单片机控制时钟芯片DS12887的时分秒定时系统设计

1、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

2、） 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：l 要求按国标GB 771487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

3、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 日目录前 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71、单片机89C5172、时钟芯片DS12887103、液晶LCD160212二、总体电路设计13软件系统设计141、程序流程图142、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

4、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

5、，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

6、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，DS12

7、C887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

8、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3.1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；

9、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，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3.1所示8。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3.1 引脚号第二功能引脚第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX

10、（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（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

11、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3.2所示。第二功能功能P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2 （外部中断0）P3.3 （外部中断1）P3.4T0 （定时/计数器0）P3.5T1 （定时/计数器1）P3.6 （外部数据存储器写选

12、通）P3.7 （外部数据存储器读选通）表3.2 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

13、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

14、许电源VPP。 2、时钟芯片DS12887DS12887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114 bit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，114 bit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3.2所示。图3、 DS12C887管脚图DS128

15、87引脚功能：GND:接地端VCC：直流电源+5 V电压。当5 V电压在正常范围内时，数据可读写；当VCC低于425 V，读写禁止，计时功能仍继续；当VCC下降到3 V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。 AD0AD7(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A

16、DALE的下降沿把地址锁入DS12887。 DS(数据选通或读输入)：DSRD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

17、式下，RW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200 ms，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00H3BH(十进制为059)；04H05H单元按12小时制取值范围是上午(AM)01H0CH(十进制为112)，下午(PM)51H5CH(十进制为8192)，按24小时制取值范围是00

18、H17H(十进制为023)；06H单元的取值范围是01H07H(十进制为17)；07H单元取值范围O1H1FH(十进制为131)；08H单元取值范围是01H0CH(十进制为112)；09H单元取值范围是00H63H(十进制为099)。3、液晶LCD16021602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

19、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4.5-5V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2.95mmX4.35mm（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

20、”，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714脚：D0D7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

21、和特性，以及设计的需要连接电路如图3.3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，

22、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#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit beep=P12;sbit s1=P10;sbit s2=P11;sbit s3=P13;sbit s4=P37;sbit rs=P34;sbit lcden=P35;sbit dsas=P14;sbit dsrw=P15;sbit dsds=P16;sbit dscs

23、=P17;bit flag1,flag_ri;/定义两个位置变量uchar count,s1num,flag,t0_num;char miao,shi,fen,year,month,day,week,nmiao,nshi,nfen;uchar code table= 20 - - ; /液晶固定显示内容uchar code table1= : : ;void write_ds(uchar,uchar);void set_alarm(uchar,uchar,uchar) ;void read_alarm();uchar read_ds(uchar);void set_time();void de

24、lay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-) ;void di() beep=0; delay(100); beep=1;void write_com(uchar com)/写液晶命令函数rs=0;lcden=0;P2=com;delay(3);lcden=1;delay(3);lcden=0;void write_date(uchar date)/写液晶数据函数rs=1;lcden=0;P2=date;delay(3);lcden=1;delay(3);lcden=0;void write_ds(uchar add,uchar dat

25、e)/写12887函数/dsas=0;delay(2);dscs=0;dsas=1;dsds=1;dsrw=1;delay(2);P0=add;delay(2); /先写地址dsas=0;dsrw=0;delay(2);P0=date; /在写数据delay(2);dsrw=1;dsas=1;dscs=1;uchar read_ds(uchar add)/读12887函数uchar ds_date;/dsas=0;delay(1);dsas=1;dsds=1;dsrw=1;dscs=0;delay(2);P0=add;delay(2);dsas=0;dsds=0;delay(2) ;P0=0x

26、ff;delay(2);ds_date=P0;delay(2);dsds=1;dsas=1;dscs=1;return ds_date;/*.*/首次操作12887时给与寄存器的初始化void set_time()write_ds(0x0B, 0x86); /禁止更新，接下来初始化数据，即写入时间，日期等 write_ds(0x00,0x00);write_ds(0x01,0x16);write_ds(0x02,0x00);write_ds(0x03,0x00);write_ds(0x04,0x00);write_ds(0x05,0x00);write_ds(0x06,2);write_ds(

27、0x07,15);write_ds(0x08,1);write_ds(0x09,13);write_ds(0x0B, 0x26); /正常更新，二进制格式，24进制小时 void read_alarm()/读取12887闹钟值nmiao=read_ds(0x01);nfen=read_ds(0x03);nshi=read_ds(0x05);void init()/初始化函数uchar num;EA=1;EX0=1;IT0=1;flag=0;flag1=0;t0_num=0;flag_ri=0;/beep=0;s1num=0;week=1;lcden=0;/*.*/以下是首次设置ds12887时

28、使用，以后不必在写入write_ds(0x0A,0x20); /打开振荡器/write_ds(0x0B, 0x86); /禁止更新，接下来初始化数据，即写入时间，日期等 /write_ds(0x0B, 0x06); /正常更新，二进制格式，24进制小时 write_ds(0x0B, 0x26); /设置24小时模式，BCD格式，开启闹铃中断set_time();/设置默认闹钟时间write_com(0x38);/1602液晶初始化write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);for(num=0;num16;num

29、+) write_date(tablenum); delay(1);write_com(0x80+0x40); for(num=0;num11;num+) write_date(table1num);delay(1); void write_sfm(uchar add,char date) /1602液晶刷新时分秒函数char tens,ge;tens=date/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);/ write_com(0x06);write_date(0x30+tens);write_date(0x30+ge);void write_nyr(uch

30、ar add,char date) /1602液晶刷新年月日 char shi,ge; shi=date/10; ge=date%10; write_com(0x80+add); write_com(0x06); write_date(0x30+shi); write_date(0x30+ge);void write_week(char we)/写液晶星期显示函数write_com(0x80+12);/write_com(0x06);switch(we) case 1: write_date(M);delay(5); write_date(O);delay(5);write_date(N);b

31、reak; case 2: write_date(T);delay(5); write_date(U);delay(5);write_date(E);break; case 3: write_date(W);delay(5); write_date(E);delay(5);write_date(D);break; case 4: write_date(T);delay(5); write_date(H);delay(5);write_date(U);break; case 5: write_date(F);delay(5); write_date(R);delay(5);write_date(

32、I);break; case 6: write_date(S);delay(5); write_date(A);delay(5);write_date(T);break; case 7: write_date(S);delay(5); write_date(U);delay(5);write_date(N);break;void keyscan()if(flag_ri=1)if(s1=0)|(s2=0)|(s3=0)|(s4=0)delay(5); if(s1=0)|(s2=0)|(s3=0)|(s4=0) while(!(s1&s2&s3&s4);di();flag_ri=0;/清除报警标志

33、/beep=0; if(s1=0)delay(5);if(s1=0) s1num+; if(flag1=1) if(s1num=4)s1num=1;flag=1;while(!s1);di();switch(s1num)/光标闪烁点定位case 1: write_com(0x80+0x40+10);write_com(0x0f);break;case 2: write_com(0x80+0x40+7);break;case 3: write_com(0x80+0x40+4);break;case 4: write_com(0x80+12);break;case 5: write_com(0x8

34、0+9);break;case 6: write_com(0x80+6);break;case 7: write_com(0x80+3);break;case 8: s1num=0;write_com(0x0c);flag=0;write_ds(0x00,miao);write_ds(0x02,fen); write_ds(0x04,shi);write_ds(0x06,week);write_ds(0x07,day);write_ds(0x08,month);write_ds(0x09,year);break;if(s1num!=0) delay(1); if(s2=0) while(!s2

35、);di();switch(s1num)/根据功能键次数调节 相应数值case 1:miao+; if(miao=60) miao=0; write_sfm(0x0a,miao); write_com(0x80+0x40+10); if(flag1=0) write_ds(0,miao); break;case 2:fen+; if(fen=60) fen=0; write_sfm(0x07,fen); write_com(0x80+0x40+7); if(flag1=0) write_ds(2,fen); break;case 3:shi+; if(shi=24) shi=0; write_

36、sfm(0x04,shi); write_com(0x80+0x40+4); if(flag1=0) write_ds(4,shi); break;case 4:week+; if(week=8) week=1; write_week(week); write_com(0x80+12); write_ds(6,week); break;case 5:day+; if(day=32) day=1; write_nyr(0x09,day); write_com(0x80+9); write_ds(7,day); break;case 6:month+; if(month=13) month=1;

37、write_nyr(0x06,month); write_com(0x80+6); write_ds(8,month); break;case 7:year+; if(year=100) year=0; write_nyr(0x03,year); write_com(0x80+3); write_ds(9,year); break;if(s3=0) delay(1); if(s3=0) while(!s3);di();switch(s1num) /根据功能键次数调节相应数值case 1:miao-; if(miao=-1) miao=59; write_sfm(0x0a,miao); writ

38、e_com(0x80+0x40+10); if(flag1=0) write_ds(0,miao); break; case 2:fen-; if(fen=-1) fen=59; write_sfm(0x07,fen); write_com(0x80+0x40+7); if(flag1=0) write_ds(2,fen); break;case 3:shi-; if(shi=-1) shi=23; write_sfm(0x04,shi); write_com(0x80+0x40+4); if(flag1=0) write_ds(4,shi); break;case 4:week-; if(w

39、eek=0) week=7; write_week(week); write_com(0x80+12); write_ds(6,week); break;case 5:day-; if(day=0) day=31; write_nyr(0x09,day); write_com(0x80+9); write_ds(7,day); break;case 6:month-; if(month=0) month=12; write_nyr(0x06,month); write_com(0x80+6); write_ds(8,month); break;case 7:year-; if(year=-1)

40、 year=99; write_nyr(0x03,year); write_com(0x80+3); write_ds(9,year); break; if(s4=0)/检测s4delay(5);if(s4=0)flag1=flag1;while(!s4);di();if(flag1=0) /退出闹钟时设置保存数值 flag=0; write_com(0x80+0x40); write_date( ); write_date( ); write_com(0x0c); write_ds(0x01,miao); write_ds(0x03,fen); write_ds(0x05,shi);else/进入闹钟设置read_alarm(); /读取原始数据miao=nmiao; /重新赋值用于按键调节fen=nfen;shi=nshi;write_com(0x80+0x40);write_