【正文】 的日晷到今天的數(shù)字電子鐘，經(jīng)歷了漫長的歲月。但是隨著生活節(jié)奏的加快，人們對時間的基于 51 單片機的數(shù)字電子鐘設計 2 精準度要求越來越高?；趩纹瑱C的電子時鐘系統(tǒng)的設計意在解決上述缺點折合為一個適中的產(chǎn)品，實現(xiàn)高精度、體積小、價格適中、易操作的產(chǎn)品 ,使得數(shù)字電子鐘的發(fā)展日益滿足使用者的需求。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或者數(shù)碼管顯示技術。這就為數(shù)字電子鐘提供了市場需求，隨著科學技術的發(fā)展，也為數(shù)字電子鐘的研發(fā)提供了前景。 巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 3 2. 系統(tǒng)的硬件電路設計 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。 ? VSS： 接地引腳。 ? XTAL2： 晶體振蕩器接入的另一個引腳。 ? ALE/PROG： 地址鎖存允許信號輸出引腳 /編程脈沖輸入引腳。 ? PSEN： 外部程序存儲器選通信號輸出引腳。 ? ～ ： 一般 I/O 口引腳。 ? ～ ： 一般 I/O 口引腳或第二功能引腳。復位信號變低電平時，單片機開始執(zhí)行程序。其原理是上電 的 瞬間 復位 引腳 （ RST） 獲得高電平，在 電容 C1充 放 電 的同時 ， 復位 引腳 （ RST） 的高 電平會慢慢 下降。而按鍵與上電均有效的復位電路可以在單片機執(zhí)行任務期間，通過按鍵實現(xiàn) 復位操作。電路原理圖如圖 22所示： 巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 5 圖 22 復位電路 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。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 公司設計生產(chǎn)的實時時鐘芯片。 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。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，并且可以對其內部的三路中斷通過軟件進行屏蔽。 時鐘芯片引腳功能 DS12C887 芯片引腳和實物圖如圖 2 25 所示。有兩種總線工作方式，即 Motorola 和 Intel 模式。 2,3,16,20,21,22（ NC）： 懸空端。 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。其中 VCC 接 +5V 輸入 ， GND接地。 M OT1NC2NC3AD 04AD 15AD 26AD 37AD 48AD 59AD 610AD 711GN D12CS13AS14R /W15NC16DS17R E SE T18IR Q19NC20NC21NC22SQW23VC C24DS12C887巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 7 13（ CS）： 芯片選擇端，低電平有效。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。該引腳有兩種工作方式，當 MOT 接 VCC 時，R/W）工作在 Motorola 模式。 17（ DS）： 數(shù)據(jù)選擇或者讀輸入腳。當 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 。低電平有效，通常將該引腳接 VCC 即可。低電平有效， 用作處理器的中 斷申請輸入。 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。 23（ SQW）： 方波輸出引腳。 2. DS12C887 時鐘芯片內部功能 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。當 UIP=1 時，即將開始更新；當 UIP=0 時，至少在 244us 內芯片不會更新。通過寄存器 B 中 SET位設置為 1 來 禁止更新 ， 并 且 將 UIP 位清零。 當 DV0=0， DV1=1， DV2=0 時，晶體振蕩器開啟且保持時鐘運行。 這三位的其他組合方式均使振蕩器關閉。 RS3， RS2， RS1， RS0： 速率選擇位。 (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 巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 9 SET=0， 芯片更新正常進行； SET=1， 芯片更新被禁止。 PIE=1，允許； PIE=0，禁止。 AIE=1，允許； AIE=0，禁止。 UIE=1，允許； UIE=0，禁止。 DM：寄存器存儲數(shù)據(jù)格式選擇位。 12/24： 為 1,24 小時制；為 0,12 小時制。在四月的第一個周日的 1︰ 59︰ 59 AM，時鐘調到 3︰ 00︰ 00 AM； 在十月的最后一個周日的 1︰ 59︰ 59 AM， 時鐘調到 1︰ 00︰00 AM。當 PF=PIE=1 ， AF=AIE=1 ， UF=UIE=1 ，IRQF=PFPIE+AFAIE+UFUIE 有一種或幾種發(fā)生時， IRQF 置高 IRQ 腳輸出為低電平；為低時，無中斷請求發(fā)生。 其中 PF： 周期中斷標志； AF：鬧鐘中斷標志； UF： 更新中斷標志。 時序圖分析 鑒于本設計 MOT 引腳接 GND，總線選用 Intel 模式，故此系統(tǒng)只分析 Intel模式。 DS12C887 時鐘芯片電路如圖29 所示： 圖 29 時鐘電路 A D 0A D 1A D 2A D 3A D 4A D 5A D 6A D 7D S C SD S A SD S R WD S D SV C C 5 VV C C 5 VDSIRQR31 0 KC21 0 u FM O T1NC2NC3A D 04A D 15A D 26A D 37A D 48A D 59A D 610A D 711G N D12CS13AS14R /W15NC16DS17R E S E T18I R Q19NC20NC21NC22S Q W23V C C24DS12C887U3D S 1 2 C 8 8 7巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 11 引腳 1 這里接地（或懸空）來選取 Intel模式， 4～ 11 引腳接單片機的 P1 口 ，18 引腳 接 VCC， 19 引腳外接一個上拉電阻 然后接到單片機 口，其他的引腳各自接到相應端口。本模塊通過 PNP 三極管為蜂鳴器放大電流，基極通過 33 歐的電阻與單片機 16（ ） 引腳相連。電路圖如圖 211 所示： 圖 211 按鍵電路 LCD1602 顯示模塊 1602 液晶概述 本設計使用的 1602 液晶為 5V 驅動，帶背光，可顯示兩行，每行 16 個字符，V C C 5 VB E E PR53312B U Z Z 1123Q18550S1S2S3S2S3S4基于 51 單片機的數(shù)字電子鐘設計 12 不能顯示漢字，內置 128 個字符的 ASCII 字符集庫。 讀數(shù)據(jù)：輸入， RS=H,R/W=H,E=H；輸出，無。 寫數(shù)據(jù)：輸入， RS=H， R/W=L, D0～ D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖；輸出，無。寫命令包括使液晶的光標顯示還是不顯示、光標閃爍或者不閃爍、需不需要移屏，在液晶何處位置顯示等等；寫數(shù)據(jù)是指顯示什么內容。 （ 3）要將數(shù)據(jù)或命令送到數(shù)據(jù)線上。 時序圖如下： T s p 2T s p 1tH D 1tP WtH D 1tH D 2tRtFtC有 效 數(shù) 據(jù)R SR / WED B 0 D B 7Y N 如圖 214 1602 液晶寫操作時序圖 表 27 狀態(tài)字說明 STA7 D7 STA6 D6 STA5 D5 STA4 D4 STA3 D3 STA2 D2 STA1 D1 STA0 D0 STA0～ STA6 當前地址指針的數(shù)值 STA7 讀 /寫操作使能 1— 禁止； 0— 允許 理論上每次對控制器進行讀 /寫操作之前，都必須進行讀 /寫檢測，確保 STA7為 0。 地址映射圖 控制器的內部帶有 80B 的 RAM 緩沖區(qū)，對應關系如圖 215 所示： 基于 51 單片機的數(shù)字電子鐘設計 14 0 0 0 1 0 2 0 30 40 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 A 0 B 0 C 0 D 0 E 0 F 1 0? ?2 74 04 1 4 2 4 3 4 44 54 6 4 7 4 8 4 9 4 A 4 B4 C4 D 4 E 4 F 5 0? ?6 7L C D1 6 字 X 2 行 圖 215 1602 內部 RAM 地址映射圖 當向圖中的 00～ 0F、 40～ 4F 地址中的任一處寫入顯示數(shù)據(jù)時，液晶都會立即顯示出來，當寫入到 10～ 27或 50～ 67 地址時，必須要通過移屏指令將它們移入可顯示區(qū)域方可正常顯示。 表 29 其他設置 指令碼 功能 01H 顯示清屏： 0 0 02H 顯示回車：數(shù)據(jù)指針清 0 （ 1）顯示模式設置 表 210 顯示模式設置 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設置 162 顯示， 57 點陣， 8 位數(shù)據(jù)口 （ 2）顯示開 /關及光標設置 巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 15 表 211 顯示開 /關及光標設置 指令碼 功能 0 0 0 0 1 D C B D=1，開顯示； D=0，關顯示 C=1，光標顯示 ； C=0， 光標 不顯示 B=1，光標閃爍 ； B=0， 不顯示光標 0 0 0 0 0 1 N S N=1， 讀或寫一個字符后地址指針加 1 且光標加 1； N=0， 讀或寫一個字符后地址指針減 1 且光標減 1 S=1，寫一個字符時， 顯示 整體 左移（ N=1）或右移（ N=0），來 得到光標不移動而屏幕移動的效果； S=0，寫一個字符時，顯示 整體 不移動 0 0 0 1 0 0 0 0 光標左移 0 0 0 1 0 1 0 0 光標右移 0 0 0 1 1 0 0 0 顯示整體 左移，同時光標跟隨移動 0 0 0 1 1 1 0 0 顯示整體 右移，同時光標跟隨移動 1602 液晶電路 為防止上電時燒壞背光燈，在 15 腳（ BLA）串接一個 10 歐姆的電阻來 限流；液晶 3（ VO）腳為對比度調節(jié)端，串接一個 10K 的電位器來調節(jié)對比度；液晶 4（ RS）腳為向液晶控制器寫數(shù)據(jù) /寫命令選擇端，接單片機 口；液晶 5（ R/W）腳為讀 /寫選擇端 ，由于只向液晶寫入命令和顯示數(shù)據(jù)，不從液晶讀取數(shù)據(jù)，所以此腳始終選擇為寫狀態(tài)，即接地；液晶 6（ E）腳為使能端，是操作液晶 時必須的 ，接單片機 口； 1（ VSS） 、 2（ VCC）腳是電源端； 15（ BLA）、 16（ BLK）腳是背光電源端。程序的編寫和編譯在 Keil uVisio4 軟件上完成。界面如圖 31 所示： 圖 31 Keil uVisio4 編譯界面 編譯完成后的二進制文件，通過專用的 STCISP 軟件同時借助于開發(fā)板燒寫到單片機里，對程序進行測試。接著進入循環(huán)程序不停的執(zhí)行以下任務：按鍵掃描，有按鍵按下時執(zhí)行相應操作，沒有按鍵按下就檢查鬧鐘標志位有沒有中斷觸發(fā)，有就執(zhí)行鬧鈴程序（ DS12C887 的 IRQ 管腳在鬧鈴出發(fā)時產(chǎn)生低電平，觸發(fā)外部中斷1，蜂鳴器發(fā)聲），沒有就進行 DS12C887 時鐘芯片