【文章內容簡介】 易失性（NV）RAM來存儲數(shù)據(jù) ③串行I/O使得引腳數(shù)量最少 ④寬范圍工作電壓， ⑤，功耗小于300nA ⑥在時鐘/RAM中讀/寫連續(xù)地址的方式為脈沖串式 ⑦8引腳DIP或可選的8引腳SOIC用于表面安裝 ⑧簡單的3線接口 ⑨TTL兼容（Vcc＝5V） ⑩可選工業(yè)級溫度范圍：40℃到+85℃[17]三、PCF8563實時時鐘日歷/芯片PCF8563是低功耗的CMOS 實時時鐘日歷芯片它提供一個可編程時鐘輸出一個中斷輸出和掉電檢測器所有的地址和數(shù)據(jù)通過I2C 總線接口串行傳遞最大總線速度為400Kbits/s 每次讀寫數(shù)據(jù)后內嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。PCF8563的基本特性：①低工作電流：（VDD=，Tamb=25℃時）。②大工作電壓范圍：～③低休眠電流；(VDD=,Tamb=25℃)④400KHz 的I2C總線接口（VDD=～）。⑤可編程時鐘輸出頻率為：，1024Hz，32Hz，1Hz。⑥報警和定時器。⑦掉電檢測器。⑧內部集成的振蕩器電容。⑨片內電源復位功能。⑩開漏中斷引腳。PCF8563的應用：①移動電話②便攜儀器③傳真機④電池電源產(chǎn)品[18]四、DS12C887實時時鐘芯片 、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等均封裝在芯片內部，結構簡單，輕巧方便。鋰電池在電路通電時進行充電，斷電情況下，鋰電池可以繼續(xù)供電工作，可保證時鐘數(shù)據(jù)10 年內不會丟失.DS12C887芯片特性[10]:DS12C887實時時鐘芯片功能豐富，可以用來直接代替IBM PC上的時鐘日歷芯片 DS12887，同時，它的管腳也和MC146818B、DS12887 相兼容。由于DS12C887能夠自動產(chǎn)生世紀、年、月、日、時、分、秒等時間信息，其內部又增加了世紀寄存器，從而利用硬件電路 解決子“千年”問題；DS12C887 中自帶有鋰電 池，外部掉電時，其內部時間信息還能夠保持10 年之久；對于一天內的時間記錄，有12小時制和24小時制兩種模式。在12小時制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午；時間的表示方法也有兩種，一種用二進制數(shù)表示，一種是用BCD碼表示；DS12C887中帶有128字節(jié)RAM，其中有11字節(jié)RAM用來存儲時間信息，4字節(jié)RAM用來存儲DS12C887的控制信息，稱為控制寄存器，113字節(jié)通用RAM使用戶使用；此外用戶還可對DS12C887進行編程以實現(xiàn)多種方波輸出，并可對其內部的三路中斷通過軟件進行屏蔽。DS12C887芯片的應用：在各種設備、家電、儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)中，可以很容易地用DS12C887來組成時間獲取單元，以實現(xiàn)各種時間的獲取。圖2是用8031單片機和DS12C887構成的時間獲取電路圖，其中DS12C887的基地址為7F00H，相應的程序采用C51語言編寫（以Intel工作模式為例）[16]。五、芯片的選型綜合上面提到的幾款芯片信息，我們不難看出，S3530A芯片造價比較高，對系統(tǒng)要求也比較高；DS1302芯片是一種比較常用的時鐘芯片，但是用法比較復雜，普及率不夠高；PCF8563芯片是一種復雜而有不常使用的芯片，操作性不強；DS12C887芯片是一款比較常見，使用簡單、功能比較多，走時準確等特點，比較適合這種小型的電子鐘設計，也比較符合本次設計的難度要求，所以我們將采用DS12C887芯片來實現(xiàn)電子鐘的設計。第三節(jié) 本章小結本章介紹了單片機的相關知識，詳細介紹了單片機的定義，并介紹了單片機發(fā)展、特點、分類等等方面的信息，尤其是51系列單片機，也正是大部分初學者都熟悉的單片機，而本次設計也正是基于51單片機來完成的。此外，我們還介紹了時鐘芯片的概念以及DS12C887芯片的引腳及其用法，我們不難看到，美國DALLAS公司的實時時鐘芯片DS12C887功能豐富，精度較高，用法簡單，可靠性高等特點，是時鐘電路芯片很好的選擇。第三章 電子鐘的整體結構及相關設計本系統(tǒng)設計主要包括五個模塊[11]，其中包括核心模塊STC89C5實時時鐘芯片DS12C88鍵盤掃描模塊、LCD液晶顯示模塊。其工作原理是主控MCU讀取實時時鐘芯片DS12C887，獲取時間信息，并可以通過鍵盤掃描來進行時間設置，經(jīng)MCU處理，送LCD顯示。鍵盤掃描（矩陣鍵盤）DS12C887（時鐘芯片）STC89C52（MCU）LCD顯示（LCD1602） 系統(tǒng)整體框架圖第一節(jié) 方案提出與選擇當下，電子鐘芯片很多，基于單片機的電子鐘設計實現(xiàn)方案也很多，可以根據(jù)自己實際情況，提出如下方案。①利用單片機內部定時器產(chǎn)生秒信號，通過軟硬件處理得到時間信息，送LCD顯示。②利用通用串行實時時鐘芯片DS1302產(chǎn)生時間信息，利用MCU讀取時間信息，送LCD 顯示。③通過實時時鐘芯片DS12887，獲取時間信息，經(jīng)MCU處理，送LCD顯示。方案①電路結構簡單，不易出錯，但斷電后時間數(shù)據(jù)完全消失，再次上電后需重新設定，且由于電路缺陷較多，時間誤差非常大。不符合準確計時的標準。方案②電路結構簡單，時間精度較高，由于使用串行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省MCU資源，但DS1302無內置電池，掉電后，數(shù)據(jù)丟失，重新上電后需對時。方案③采用實時時鐘芯片DS12C887，這種芯片與DS1302相比，內部置有鋰電池，在掉電的情況下可以正常工作10年以上，所以每次掉電不用重新對時。且?guī)в蟹且资訰AM，可以保證在掉電的情況下，用戶的定時信息不會丟失；帶有溫度補償功能，保證時間數(shù)據(jù)的準確。經(jīng)過綜合考慮，最優(yōu)方案為③。第二節(jié) 硬件部分設計系統(tǒng)設計的一個非常重要的步驟就是硬件設計，硬件是顯示系統(tǒng)功能的直觀體現(xiàn)，因此做好硬件設計，是保證系統(tǒng)能正常運行的關鍵部分，此節(jié)我們將詳細介紹電子時鐘硬件部分的設計。一、單片機最小系統(tǒng)本系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，并選用12MHZ的晶振，使得單片機時鐘運行合理。起振電容30pF對振蕩器的頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性影響較合適，復位電路也是常見的按鍵高電平復位。SCT89C52單片機[1]。 STC89C52單片機最小系統(tǒng)二、時鐘芯片電路DS12C887時鐘芯片的引腳圖[16]。 DS12C887時鐘芯片引腳圖本模塊采用DS12C887時鐘芯片定時及實時顯示時間功能，使用DS12C887時鐘芯片共需要13條信號線。下面介紹本設計中涉及的DS12C887引腳（引用芯片資料）的具體功能：①MOT:模式選擇腳，DA12C887有兩種工作模式，即Motorola模式和Intel模式，當MOT接VCC時，選用的工作模式是Motorola模式，當MOT接GND時，選用的是Intel模式。本文主要討論Intel模式。 ②SQW:方波輸出腳，SQW腳可進行方波輸出，此時用戶可以通過對控制寄存器編程來得到13種方波信號的輸出。 ③AD0～AD7:復用地址數(shù)據(jù)總線，該總線采用時分復用技術，在總線周期的前半部分，出現(xiàn)在AD0～AD7上的是地址信息，可用以選通DS12C887內的RAM,總線周期的后半部分出現(xiàn)在AD0～AD7上的數(shù)據(jù)信息。 ④AS:地址選通輸入腳，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，不論是否有效，DS12C887都將執(zhí)行該操作。 ⑤DS/RD:數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳，該引腳有兩種工作模式，當MOT接VCC時，選用Motorola工作模式，在這種工作模式中，每個總線周期的后一部分的DS為高電平，被稱為數(shù)據(jù)選通。在讀操作中，DS的上升沿使DS12C887將內部數(shù)據(jù)送往總線AD0～AD7上，以供外部讀齲在寫操作中，DS的下降沿將使總線 AD0～AD7上的數(shù)據(jù)鎖存在DS12C887中；當MOT接GND時，選用Intel工作模式，在該模式中，該引腳是讀允許輸入腳，即Read Enable。 ⑥R/W:讀/寫輸入端，該管腳也有2種工作模式，當MOT接VCC時，R/W工作在Motorola模式。此時，該引腳的作用是區(qū)分進行的是讀操作還是寫操作，當R/W為高電平時為讀操作，R/W為低電平時為寫操作；當MOT接GND時，該腳工作在Intle模式，此時該作為寫允許輸入，即Write Enable。 ⑦CS:片選輸入，低電平有效。⑧IRQ:中斷請求輸入，低電平有效，該腳有效對DS12C887內的時鐘。日歷和RAM中的內容沒有任何影響，僅對內部的控制寄存器有影響，在典型的應用中，RESET可以直接接VCC,這樣可以保證DS12C887在掉電時，其內部控制寄存器不受影響。⑨GND、VCC：直流電源，其中VCC接+5V輸入（在這里采用電腦的USB供電），GND接地，當VCC電源輸入為+5V時，用戶便可以訪問DS12C887內RAM中的數(shù)據(jù)，并可以對其進行讀、寫的操作；而當VCC的輸入小于+，芯片便禁止用戶對內部RAM進行讀、寫操作，在此時用戶便無法正確獲取芯片內的時間信息；當VCC的輸入小于+3V時， DS12C887時鐘芯片便會自動將電源換接到內部自帶的鋰電池上，從而確保內部的電路能夠正常工作，保證時間信息不會丟失。： DS12C887電路三、電源供電電路本設計采用外接USB端口的方式為單片機進行供電，D1為電源顯示燈，因此當開關KPOW1按下以后，電源顯示燈亮，表示已經(jīng)給單片機和時鐘芯片供+5V電壓。： 單片機電源模塊四、1602LCD液晶屏本此設計使用的1602LCD液晶屏為5V電壓驅動，帶背光，雙行顯示，每行16個字符，缺點是無法顯示漢字。液晶引腳1，2端為電源端；15，16為背光電源端；為了防止直接加5V電壓可能會將背光燈燒壞，因此在15腳串聯(lián)一個1k電阻用于限流。液晶引腳3端為液晶對比度調節(jié)端，通過調節(jié)一個10k的變位器調節(jié)液晶顯示對比度，以便于控制顯示器的清晰程度。液晶引腳4端為向液晶控制器寫數(shù)據(jù)/寫命令選擇端。液晶引腳5端為讀/寫選擇端，因為我們不從液晶中讀取數(shù)據(jù)，只向其寫入命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地。液晶引腳6端為使能信號，是操作時必須的信號。： LCD液晶屏電路五、蜂鳴器鬧鈴電路當單片機給蜂鳴器一個低電平時，三極管導通，蜂鳴器發(fā)出聲音作為作為時間。，： 蜂鳴器電路六、按鍵調整電路本次設計系統(tǒng)設置按鍵是使用矩陣鍵盤分理處的四個按鍵，均采用查詢掃描方式，其中S3用于設置年、月、日、時、分、秒、星期的數(shù)值加，S4用于設置年、月、日、時、分、秒、星期的數(shù)值減，S5用于具體設置時鐘位的切換。： 按鍵調整電路第三節(jié) 軟件部分設計在進行單片機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)的硬件部分設計外，還有大量的工作就是如何根據(jù)系統(tǒng)的實際功能需要設計應用程序。因此，軟件設計在單片機控制系統(tǒng)設計中同樣占有重要地位。在單片機控制系統(tǒng)中，大體上軟件技術可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波等過程。過程控制的程序主要是使單片機按一定的方法進行運算，然后再輸出，以便控制和實現(xiàn)想要的結果。為了完成系統(tǒng)設計任務，在進行軟件部分設計時，也通常把整個設計過程分成若干個部分，每一部分稱作一個模塊。所謂“模塊”，實質上就是能夠完成一定功能，并相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法[8]。模塊程序設計法主要優(yōu)點是：首先整個程序分為若干個單個模塊比起一個完整的程序更容易編寫及調試；然后是每個模塊可以共存，且可以被多個任務在不同條件下調用；最后每個模塊程序允許設計者分割任務和利用已有程序，方便了設計者的設計過程。本系統(tǒng)軟件設計采用模塊化結構，由主程序﹑DS12C887子程序、LCD160鍵盤子程序程序構成。一、主程序說明及流程圖在此次設計中，STC89C52主要作用就是存儲程序并根據(jù)程序的作用和內容對相應的端口進行判斷并可以做出相應的處理；DS12C887時鐘芯片主要的功能是控制年、月、星期、日、時、分、秒的顯示效果；LCD1602主要的功能是將所要顯示時間信息的顯示出來；鍵盤的主要作用是設置時間。主程序部分主要實現(xiàn)了從DS12C887各時間單元中讀出相應的時間信息并送到LCD1602中顯示的功能，同時還要檢測和掃描按鍵部分，如果有鍵被按下，則執(zhí)行按鍵設置子程序。即首先進行DS12C887時鐘芯片和LCD1602的初始化函數(shù)設計，然后再進行按鍵掃描，不斷地檢測按鍵是被否按下，讀取DS12C887時鐘芯片的數(shù)據(jù)，并且送到液晶顯示器顯示；當數(shù)據(jù)發(fā)生變化時候，重新進行掃描寫入，更新顯示內容。 主程序流程圖二、DS12C887芯片說明及軟件流程圖 DS12C887初始化方法 DS12C887采取連續(xù)工作制，一般無須每次都初始化，即使是系統(tǒng)復位時也如此。但初始化時，首先應禁止芯片內部的更新周期操作，所以先將DS12887/DS12C887狀態(tài)寄存器B中的SET位置“1”，然后初始化00H~09H時標參數(shù)寄存器和狀態(tài)寄存器A，此后再通過讀狀態(tài)寄存器C，清除寄存器C中的周期中斷標志位PF，報警中斷標志位AF，更新周期結束中斷標志位UF。通過讀寄存器口D中的VRT位，讀狀態(tài)寄存器口后VRT位將自動置“1”，最后將狀態(tài)寄存器B中的SET位置“0”，芯片開始計時工作。 DS12C887的編程 單片機與DS12C887時鐘芯片連接片選地址CS=0DDXXH。DS12C887狀態(tài)寄存器的參數(shù)設置如下：狀態(tài)寄存器A置為20H，(00100000),禁止腳SQW輸出。狀態(tài)寄存器B置為22H，它表示允許報警中斷，禁止其他中斷，置24（00100010）小時模式，時標寄存器內容用BCD碼表示，禁止方波輸出和夏令時服務。如果要求定時間隔為1秒到59分鐘的中斷申請，那么時報警寄存器置FFH，這就表示了該報警時標處于不關心狀態(tài)。進入主程序后，首次使用DS12C887芯片時要進行初始化設置，若串行口有數(shù)據(jù)，最后則調用函數(shù)從日歷時鐘芯片獲取日歷