【正文】 ，例如手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等等。一部汽車上一般至少配備40多部單片機(jī)，而復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有超過(guò)數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作。二、單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)出現(xiàn)在1971年，記過(guò)了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，大概經(jīng)過(guò)了四個(gè)發(fā)展階段[3]。此階段單片機(jī)的主要特點(diǎn)是雙片形勢(shì)、功能單一、應(yīng)用局限性較大等特點(diǎn)。以Intel公司制造的MCS—48單片機(jī)為代表，此類單片機(jī)內(nèi)部集成有8位的CPU、并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等，其缺點(diǎn)則是無(wú)串行口，中斷處理方式比較簡(jiǎn)單，內(nèi)部RAM和ROM的容量較小，尋址范圍非常小，通常小于4KB。此階段推出的單片機(jī)普遍特點(diǎn)是帶有串行I/O口，多級(jí)中斷系統(tǒng)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)RAM、ROM容量加大，而且其尋址范圍可高達(dá)到64KB，其中還有一部分片內(nèi)帶有A/D轉(zhuǎn)換器。第四階段（1982年現(xiàn)在）：8位單片機(jī)穩(wěn)定發(fā)展階段及16位單片機(jī)、32位單片機(jī)推出階段。單片機(jī)技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路。目前來(lái)說(shuō)，隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)技術(shù)、EDA工具技術(shù)的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)面臨著較大的發(fā)展。三、單片機(jī)的分類 被人熟知的51系列的單片機(jī)最早是由Intel公司推出，主要是8031和8051系列。其中AT89C5AT89C5AT89S5AT89S5AT89S8252等系列單片機(jī)都與8051系列單片機(jī)完全兼容，包括指令功能也是一樣的。因此為了便于學(xué)習(xí)，Atmel還推出了8051指令完全一樣的AT89C205AT89C4051等單片機(jī)，此類單片機(jī)便可以看作精簡(jiǎn)型的8051單片機(jī)。AVR的單片機(jī)同樣也是Atmel公司的產(chǎn)品，最早的便是AT90系列單片機(jī)，但是現(xiàn)在非常多的AT90單片機(jī)都轉(zhuǎn)型給了Atmega系列和Attiny系列，AVR單片機(jī)最大的特點(diǎn)是精簡(jiǎn)指令型的單片機(jī)，執(zhí)行速度非常快。但是如果使用匯編語(yǔ)言編寫PIC單片機(jī)的程序有一個(gè)非常致命的弱點(diǎn)就是PIC中低檔單片機(jī)里有一個(gè)翻頁(yè)的概念，編寫匯編程序比較麻煩。這些單片機(jī)的指令系統(tǒng)是一樣的。而且對(duì)于學(xué)習(xí)8051類型片除了應(yīng)用簡(jiǎn)單以外還有一個(gè)好處就是它屬于CISC（復(fù)雜指令集）結(jié)構(gòu)型單片機(jī)。而且它也有keilC51的C編譯器。四、單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，如導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上的各類儀表的控制，通信網(wǎng)絡(luò)終端與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集處理，并且現(xiàn)在被廣泛使用的各類智能IC卡，汽車安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及遙控玩具、電子類玩具和寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。 單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，其應(yīng)用類別大致可分如下幾個(gè)范疇：①各類智能儀器儀表上的應(yīng)用②在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用③在各種家用電器中的應(yīng)用④在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的應(yīng)用 ⑤單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備和制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用此外，單片機(jī)還在金融、科研、教育、航空航天等領(lǐng)域都有著十分普遍的用途。在滿足本次設(shè)計(jì)的基本要求前提下我們要綜合考慮單片機(jī)的價(jià)格、體積、抗干擾性和可靠性等條件，選擇合適的單片機(jī)來(lái)完成本次設(shè)計(jì)。80C51單片機(jī)雖然應(yīng)用普遍，可用工具多，易上手，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但是8051單片機(jī)不適合做一些簡(jiǎn)單的課題設(shè)計(jì)。由此可見，STC系列已經(jīng)成為事實(shí)上的單片機(jī)主流系列，所以，本次設(shè)計(jì)選擇STC89C52單片機(jī)來(lái)完成。②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等等。③程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROM)用來(lái)存儲(chǔ)程序，8031無(wú)此部件；80C51為4KB的ROM；8751為4KB的EPROM。④中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。⑥串行口1個(gè)全雙工的串行口，具有4種工作方式。⑦I/O口4個(gè)并行的I/O口。實(shí)際上是片內(nèi)各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。特別值得一提的是CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的1位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)1位微計(jì)算機(jī)有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。80C51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相成，他是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是80C51在設(shè)計(jì)上的精美之處。這里僅介紹常用的總線型DIP40封裝。Vss：接地。兩個(gè)時(shí)鐘引腳也可以外接獨(dú)立的晶體振蕩器。該引腳內(nèi)部是一個(gè)反相放大器的輸入端。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘放生器的輸入端。VDP為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端，當(dāng)主電源VCC發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5V的電源自動(dòng)接入RST端，為內(nèi)部RAM提供備用電源，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào)。PSEN：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。EA/VPP：EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。VPP為該引腳的第二功能。對(duì)于80C51單片機(jī)，則加在VPP引腳的編程電壓為+12V或+5V。P1口、P2口、P3口是三個(gè)8位準(zhǔn)雙向的I/O口，各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。另外P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。三、STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘STC89C52單片機(jī)各部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。①內(nèi)部時(shí)鐘方式STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，： STC89C52內(nèi)部時(shí)鐘方式電路該電路中電容Cl和C2的值通常選擇為30pF左右；Cl、C2對(duì)頻率有微調(diào)作用，～12MHz之間選擇。②外部時(shí)鐘方式外部時(shí)鐘方式是使用外部振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，常用于多單片機(jī)同時(shí)工作，以便于多單片機(jī)之間的同步，一般為低于12MHz的方波。 STC89C52外部時(shí)鐘方式電路四、STC89C52單片機(jī)的復(fù)位復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。單片機(jī)的外部復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。當(dāng)電源接通時(shí)只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 上電復(fù)位電路 除了上電復(fù)位外，單片機(jī)有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。該電路典型的電阻值和我電容參數(shù)為：晶振為12MHZ，電容值為10uF。復(fù)位后，P0～P3口輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將07H寫入堆棧指針SP，同時(shí)將PC和其余專用寄存器清0。所以，單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可使其復(fù)位后重新運(yùn)行。(表中“x”為不定數(shù)) 寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HBSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL000HP0～P3FFHSCON00HIPxx000000BSBUFxxxxxxxxBIE0x000000BPCON0xxx0000B第三節(jié) 時(shí)鐘芯片現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)越多的電子時(shí)鐘芯片，并且都具有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，下面簡(jiǎn)單介紹幾種常見的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的資料，并從中選擇并完成設(shè)計(jì)時(shí)鐘芯片的選型工作。此芯片是通過(guò)兩線式與CPU連接，并且有兩個(gè)中斷報(bào)警系統(tǒng)，這樣便可以大大減少CPU的軟件部分的工作。此類芯片封裝有8腳DIP和8腳SSOP兩種封裝形式。其采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。PCF8563的基本特性：①低工作電流：（VDD=，Tamb=25℃時(shí)）。⑤可編程時(shí)鐘輸出頻率為：，1024Hz，32Hz，1Hz。⑦掉電檢測(cè)器。⑨片內(nèi)電源復(fù)位功能。PCF8563的應(yīng)用：①移動(dòng)電話②便攜儀器③傳真機(jī)④電池電源產(chǎn)品[18]四、DS12C887實(shí)時(shí)時(shí)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(nèi)部，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕巧方便。由于DS12C887能夠自動(dòng)產(chǎn)生世紀(jì)、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 解決子“千年”問(wèn)題；DS12C887 中自帶有鋰電 池，外部掉電時(shí)，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保持10 年之久；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。DS12C887芯片的應(yīng)用：在各種設(shè)備、家電、儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)中，可以很容易地用DS12C887來(lái)組成時(shí)間獲取單元，以實(shí)現(xiàn)各種時(shí)間的獲取。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(jià)比較高，對(duì)系統(tǒng)要求也比較高；DS1302芯片是一種比較常用的時(shí)鐘芯片，但是用法比較復(fù)雜，普及率不夠高；PCF8563芯片是一種復(fù)雜而有不常使用的芯片，操作性不強(qiáng)；DS12C887芯片是一款比較常見，使用簡(jiǎn)單、功能比較多，走時(shí)準(zhǔn)確等特點(diǎn)，比較適合這種小型的電子鐘設(shè)計(jì)，也比較符合本次設(shè)計(jì)的難度要求，所以我們將采用DS12C887芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘的設(shè)計(jì)。此外，我們還介紹了時(shí)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(guó)DALLAS公司的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12C887功能豐富，精度較高，用法簡(jiǎn)單，可靠性高等特點(diǎn)，是時(shí)鐘電路芯片很好的選擇。其工作原理是主控MCU讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12C887，獲取時(shí)間信息，并可以通過(guò)鍵盤掃描來(lái)進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，經(jīng)MCU處理，送LCD顯示。①利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生秒信號(hào)，通過(guò)軟硬件處理得到時(shí)間信息，送LCD顯示。③通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887，獲取時(shí)間信息，經(jīng)MCU處理，送LCD顯示。不符合準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。方案③采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12C887，這種芯片與DS1302相比，內(nèi)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(duì)時(shí)。經(jīng)過(guò)綜合考慮，最優(yōu)方案為③。一、單片機(jī)最小系統(tǒng)本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，并選用12MHZ的晶振，使得單片機(jī)時(shí)鐘運(yùn)行合理。SCT89C52單片機(jī)[1]。 DS12C887時(shí)鐘芯片引腳圖本模塊采用DS12C887時(shí)鐘芯片定時(shí)及實(shí)時(shí)顯示時(shí)間功能，使用DS12C887時(shí)鐘芯片共需要13條信號(hào)線。本文主要討論Intel模式。 ③AD0～AD7:復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線，該總線采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，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(nèi)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。 ⑤DS/RD:數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳，該引腳有兩種工作模式，當(dāng)MOT接VCC時(shí)，選用Motorola工作模式，在這種工作模式中，每個(gè)總線周期的后一部分的DS為高電平，被稱為數(shù)據(jù)選通。 ⑥R/W:讀/寫輸入端，該管腳也有2種工作模式，當(dāng)MOT接VCC時(shí)，R/W工作在Motorola模式。 ⑦CS:片選輸入，低電平有效。日歷和RAM中的內(nèi)容沒(méi)有任何影響，僅對(duì)內(nèi)部的控制寄存器有影響，在典型的應(yīng)用中，RESET可以直接接VCC,這樣可以保證DS12C887在掉電時(shí)，其內(nèi)部控制寄存器不受影響。： DS12C887電路三、電源供電電路本設(shè)計(jì)采用外接USB端口的方式為單片機(jī)進(jìn)行供電，D1為電源顯示燈，因此當(dāng)開關(guān)KPOW1按下以后，電源顯示燈亮，表示已經(jīng)給單片機(jī)和時(shí)鐘芯片供+5V電壓。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(huì)將背光燈燒壞，因此在15腳串聯(lián)一個(gè)1k電阻用于限流。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6端為使能信號(hào)，是操作時(shí)必須的信號(hào)。： 蜂鳴器電路六、按鍵調(diào)整電路本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)置按鍵是使用矩陣鍵盤分理處的四個(gè)按鍵，均采用查詢掃描方式，其中S3用于設(shè)置年、月、日、時(shí)、分、秒、星期的數(shù)值加，S4用于設(shè)置年、月、日、時(shí)、分、秒、星期的數(shù)值減，S5用于具體設(shè)置時(shí)鐘位的切換。因此，軟件設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中同樣占有重要地位。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波等過(guò)程。為了完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)，在進(jìn)行軟件部分設(shè)計(jì)時(shí)，也通常把整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程分成若干個(gè)部分，每一部分稱作一個(gè)模塊。模塊程序設(shè)計(jì)法主要優(yōu)點(diǎn)是：首先整個(gè)程序分為若干個(gè)單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序更容易編寫及調(diào)試；然后是每個(gè)模塊可以共存，且可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用；最后每個(gè)模塊程序允許設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，方便了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)過(guò)程。一、主程序說(shuō)明及流程圖在此次設(shè)計(jì)中，STC89C52主要作用就是存儲(chǔ)程序并根據(jù)程序的作用和內(nèi)容對(duì)相應(yīng)的端口進(jìn)行判斷并可以做出相應(yīng)的處理；DS12C887時(shí)鐘芯片主要的功能是控制年、月、星期、日、時(shí)、分、秒的顯示效果；LCD1602主要的功能是將所要顯示時(shí)間信息的顯示出來(lái)；鍵盤的主要作用是設(shè)置時(shí)間。即首先進(jìn)行DS12C887時(shí)鐘芯片和LCD1602的初始化函數(shù)設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行按鍵掃描，不斷地檢測(cè)按鍵是被否按下，讀取DS12C887時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)，并且送到液晶顯示器顯示；當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)候，重新進(jìn)行掃描寫入，更新顯示內(nèi)容。 主程序流程圖二、DS12C887芯片說(shuō)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(wú)須每次都初始化，即使是系統(tǒng)復(fù)位時(shí)也如此。通過(guò)讀寄存器口D