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时钟与I2C总线电路设计及软件编程.doc

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时钟与I2C总线电路设计及软件编程.doc

毕业设计说明书第I页实时钟与I2C总线电路设计及软件编程摘要实时钟,自从它被发明的那天起,就成为人们生活中必不可少的一种工具,尤其是在现在这个讲究效率的年代,时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用。然而随着时间的推移,科学技术的不断发展,人们不仅对于实时钟精度的要求越来越高,而且对于时钟功能的要求也越来越多,实时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具,在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。本文主要以PCF8563时钟芯片为核心制成并通过ZLG7290键盘LED控制器进行显示的数字实时时钟。其中用到的时钟芯片PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片,它提供一个可编程时钟输出,一个中断输出和掉电检测器,所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递。最大总线速度为400KBITS/S,每次读写数据后,内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。本电路在实验板上进行,采用软件和硬件组合的方法,其最大特点是硬件电路简单,安装方便易于实现,软件设计独特、可靠。关键词寄存器,定时器,I2C总线,实时时钟,PCF8563毕业设计说明书第II页REREALTIMECLOCKANDI2CBUSCIRCUIT’SDESIGNANDSOFTWAREPROGRAMMINGABSTRACTREALTIMECLOCK,SINCETHEDAYITWASINVENTED,HASBECOMEINDISPENSABLETOPEOPLE’SLIVESINATOOL,PARTICULARLYNOWTHATITHASTHEEFFICIENCYOFTHEERA,INTHEHUMANPRODUCTIONANDLIVING,LEARNINGANDOTHERFIELDS,THECLOCKHASAWIDERANGEOFAPPLYBUTWITHTHEPASSAGEOFTIME,THECONTINUOUSDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,NOTONLYDEMANDINGOFPEOPLEFORTHEACCURACYOFREALTIMECLOCKISINCREASING,BUTALSOWEHAVEMOREANDMOREDEMANDSFORTHECLOCKFUNCTIONS,REALTIMECLOCKISNOTJUSTATOOLUSEDTOSHOWTIME,ANDITISABLETOACHIEVEMOREOTHERFEATURESINMANYPRACTICALAPPLICATIONSTHISPAPERINTRODUCESPCF8563CLOCKCHIPUSEDASTHECOREANDZLG7290USEDTODISPLAYTHEPCF8563CLOCKCHIPISACMOSLOWPOWERDEVICEITPROVIDESAPROGRAMMABLECLOCKOUTPUT;APOWERFAILINTERRUPTOUTPUTANDDETECTOR,ALLTHEADDRESSESANDDATESARETRANSFERREDTHROUGHREALTIMECLOCK/CALENDARCHIPSERIALI2CBUSTHEBIGGESTBUSSPEEDIS400KBITS/S,AFTERDATAISREADORWRITTEN,EMBEDDEDWORDADDRESSREGISTERWILLAUTOMATICALLYGENERATEINCREMENTALTHECIRCUITISCARRIEDONTHEEXPERIMENTBOARDUSINGSINGSOFTWAREANDHARDWAREPORTFOLIO,ANDTHELARGESTFEATURESAREASFOLLOWSSIMPLEHARDWARECIRCUIT,EASYINSTALLATION,SOFTWAREDESIGNUNIQUEANDRELIABLEKEYWORDSREGISTER,TIMER,REALTIMEDOCK,I2CBUS,PCF8563毕业设计说明书第III页目录1绪论111课题背景及目的112国内外研究现状113课题的研究方法114课题研究内容及构成22元器件介绍321时钟芯片PCF8563特性概述322键盘LED驱动芯片ZLG729043硬件电路设计631时钟芯片PCF8563的基本原理和功能描述632I2C总线8321I2C总线特点8322I2C总线的工作原理833键盘LED驱动芯片ZLG72909331功能描述10332寄存器详解1134CAT24WC02的数据操作格式和总线协议144软件电路设计1541PCF8563的接口电路1542ZLG7290应用原理图17结论19致谢20毕业设计说明书第IV页参考文献21附录22黄河科技学院毕业设计说明书第1页1绪论11课题背景及目的随着人类科技文明的发展,人们对于实时时钟功能的要求在不断地提高。实时时钟在现如今已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具,在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗,是现代实时时钟发展的趋势。在这种趋势下,实时时钟的数字化、多功能化已经成为现代实时时钟生产研究的主导设计方向。本课题讨论的是以51单片机为核心,结合时钟芯片PCF8563,采用ZLG7290键盘LED控制器等部件设计的实时时钟。12国内外研究现状目前单片机应用于各个领域,其应用于仪器仪表中显得更为优越。以单片机制成的电子时钟具有计时准确,功耗低的优点,从而得到了各领域界的广泛应用1。单片机正处在微控制器的全面发展阶段,各公司的产品在尽量兼容的同时,向高速、强运算能力、寻址范围大以及小型廉价方面发展。单片机的发展推动了应用系统的发展,应用系统的发展又反过来对单片机提出了更高要求,从而促进单片机的发展。单片机正朝着功能更强、速度更快、功耗更低、辐射更小的方向发展。随着集成度的不断提高,把众多的外围功能器件集成在片内已经具备了充分的条件,这也是单片机以后发展的重要趋势。除了一般必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外,随着单片机档次的提高,以适应检测、控制功能更高的要求,片内集成的器件通常还有电源监控与复位电路、WDT、A/D转换器、DMA控制器、中断控制器、锁相器、频率合成器、字符发生器、声音发生器、CRT控制器、译码驱动器等。13课题的研究方法本次设计基于单片机技术原理,以单片机芯片AT89C51作为核心控制器,通过硬件电路的制作以及软件程序的编制,正确使用各种元器件包括MCU、实时钟与I2C总线器件等,实现实时钟与I2C总线编程的基本功能,并且结合ZLG7290键盘LED控制的各种功能,设计制作出一个具有实际功能的且符合指标要求的实时时钟系统2。黄河科技学院毕业设计说明书第2页14课题研究内容及构成本次设计以硬件软件化为指导思想,充分发挥单片机功能,大部分功能通过软件编程来实现,电路简单明了,系统稳定性高。同时,该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点,具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少,单片机所被占用的I/O口不多,因此系统具有一定的可扩展性3。该实时时钟系统主要由时钟模块、液晶显示模块、键盘控制模块以及信号提示模块组成。系统具有简单清晰的操作界面,接口电路简洁,芯片驱动程序严格按照芯片时序编写,读写稳定可靠,可为智能仪器提供高准确度的时钟,定时、报警功能以及中断输出功能,能完成各种复杂的定时服务,甚至可为单片机提供看门狗功能。内部时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路10V以及两线制I2C总线通讯方式,不但使外围电路及其简洁,而且也增加了芯片的可靠性。同时每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量4。黄河科技学院毕业设计说明书第3页2元器件介绍21时钟芯片PCF8563特性概述主控芯片使用51系列AT89C51系列单片机,由先进工艺制造。方便程序的写入,数据保存可以达到10年。时钟芯片采用PCF8563,其主要特性有低工作电流典型值为025ΜAVDD30V,TAMB25C时;世纪标志;大工作电压范围10V~55V;低休眠电流典型值为025ΜAVDD30V,TAMB25C;400KHZ的I2C总线接口VDD18V~55V时;可编程时钟输出频率为32768KHZ,1024HZ,32HZ,1HZ;报警和定时器;掉电检测器;内部集成的振荡器电容;片内电源复位功能;I2C总线从地址读,0A3H;写,0A2H。PCF8563的管脚及内部结构如图21所示。1、PCF8563的引脚排列如图21所示。其中OSCI为振荡器输入,OSCO为振荡器输出,/INT是中断输出,且为开漏,低电平有效。VSS接地,SDA是串行时钟输入,CLKOUT是时钟输出,VDD接正电源。图21PCF8563管脚排列图黄河科技学院毕业设计说明书第4页2、PCF8563片内结构如图22所示。它具有16个8位寄存器、一个可自动增量的地址寄存器、一个内置32768KHZ的振荡器带有一个内部集成的电容、一个分频器用于给实时时钟RTC提供源时钟、一个可编程时钟输出、一个定时器、一个报警器、一个掉电检测器和一个的I2C总线接口串行接口,每次读写数据后,内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。图22PCF8563管脚及内部结构22键盘LED驱动芯片ZLG72901、ZLG7290的主要特性直接驱动8位共阴式数码管1英寸以下或64只独立的LED;可管理多达64只按键,自动消除抖动,其中有8只可以作为功能键使用;段电流可达20MA,位电流可达100MA以上;利用功率电路可以方便地驱动1英寸以上的大型数码管;具有闪烁、段点亮、段熄灭、功能键、连击键计数等强大功能;提供有10种数字和21种字母的译码显示功能,或直接向显示缓存写入显示数据;不接数码管而仅使用键盘管理功能时,工作电流可降至1MA;与微控制器之间采用I2C串行总线接口,只需两根信号线,节省I/O资源;工作电压范围+33V~55V;工作温度范围-40C~+85C;黄河科技学院毕业设计说明书第5页封装DIP24窄体,SOP24。2、ZLG7290引脚及引脚说明1ZLG7290采用24引脚封装,引脚如图23所示。图23引脚图2ZLG7290的各个引脚说明如下表所示。表21引脚说明引脚号引脚名称引脚属性引脚描述13,12,21,22,3~6DIG7~DIG0输入/输出LED显示位驱动及键盘扫描线10~7,2,1,24,23SEGH~SEGA输入/输出LED显示位驱动及键盘扫描线20SDA输入/输出I2C总线接口数据/地址线19SCL输入/输出I2C总线接口时钟线14/INT输出中断输出端,低电平有效15/RES输入复位输入端,低电平有效17OSC1输入连接晶体以产生内部时钟18OSC2输出16VCC电源电源正(33V~55V11GND电源电源地

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