单片机控制时钟芯片DS12887的时分秒定时系统设计.docx

单片机控制时钟芯片DS12887的时分秒定时系统设计.docx

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单片机控制时钟芯片DS12887的时分秒定时系统设计

课程设计任务书

1．设计目的：

在学习专业基础课和专业课的基础上，主要在电子仪器、微机综合设计与实践、单片机综合应用等几个方面开展实践活动，巩固所学知识、培养动手能力。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

a）、掌握AT89C51系列单片机软、硬件知识；

b）、掌握时钟芯片DS12887的使用方法；

c）、会设计应用电路、并会对时钟芯片DS12887进行编程处理；

d）、利用protel绘制相关电路图。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：

1）设计说明书、相关图纸符合要求；

2）相应器件的工作原理及应用；

3）系统工作原理图；

4）参考文献原文不少于5篇。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例：

1傅承义，陈运泰，祁贵中.地球物理学基础.北京：

科学出版社，1985

（5篇以上）

5．设计成果形式及要求：

设计说明书及相关电路图

6．工作计划及进度：

2012年12月31日~2013年1月3日：

了解设计题目及查找资料；

2013年01月04日~01月08日：

确定各题目要求计算相关参数；

2013年01月09日~01月10日:

结合各题目确定具体设计方案；

2013年01月11日~01月16日:

结合要求具体设计并编程仿真；

2013年01月17日~01月17日:

整理课程设计说明书；

01月18日~01月18日:

答辩或成绩考核。

系主任审查意见：

签字：

年月日

前言5

设计简介5

总体设计方案6

一、系统基本工作原理6

二、系统设计框图6

硬件系统设计7

一、芯片简介7

1、单片机89C517

2、时钟芯片DS1288710

3、液晶LCD160212

二、总体电路设计13

软件系统设计14

1、程序流程图14

2、程序代码15

系统的仿真与调试33

心得体会34

参考文献34

前言

数字时钟已经成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛应用于个人家庭以及办公室公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大地方便。

由于数字集成电路技术的发展和采用了新进的石英技术，是数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点。

它还用于计时、自动报时等各个领域。

尽管目前市场上已有现成的数字集成电路芯片出售，价格便宜，使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字中电路的设计，因此进行数字钟的设计是必要的。

在这里我们将以学过的比较零散的电路知识有机的、系统的结合起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。

文中详细论述了以89C51单片机位核心，应用新型时钟芯片DS12887的数字时钟设计原理以及使用的各种芯片的介绍，阐明了本实例所使用的设计方案、详细的电路图以及程序代码。

设计简介

本设计是以89C51单片机为核心，结合新型实时时钟芯片DS12887，并利用液晶LCD1602显示的数字时钟。

在液晶上显示出年、月、日、以及周几、时、分、秒等信息。

同时辅以硬件电路，实现校时、定时、闹钟等功能。

同时因为DS12887本身的特点，本设计还具有掉电后继续计时的功能。

另外，它的计时周期为24小时，采用24小时制的计时方式，显示满刻度为23时59分59秒，计时范围为2100年前100年，这也是DS12887的计时范围。

本设计的数字时钟，可以通过按键来设置时间，包括年、月、日、周几等信息，同时，也可以通过按键来设置闹钟的时间，不过与设置正常时间相比，仅限于设置时、分、秒。

每按一次按键，蜂鸣器就会发出很短的滴声，当达到设定的时间时，数字时钟会也发出声音，来提醒使用者时间到了。

以上是本设计的大致功能和简介。

总体设计方案

一、系统基本工作原理

本次设计的题目是单片机控制时钟芯片DS12887的时分秒定时系统设计，可以正常的显示年、月、日、时、分、秒。

本系统利用89C51单片机和时钟芯片DS12887实现具有计时、校时以及定时等功能，同时应用液晶LCD1602动态显示年、月、日、时、分、秒的数字时钟。

本设计总体可大致分为两部分：

硬件部分、软件部分。

硬件部分包括：

89C51单片机、DS12887时钟芯片、1602LCD液晶显示器。

主要由89C51单片机、实时时钟芯片电路、液晶显示输出电路、键盘输入电路组成等几大部分组成。

软件部分包括了主程序模块，DS12C887模块，LCD1602模块，按键控制模块。

以硬件系统为基础，通过软件编程，实现对硬件系统的控制，从而实现设计的数字时钟的各个功能。

二、系统设计框图

图1、系统设计框图

硬件系统设计

一、芯片简介

1、单片机89C51

单片机89C51来承担单片机在系统中对其他模块进行控制，是整个系统的核心部件，主要是对其他模块进行控制和数据交换。

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。

89C51单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

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89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。

89C单片机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。

89C51的引脚如图所示。

图2、89C51引脚的引脚图

89C51的各个引脚的说明如下：

VCC：

电源电压

GND：

接地

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口,即地址/数据总线复用口。

作为输出口时，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻，在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。

此外，和分别作定时器/计数器2的外部计数输入（T2）和时器/计数器2的触发输入（T2EX），具体如表所示[8]。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

表引脚号第二功能

引脚

第二功能

T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

MOSI（在系统编程用）

MISO（在系统编程用）

SCK（在系统编程用）

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR，A）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@R1，A）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。

P3口亦作为89C51特殊功能（第二功能）使用，如表所示。

第二功能

功能

RXD（串行输入口）

TXD（串行输出口）

（外部中断0）

（外部中断1）

T0（定时/计数器0）

T1（定时/计数器1）

（外部数据存储器写选通）

（外部数据存储器读选通）

表AT89S52特殊功能（第二功能）表

此外，P3口还接收一些用于Flash闪存编程和程序校验的控制信号。

RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

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。

XTAL1：

振荡器反相放大器的输出端及时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端及时钟发生器的输入端。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H~FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP。

2、时钟芯片DS12887

DS12887是美国DALLAS半导体公司最新推出的8位串行接口并自带RAM的实时日历时钟芯片，内部有14个时钟控制寄存器，包括10个时标寄存器，4个状态寄存器和114bit作掉电保护用的低功耗RAM。

CPU通过读DS12887的内部时标寄存器得到当前的时间和日历，也可通过选择二进制或BCD码初始化芯片的10个时标寄存器，其4个状态寄存器用来控制和指出DS12887的当前工作状态，114bit非易失性静态RAM可在掉电时保存一些重要数据。

DS12887功能强大，应用广泛。

DS12C887管脚如图所示。

图3、DS12C887管脚图

DS12887引脚功能：

GND:

接地端

VCC：

直流电源+5V电压。

当5V电压在正常范围内时，数据可读写；当VCC低于4．25V，读写禁止，计时功能仍继续；当VCC下降到3V以下时，RAM和计时器被切换到内部锂电池。

MOT（模式选择）：

MOT引脚接到VCC时，选择MOTOROLA时序，当接到GFND时，选择INTEL时序。

SQW（方波信号输出）：

SQW引脚能从实时时钟内部15级分频器的13个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变。

AD0～AD7（双向地址／数据复用线）：

总线接口，可与MOTOROLA微机系列和INTEL微机系列接口。

AS（地址选通输入）：

用于实现信号分离，在AD／ALE的下降沿把地址锁入DS12887。

DS（数据选通或读输入）：

DS／RD有2种操作模式，取决于MOT引脚的电平，当使用MOTOROLA时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；在读周期，DS指示DS12887驱动双向总的时刻；在写周期，DS的后沿使DS12887锁存写数据。

选择INTEL时序时，DS称作（RD），RD与典型存储器的允许信号（OE）的定义相同。

R/W（读／写输入）：

也有两种操作模式。

选MOTOROLA时序时，是一电平信号，指示当前周期是读或写周期，DSO为高电平时，高电平指示读周期，低电平指示写周期；选INTEL时序，信号是一低电平信号，称为WR。

在此模式下，R／W与通用RAM的写允许信号（WE）的含义相同。

CS（片选输入）：

在访问DS12887的总线周期内，片选信号必须保持为低。

IRQ（中断申请输入）：

低电平有效，可作微处理的中断输入。

没有中断条件满足时，IRQ处于高阻态。

IRQ线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。

RESET（复位输出）：

当保持低电平时间大于200ms，保证DS12887有效复位。

DS12887的内部地址分配：

地址00H和03H单元取值范围是00H～3BH（十进制为0～59）；04H～05H单元按12小时制取值范围是上午（AM）01H～0CH（十进制为1～12），下午（PM）51H～5CH（十进制为81～92），按24小时制取值范围是00H～17H（十进制为0～23）；06H单元的取值范围是01H～07H（十进制为1～7）；07H单元取值范围O1H～1FH（十进制为1～31）；08H单元取值范围是01H～0CH（十进制为1～12）；09H单元取值范围是00H～63H（十进制为0～99）。

3、液晶LCD1602

1602液晶显示模块，是点阵字符型液晶显示模块，可以用来显示字母，符号，数字以及简单的汉字和图案等信息。

“1602”的含义是这类液晶显示模块每行能够显示16个字符，一共可以显示两行。

该液晶显示模块，分为带背光和不带背光两类，两者在应用过程中功能基本类似，只是带背光的模块更厚一些，通常的背光颜色以黄绿色和蓝色为主。

目前，多数1602液晶显示模块的生产厂商使用的控制芯片都是日立公司的HD44780，这使得单片机对1602液晶显示模块的控制更加统一和方便。

1602液晶显示模块的主要技术参数如下：

显示容量：

为16个字符X两行，即每行最多显示32个字符；

模块工作电压：

在之间，模块的最佳工作电压为5V；

模块工作电流：

再最佳工作电压5V式，工作电流是2mA；

显示字符的大小：

每个被显示的字符大小为4.35mm（字符的宽度乘高度）。

1602液晶模块的管脚介绍

第1脚：

GND为电源地，接GND。

第2脚：

VCC接5V正电源。

第3脚：

VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：

RS为指令寄存器或数据寄存器的选择。

高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

第6脚：

E端为读或写操作的使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：

BGVCC背光电源正极（+5V）输入引脚。

第16脚：

BGGND背光电源负极，接GND。

二、总体电路设计

根据各芯片、元件的引脚功能和特性，以及设计的需要连接电路如图所示：

图4、总体电路原理图

图5、PCB图

软件系统设计

1、程序流程图

在这个设计中，89C51主要功能是存储程序、根据程序的内容对各个端口进行判断并做出相应的处理；DS12887主要的功能是控制年、月、日、时、分、秒的显示效果；LCD1602主要的功能是将所要显示的显示出来。

主程序主要实现了从DS12887各时间单元中读出数据并送到LCD1602中显示的功能，同时检测有没有按键按下，如果有键被按下，则执行按键处理子程序。

首先进行DS12887时钟芯片和LCD1602的初始化函数，然后进行按键扫描，不断地检测按键是否按下，读取DS12887时钟芯片的数据，并且送到液晶显示器显示；当数据发生变化时候，重新进行扫描写入。

流程图如图6所示，

图6、主程序流程图。

2、程序代码

根据各个芯片的操作时序以及指令，结合硬件电路和设计所要实现的功能，编写程序代码如下：

#include<>

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

sbitbeep=P1^2;

sbits1=P1^0;

sbits2=P1^1;

sbits3=P1^3;

sbits4=P3^7;

sbitrs=P3^4;

sbitlcden=P3^5;

sbitdsas=P1^4;

sbitdsrw=P1^5;

sbitdsds=P1^6;

sbitdscs=P1^7;

bitflag1,flag_ri;...................*/

..............................*/

0A0c0f0c0a0a0c0a0c2013/1/15

片机应用与设计.电子工业大学出版社，1998年

[2]钟睿.MCS-51单片机原理及应用开发技术.北京：

中国铁道出版社，2006

[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程:

入门、提高、开发、拓展全攻略.电子工业出版社，2009

[4]莫树，培刘夏.基于DS12887的时钟设计.科技创新导报，2011

[5]孙佳玲.基于单片机的多功能数字时钟系统设计分析.吉林工程技术师范学院学报，2009