毕业设计65单片机控制实时时钟的设计与实现.pdf

1999 年 11 月 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) N ov. 1999第 30卷第 6期 A cta Scientiarum N aturalium U niversitatis N eiM ongo l V o l. 30 N o. 6文章编号 : 1000- 1638(1999) 0620766204单片机控制实时时钟的设计与实现 X王志慧 , 李树华(内蒙古大学电子工程系 , 内蒙古 呼和浩特 010021)摘要 : 文中给出了 D S12887 的引脚功能 , 阐述了它的内部 RAM 结构及控制寄存器的功能 . 作为 D S12887 的一个典型应用 , 介绍了它与 8031 单片机构成的实时时钟系统电路设计 .关键词 : D S12887 芯片 ; 8031 单片机 ; 非易失性中图分类号 : T P386. 1 文献标识码 : AD esign and Im p lem en tation of R eal T im e C lockCon tro lled B y Single Ch ip Com p u terW AN G Zh i2hu i, L I Shu2hua(D ep a rtm en t of E lectron ics E ng ineering , N eiM ong ol U n iversity , H ohhot 010021, PR C )Abstract: T he p in descrip tion of the R eal T im e C lock Ch ip , D S12887, is given. A nd the structu reof its in ternal RAM and the function s of all con tro l registers are elabo rated. A s a typ ical app lication ofD S12887, w e in troduct the design of the R eal T im e C lock System w h ich m ain ly con sists of D S12887and 8031.Key words: D S12887 Ch ip; Single Ch ip Com pu ter 8031; N onvo latility带有 RAM 的实时时钟 D S12887 为 DALLA S 公司最成功的产品 , 其主要特点为 : 断电情况下运行十年以上不丢失数据 , 计秒、分、时、天、星期、日、月、年 , 并有闰年补偿功能 , 可以用二进制数码或 BCD码表示时间、日历和警报 . 因此 , 该芯片被大量用于计算机、工控仪表、电力仪表、通讯器材中 . 本文就作者最近研制的日历时钟产品做一介绍 , 该产品结构简单、成本低、可靠性高 , 是 D S12887 芯片的一个典型应用 .1引脚功能D S12887 为 24 脚双列直插式 D IP 芯片 . 如图 1 所示 .M O TN CN CAD 0AD 1AD 2AD 3AD 4AD 5AD 6AD 7GND1 2412 13 V cc SQW N C N C N C IRQ R ESET D S N C R W A S CS图 1 D S12887 引脚F ig. 1 P in A ssignm entAD 0 AD 7: 地址 数据复用总线N C: 不用M O T: 总线类型选择CS: 片选A S: 地址选通R W : 读 写输入D S: 数据选通R ESET: 复位输入IRQ : 中断请求输出SQW : 方波输出V cc: 电源 (+ 5V )GND: 地X 收稿日期 : 1999204201作者简介 : 王志慧 (1973 ) , 女 , 呼和浩特市人 , 内蒙古大学电子系硕士研究生 .2内部 RAM 及寄存器功能D S12887 内部具有 128 个非易失性RAM , 即当外部电压低于 3V 时 , 外部 V cc 被关闭 , 内部锂电池被接通继续为实时时钟供电 ,并保护内部 RAM 存储器中的数据 . RAM 的地址映象如图 2 所示 .D S12887 有四个控制寄存器 , 其功能分别如表 1, 表 3 表 5 所示 .表 1寄存器 ATable 1 Reg ister A7 6 5 4 3 2 1 0U IP DV 2 DV 1 DV 0 R S3 R S2 R S1 R S0U IP 为数据更新的状态标志 . 每秒钟出现一次高电平脉冲 , 当 U IP 变为高电平后 , 更新在 244 Ls 后开始 ; 如果 U IP 为 0, 则在日历 时钟数据被改变之前 , 用户至少有 244 Ls 的时间 . 因此 , 用户应该避免中断服务程序超过 244Ls 去读取有效的日历 时钟数据 . DV 0、 DV 1、图 2内部 RAM 地址分配F ig. 2 A ddress M ap D S12887DV 2 为内部晶振开、关控制位 . 010 方式接通晶振 , 开始工作 .R S3、 R S2、 R S1、 R S0 为定期中断速率及方波输出频率的选择位 . D S12887 的定期中断使 IRQ 脚从每 500 m s 进入一次有效状态到每 122 Ls 进入一次 . 定期中断和告警中断 (从每秒产生一次到每天产生一次 ) 是彼此独立的 , 定期中断可以由软件计数用于测试输入或产生输出间隔 . 方波输出功能使D S12887 的 SQW 脚产生一定频率的方波 . 定期中断的速率和方波输出的频率都是由寄存器 A 的 R S3 R S0 的值确定的 , 如表 2 所示 .表 2定期中断速率与方波输出频率Table 2 Per iodic In terrupt Rate and Square W ave Output FrequencyR S3 R S2 R S1 R S0 定期中断速率Periodic Interrup t R ate 方波输出频率SQW O utput F requency0 0 0 0 无 N one 无 N one0 0 0 1 3. 90625 m s 256 H z0 0 1 0 7. 8125 m s 128 H z0 0 1 1 122. 070 m s 8. 192 KH z0 1 0 0 244. 141 m s 4. 096 KH z0 1 0 1 488. 281 m s 2. 048 KH z0 1 1 0 976. 5625 m s 1. 024 KH z0 1 1 1 1. 953125 m s 512 H z1 0 0 0 3. 90625 m s 256 H z1 0 0 1 7. 8125 m s 128 H z1 0 1 0 15. 625 m s 64 H z1 0 1 1 31. 25 m s 32 H z1 1 0 0 62. 5 m s 16 H z1 1 0 1 125 m s 8 H z1 1 1 0 250 m s 4 H z1 1 1 1 500 m s 2 H zSET 为数据更新传送控制位 . 为 0, 允许传送 , 更新传送功能以每秒钟计数加 1 来正常进行 ; 为 1,禁止传送 , 并且程序可以对时钟、日历字节初始化 .767第 6 期 王志慧 , 李树华单片机控制实时时钟的设计与实现P IE 为定期中断允许控制位 . 为 1 时 , 中断请求输出有效 , 即 IRQ 为低 , 依据寄存器 A 中的 R S3R S0 所确定的中断速率产生定期中断 ; 为 0 时禁止输出 , 即 IRQ 为高 . 该位可以用 R ESET端清零 .A IE 为告警中断允许控制位 . 为 1 时 , 当告警条件满足时 , IRQ 为低 ; 为 0 时 , 不能激活 IRQ 信号 , 禁止告警 .U IE 为数据更新结束中断允许控制位 . R ESET端为低电平或上面所述 SET 位为高电平时可以清零 U IE 位 .SQW E 为方波输出允许控制位 . 为 1 时 , 允许 SQW 脚按照寄存器 A 中 R S3 R S0 所设定的值输出方波 ; 为 0 时 , 该脚为低电平 .DM 为数据方式选择控制位 . 为 1 时 , 用二进制码方式表示时间、日历信息 ; 为 0 时 , 是 BCD 码方式 .24 12 控制位 , 为 1 时 , 是 24 小时方式 ; 为 0 时 , 是 12 小时方式 .D SE 为夏令时允许控制位 . 置 1 时 , 允许二次特殊的数据更新 , 一次是四月的第一个周日 , 将 1: 59:59AM 更新为 3: 00: 00AM , 另一次是十月份的最后一个周日 , 将 1: 59: 59AM 更新为 1: 00: 00AM. 若该位为 0, 则不发生这些特殊的数据更新 .表 3寄存器 BTable 3 Reg ister B7 6 5 4 3 2 1 0SET P IE A IE U IE SQW E DM 24 12 D SE表 4寄存器 CTable 4 Reg ister C7 6 5 4 3 2 1 0IRQ F PF A F U F 0 0 0 0IRQ F 为中断请求标志位 . IRQ F= PF P IE+ A F A IE+ U F U IE, 当 IRQ F 为 1 时 , IRQ 脚输出为低 .PF 为定期中断标志位 . 置 1 时 , 若寄存器 B 中的 P IE 位也为 1, 则 IRQ 端为有效低电平 .A F 为告警中断标志位 . 置 1 时 , 若 A IE 位也为 1, 则 IRQ 端为低 .U F 为数据更新中断标志位 . 置 1 时 , 若 U IE 位也为 1, 则 IRQ 端为有效低电平 . 位 0 到位 3 是 0, 没有使用 .以上四个标志位均可由 R ESET端或在软件中读寄存器 C 的值而清零 .表 5寄存器 DTable 5 Reg ister D7 6 5 4 3 2 1 0V R T 0 0 0 0 0 0 0如表 5 所示 , V R T 是有效 RAM 及时钟位 ,在装配 D S12887 之前被 DALLA S 半导体置为 1.该位是只读位 , 并且总应读到 1. 若为 0, 则表示内部 锂 电 池 已 耗 尽 . 位 6 到 位 0 没 有 使 用 .(D S12887 芯片详细使用 , 请参阅有关资料 )3 D S12887 应用实例图 3 为利用 8031 单片机控制 D S12887 实时时钟芯片构成的日历时钟电路 .D S12887 相当于 8031 单片机扩展的外部数据存储器 , 使用 M OV X 指令对其进行读写操作 . 图 3 中D S12887 的第 18 脚 R ESET接到由 74L S123 组成的硬件复位电路上 , 74L S123 为双路可再触发单稳态多谐振荡器 , 通过外接阻容参数 , 可产生不同宽度的正负脉冲 . 其真值表如表 6 所示 .从表 6 及硬件复位电路可知 : 74L S123 的 1 脚 A 接地 , 2 脚 B 接 8031 单片机 P3. 5, 正常工作时 , 循环程序不断从 P3. 5 发信号 , 使 2 脚不断有上升沿出现 , 因此 13 脚保持高电平 , 则 5 脚输出低电平 , 使得8031 单片机的 R ESET 脚为低电平 . 一旦 8031 死机 , 74L S123 的 2 脚电位不再变化 , 其 5 脚产生一高电平脉冲 , 促使 8031 复位 , 重新启动 .寄存器 A 中的 R S3 R S0 值为 FFH , 由表 1 可知方波输出的频率为 2H z. 为了得到 1H z 的秒输出 ,在图 3 中用 74L S74 进行二分频 , 再经 74L S244 驱动器驱动发光二极管进行“秒”闪烁显示 . IRQ 中断请求输出接至 8031 的 IN T 0,D S12887 被编程为 1 分钟告警中断方式 . 这样 , 每当“分”有进位时 , IRQ 输出867 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 1999 年低电平 , 由 IN T 0向 8031 提出中断 . 在中断服务程序中 , 8031 通过 RXD 和 TXD 采用串行通信方式 0 向串 入并出 74L S164 发送显示代码 , 刷新当前数码管的显示数据 .图 3 中的 S0、 S1、 S2、 S3 为校对功能按键 , 其中 S3 键循环控制闪烁或锁定功能 . 当系统第一次运行时 , 可通过上述四个键将当前日历时钟值输入到 D S12887 的内部系统 RAM 字节中 . 系统进入正常工作状态 , 按照 D S12887 内部时钟计时 , 8031 的控制程序处于循环等待状态 . 软件流程如图 4 所示 .图 3日历时钟电路F ig. 3 T im e Calandar C ircuit表 6真值表Table 6 Func