ACC =Input;
  8.     for(i=8; i>0; i--)
  9.     {
  10.         T_DIO = ACC_0;            //相當于匯編中的 RRC
  11.         delay2us();
  12.         T_SCLK = 1;
  13.         delay2us();
  14.         T_SCLK = 0;
  15.         ACC = ACC >> 1;
  16.     }
  17. }

  19. /*************讀取一字節****************/
  20. char DS1302_Output_Byte(void)      //從時鐘IC讀取一字節()
  21. {
  22.     char i;
  23.     for(i=8; i>0; i--)
  24.     {
  25.         ACC>>=1;
  26.         T_DIO= 1;
  27.         delay2us();
  28.         ACC_7 = T_DIO;
  29.         T_SCLK = 1;                 //相當于匯編中的 RRC
  30.         delay2us();
  31.         T_SCLK = 0;
  32.         delay2us();
  33.     }
  34.     T_DIO = 0;
  35.     delay2us();
  36.     return(ACC);
  37. }

  39. /*************寫一字節數據****************/
  40. void DS1302_Write_one( char addr,dat )       // 寫入地址、數據子程序
  41. {
  42.     T_CE=0;                             //T_CE引腳為低，數據傳送中止
  43.     T_SCLK=0;                          //清零時鐘總線
  44.     T_CE = 1;                          //T_CE引腳為高，邏輯控制有效
  45.     DS1302_Input_Byte(addr);           // 地址，命令
  46.     DS1302_Input_Byte(dat);          // 寫1Byte數據
  47.     T_SCLK = 1;
  48.     T_CE = 0;
  49. }

  51. /*************讀一字節數據****************/
  52. char DS1302_Read ( char addr )    //數據讀取子程序
  53. {
  54.     char date;
  55.     T_CE=0;
  56.     T_SCLK=0;
  57.     T_CE = 1;
  58.     DS1302_Input_Byte(addr);        // 地址，命令
  59.     date = DS1302_Output_Byte();         // 讀1Byte數據
  60.     T_SCLK = 1;
  61.     T_CE = 0;
  62.     return(date);
  63. }


  66. /*************寫入時間數據****************/
  67. void DS1302_Write(char sec_w,min_w,hour_w,day_w,month_w,week_w,year_w)
  68. {
  69.     DS1302_Write_one(0x8e,0x00);
  70.     DS1302_Write_one(0x82,min_w);
  71.     DS1302_Write_one(0x84,hour_w);
  72.     DS1302_Write_one(0x86,day_w);
  73.     DS1302_Write_one(0x88,month_w);
  74.     DS1302_Write_one(0x8a,week_w);
  75.     DS1302_Write_one(0x8c,year_w);
  76.     DS1302_Write_one(0x80,sec_w);
  77.     DS1302_Write_one(0x8e,0x80);

  79. }

  81. /*************時間轉換為顯示格式****************/
  82. void timeConvert()
  83. {
  84.     sec_1 = sec>>4;
  85.     sec_2 = sec&0x0f;
  86.     min_1 = min>>4;
  87.     min_2 = min&0x0f;
  88.     hour_1 = hour>>4;
  89.     hour_2 = hour&0x0f;

  91. }

  93. /*************從芯片讀取時間****************/
  94. void DS1302_readtime()
  95. {
  96.     sec=DS1302_Read(0x81);                    //讀秒
  97.     min=DS1302_Read(0x83);                    //讀分
  98.     hour=DS1302_Read(0x85);                   //讀時
  99.     day=DS1302_Read(0x87);                    //讀日
  100.     month=DS1302_Read(0x89);                  //讀月
  101.     year=DS1302_Read(0x8d);                   //讀年
  102.     week=DS1302_Read(0x8b);                   //讀星期
  103.     timeConvert();

  105. }
復制代碼

DIY教程Windows
1.克隆或下載本倉庫，PCB電路圖在倉庫內，印刷后按照引腳焊接元件。
2.下載宏晶科技官網所提供的相關燒錄軟件與教程，并安裝。
3.下載KeilC51開發工具，并安裝。
4.下載TKStudio，并安裝(可選)。
5.使用USB轉TTl燒錄器連接板載串口與計算機(如果需要驅動請自行安裝)
6.使用STC燒錄軟件，選擇STC15W402AS型號，使用默認配置(單片機震蕩頻率11.0592MHz)，載入想要燒錄的二進制文件，上電燒錄。
7.如果需要增加修改邏輯代碼，可以使用TKStudio打開main-code/Clock.xmp進行二次開發，其他IDE也可。
最后附上代碼以及PCB：



全部資料51hei下載地址：
ds1302-stc15-clock-master.zip (184.78 KB, 下載次數: 73)

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