【正文】 設(shè)計(jì)結(jié)果 ................................................................................................................ 23 基于 DS12C887 的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘顯示系統(tǒng)的總程序 ................................. 23 基于 DS12C887 的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘顯示系統(tǒng)總電路圖 ................................. 30 五 結(jié)果分析 ................................................................................................................ 31 六 心得體會(huì) ................................................................................................................ 31 七 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................ 32 一 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)思路 主要內(nèi)容 本次的設(shè)計(jì)題目是電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)，要求實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒的正常顯示，需要硬件和軟件的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本次設(shè)計(jì)利用時(shí)鐘日歷芯片 DS12887的特性和 AT89C51單片機(jī)的功能利用實(shí)現(xiàn)的。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求萬(wàn)年歷要顯示年、月、日、時(shí)、分、秒的顯示就需要 16個(gè)顯示數(shù)碼管。在明確本次設(shè)計(jì)思路之后，畫出設(shè)計(jì)框圖， 總體框圖如圖所示 。 日歷時(shí)鐘芯片的選擇 根據(jù)本次題目要求，本次設(shè)計(jì)選用達(dá)拉斯公司的日歷時(shí)鐘芯片 DS12C887 作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，為系統(tǒng)提供 詳細(xì)的年、月、日、星期和小時(shí)、分鐘等時(shí)間信息。 由于 DS12C887 能夠自動(dòng)產(chǎn)生星期、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，其內(nèi)部又增加了世紀(jì)寄存器，從而利用硬件電路解決了“千年”問題；對(duì)于一天內(nèi)的時(shí)間記錄，有 12小時(shí)制和 24 小時(shí)制兩種模式。 LED簡(jiǎn)介 LED數(shù)碼管根據(jù) LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解 LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。 將多只 LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只 LED的陽(yáng)極連在一起即為共陽(yáng)式。當(dāng)然， LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。而將 a、 b、d、 e和 g段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示 “2” 。 LED的 7段數(shù)碼管 利用單只 LED組合排列成 “ 8” 字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來(lái)顯示出 09的數(shù)字。 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖如圖 (b)所示。在沒有富余端口的情況下， 應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)程序和 擴(kuò)展電路達(dá)到預(yù)期的目的 。如頻率太高，由于每個(gè) LED點(diǎn)亮的時(shí)間太短， LED的亮度太低，肉眼無(wú)法看清，所以一般均取幾個(gè) ms左右為宜，這就要求在編寫程序時(shí)，選通某一位LED使其點(diǎn)亮并保持一定的時(shí)間，程序上常采用的是調(diào)用延時(shí)子程序 。 (2) 動(dòng)態(tài)顯示電路 將所有位的段選線的同名端聯(lián)在一起，由一個(gè) 8位 I/O口控制，形成段選線的多位復(fù)用。由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短，則會(huì)造成多 位同時(shí)點(diǎn)亮的假象。類似地， 16位的 LED數(shù)碼管顯示也可以用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 結(jié)構(gòu)框圖 本設(shè)計(jì)的硬件電路包括單片機(jī)電路、日歷時(shí)鐘芯片 電路和數(shù)碼管顯示輸出電路，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。 單片機(jī) 單片機(jī)選用 AT89C51 單片機(jī)。 AT89C51單片機(jī) 性能及特點(diǎn) ： （ 1） 與 MCS51微控制器產(chǎn)品系列兼容。 （ 3） 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫入 /擦除 1000次。 （ 5） 工作電壓范圍： Vcc可為 ～ 6V。 （ 7） 程序存儲(chǔ)器具有 3級(jí)加密保護(hù)。 （ 9） 32條可編程 I/O線。 （ 11） 中斷結(jié)構(gòu)具有 5個(gè)中斷源和 2個(gè)優(yōu)先級(jí)。 （ 13） 空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲(chǔ)內(nèi)容。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 圖 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 引腳功能說(shuō)明 （ 1） VCC：供電電壓 （ 2） GND：接地 （ 3） 時(shí)鐘電路 XTAL1（ 19腳） —— 芯片內(nèi)部振蕩電路（單級(jí)反相放大器）輸入端。 （ 4） 控制信號(hào) RST（ 9腳）復(fù)位信號(hào)：時(shí)鐘電 路工作后，在此引腳上將出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部進(jìn)行初始復(fù)位， P0口～ P3口輸出高電平，將初值 07H寫入堆棧指針。 另外， ALE可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL門。 EA/Vpp(30腳）：當(dāng) EA為高電平且 PC值小于 0FFFH時(shí)， CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器程序；當(dāng) EA為低電平時(shí)， CPU僅執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器程序。 P0口做地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。 P0～ P3口上的 “ 讀 修改 寫 ” 功能，其操作是先將字節(jié)的全部 8位數(shù)讀入，再通過指令修改某些位，然后將新的數(shù)據(jù)寫回到口鎖存器中。 P2口（ ～ ， 21～ 28腳）通用 I/O接口：它做通用 I/O接口使用時(shí)，是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，此時(shí)轉(zhuǎn)換開關(guān) MUX倒向左邊，輸出極與鎖存器相連，引腳可作為用戶 I/O口線使用，輸入 /輸出操作與 P1 口完全相同， P2口做地址總線使用。 P2口的口線狀態(tài)取決于片內(nèi)輸出的地址信息，這些信息來(lái)源于 PC、 DPTR等。 AT89C51單 片機(jī)的 P2口一般只做地址總線使用，不做 I/O接口直接連外部設(shè)備 使用 。在這種情況下， P3口的結(jié)構(gòu)和操作與 P1口相同。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流 ， 這是由于上拉的緣故。 圖 DS12C887 引腳分布圖 DS12C887 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 DS12C887 的具體引腳功能如下： DS12887內(nèi)部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷 /方波選擇電路， 14字節(jié)時(shí) 鐘和控制單元， 114字節(jié)用戶非易失 RAM，十進(jìn)制 /二進(jìn)制累加器，總線接口電路，電源開關(guān)寫保護(hù)單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成。當(dāng) 5V電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng) Vcc低于 ,讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng) Vcc下降到 3V以下時(shí)， RAM和計(jì)時(shí)器供電被切換到內(nèi)部鋰電池。 SQW（方波信號(hào)輸出）： SQW引腳能從實(shí)時(shí)鐘 內(nèi)部 15級(jí)分頻器的 13個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號(hào)，其輸出頻率可通過對(duì)寄存器 A編程改變。 AS（地址選通輸入）：用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，在 AD/ALE的下降沿把地址鎖入 DS12887。選擇Intel時(shí)序時(shí)， DS稱作（ RD）， RD與典型存貯器的允許信號(hào)（ OE）的定義相同。選 Motorola時(shí)序時(shí)， R/W是低電平信號(hào)時(shí)，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷冢?DS為高電平時(shí)， R/W高電平指示讀周期， R/W信號(hào)一低電平信號(hào)，稱為 WR。 CS（片選輸入）：在訪問 DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號(hào)必須保持為低。沒有中斷的條件滿足時(shí)， IRQ處于高阻態(tài)。 RESET（復(fù)位輸出）：當(dāng)該腳保持低電平時(shí)間大于 200ms， DS12887有效復(fù)位。時(shí)間可選擇 12小時(shí)制或 24小時(shí)制，當(dāng)選擇 12小時(shí)制時(shí)，小時(shí)字節(jié)的高門為邏輯 “1” 代表 PM。 非易失 RAM 在 DS1288中， 114字節(jié)通用非 易失 RAM不專用一任何特殊功能，它們可被處理器程序用作非易失內(nèi)存，在更新周期也可訪問。定鬧中斷的發(fā)生率可編程，從每秒一次到每天一次，周期性中斷的發(fā)生率可從 500ms到 122s選擇。中斷控制和狀態(tài)位在寄存器 B和 C中，本文的其它部分將詳細(xì)描述每個(gè)中斷發(fā)生條件。 更新周期 DS12887每一秒執(zhí)行一次更新周期，保證時(shí)間、日歷的準(zhǔn)確 。在 DS12C887 內(nèi)有 11 字節(jié) RAM 用來(lái)存儲(chǔ)時(shí)間信息， 4字節(jié)用來(lái)存儲(chǔ)控制信息，其具體地址及取值如表 所列。 第 2腳： VDD接 5V正電源。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng) RS 和 RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第 7~14腳： D0~D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 第 16腳： BLK背光電源負(fù)極，接 GND。 （ 2）液晶 3端為液晶對(duì)比度調(diào)節(jié)端，通過一個(gè) 10K電位器接地來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。 （ 3）液晶 4端為向液晶控制器寫數(shù)據(jù) /寫命令選擇端，接單片機(jī)的 。 （ 5）液晶 6端為使能信號(hào)，是操作時(shí)必須的信號(hào)，接單片機(jī)的 。 圖 實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘顯示系統(tǒng)單片機(jī)部分電路原理圖 圖 中， U1 為單片機(jī)芯片 AT89C51，它工作 時(shí)鐘。 P1端口用作數(shù)碼管的段碼接口，由于本設(shè)計(jì)的顯示不會(huì)出現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)，因此只使用 了 a、b、 c、 d、 e、 f、 g，而沒有使用 dp（小數(shù)點(diǎn)）段。 單片機(jī)的 （ /RD）、 （ /WR）引腳和日歷時(shí)鐘芯片的讀、寫引腳直接相連，它們均為低電平有效。 日歷時(shí)鐘電路 日歷時(shí)鐘芯片部分的電路圖。在以 Intel總線時(shí)序模式工作時(shí)，它和 51單片機(jī)的接口完全兼容，因此將它的地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用線 AD0~AD鎖存輸入 ALE、讀輸入 DS、寫輸入 W/R 和 51 單片機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳直接相連。 三 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)分兩部分：時(shí)鐘部分以及顯示部分。圖 為日歷時(shí)鐘芯片 DS12C887 的內(nèi)存空間映射示意圖。 根據(jù)此地址映射關(guān)系（見圖 11）和芯片選的設(shè)置（由單片機(jī)的 端口反相后提供）可以得到每個(gè)特定寄存器在程序中的地址，即為 0x0100 加上圖 11 中的地址偏移。 在所有的 128字節(jié)中，寄存器 C 和 D為只讀寄存器，寄存器 A的第 7 位屬于只讀位，秒字節(jié)的高階位也是只讀的，其余字節(jié)均為可直接讀寫字節(jié)。對(duì)應(yīng)時(shí)鐘、日歷和鬧鐘的 10 個(gè)寄存器字節(jié)可以是二進(jìn)制形式或者 BCD 碼形式，在寫這些寄存器時(shí)，寄存器 B 的 SET 位必須置 1。 UIP： 更新（ UIP）位用來(lái)標(biāo)志芯片是否即將進(jìn)行更新。 UIP 位為只讀位并且不受復(fù)位信號(hào)（ RESET）的影響。 當(dāng) [DV0 DV1 DV2]=[010]時(shí)，晶體振蕩器開啟并且保持時(shí)鐘運(yùn)行； 當(dāng) [DV0 DV1 DV2]=[11X]時(shí)，晶體振蕩器開啟，但分頻器保持復(fù)位狀態(tài)。 RS RS RS1.、 RS0： 作用： 1）設(shè)置周期中斷允許位 (PIE)； 2）設(shè)置方波輸出允許位 (SQWE)； 3）兩位同時(shí)設(shè)置為有效并且設(shè)置頻率； 4）全部禁止。 SET 當(dāng) SET=0，芯片更新正常進(jìn)行； 當(dāng) SET=1，芯片更新被禁止。 當(dāng) PIE=1，允許周期中斷輸出到 IRQ。 AIE： 當(dāng) AIE=0，禁