設計基于DS12C887高精度時鐘的意義

　　DS12C887時鐘芯片能夠自動顯示年、月、日、時、分、秒等時間信息，同時還具有校時，報時，鬧鐘等功能。DS12C887也可以很方便的由軟件編程進行功能的調整或增加。所以設計基于DS12C877時鐘芯片的高精度時鐘的設計具有十分重要的現實意義和實用價值。

　　設計方案

　　在傳統(tǒng)的基于單片機的數字時鐘設計的基礎上經過一些改進，引入DS12C887時間芯片，本次設計可分為兩部分：硬件部分包括：體積小功能豐富的STC89C52單片機、具有掉電保護的DS12C887時鐘芯片電路簡單易于實現的1602LCD液晶顯示器，鍵盤輸入電路等。具體說來，系統(tǒng)智能控制部分由單片機及其相關的外圍電路組成，外圍電路包括解決死機等問題的復位電路、波形穩(wěn)定的晶振電路、鍵盤設計、鬧鈴電路以及合適的直流電源電路。

　　利用單片機將復位電路、能夠降低功耗和減少顯示器外部引線的顯示電路、電源電路等正確的連接在一起，并通過單片機的編程來實現本次設計任務中的要求。軟件部分主要包括了主程序模塊，DS12C887模塊，LCD1602模塊，鍵盤控制模塊。DS12C887芯片具有掉電保護功能，內部自帶鋰電池，能夠在斷電的情況下保持時間信息，等到外部電路恢復供電之后能夠不必調整時間，為時鐘的校時操作節(jié)省了很多時間，而且這種設計更節(jié)能，在需要觀察時間的時候比如白天就可以給主電路通電。而在夜晚不需要觀察時鐘的時候就可以給主電路斷電，這樣可以節(jié)約大量電能。

　　時間芯片DS12C887采用了內部集成晶振的電路，并且具有內部溫漂補償電路設計。能夠準確計時，提供精確的時間，這樣就簡化了電路的器件選擇，另外也使程序的設計更加簡潔。在硬件設計方面，由于只增加了一個DS12C887時間芯片，因此并不是特別復雜，而且這種獨立計時的設計使得產品排故更加方便。

　　設計過程詳解

　　一、系統(tǒng)組成

　　1、系統(tǒng)原理與硬件設計

　　本次的設計題目是電子萬年歷設計，要求實現年、月、日、時、分、秒的正常顯示，需要硬件和軟件的結合來實現。本次設計利用時鐘日歷芯片DS12C887的特性和STC89C52單片機的功能利用實現的。根據設計的要求萬年歷要顯示年、月、日、時、分、秒的顯示同LCD1602。

　　在明確本次設計思路之后，畫出設計框圖，總體框圖如圖2.1所示。

　　2、硬件選擇

　　（1）時鐘芯片選擇 選用DS12C887時鐘芯片。

　　（2）單片機的選擇 選用STC89C52單片機，并配備11.0592MHz晶振，復位電路采用上電復位。

　　（3）顯示電路選擇 采用LCD1602液晶顯示。

　　（4）電源選擇 采用直流5V電源供電。

　　3、單片機STC89C52中文資料

　　STC89C52 是STC公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機．片內含8K byTES的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052 產品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器（CPU ）和FLASH由存儲單元， STC89C52單片功能強大，適用于許多電子產品。

　　主要性能參數：

　　Vcc：電源電壓 GND：地線

　　P0：P0口是一組8位漏極開路型雙向1/O 口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時．每位能吸收電流的方式驅動8個TTL 邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。

　　當訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部 上拉電阻。

　　在FLASH由編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字 節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。

　　P1口：PI 是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IIL

　　與AT89C51不同之處是，Pl.0 和P1.1還可分別作為定時/計數器2 的外部計數輸入（Pl.0/T2 ）和輸入（P1.1/T2EX） ，參見圖3

　　FLASH編程和程序校驗期間，Pl接收低8位地址。

　　圖3 PI.O 和PI.l 的第二功能

　　口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯電路。對端口P2寫“l(fā)“，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（llt ）。

　　在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOvx@DPTR 指令）時，P2送出高8 位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器、如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內容。

　　FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。

　　·P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，內部上拉電阻把它們被拉高，并作為輸入的端口。這個時候，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL） 。

　　P3口除了作為一般的I/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如圖表1：

　　此外，P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上的高電平時單片機復位。

　　·ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器的時候，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用來鎖存低8位字節(jié)的地址．通常，ALE依然以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，所以可以用來實現對外輸出時鐘或用于定時目的。每次訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。

　　對Flash存儲器編程的時候，這個引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。可以通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位．可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活，另外，此引腳會被拉高一點點，當單片機執(zhí)行外部程序得時候，應該把ALE設置為禁止。

　　·PSEN：程序儲存允許PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令時，每個機器周期兩次PSEN有效，就是輸出兩個脈沖。這個時候，當訪問外部數據存儲器時，就會跳過兩次PSEN信號。

　　·EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH ） ， EA端必須保持低電平（接地）．

　　如EA端接在高電平上， CPU就執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。

　　flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP ，該器件必須使用12V編程電壓VPP 。

　　·XTAL1：振蕩器的反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端． ·XTAL2：振蕩器的反相放大器的輸出端。

　　AT89C52的特殊功能是，在AT89C52 片內存儲器中，80H-FFH 共128 個單元為特殊功能寄存器（SFR），SFR 的地址空間映象如表2 所示。

　　并非所有的地址都被定義，從80H—FFH 共128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數值將不確定，而寫入的數據也將丟失。

　　不應將數據寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復位后這些單元數值總是“0”。

　　AT89C52除了有AT89C51所有的定時/計數器0 和定時/計數器1 外，還增加了一個定時/計數器2。定時/計數器2 的控制和狀態(tài)位位于T2CON，T2MOD，寄存器對（RCAO2H、RCAP2L）是定時器2 在16 位捕獲方式或16 位自動重裝載方式下的捕獲/自動重裝載寄存器。

　　4、STC單片機最小系統(tǒng)

　　STC單片機是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片， STC單片機雖然功能強大，但要想完成其強大的功能，單靠它也是不的行的，因此要讓它運行起來，就要創(chuàng)設其工作的環(huán)境，即最小系統(tǒng)，STC單片機最小系統(tǒng)如圖1所示，它包括由一個晶振，兩個電容組成的振蕩電路，一個復位按鈕一個10UF電容和一個10K電阻組成的復位電路，電源電路三個電路組成。本系統(tǒng)以STC89S52單片機為核心，使用11.0592MHZ的晶振，復位電路為按鍵高電平復位。

　　二、系統(tǒng)硬件電路設計

　　1、晶振電路

　　在晶振電路中，C1、C2為晶振的負載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容，電路中取了30PF。因為晶振與單片機的振蕩電路中腳XTAL0和腳XTAL1會產生偕波，雖然諧波對電路的影響不大，但是會影響電路中時鐘振蕩器的穩(wěn)定性。 在晶振的腳XTAL0和腳XTAL1之間接分別接入兩個5pf-30pf的瓷片電容接可以增加電路的穩(wěn)定性。

　　2、復位電路

　　單片機復位電路有上電自動復位和手動復位兩種方式。上電復位要求接通電源后，自動進行復位操作。手動復位要求接通電源的前提下，在單片機運行的條件下，在單片機運行期間，用按鈕開關操作使單片機進行復位的操作。這里采用的是手動復位。

　　3、程序下載接口

　　1）1602液晶概述

　　1602LCD是指顯示的字符和數字為16X2，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊共32個字符和數字。

　　1602LCD主要技術參數：

　　1.顯示大小：16×2個字符

　　2.芯片額定電壓：4.5—5.5V

　　3.額定電流：2.0mA（5.0V）

　　4.工作時的電壓：5.0V

　　2）1602液晶引腳功能

　　3）1602讀寫時序圖

　　4、1602LCD的一般初始化（復位）過程

　　5、1602LCD的電路連接

　　液晶5端為讀/寫選擇端，因為我們不從液晶中讀取數據，只向其寫入命令和顯示數據，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地。液晶6端為使能信號，是操作時必須的信號。其電路如圖2-11所示：

　　1）DS12C887概述

　　DS12C887具有DS12R885裸片，32.768HZ石英晶體和一個可充電電池三個部分， DS12C887與計算機常用的時鐘芯片MC146818B和DS12887管腳兼容，同時可直接替換可以用來直接代替IBM PC上的時鐘日歷芯片DS12887。采用DS12C887芯片設計的時鐘電路有良好的微機接口，并且不需要任何外圍電路和器件。時鐘芯片DS12C887具有如下的特征：

　　（1）DS12C887里面自帶一個鋰電池，外部掉電時，內部信息還能保持10年的時間，保證不丟失數據。

　　（2）能夠自動產生秒、分、時、天、星期、日、月、年、世紀等時間信息， 并 有閏年補償功能。其內部還增加了世紀寄存器，利用硬件電路解決了“千年”問題。

　　（3）具有二進制數碼和BCD碼兩種表示時間的方法、具有日 歷和定時鬧鐘功能。

　　（4）一天內的時間記錄具有12小時制和24小時制兩種，12小時時鐘模 式中，具有PM和AM用來區(qū)分上午和下午。同時可選用夏令時模式；

　　（5）有128個RAM單元與軟件接口，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14個作為字節(jié)時鐘和控制寄存器，113字節(jié)通用RAM使用戶使用。

　　（6）用戶還可對DS12C887進行編程以實現多種方波輸出，并可對其內部的三路中斷通過軟件進行屏蔽

　　2）DS12C887引腳功能

　　3）DS12C887讀寫時序

　　4）DS12C887流程圖

　　進入主程序后，DS12C887首先進行初始化設置，當串行口有數據時，則調用函數從日歷時鐘芯片獲取日歷時鐘信息，調用顯示函數顯示日歷時鐘信息顯示出來，重復進行。這部分包括DS12C887某個單元寫、讀DS12C887某個單元的內容和DS12C887設定時間。

　　5）時鐘芯片引腳介紹

　　1）時鐘芯片DS12C887，其引腳分布圖如下所示

　　MOT （1腳） ：總線時序模式選擇腳。接高電平時，選擇MOTOROLA總線方式工作；接低電平或懸空時，芯片按照INTEL總線方式工作。此時其工作時序與MCS51芯片的片外RAM讀寫時序相伺。

　　NC （2，3，16，20，21，22腳）：不解任何引腳。 AD0~AD7（4~11腳）：地址/地址數據復用總線引腳。

　　CS（13腳）：片選腳，低電平有效。

　　AS（14腳）：地址鎖存輸入腳。引腳上的正脈沖用于切換地址/數據復用總線。脈沖后沿將地址鎖入DS12887中，在Intel總線方式下，該腳等效于MCS一51系列單片機芯片的ALE腳。

　　R/W（15腳）：讀/寫輸入腳。此引腳有兩種工作方式，在選擇MOTOROLA總線方式下，此引腳用于指示當前的讀寫周期，高電平表示一個讀周期，低電平表示一個寫周期；選擇INTEL中線時序模式時，此引腳為低電平有效的輸入腳，相當于通用RAM的寫使能信號（/WE）

　　DS（17腳）：此引腳有兩種工作方式，當MOT接高電平時時，此引腳為數據鎖存腳；當MOT接低電平時，此引腳為讀輸入腳，在Mcs一51系統(tǒng)中，Ds相等于RD腳。·

　　RESET（18腳）：復位輸入，當 RESET為低電平且VCC≥4.25時，DS12C887芯片執(zhí)行復位操作。該腳上的電壓不影響時鐘、日歷及片內RAM的內容。

　　IRQ（19腳）：中斷申請輸出腳，低電平有效，只要引起中斷的狀態(tài)位有效且相應的中斷允許位為1，則IRQ變?yōu)榈汀ＮC需靠讀寄存器C來清除該腳信號，RESET腳也可清除該信號。

　　SQW（23腳）：方波信號輸出腳。可通過設置寄存器位SQWE關斷此信號輸出，此信號的輸出頻率也可通過對芯片內部的寄存器編程予以改變。

　　VCC（24腳）：+5V電源端。當Vcc≤3v時，芯片內部自動將Vcc切換至片內置電池上，當VCC恢復為》4.25V后須經過100ms才能對它進行訪問。

　　6）4個控制寄存器介紹

　　DS12C887有4個控制寄存器，在任何時間都可以進行訪問，即使處于更新周期。

　　寄存器A字節(jié)的內容如下。

　　SET：設置位，不受到復位操作影響，可以進行讀寫。當0時，不處于設置狀態(tài)，芯片更新時間數據；當1時，抑制數據更新，可以通過程序設定時間和日歷信息。

　　PIE：周期性中斷使能位，復位時清除此位，可以進行讀寫。當1時，允許寄存器C中的周期中斷標志位PF，驅動/IRQ引腳向低產生中斷信號輸出，中斷信號產生的周期通過RS0~RE3決定。

　　AIE：鬧鐘中斷使能位，可以進行讀寫。當1時，允許寄存器C中的鬧鐘中斷標志位AF、鬧鐘發(fā)生時就會通過/IRQ引腳產生中斷輸出。

　　VRT；RAM和時間有效位。用于指示和VBAT引腳連接的電池狀態(tài)。此位不可寫入，也不受操作的影響，一般的時候讀取時總去為1，如果出現讀取為0的情況，就說明電池沒電了，時間數據和RAM中的數據就會變得不準確。

　　芯片DS12CR887的113字節(jié)普通RAM空間為非易失性RAM空間，可以在未處理器程序中作為非易失性內存空間使用。

　　鬧鈴電路

　　鬧鈴功能是由單片機的I/O口輸出一定頻率方波信號，驅動蜂鳴器發(fā)出特定頻率的聲音信號實現的。當鬧鈴設置的時間到達時鐘的時間時，單片機發(fā)送一個低電平給蜂鳴器，三極管導通驅動蜂鳴器發(fā)出聲音作為定時鬧鈴。

　　獨立鍵盤電路

　　當單片機檢測到有按鍵被按下時，就發(fā)射與之相對應的二進制編碼信號

　　電源模塊

　　時鐘的電源為+5V直流電源，本設計中可以使用4節(jié)1.5V電池，電源模塊的原理圖如圖2-15所示