1、电子万年历设计与制作The design and development of electronic permanent calendar 摘 要随着当今世界经济的快速发展和信息化时代的来临，各种各样的小型智能家电产品陆续出现在我们的生活当中。日历是人们不可或缺的日常用品。但一般日历都为纸制用品，使用不便，寿命不长。电子万年历采用智能电子控制和显示技术，改善了纸制日历的缺陷。本设计以 AT89S52 单片机为核心，构成单片机控制电路，AT89C52 是一种带 8K 字节闪速可编程可擦除只读存储器（PEROM）的低电压、高性能 CMOS 8 位为控制器。该器件采用 ATMEL 非易失存储器制造技
2、术制造，与工业标准的 80C51 和 80C52 指令集和输出管脚相兼容。结合 DS1302 时钟芯片和 24C02 FLASH 存储器，完成时间的自动调整和掉电保护，全部信息用液晶显示。时间、日期调整由三个按键来实现，并可对闹铃开关进行设置。日历能显示阳历和阴历年、月、日以及星期、时、分、秒。在显示阴历月份时，能标明是否闰月。关键词：电子万年历；单片机；时钟芯片；FLASH 存储器；液晶显示ABSTRACTWith the rapid development of world economy and the forthcoming of information era, many kinds
3、 of mini-type intelligent domestic electric appliances appear in our life one after another. Calendars are necessary daily goods in peoples life. But they are generally paper goods with inconvenient use and short life. Electronic calendar adopts the technology of intelligent electronic control and d
4、isplay, and then improves the deficiency of paper calendars. The design adopts the core of AT89S52 MCU, which is a low-power, high-performance, CMOS 8-bit microcomputer with 8K bytes of Flash programmable and erasable read only memory memory (PEROM).The device is manufactured using Atmels high densi
5、ty nonvolatile memory technology and is compatible with the industry standard 80C51 and 80C52 instruction set and pin out,which constitutes controlling circuit, and integrates DS1302 clock chip and 24C02 FLASH memory, which achieve self-adjusting of time and no power protecting. LCD displays all inf
6、ormation. Time and date adjusting is carried out by three keys, which can also set the alarm clock. The calendar can display solar and lunar year, month, day, week, hour, minute, second. When displaying lunar months, leap month is showed. Key Words: electronic calendar; MCU; clock chip; flash memory
7、; LCD目 录1 引言 11.2 方案选择 .11.2.1 方案 1基于 AT89S52 单片机的电子万年历设计 .11.2.2 方案 2基于 AT89S52 单片机和 DS1302 的电子万年历设计 22 系统概述 33 系统硬件电路的设计 43.1 系统核心部分单片机 AT89S52 43.1.1 AT89S52 具有下列主要性能 43.1.2 AT89S52 的引脚及功能 53.2 DS1302 时钟电路 73.2.1 DS1302 芯片介绍 .73.2.2 DS1302 的应用 113.3 存储电路 113.3.1 AT24C02 管脚介绍 .113.3.2 AT24C02 的特性
8、.123.4 液晶显示电路 143.4.1 液晶显示控制驱动器 HD61202 的特点 143.4.2 液晶显示控制驱动器 HD61202 的引脚功能 143.4.3 液晶显示控制驱动器 HD61202 的指令系统 153.4.4 HY-12864 的电路结构特点 .163.4.5 HY-12864 的应用 .173.5 键盘电路 193.6 闹铃电路 194 系统程序的设计 204.1 阳历程序的设计 204.2 时间调整程序设计 204.3 阴历程序设计 225 测试结果 256 结论 26参考文献 27附录 1：电子万年历设计电路原理图 .28附录 2：主程序 .29致 谢 43英文原文
9、及中文翻译1 1 引言随着科技的不断进步和发展，单片机的使用已经渗透到我们日常生活当中的各个领域，几乎很难找到有哪个领域没有使用单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 本文设计的电子万年历属于小型智能家用电子产品。利用单片机进行控制，实时时钟芯片进行记时，外加掉电存储电路和显示电路，可实现时间的调整和显示。电子万年历既可广泛应
10、用于家庭,也可应用于银行、邮电、宾馆、饭店、医院、学校、企业、商店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。1.2 方案选择由于现在市面上的电子万年历的种类比较多，因此到底选择什么样的方案在设计中是至关重要的。正确地选择方案就可以使产品更加人性化，并且可以减小开发的难度，缩短开发的周期，降低产品的成本等等，因此就会被人们普遍接受，并且能够更快地将产品推向市场实现其自身的价值。下面我们就拟订了两种方案，希望能够选择一种性价比高的方案。1.2.1 方案 1基于 AT89S52 单片机的电子万年历设计不使用时钟芯片，而直接用 AT89S52 单片机来
11、实现电子万年历设计。AT89S52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦写 1000 余次。由于将多功能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S52 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。若采用单片机计时，利用它的一个 16 位定时器/计数器每 50ms 产生一个中断信号，中断 20 次后产生一个秒信号，然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机来实现电子万年历设计。用单片机来实现电子万年历设
12、计，无须外接其他芯片，充分利用了单片机的资源。但是精度不够高，误差较大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。2 2.2 方案 2基于 AT89S52 单片机和 DS1302 的电子万年历设计在以单片机为核心构成的装置中，经常需要一个实时的时钟和日历，以便对一些实时发生事件记录时给予时标，实时时钟芯片便可起到这一作用。过去多用并行接口的时钟芯片，如 MC146818,DS12887 等。它们已能完全满足单片机系统对实时时钟的要求，但是这些芯片与单片机接口复杂、占用地址, 数据总线接线多、芯片体积大占用空间多、近年来串行接口的各种芯片在单片机系统中应用愈来愈多，串行接口的实时时钟芯片也出现了不少，
13、DS1302 是一个综合性能较好且价格便宜的串行接口实时时钟芯片。采用它作为记录测控系统中的数据记录，其软硬件设计简单，时间记录准确，既避免了连续记录的大工作量，又避免了定时记录的盲目性，给连续长时间的测量、控制系统的正常运行及检查都来了很大的方便，可广泛应用于长时间连续的测控系统中。在测量控制系统中，特别是长时间无人职守的测控系统中，经常需要记录某些具有特殊意义的数据及其出现的时间。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而
14、且某些测控系统可能不允许。而在系统中采用DS1302则能很好地解决这个问题利用单片机进行控制，采用 DS1302 作为实时时钟芯片，其三线接口 SCLK、I/O、 与单片机进行同步通信，外加掉电存储电路、显示电路、键盘电RST路和闹铃电路，即构成一个基本的电子万年历系统，若还要添加其他功能，在这基础上外扩电路即可。由于在系统设计时，需要考虑以下几点因素：功耗低、精确度高、软件编程较简单，制作过程简便，芯片的体积小、便于携带，芯片成本低等，而 DS1302 芯片有上面所述的诸多优点，所以本设计采用方案2基于 DS1302 的电子万年历设计。3 4 2 系统概述本设计以 AT89S52 单片机为核
15、心，构成单片机控制电路，结合 DS1302 时钟芯片和 24C02 FLASH 存储器，显示阳历的年、月、日、星期、时、分、秒和阴历的年、月、日，在显示阴历时间时，能标明是否闰月，同时完成对它们的自动调整和掉电保护，全部信息用液晶显示出来。输入接口由三个按键来实现，用这三个按键可以对日期和时间进行调整，并可以对闹铃的开关和闹铃的时间进行设置。闹铃功能通过蜂鸣器来实现。软件控制程序实现所有的功能。整机电路使用+5V 稳压电源，可稳定工作。系统框图如图 2-1 所示，其软硬件设计简单，时间记录准确，可广泛应用于长时间连续显示的系统中。闹铃显示电路软件控制电路电源电路DS1302 时钟电路单片机控制
16、电路输入接口图 2-1 系统框图5 3 系统硬件电路的设计按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、存储模块、键盘接口模块、显示模块和闹铃模块共 6 个模块组成，电路系统构成框图如图3-1 所示。主控芯片使用 52 系列 AT89S52 单片机，时钟芯片使用美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯片 DS1302，存储模块采用美国ATMEL 公司生产的低功耗 CMOS 串行 EEPROM 存储芯片 AT24C02。DS1302 作为主要计时芯片，可以做到计时准确。更重要的是，DS1302 可以在很小电流的后备 （2.55.5V 电源，在 2
17、.5V 时耗电小于 300nA）下继续计时，并可编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电，可以保证后备电源基本不耗电。AT89S52主控模块DS1302时钟电路AT24C02存储电路键盘接口电路液晶显示闹铃电路图 3-1 电子万年历电路系统构成框图3.1 系统核心部分单片机 AT89S52AT89S52 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器,器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51引脚
18、结构,芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元,功能强大的微型计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。3.1.1 AT89S52 具有下列主要性能 8KB 可改编程序 Flash 存储器（可经受 1000 次的写入/擦除周期） 全静态工作：0Hz24MHz三级程序存储器保密1288 字节内部 RAM6 32 条可编程 I/O 线2 个 16 位定时器/计数器6 个中断源可编程串行通道片内时钟振荡器3.1.2 AT89S52 的引脚及功能AT89S52 单片机的管脚说明如图 3-2 所示。图 3-2 AT89S52 的管脚(1) 主要
19、电源引脚VCC 电源端GND 接地端(2) 外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时发生器的输入端。XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放7 大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。(3) 控制或与其它电源复用引脚 RST、ALE/ 、 和 /VPPEAPROGSENA 复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平RST将使单片机复位。ALE/ 当访问外部存储器时，ALE（地址
20、锁存允许）的输出用于锁存地址POG的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的 1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。在对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ ） 6。PROG 程序存储允许（ ）输出是外部程序存储器的读选通信号。当PSENPSENAT89S52/LV52 由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次 有PSEN效（既输出 2 个脉冲） 。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。 /
21、VPP 外部访问允许端。要使 CPU 只访问外部程序存储器（地址为EA0000HFFFFH） ，则 端必须保持低电平（接到 GND 端） 。当 端保持高电平（接EAVSS 端）时，CPU 则执行内部程序存储器中的程序。(4) 输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P1.0P1.7、P2.0 P2.7 和 P3.0P3.7P0 端口（P0.0 P0.7） P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 输入，对端口写 1 时，又可作高阻抗输入端用。P1 端口（P1.0 P1.7） P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口
22、。P1 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P2 端口 （P2.0P2.7） P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2 作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P3 端口（P3.0P3.7） P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻
23、的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89S52 的一些特殊功能，这些特殊功能见表 3-17。8 表 3-1 P3 端口的特殊功能3.2 DS1302 时钟电路3.2.1 DS1302 芯片介绍低功耗时钟芯片DS1302可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的
24、分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义 8。采用 DS1302 作为记录测控系统中的数据记录，其软硬件设计简单，时间记录准确，既避免了连续记录的大工作量，又避免了定时记录的盲目性，给连续长时间的测量、控制系统的正常运行及检查都来了很大的方便，可广泛应用于长时间连续的测控系统中。在测量控制系统中，特别是长时间无人职守的测控系统中，经常需要记录某些具有特殊意义的数据及其出现的时间。记录及分析这些特殊意义的数据，对测控系统的性能分析及正常运行具有重要的意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计
25、数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且某些测控系统可能不允许。而在系统中采用 DS1302 则能很好地解决这个问题。DS1302 的性能特性实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数；用于高速数据暂存的 318 位 RAM；最少引脚的串行 I/O；2.55.5V 电压工作范围；端口引脚 兼 用 功 能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 （外部中断 0）INT0P3.3 （外部中断 1）1P3.4 T0 （ 定时器 0 的外部输入）P3.5 T1 （定时器 1 的外部输入）P3.6 （外部数据存储器写
26、选通）WRP3.7 （外部数据存储器读选通）D9 2.5V 时耗电小于 300nA；用于时钟或 RAM 数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式；简单的 3 线接口；可选的慢速充电（至 VCC1）的能力。DS1302 时钟芯片包括实时时钟/日历和 31 字节的静态 RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于 31 天的月和月末的日期自动进行调整，还包括闰年校正的功能。时钟的运行可以采用 24h 或带 AM（上午）/PM（下午）的 12h 格式。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟
27、信号或 RAM 数据。DS1302有主电源/后备电源双电源引脚：V CC1 在单电源与电池供电的系统中提供低电源，并提供低功率的电池备份；V CC2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式中，V CC1 连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302 由VCC1或 VCC2中较大者供电。当 VCC2大于 VCC1+0.2V 时，V CC2给 DS1302 供电；当 VCC2小于 VCC1时，DS1302 由 VCC1供电。(2) DS1302 数据操作原理DS1302 在任何数据传送时必须先初始化，把 RST 脚置为高电平，然后把 8 位地址和命令字装入移位寄存器
28、，数据在 SCLK 的上升沿被输入。无论是读周期还是写周期，开始 8 位指定 40 个寄存器中哪个被访问到。在开始 8 个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后，另外的时钟周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为 8 加 8，在多字节方式下为 8 加字节数，最大可达 248 字节数。Vcc21X12X23GND4 RST 5I/O 6SCLK 7Vcc1 8DS1302U3图 3-3 DS1302 管脚图如果在传送过程中置 RST 为低电平，则会终止本次数据传送，并且 I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 VCC 大于等于 2.5V 之前，RST 脚必须保持
29、低电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 置为高电平。DS1302 的管脚图如图 3-3 所示，内RST10 部结构图如图 3-4 所示，表 3-2 为各引脚的功能。图 3-4 DS1302 内部结构图表 3-2 DS1302 引脚功能表引脚号 引脚名称 功能1 VCC2 主电源2，3 X1，X2 振荡源，外接 32768HZ 晶振4 GND 地线5 RST复位/片选线6 I/O 串行数据输入/输出端（双向）7 SCLK 串行数据输入端8 VCC1 后备电源DS1302 的控制字节的最高有效位（位 7）必须是逻辑 1；如果它为逻辑 0，则不能把数据写入到 DS1302 中。位 6 如果为
30、0，则表示存取日历时钟数据；为 1 表示存取 RAM 数据。位 51（A4A0）指示操作单元的地址。最低有效位（位 0）如为0，表示要进行写操作；为 1 表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。为了提高对 32 个地址的寻址能力（地址/命令位 15逻辑 1） ，可以把时钟/日历或 RAM 寄存器规定为多字节（burst）方式。位 6 规定时钟或 RAM，而位 0 规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址 931 或 RAM 寄存器中的地址 31 不能存储数11 据。在多字节方式中，读或写从地址 0 的位 0 开始。必须按数据传送的次序写最先的 8 个寄存器。但是，当以多字节方式写 R
31、AM 时，为了传送数据不必写所有 31 字节。不管是否写了全部 31 字节，所写的每一字节都将传送至 RAM。数据读写程序如图 3-5 所示。图 3-5 数据读写程序DS1302 共有 12 个寄存器，其中有 7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 BCD 码形式，其日历、时间寄存器及其控制字见表 3-3 所示，其中奇数为读操作，偶数为写操作。表 3-3 DS1302 的日历、时钟寄存器及其控制字命令字 各位内容寄存器名 写操作 读操作取值范围 7 6 5 4 3 2 1 0秒寄存器 80H 81H 00-59 CH 10SEC SEC分钟寄存器 82H 83H 00-59 0 10MI
32、N MIN小时寄存器 84H 85H1- 12 或00-2312/24010APHR HR日期寄存器86H 87H01-28,29,30,310 0 10DATE DATE月份寄存器 88H 89H 01-12 0 0 0 IOM MONTH周日寄存器 8AH 8BH 01-07 0 0 0 0 0 DAY年份寄存器 8CH 8DH 00-99 10YEAR YEARSCLK SCLK KRSTI/O5 0 0 0 7 0 0 0 1 3 0 0 0 5 0 0 0 7 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 2 4 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 6 0
33、0 0 R/CA2 A3A0 A1R/W A4 1 DATA I/O BYTE DATA I/O BYTE12 AM-PM/12-24 小时方式：小时寄存器的位 7 定义为 12 或 24 小时方式选择位。它为高电平时，选择 12 小时方式。在此方式下，位 5 是 AM/PM 位，此位是高电平时表示 PM，低电平表示 AM，在 24 小时方式下，位 5 为第二个 10 小时位（2023h） 。时钟暂停：秒寄存器的位 7 定义位时钟暂停位。当它为 1 时，DS1302 停止振荡，进入低功耗的备份方式。通常在对 DS1302 进行写操作时（如进入时钟调整程序） ，停止振荡。当它为 0 时，时钟将开
34、始启动。3.2.2 DS1302 的应用实时时钟芯片 DS1302 采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，也可以关闭充电功能，芯片采用 32768Hz 晶振。要特别说明的是，备用电源BT1 可以用电池或超级电容（10 万 F 以上） 。虽然 DS1302 在主电源掉电后耗电很小，但如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。如果断电时间较短（几小时或几天） ，可以用漏电较小的普通电解电容代替（100F 就可以保证 1 小时的正常走时） 9。DS1302 在第一次加电后，需进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间及闹铃。DS1302 时钟及备用电源充电电路如图 3-
35、6 所示。Vcc21X12X23GND4 RST 5I/O 6SCLK 7Vcc1 8DS1302U332768HzY1+5V3VBT1P3.2P3.3P3.4图 3-6 DS1302 时钟及备用电源充电电路3.3 存储电路3.3.1 AT24C02 管脚介绍AT24C0210是美国 ATMEL 公司的低功耗 CMOS 串行 EEPROM，它是内含 2568 位存储空间，具有工作电压宽（2.55.5V） 、擦写次数多（大于 10000 次） 、写入速度快（小于 10ms）等特点。AT24C02 的 1、2、3 脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。第 8 脚和第4 脚分别为正、负电源。第 5
36、 脚 SDA 为串行数据输入/输出，数据通过这条双向 I2C总线串行传送。第 6 脚 SCL 为串行时钟输入线。SDA 和 SCL 都需要和正电源间各接13 一个 4.7K 的电阻上拉。I2C 总线是一种用于 I2C 器件之间连接的二线制总线。它通过 SDA（串行数据线）及 SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件：不管是单片机、存储器、LCD 驱动器还是键盘接口。3.3.2 AT24C02 的特性(1) I2C 总线的基本结构采用 I2C 总线标准的单片机或 I2C 器件，其内部不仅有 I2C 接口电路，而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模
37、块，通过软件寻址实现片选，减少了器件片选线的连接。CPU 不仅能通过指令将某个功能单元电路挂靠或摘离总线，还可对该单元的工作状况进行检测，从而实现对硬件系统的既简单又灵活的扩展与控制。(2) 双向传输的接口特性 传统的单片机串行接口的发送和接收一般都各用一条线，而 I2C 总线则根据器件的功能通过软件程序使其可工作于发送或接收方式。当某个器件向总线上发送信息时，它就是发送器(也叫主器件)，而当其从总线上接收信息时，又成为接收器(也叫从器件)。主器件用于启动总线上传送数据并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。I 2C 总线的控制完全由挂接在总线上的主器件送出的地址和数
38、据决定。总线上主和从(即发送和接收)的关系不是一成不变的，而是取决于此时数据传送的方向。SDA 和 SCL 均为双向 I/O 线，通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线都是高电平。连接总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路，以具有线“与”功能。I 2C 总线的数据传送速率在标准工作方式下为 100kbit/s，在快速方式下，最高传送速率可达 400kbit/s。(3) I2C 总线上的时钟信号 在 I2C 总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在 SCL 时钟线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL 线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使 S
39、CL 线一直保持低电平，使 SCL 线上的所有器件开始低电平期。此时，低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响 SCL 线的状态，于是这些器件将进入高电平等待的状态。当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期结束，SCL 线被释放返回高电平，即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后，第一个结束高电平期的器件又将 SCL 线拉成低电平。这样就在 SCL 线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短14 的器件确定。(4) 数据的传送 在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。当时钟线 SCL 为高电平时，数据线 S
40、DA 由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号；当 SCL 线为高电平时，SDA 线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。开始和结束信号都是由主器件产生。在开始信号以后，总线即被认为处于忙状态；在结束信号以后的一段时间内，总线被认为是空闲的。I2C 总线的数据传送格式是：在 I2C 总线开始信号后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前 7 位为地址码，第 8 位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件；方向位为“1”表示主器件将从从器件读信息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线上的地
41、址一致，则该器件即为被主器件寻址的器件，其接收信息还是发送信息则由第 8 位(R/W)确定。在 I2C 总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为 8 位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位（第 9 位） ，也叫应答位（ACK） 。每次都是先传最高位，通常从器件在接收到每个字节后都会做出响应，即释放 SCL 线返回高电平，准备接收下一个数据字节，主器件可继续传送。如果从器件正在处理一个实时事件而不能接收数据时（例如正在处理一个内部中断，在这个中断处理完之前就不能接收 I2C 总线上的数据字节） ，可以使时钟 SCL 线保持低电平，从器件必须使 SDA 保持高电平，此时主器件产生 1
42、 个结束信号，使传送异常结束，迫使主器件处于等待状态。当从器件处理完毕时将释放 SCL 线，主器件继续传送。当主器件发送完一个字节的数据后，接着发出对应于 SCL 线上的一个时钟（ACK）认可位，在此时钟内主器件释放 SDA 线，一个字节传送结束，而从器件的响应信号将 SDA 线拉成低电平，使 SDA 在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。从器件的响应信号结束后，SDA 线返回高电平，进入下一个传送周期。(5) 总线竞争的仲裁 总线上可能挂接有多个器件，有时会发生两个或多个主器件同时想占用总线的情况。例如，多单片机系统中，可能在某一时刻有两个单片机要同时向总线发送数据，这种情况叫做总线竞争。I
43、2C 总线具有多主控能力，可以对发生在 SDA 线上的总线竞争进行仲裁，其仲裁原则是这样的：当多个主器件同时想占用总线时，如果某个主器件发送高电平，而另一个主器件发送低电平，则发送电平与此时 SDA 总线电平不符的那个器件将自动关闭其输出级。总线竞争的仲裁是在两个层次上进行的。首先是地址位的比较，如果主器件寻址同一个从器件，则进入数据位的比较，从而确保了竞争仲裁的可靠性。由于是利用 I2C 总线上的信息进行仲裁，因此不会造成15 信息的丢失。24C02 与单片机的接口非常简单，如图 3-7 所示。A0，A1，A2 为器件地址线，WP 为写保护引脚，SCL，SDA 为二线串行接口，符合 I2C
44、总线协议。A 01A 12A 23G N D4 SD A 5SC L 6W P 7V C C 8U 2A T24C 02 +5VR 14.7KR 24.7KP3.1P3.0图 3-7 24C02 存储电路3.4 液晶显示电路显示器部分是由 HD61202 液晶显示控制驱动器和 HY12864 液晶显示器组成的，下面我们对其分别进行介绍。3.4.1 液晶显示控制驱动器 HD61202 的特点HD61202 液晶显示控制驱动器是一种带有驱动输出的图形液晶显示控制器，它可直接与 8 位微处理器相连，它可与 HD61203 配合对液晶屏进行行、列驱动。HD61202 是一种带有列驱动输出的液晶显示控制
45、器，它可与行驱动器 HD61203 配合使用，组成液晶显示驱动控制系统 12。(1) 内藏 6464=4096 位显示 RAM，RAM 中每位数据对应 LCD 屏上一个点的亮、暗状态；(2) HD61202 是列驱动器，具有 64 路列驱动输出；(3) HD61202 读、写操作时序与 68 系列微处理器相符，因此它可直接与 68 系列微处理器接口相连；(4) HD61202 的占空比为 1/321/64。3.4.2 液晶显示控制驱动器 HD61202 的引脚功能引脚 CS1,CS2,CS3 为芯片的片选端；引脚 E 为读写使能信号，它是在下降沿时数据被锁存入 HD61202 的；在 E 高电
46、平期间，数据被读出；R/W 为读写选择信号，当它为一时为读选通，为零时为写选通；DB0-DB7 为数据总线 RST 为复位信号复位信号有效时，关闭液晶显示，使显示起始行为 0，RST 可跟 MCU 相连，由 MCU 控制；16 也可直接接 VDD，使之不起作用 HD61202 的引脚功能如下表 3-4 所示。表 3-4 HD61202 的引脚功能引脚符号 状态 引脚名称 功能CS1,CS2,CS3 输入 芯片片选端CS1 和 CS2 低电平选通， CS3 高电平选通。E 输入 读写使能信号在 E 下降沿，数据被锁存（写）入HD61202；在 E 高电平期间，数据被读出R/W 输入 读写选择信号
47、 R/W=1 为读选通，R/W=0 为写选通RS 输入数据、指令选择信号RS=1 为数据操作 RS=0 为写指令或读状态DB0-DB7 三态 数据总线RST 输入 复位信号复位信号有效时，关闭液晶显示，使显示起始行为 0，RST 可跟 MCU 相连，由MCU 控制；也可直接接 VDD，使之不起作用。3.4.3 液晶显示控制驱动器 HD61202 的指令系统HD61202 的指令系统比较简单，总共只有七种。现分别介绍如下。 (1) 显示开/关指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 1 1 1 1 1 1/0当 DBO=1 时，LCD 显示
48、RAM 中的内容；DBO=0 时，关闭显示。(2) 显示起始行（ROW）设置指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 1 1 显示起始行（0-63）该指令设置了对应液晶屏最上一行的显示 RAM 的行号，有规律的改变显示起始行，可以使 LCD 实现显示滚屏的效果。17 (3) 页(PAGE)置指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 1 0 1 1 1 页号（0-7）显示 RAM 共 64 行，分 8 页，每页 8 行。(4) 列地址（Y Address）设置指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB
49、4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 1 显示列地址（0-63）设置了页地址和列地址，就唯一确定了显示 RAM 中的一个单元，这样 MCU 就可以用读、写指令读出该单元中的内容或向该单元写进一个字节数据。(5) 读状态指令R/W RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0 BUSY 0 ON/OFF REST 0 0 0 0该指令用来查询 HD61202 的状态，各参量含义如下：BUSY： 1-内部在工作 0-正常状态ON/OFF：1-显示关闭 0-显示打开REST： 1-复位状态 0-正常状态在 BUSY 和 REST 状态时，除读状态指令外，其它指令均不对 HD61202 产生作用。在对 HD61202 操作之前要查询 BUSY 状态，以确定是否可以对 HD61202 进行操作。(6) 写数据指令R/W RS DB7 DB
