题目2-单片机系统.doc

1.电子万年历 设计任务 设计一个具有报时功能、停电正常运行（来电无需校时）、带有年月日、时分秒及星期显示的电子日历。 任务分析 电子万年历是日常生活中常见的小型电子产品，其形式多种多样，小到带有日期的电子腕表，大到公共场所悬挂的大型电子日历，此外，眼下我们还常能在宾馆、饭店等场所见到一种带有年、月、日、时、分、秒、星期甚至节气等信息的电子日历牌。 电子日历的主要功能是给人们提供时间和日期信息，无论其形式如何，从外部都可分为显示和校准两部分。为使电子日历协调工作，整个系统从功能上可分为实时时钟、显示和键盘三个模块，分别完成时间和日期的计算以及人机交互的管理等。 方案选择 实时时钟部分 实时时钟（RTC：Real Time Clock）是系统的核心，其运行精度直接影响产品质量。实时时钟的实现有两种方案可选，一是利用单片机系统时钟和中断完成时间和日期的计算；二是利用专用时钟芯片。前者不用附加芯片，系统简单，但是累计误差较大，只有短时计时才可使用。长时间计时一般都采用后者。后者采用32.768KHz晶体振荡器振作为脉冲源，内部的15位计数器刚好产生标准秒脉冲。该类芯片除时钟计时外，还有年月日和星期的计算功能，并且还可计算闰年。芯片初始化后可脱离CPU自动运行，有些芯片内部带有电池，出厂时芯片即开始运行。专用时钟芯片的种类很多，与CPU的通信方式有并行，也有串行。常见的芯片有DALLAS 公司生产的DS1302和DS12887，前者为串行，需要外加后备电池；后者为并行，芯片内置锂电池和晶体振荡器，无外加电源的情况下可运行10年。此外，还有许多时钟芯片，如Epson、Holtek、深圳兴威帆等公司都推出自己的时钟芯片。在此，若想占用少的系统资源，我们建议采用串行芯片，而DS12887内部带有后备电池，可使系统设计简化，所以，在系统资源够用的情况下，DS12887也是一种不错的选择。 显示部分 简单的数据显示常采用液晶显示或数码管显示。液晶显示有耗电低、外形美观的优点，并且，点阵液晶可显示较复杂的字符或图案。其缺点是通用液晶显示器的显示方案构建不够灵活，在较暗的环境下液晶需要背光，而且，液晶显示成本较高。相对液晶显示器来讲，由于数码管种类繁多，其显示方案构建灵活，成本较低。由于本身即是发光体，所以，数码管显示无需额外光源。数码管的缺点是功耗较大，字符较多时，必须交流供电，而且，数码管不能显示复杂字型。所以，液晶和数码管两个方案的选择要根据显示的具体情况而定。值得一提的是，数码管串行静态显示和并行动态显示在位数较多时都会出现显示不稳定现象。 键盘部分 时钟的设置虽包含数字，但是我们不建议使用数字键盘，应为数字键盘将增加系统的复杂程度。为使系统尽可能简化，键盘部分的设计在能够完成系统要求的前提下，越简单越好。所以，时钟系统的键盘可以设置三个键：确认键、加1键、减1键，甚至两键也可满足要求。 RTC芯片的连接 在确定了RTC芯片后，按照要求将芯片接入系统。对于并行通信芯片，可直接采用数据总线通信方式，通过MOVX指令将数据写入或读出；或者，在没有数据总线的情况下（AT8052），可采用并口IO加选通的方式访问并行接口芯片。具体过程是，用某并口的8根线做数据线，用其它并口的一根线做选通线，在数据准备好后，发选通信号，完成数据的输入输出。对于串行芯片，可直接利用CPU的现成资源进行通信，如串口、I2C或SPI等。如果系统资源不足，可通过并口IO线按照通信波形要求用软件模拟串行通信过程。系统框图如图1.1所示： 设计过程 认真领会设计要求，确定系统功能，包括显示信息、按键个数、报时功能等； 样品外观设计，确定系统显示信息，显示器种类（液晶、数码管）、显示器尺寸等； 硬件初步设计，选定RTC芯片、选定显示方式（动态、静态、串行、并行）、按键个数； 系统原理图设计：按照前几步规划，设计系统原理图。此时应认真研究学习RTC芯片的使用方法正确连接RTC芯片。设计键盘及显示电路，并注意，不同的数码管尺寸其驱动电压和驱动电流差别很大。 系统软件设计 系统软件可分为键盘管理、显示管理、报时管理和RTC管理三部分。软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。 合理分配内存 内存是系统宝贵的资源之一，为合理利用内存，应对内存的使用通盘考虑，并反复修改使用方案，使之达到最合理利用。应尽量少使用全局变量，多使用局部变量，以提高内存的利用率。有效利用CPU内存和外围器件内存，一般情况下不建议扩展系统内存。 键盘管理部分 在设计键盘管理软件之前，要先设计键盘的使用方法，之后按照键盘的使用方法绘制软件流程图，之后设计程序。 显示管理部分 按照模块化设计思想，显示管理应以子程序的形式设计。程序设计中应包含显示缓冲区的设置，确定字模（字型编码），编排