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简明DS1302温度LED时钟制作详解(附单片机源码与PCB)

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楼主
ID:247432 发表于 2018-5-7 17:39 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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这是楼主在高三时候做的一个项目，我和我的组员们共同完成了这个小钟从电路设计，焊接，再到编程调试的过程。我们将之前学习到的单片机和电路知识运用起来，虽然经历了不计其数的Bug和坎坷，可是就是在这样痛苦的过程中我们不知不觉中成长了许多，收获了更多的实战经验。
提出
一直以来，我多数在开发软件，偶尔碰碰Arduino实现点小功能，幸运的是我的高中有机器人实验室，于是我们就在龚鹏老师的带领下，系统的学习STC单片机开发和基础硬件知识。上个学期，课程已经基本学完，在7*5点阵的基础下，我们几个都想独立自主的完成一个有规模的项目，在大家的提议下，我们选择去做一个可以显示温度的LED时钟，而且显示要用LED才大气，于是我们开始了有序的准备工作。
实现
为了实现这个小钟的预期功能，我们听取了老师的意见。使用STC15W402AS芯片(宏晶科技生产)作为主控芯片，利用LED小灯组成的4个“8”作为显示部分，同时使用DS1302(Maxim生产)作为系统时钟芯片，使用DS18B20(Maxim生产)作为温度传感器芯片。电源使用MicroUSB+5V供电。电路图为自行设计，使用Protel绘制，再有工厂加工，随后按电路图焊接原件，最后进行编程调试。
图片展示

结构
使用STC15W402AS芯片(宏晶科技生产)作为主控芯片，利用LED小灯组成的4个“8”作为显示部分，同时使用DS1302(Maxim生产)作为系统时钟芯片，使用DS18B20(Maxim生产)作为温度传感器芯片。电源使用MicroUSB+5V供电。电路图为自行设计。
重要逻辑显示原理 - 视觉暂留扫描
由于我们使用了类似于放大版“数码管”的显示方式，限于单片机引脚数量限制，我们不能把每个8的每个部分都和单片机相连。于是我们采用了现在LED显示屏的显示原理--扫描点亮的原理。在我们的电路中，我们将4个“8”的8个组成部分（a,b,c,d,e,f,g）的正极和单片机P1端口（恰好8个端口）连接（也就是把每个“8”的a并连起来接到一个单片机引脚，把每个“8”的b并连起来接到另一个单片机引脚，以此类推），再将每个“8”的所有组成部分的所有负极并联，分别和单片机上P2端口上的4个引脚相连，组成显示控制电路。需要点亮第1个“8”时就先将这个“8”的负极引脚置低，再将需要点亮的部分引脚同时置高。例如下图所示想要显示“1”，就将b,c的引脚置高


这样问题就来了：现在我们能一个一个点亮了，如果我让这4个“8”一起亮怎么办？
这就需要视觉暂留原理了，大家都知道电影之所以能动起来就是因为我们人眼有0.1秒的视觉暂留。我们点亮小灯也如此，先点亮第一个，延迟5ms，再点亮第二个，延迟5ms，以此类推。5ms这样短的时间人根本看不出闪动感，于是完整的图像显示出来。
下面是时间送显的代码（chart数组里是预先设计好的自模）：
  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;
复制代码

读取时间和温度
这个想起来很简单，无非是单片机一边显示，一边不断向时钟芯片或者温度芯片询问数据，至于芯片如何驱动，则是后面要讲的重头戏
时间修改/模式切换 - 按钮的使用
谁家的钟不能改时间啊，所以我们要支持时间修改功能，于是我们决定用传统的按钮来修改时间。使用三个按钮（称呼他们为Btn1，Btn2，Btn3）。Btn1负责加时间，短按是加1，长按递加，直到松开。Btn2和Btn1相反，而Btn3则是模式切换（一共三种：修改小时，修改分钟，显示温度）。
可是在实际编程时我们发现，按钮只要收到轻微扰动就响应，并不是按下才响应，这是为何？
原来通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖，如下图。

看来我们需要软件软件消抖（硬件消抖效果好可是我们的电路图已经印刷了啊）。软件消抖即检测出键闭合后执行一个延时程序，5ms～10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms～10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。程序如下：
  1. if (KEY_1==0 || KEY_2==0 || KEY_3==0)
  2.     {
  3.         delayMS(20);        //20毫秒软件防抖
  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. }
复制代码

下面是按钮修改的代码：
  1. /*************按钮扫描函数******************************/
  2. void keyScan()
  3. {
  4.     if (KEY_1==0 || KEY_2==0 || KEY_3==0)
  5.     {
  6.         delayMS(20);        //20毫秒软件防抖
  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. /*************按钮响应处理函数******************************/
  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. }
复制代码

还有修改时间的一些诡异逻辑代码，涉及到一些标志变量，请仔细研读体会：
  1. /*************修改时间函数******************************/
  2. void modifyTime(int mode)  //mode指明修改小时或分钟   1：小时   2：分钟
  3. {

  5.     //修改小时（1）+递增（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.     //修改小时（1）+递减（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.     //修改分钟（2）+递增（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.     //修改分钟（2）+递减（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. }
复制代码

整体逻辑
各部分的逻辑设计都完成了，我们现在开始设计整个程序的主函数部分。单片机上电后首先初始化（包括引脚置低什么的不再赘述）检测DS1302是否在运行（内置电池可以掉电走时），如果在运行就读取时间送显，不在运行就起振（开始走时）。然后在每个显示函数过后侦测按钮操作，如果发现有效按钮操作就进行处理按钮的逻辑，该修改时间就修改时间，该显示温度就显示温度。这个流程用死循环加以嵌套，就可以无止无休的运行下去（不断电的话）。下面是主函数代码：
  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. }
复制代码

下面是初始化函数：
  1. void init()
  2. {
  3.     //关闭所有小灯
  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.     //默认初始化时间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初始化判断是否存在后备电源

  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. }
复制代码

下面附上DS1302类库，亲测好用：
  1. /*************写入一字节****************/
  2. void DS1302_Input_Byte(char Input)  //向时钟IC写入一字节
  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;            //相当于汇编中的 RRC
  11.         delay2us();
  12.         T_SCLK = 1;
  13.         delay2us();
  14.         T_SCLK = 0;
  15.         ACC = ACC >> 1;
  16.     }
  17. }

  19. /*************读取一字节****************/
  20. char DS1302_Output_Byte(void)      //从时钟IC读取一字节()
  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;                 //相当于汇编中的 RRC
  30.         delay2us();
  31.         T_SCLK = 0;
  32.         delay2us();
  33.     }
  34.     T_DIO = 0;
  35.     delay2us();
  36.     return(ACC);
  37. }

  39. /*************写一字节数据****************/
  40. void DS1302_Write_one( char addr,dat )       // 写入地址、数据子程序
  41. {
  42.     T_CE=0;                             //T_CE引脚为低，数据传送中止
  43.     T_SCLK=0;                          //清零时钟总线
  44.     T_CE = 1;                          //T_CE引脚为高，逻辑控制有效
  45.     DS1302_Input_Byte(addr);           // 地址，命令
  46.     DS1302_Input_Byte(dat);          // 写1Byte数据
  47.     T_SCLK = 1;
  48.     T_CE = 0;
  49. }

  51. /*************读一字节数据****************/
  52. char DS1302_Read ( char addr )    //数据读取子程序
  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();         // 读1Byte数据
  60.     T_SCLK = 1;
  61.     T_CE = 0;
  62.     return(date);
  63. }


  66. /*************写入时间数据****************/
  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. /*************时间转换为显示格式****************/
  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. /*************从芯片读取时间****************/
  94. void DS1302_readtime()
  95. {
  96.     sec=DS1302_Read(0x81);                    //读秒
  97.     min=DS1302_Read(0x83);                    //读分
  98.     hour=DS1302_Read(0x85);                   //读时
  99.     day=DS1302_Read(0x87);                    //读日
  100.     month=DS1302_Read(0x89);                  //读月
  101.     year=DS1302_Read(0x8d);                   //读年
  102.     week=DS1302_Read(0x8b);                   //读星期
  103.     timeConvert();

  105. }
复制代码

DIY教程Windows
1.克隆或下载本仓库，PCB电路图在仓库内，印刷后按照引脚焊接元件。
2.下载宏晶科技官网所提供的相关烧录软件与教程，并安装。
3.下载KeilC51开发工具，并安装。
4.下载TKStudio，并安装(可选)。
5.使用USB转TTl烧录器连接板载串口与计算机(如果需要驱动请自行安装)
6.使用STC烧录软件，选择STC15W402AS型号，使用默认配置(单片机震荡频率11.0592MHz)，载入想要烧录的二进制文件，上电烧录。
7.如果需要增加修改逻辑代码，可以使用TKStudio打开main-code/Clock.xmp进行二次开发，其他IDE也可。
最后附上代码以及PCB：



全部资料51hei下载地址：
ds1302-stc15-clock-master.zip (184.78 KB, 下载次数: 73)

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