【正文】 配以顯示電路及外圍電路來實現(xiàn)電子鐘。其中以單片機為核心控制器，利用專門的實時時鐘芯片計時，將時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機輸出，由顯示器顯示出來，利用鍵盤定時、校時，顯示電路可利用液晶顯示技術(shù)或者數(shù)碼管顯示技術(shù)。 在工業(yè)控制、智能控制及日常生活中，經(jīng)常會碰到對時間進行監(jiān)控的需求。這就為數(shù)字電子鐘提供了市場需求，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也為數(shù)字電子鐘的研發(fā)提供了前景。本設(shè)計就提供了基于 51 單 片機的數(shù)字電子鐘的設(shè)計方法與實現(xiàn)過程。 巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 2. 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 單片機最小系統(tǒng)模塊 STC89C52 芯片介紹 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗的 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 MCS51 單片機，俗稱單片機。主要特性如下表 21所示： 表 21 STC89C52 芯片特性 工作電壓： ～ （ 5V 單片機） /～ (3V 單片機 ) 增加型 8051 單片機， 6 時鐘 /機器周期， 12 時鐘 /機器周期可以任意選擇； 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工作頻率可達(dá) 48MHz；具有看門狗功能，內(nèi)帶 2K 字節(jié)的 E2PRAM 存儲空間 通用 I/O 口 （ 32 個 ），復(fù)位后 P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為 I/O 口使用時，需 要加上拉電阻，作為總線擴展用時，不需要 加上拉電阻； 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器； PDIP 封裝 ；用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)；片上集成 512 字節(jié) RAM ISP（ 系統(tǒng)可編程） /IAP（應(yīng)用可編程），不需要 專用 的 編程器、仿真器，可通過串口（ RXD/,TXD/） 經(jīng)由 MAX232 電平轉(zhuǎn)換電路 下載用戶程序 到單片機 外部中斷 有 4 路，下降沿 觸發(fā) 或低電平觸發(fā)電路； 40～ — +85℃ （工業(yè)級） /0～ 75℃ （商業(yè)級） 溫度下工作 其引腳圖如圖 21 所示 ： 圖 21 STC89C52RC 芯片引腳 T 2/P1. 01T 2E X /2P1. 23P1. 34P1. 45P1. 56P1. 67P1. 78R ST9R X D /10T X D /11IN T 0/P3. 212IN T 1/P3. 313T 0/P3. 414T 1/P3. 515W R /P3. 616R D /P3. 717X T A L 218X T A L 119V SS20P2. 0/A 821P2. 1/A 922P2. 2/A 1023P2. 3/A 1124P2. 4/A 1225P2. 5/A 1326P2. 6/A 1427P2. 7/A 1528PSE N29A L E /PR O G30EA31P0. 7/A D 732P0. 6/A D 633P0. 5/A D 534P0. 4/A D 435P0. 3/A D 336P0. 2/A D 237P0. 1/A D 138P0. 0/A D 039V C C40STC89C52基于 51 單片機的數(shù)字電子鐘設(shè)計 4 引腳大致介紹： （ 4個） ? VCC： 電源接入引腳。 ? VSS： 接地引腳。 ? XTAL1： 晶體振蕩器接入的一個引腳。 ? XTAL2： 晶體振蕩器接入的另一個引腳。 （ 4 個） ? RST/VPD： 復(fù)位信號輸入引腳 /備用電源輸入引腳。 ? ALE/PROG： 地址鎖存允許信號輸出引腳 /編程脈沖輸入引腳。 ? EA/VPP：內(nèi)外存儲器選擇引腳 /片內(nèi) EPROM（或 FlashROM）編程電壓輸入引腳 。 ? PSEN： 外部程序存儲器選通信號輸出引腳。 I/O 引腳（ 32 個，分成 4 個 8位口） ? ～ ： 一般 I/O 口引腳或數(shù)據(jù) /低位地址總線復(fù)用引腳。 ? ～ ： 一般 I/O 口引腳。 ? ～ ： 一般 I/O 口引腳或高位地址總線引腳。 ? ～ ： 一般 I/O 口引腳或第二功能引腳。 復(fù)位電路 當(dāng)單片機 RST 引腳加高電平復(fù)位信號（保持 2 個以上機器周期）時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位信號變低電平時，單片機開始執(zhí)行程序。 實際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。其原理是上電 的 瞬間 復(fù)位 引腳 （ RST） 獲得高電平，在 電容 C1充 放 電 的同時 ， 復(fù)位 引腳 （ RST） 的高 電平會慢慢 下降。 復(fù)位 引腳 （ RST） 的高電平只要能 維持 足夠的時間（ 24 個晶蕩 周期），單片機就可以 實現(xiàn) 復(fù)位操作。而按鍵與上電均有效的復(fù)位電路可以在單片機執(zhí)行任務(wù)期間，通過按鍵實現(xiàn) 復(fù)位操作。相比較選擇按鍵與上電均有效的復(fù)位電路會更有優(yōu)勢 [1]。電路原理圖如圖 22所示： 巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 圖 22 復(fù)位電路 晶振電路 晶振電路是單片機最小系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。晶振取 （這樣可以準(zhǔn)確的得到 9600波特率和 19200波特率），電容取 22pF（一般采用 15～ 33pF）。電路如圖 23 所示： 圖 23 晶振電路 時鐘電路模塊 DS12C887 實時時鐘芯片概述 DS12C887 是美國 DALLAS 公司設(shè)計生產(chǎn)的實時時鐘芯片。 DS12C887 時鐘芯片能夠自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、星期、時、分、秒等時間信息，其內(nèi)部自帶鋰電池和晶振，在外部掉電時，其內(nèi)部時間信息仍能保持 10 年之久。 DS12C887時鐘芯片中帶有 128B RAM，其中 11B RAM 用來存儲時間信息； 4B RAM 用來存儲 DS12C887 的控制信息，成為控制寄存器； 13B 通用 RAM 供用戶使用。對于一天 內(nèi) 有 12 和 24 小時制兩種模式 的時間記錄，而 在 12 小時制 的 模式中， 通過 AM 和 PM 來 區(qū)分上下午；芯片內(nèi)部時間的存儲模式有兩種： 二進制數(shù)表 示和V C C 5 VR S TC11 0 u FR11KR21 0 KS5X1X2X11 1 . 0 5 9 2 M H zC422pFC522pF基于 51 單片機的數(shù)字電子鐘設(shè)計 6 BCD 碼表示。此外，用戶還可以 通過 對 DS12C887 芯片 進行編程來 實現(xiàn)多種方波 的 輸出，并且可以對其內(nèi)部的三路中斷通過軟件進行屏蔽。 DS12C887 可以通過一個多路復(fù)用的支持 Intel和 Motorola 模式的單字節(jié)接口訪問。 時鐘芯片引腳功能 DS12C887 芯片引腳和實物圖如圖 2 25 所示。 圖 24 DS12C887 芯片引腳 圖 25 時鐘芯片實物圖 各引腳功能說明如下： 1（ MOT）： 總線 模式選擇端。有兩種總線工作方式，即 Motorola 和 Intel 模式。當(dāng)接 GND 或者懸空時，選用 Intel模式；接 VCC 時，選用 Motorola 模式。 2,3,16,20,21,22（ NC）： 懸空端。 4～ 11（ AD0～ AD7）： 復(fù)用 地址數(shù)據(jù) 總線。 總線周期的前半部分 AD0～ AD7上的是地址信息，總線周期的后半部分 AD0～ AD7 上的是數(shù)據(jù)信息。 12（ GND）， 24（ VCC）： 芯片 電源接入端。其中 VCC 接 +5V 輸入 ， GND接地。當(dāng) VCC 輸入為 +5V 時，用戶可以訪問 DS12C887 內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)，并可對其進行讀 /寫操作；當(dāng) VCC 的輸入小于 + 時，禁止用戶對內(nèi)部 RAM 進行讀 /寫操作，此時用戶不能正確獲取芯片內(nèi)的時間信息；當(dāng) VCC 的輸入低于 +3V時，芯片會自動將電源切換到內(nèi)部自帶的鋰電池上，以保證內(nèi)部電路正常運行。 M OT1NC2NC3AD 04AD 15AD 26AD 37AD 48AD 59AD 610AD 711GN D12CS13AS14R /W15NC16DS17R E SE T18IR Q19NC20NC21NC22SQW23VC C24DS12C887巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 13（ CS）： 芯片選擇端，低電平有效。 14（ AS）： 地址選通輸入端。在進行讀 /寫操作時， AS 的上升沿將 AD0～ AD7上出現(xiàn)的地址信息鎖存到 DS12C887 上，而下一個下降沿清除 AD0～ AD7 上的地址信息，不論 CS 是否有效， DS12C887 都將執(zhí)行該操作。 15（ R/W）： 讀 /寫輸入端。該引腳有兩種工作方式，當(dāng) MOT 接 VCC 時，R/W）工作在 Motorola 模式。此時該引腳的作用是區(qū)分讀操作還是寫操作，高電平時為讀操作，低電平時為寫操作；當(dāng) MOT 接 GND 時，該引腳工作在 Intel 模式，此時該引腳作為寫允許輸入，此信號的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。 17（ DS）： 數(shù)據(jù)選擇或者讀輸入腳。有兩種工作方式，當(dāng) MOT 接 VCC 時，選用 Motorola 模式。當(dāng) MOT 接 GND 或懸空 時，選用 Intel工作模式，此時該引腳為 讀允許輸入引腳 。 18（ RESET）： 芯片復(fù)位引腳。低電平有效，通常將該引腳接 VCC 即可。 19（ IQR）： 中斷請求輸出。低電平有效， 用作處理器的中 斷申請輸入。 只要引起中斷的狀態(tài)、中斷使能位 置位 ， IRQ 將持續(xù) 保持低電平，通過處理器程序 讀取 C 寄存器來清除 IRQ 引腳輸出， 同時 復(fù)位引腳也會清除未處理的中斷。 在 中斷 未 發(fā)生時， IRQ 為高阻態(tài)， 這時 可 以將多個中斷器件連接 到一條 IRQ 總線上。IRQ 引腳為漏極開路輸出，需要 外接 一個 上拉電阻與 VCC 相連。 23（ SQW）： 方波輸出引腳。當(dāng)供電電壓 VCC 大于 時， SQW 引腳可輸出方波，此時，用戶可以通過對控制寄存器編程來得到 13 鐘方波信號的輸出。 2. DS12C887 時鐘芯片內(nèi)部功能 DS12C887 的存儲器分配如圖 26 所示，其中 00H09H 為鬧鐘信息與時間信息寄存器， 0AH0DH 為 4 個控制寄存器。 基于 51 單片機的數(shù)字電子鐘設(shè)計 8 秒秒 鬧 鐘分分 鬧 鐘時時 鬧 鐘星 期日月年寄 存 器 A寄 存 器 B寄 存 器 C世 紀(jì)寄 存 器 D0 00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A0 B0 C0 D5 00 0 01 3 0 D1 4 0 E4 9 3 15 03 25 1 3 31 2 7 7 F 圖 26 存儲器分配圖 (1)狀態(tài)控制寄存器 A（除 D7 位外可讀寫） 表 22 寄存器 A 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0AH UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0 UIP： 更新位。當(dāng) UIP=1 時，即將開始更新；當(dāng) UIP=0 時，至少在 244us 內(nèi)芯片不會更新。 UIP 位為只讀位 且不受復(fù)位信號的影響。通過寄存器 B 中 SET位設(shè)置為 1 來 禁止更新 ， 并 且 將 UIP 位清零。 DV2， DV1， DV0： 晶體振蕩器和復(fù)位分頻器 的開與關(guān) 。 當(dāng) DV0=0， DV1=1， DV2=0 時，晶體振蕩器開啟且保持時鐘運行。 當(dāng) DV0=1， DV1=1， DV2=X 時，開啟晶體振蕩器， 分頻保持復(fù) 位狀態(tài)。 這三位的其他組合方式均使振蕩器關(guān)閉。因此，首次使用時必須設(shè)置這三位的狀態(tài)。 RS3， RS2， RS1， RS0： 速率選擇位。這 4 個速率選擇位的不同取值可產(chǎn)生從 到 500ms 之間不同周期的方波輸出及周期中斷。 (2)狀態(tài)控制寄存器 B（可讀寫 ） 表 23 寄存器 B 地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0BH SET PIE AIE UIE SQWE DM 12/24 DSE 巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 SET=0， 芯片更新正常進行； SET=1， 芯片更新被禁止。 PIE： 中斷周期允許位。 PIE=1，允許； PIE=0，禁止。 AIE： 鬧鈴中斷允許位。 AIE=1，允許； AIE=0，禁止。 UIE：更新結(jié)束中斷允許位 。 UIE=1，允許； UIE=0，禁止。 SQWE=1， SQW 輸出設(shè)定頻率的方波； SQWE=0， SQW 引腳為低電平。 DM：寄存器存儲數(shù)據(jù)格式選擇位。 DM=0，