基于DS12C887的实时日历时钟的设计课程设计任务书.docx
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基于DS12C887的实时日历时钟的设计课程设计任务书.docx
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基于DS12C887的实时日历时钟的设计课程设计任务书
中北大学信息商务学院
课程设计任务书
题目:
专业综合实践之单片机系统部分:
基于DS12C887的实时日历时钟的设计
课程设计任务书
1.设计目的:
巩固掌握单片机工作原理及应用
提高编程能力
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):
掌握单片机89C51的工作原理
掌握用汇编、C或其他语言实现编程
掌握DS12C887时钟芯片
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)提供核心器件的工作原理与应用介绍;
(2)提供用Protel设计的电路原理图,印刷板电路图;
(3)提供用Multisim、MaxPlus、Proteus、Medwin、KeilC等软件对电路的仿真、编程与分析;
(4)提供符合规定要求的课程设计说明书;
(5)提供参考文献不少于15篇,且必须是相关的参考文献;
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.设计成果形式及要求:
说明书一份
6.工作计划及进度:
1月7日~1月9日:
查资料;
1月10日~1月14日:
在指导教师指导下设计方案;
1月15日~1月17日:
在指导教师辅导下完成实验;撰写课程设计说明书;
1月18日:
答辩
系主任审查意见:
签字:
年月日
一系统设计的主要内容和设计思路
1.1主要内容
本次的设计题目是电子万年历设计,要求实现年、月、日、时、分、秒的正常显示,需要硬件和软件的结合来实现。
本次设计利用时钟日历芯片DS12887的特性和AT89C51单片机的功能利用实现的。
时钟芯片在电源的作用下向通过P2口向AT89C51单片机输入时间信号,AT89C51单片机在接受到时间信号后通过P0将信号送到单片机另一扩展芯片ULN2003,驱动LED数码管显示,同时将信号通过P1口送往单片机的扩展芯片74LS154,当送出第一个段码时,单片机输出的位码是0001,而经过4-16译码器74LS154后就是1111111111111110,这时就选中了第一个数码管显示;……当送出第十六个段码时,单片机输出的位码是1111,4-16译码器输出0111111111111111,这时就选中了第十六个数码管显示,从而74LS154将接收到的地址信号译码后动态驱动相应的LED,由于LED数码管的公共端由74LS154分时选通,这样,这样任何一个时刻,都只有一位LED在点亮,也即动态扫描显示方式。
根据设计的要求万年历要显示年、月、日、时、分、秒的显示就需要16个显示数码管。
根据设计要求,用按键来实现省电和正常显示的切换,当按键按下时进入省电模式,否则正常显示。
在明确本次设计思路之后,画出设计框图,总体框图如图所示。
图1.1设计总体框图
1.2设计思路
由于系统要实现的功能比较单一(主要就是获取实时时间信息),因此设计思路非常清晰。
1.2.1日历时钟芯片的选择
根据本次题目要求,本次设计选用达拉斯公司的日历时钟芯片DS12C887作为实时时钟芯片,为系统提供详细的年、月、日、星期和小时、分钟等时间信息。
DS12C887实时时钟芯片功能丰富,可以用来直接代替IBMPC上的时钟日历芯片,同时,它的管脚也和MC146818B、DS1287相兼容。
由于DS12C887能够自动产生星期、年、月、日、时、分、秒等时间信息,其内部又增加了世纪寄存器,从而利用硬件电路解决了“千年”问题;对于一天内的时间记录,有12小时制和24小时制两种模式。
在12小时制模式中,用AM和PM区分上午和下午;时间的表示方法也有两种,一种用二进制数表示,一种是用BCD码表示;DS12C887中带有128字节RAM,其中有11字节RAM用来存储时间信息,4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息,称为控制寄存器,113字节通用RAM供用户使用;此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出,并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。
1.2.2LED简介
LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类,了解LED的这些特性,对编程是很重要的,因为不同类型的数码管,除了它们的硬件电路有差异外,编程方法也是不同的。
图图1.2.1(a)是共阴和共阳极数码管的内部电路图,它们的发光原理是一样的,只是它们的电源极性不同而已。
将多只LED的阴极连在一起即为共阴式,而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。
以共阴式为例,如把阴极接地,在相应段的阳极接上正电源,该段即会发光。
当然,LED的电流通常较小,一般均需在回路中接上限流电阻。
假如我们将"b"和"c"段接上正电源,其它端接地或悬空,那么"b"和"c"段发光,此时,数码管显示将显示数字“1”。
而将"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正电源,其它引脚悬空,此时数码管将显示“2”。
其它数字的显示原理与此类同。
LED的7段数码管利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管,分别引出它们的电极,点亮相应的点划来显示出0-9的数字。
在这次的设计中采用的均是共阴极的LED显示,当I/O口输出为高电平的时候,对应段就被点亮。
LED数码管的结构图如图1.2.1(b)所示。
(a)
(b)
图1.2.1LED分类结构图和结构图
这次设计的显示部分采用AT89C51单片机动态扫描完成, 在多数的应用场合中,我们并不希望使用多I/O端口的单片机,原则上是使用尽量少引脚的器件。
在没有富余端口的情况下,应通过优化设计程序和扩展电路达到预期的目的。
动态扫描的频率有一定的要求,频率太低,LED将出现闪烁现象。
如频率太高,由于每个LED点亮的时间太短,LED的亮度太低,肉眼无法看清,所以一般均取几个ms左右为宜,这就要求在编写程序时,选通某一位LED使其点亮并保持一定的时间,程序上常采用的是调用延时子程序。
LED显示电路
(1) 静态显示电路
LDE显示器工作在静态显示时,其公共阳极(或阴极)接VCC(或GND),一直处于显示有效状态,所以每一位的显示内容必须由锁存器加以锁存,显示各位相互独立。
(2)动态显示电路
将所有位的段选线的同名端联在一起,由一个8位I/O口控制,形成段选线的多位复用。
而各位的公共阳极或公共阴极则分别由相应的I/O口线控制,实现各位的分时选通,即同一时刻只有被选通位是能显示相应的字符,而其他所有位都是熄灭的。
由于人眼有视觉暂留现象,只要每位显示间隔足够短,则会造成多位同时点亮的假象。
这就需要单片机不断地对显示进行控制,CPU需要不断地进行显示刷新,动态显示电路参见图1.2.2,图1.2.2中是扩展了五位的LED数码管显示,用一个74LS154作为五个LED的段选输入,采用动态显示的方式连接。
类似地,16位的LED数码管显示也可以用这种方法来实现。
图1.2.2五位LED数码管的动态显示
二硬件电路设计
本设计的硬件电路设计主要是围绕日历时钟芯片DS12C887的使用进行的。
2.1结构框图
本设计的硬件电路包括单片机电路、日历时钟芯片电路和数码管显示输出电路,其结构框图如图1所示。
图2.1系统硬件结构框图
2.2主要器件
本系统的主要器件是单片机,日历时钟芯片以及LED显示驱动芯片。
2.2.1单片机
单片机选用AT89C51单片机。
AT89C51是低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用高密度、非易失性存储技术生产,与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的AT89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。
AT89C51单片机性能及特点:
(1)与MCS-51微控制器产品系列兼容。
(2)片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器(FlashMemory)。
(3)存储器可循环写入/擦除1000次。
(4)存储数据保存时间为10年。
(5)工作电压范围:
Vcc可为2.7V~6V。
(6)全静态工作:
可从0HZ到16MHZ。
(7)程序存储器具有3级加密保护。
(8)128﹡8位内部RAM。
(9)32条可编程I/O线。
(10)两个16位定时器/计数器。
(11)中断结构具有5个中断源和2个优先级。
(12)可编程全双工串行通道。
(13)空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。
逻辑框图及引脚图分别如图2.2(a)(b)所示
(a)(b)
图2.2AT89C51单片机逻辑框图及引脚图
功能特性概述:
AT89C51提供以下标准功能:
8k字节Flash闪速存储器,256字节内部RAM,32个I/O口线,3个16位定时/计数器,一个6向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
AT89C51单片机内部结构框图如图2.3所示。
图2.3AT89C51单片机内部结构框图
引脚功能说明
(1)VCC:
供电电压
(2)GND:
接地
(3)时钟电路
XTAL1(19脚)——芯片内部振荡电路(单级反相放大器)输入端。
XTAL2(18脚)——芯片内部振荡电路(单级反相放大器)输出端。
(4)控制信号
RST(9脚)复位信号:
时钟电路工作后,在此引脚上将出现两个机器周期的高电平,芯片内部进行初始复位,P0口~P3口输出高电平,将初值07H写入堆栈指针。
ALE(30脚)地址锁存信号:
当访问外部存储器时,P0口输出的低8位地址由ALE输出的控制信号锁存到片外地址锁存器,P0口输出地址低8位后,又能与片外存储器之间传送信息。
另外,ALE可驱动4个TTL门。
(29脚)片外程序存储器读选通:
低电平有效,
作为程序存储器的读信号,输出负脉冲,将相应的存储单元的指令读出并送到P0口,
可驱动8个TTL门。
/Vpp(30脚):
当
为高电平且PC值小于0FFFH时,CPU执行内部程序存储器程序;当
为低电平时,CPU仅执行外部程序存储器程序。
(5)I/O接口
P0口(P0.0~P0.7,39~32脚)三态双向口:
P0口结构包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路和一个输出控制端。
P0口做地址/数据复用总线使用。
若从P0口输出地址数据信息,此时控制端为高电平,若从P0口输入数据指令信息时,引脚信号应从输入三态缓冲器进入地址总线,它可驱动8个TTL门。
P0~P3口上的“读-修改-写”功能,其操作是先将字节的全部8位数读入,再通过指令修改某些位,然后将新的数据写回到口锁存器中。
P1口(P1.0~P1.7,1~8脚)准双向口:
P1口做通用I/O接口使用,P1口的每一位口线能独立地作用于输入线,P1口可驱动4个TTL门。
P2口(P2.0~P2.7,21~28脚)通用I/O接口:
它做通用I/O接口使用时,是一个准双向口,此时转换开关MUX倒向左边,输出极与锁存器相连,引脚可作为用户I/O口线使用,输入/输出操作与P1口完全相同
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