DS12C887電子萬年歷設(shè)計與制作詳解 - 全文

　　基于DS12C887電子萬年歷設(shè)計方案

　　1、設(shè)計方案

　　以單片機AT89C52為主控芯片，外圍采用時鐘芯片DS12C887，單片機P0口接DS12C887，P1.0口至P1.3口接按鍵，P1.4口至P1.7口分別接DS12C887的CS口、AS口、RW口、DS口。P2口接液晶顯示器LM016L的D0至D7口，P3.3口接DS12C887的IRQ口，P3.4口、P3.5口分別接LM016L的E口和RS口。

　　2、系統(tǒng)總體框圖

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　　3、整體功能說明

　　本設(shè)計方案基于時鐘芯片DS12C887做萬年歷設(shè)計。當程序執(zhí)行后，LCD顯示即時時間、年月日、星期、溫度。設(shè)置4個按鍵，S1：設(shè)置鍵S2：上調(diào)鍵；S3：下調(diào)鍵；S4：復位鍵。操作按鍵可以重新設(shè)置時間、星期、日期。

　　基于DS12C887電子萬年歷的制作

　　所需的元器件介紹

　　一、單片機AT89C52介紹

　　AT89C52是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C52單片機適合于許多較為復雜控制應(yīng)用場合。引腳功能如圖2.1所示

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　　AT89C52單片機功能特性概述

　　AT89C52提供以下標準功能：8K字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM， 32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52了降至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。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容。但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。

　　AT89C52單片機主要引腳功能介紹

　　AT89S52單片機共有4個雙向的8位并行I/O端口（Port），分別記作P0-P3，共有32根口線，各口的每一位均由鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器所組成。這四個口除了按字節(jié)尋址以外，還可以按位尋址。由于它們在結(jié)構(gòu)上有一些差異，故各口的性質(zhì)和功能有一些差異。

　　P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即為地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)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。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。

　　P1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)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(nèi)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。P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。

　　P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)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(nèi)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。

　　P3口：P3是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的位雙向I/O口，P3的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。其最重要的用途是它的第二功能。其主要第二功能如表格2.1所示。

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　　/EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器，/EA端必須保持低電平（接地）。

　　XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。

　　二、時鐘日歷芯片DS12887

　　能夠自動產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒等時間信息，芯片內(nèi)部帶有鋰電池，外部掉電時，其內(nèi)部時間信息能夠保持10年之久；有12小時制和24小時制兩種工作模式；時間的表示方法有兩種：二進制數(shù)表示和BCD碼表示。用戶可對DS12887進行編程以實現(xiàn)多種方波輸出，用戶可對其內(nèi)部的三路中斷通過軟件進行屏蔽。 2.2.1 引腳說明

　　DS12C887引腳圖如圖2.2

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　　1、Vcc：直流電源+5V輸入

　　當Vcc輸入為+5V時，用戶可以訪問DS12887內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)，并可對其進行讀、寫操作；當Vcc的輸入小于+4.25V時，禁止用戶對內(nèi)部RAM進行讀、寫操作，此時用戶不能正確獲取芯片內(nèi)的時間信息；當Vcc的輸入小于+3V時，DS12887會自動將電源切換到內(nèi)部自帶的鋰電池上，以保證內(nèi)部的電路能夠正常工作

　　2、GND：地

　　3、MOT：總線模式選擇。當MOT接Vcc時選用Motorola總線模式，當MOT接GND時選用Intel總線模式。

　　4、SQW：方波輸出。當供電電壓Vcc大于4.25V時，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。

　　5、AD0~AD7：雙向地址/數(shù)據(jù)總線。

　　6、AS：地址有效輸入。

　　7、DS/RD：數(shù)據(jù)選通/讀允許。當MOT接Vcc時作為數(shù)據(jù)選通；當MOT接GND時，作為讀允許輸入。

　　8、R/W：讀/寫允許輸入。若MOT接Vcc，該引腳為高電平時讀操作，為低電平時寫操作；若MOT接GND，該引腳作為寫允許輸入。

　　9、CS：片選輸入。低電平有效。 10、IRQ：中斷請求輸出。低電平有效。

　　11、RESET：復位端。低電平有效，復位操作不影響時鐘日歷工作。

　　12、NC：空引腳。 2.2.2 存儲器分配與設(shè)置

　　DS12887片內(nèi)RAM與寄存器地址分配見圖2.3。

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　　DS12887帶有128字節(jié)片內(nèi)RAM：

　　1、10字節(jié)的時標寄存器：用來存儲時間信息，地址00H~09H。CPU可以通過讀取時標寄存器獲得時間與日歷值，也可以編程設(shè)置其初值，時標寄存器的值可以用二進制或BCD碼表示。4字節(jié)的控制寄存器：用來存儲控制信息，地址0AH~0DH。用戶可通過對控制寄存器編程實現(xiàn)從SQW引腳輸出多種不同頻率的方波，并可對其內(nèi)部的三路中斷通過軟件進行屏蔽。114字節(jié)作為通用RAM供用戶使用，地址為0EH~7FH

　　2、UIP：更新周期標志。

　　當UIP=1時，表示芯片正處于或即將開始更新周期，在此期間不允許讀寫時標寄存器；當UIP=0時，表示沒有更新周期，此時可讀時標寄存器。

　　3、DV2~DV0：芯片內(nèi)部振蕩器RTC控制位。當芯片復位后500ms開始第一個更新周期。將這3位設(shè)置成010，可使芯片以內(nèi)置的32.768kHz的振蕩頻率工作。

　　4、RS3~RS0：周期中斷可編程方波輸出速率選擇位。

　　5、SET：允許更新周期位。可讀/寫，不受信號的影響。當SET=0時，芯片處于正常更新狀態(tài)；當SET=1時，芯片正常更新被禁止。

　　6、PIE、AIE、UIE：分別為周期中斷、鬧鐘中斷、更新周期結(jié)束中斷允許位。各位分別為“1”時允許發(fā)出相應(yīng)的中斷，由端輸出。其中，UIE位在復位或設(shè)置SET為1時清零。

　　7、SQWE：方波輸出允許位。當SQWE=1，按寄存器A輸出速率選擇位所確定的頻率輸出方波；當SQWE=0，SQW腳保持低電平。

　　8、DM：時標寄存器格式選擇位。DM=0，為BCD碼；DM=1，為二進制碼。

　　9、24/12：24小時或12小時模式設(shè)置位。24/12=1，選擇24小時工作模式；24/12=0，選擇12小時工作模式。

　　10、DSE：夏令時允許標志位。當DSE=1時，夏時制設(shè)置有效。在四月的第一個星期日的1:59:59 AM，調(diào)到3:00:00 AM；在十月的最后一個星期日的1:59:59 AM，調(diào)到1:00:00 AM；當DSE=0無效。寄存器C 為中斷標志位寄存器。

　　11、IRQF：中斷申請標志位。

　　該位邏輯表達式為：IRQF = PF · PIE+AF · AIE+UF · UIE。當IRQF=1時，IRQ引腳將輸出低電平。PF、AF、UF：這三位分別為周期中斷、鬧鐘中斷、更新周期結(jié)束中斷標志位。只要滿足各中斷的條件，相應(yīng)的中斷標志位將置“1”。 10、 VRT：芯片內(nèi)部RAM與寄存器內(nèi)容有效標志位。該位為“1”時，表示芯片內(nèi)部RAM和寄存器內(nèi)容有效。讀該寄存器后，該位將自動置“1”。

　　三、液晶顯示器LM016L

　　LM016L引腳第1腳：VSS為地電源。

　　第2腳：VDD接5V正電源。

　　第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。

　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。

　　第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。

　　第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。

　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。

　　第15腳：背光源正極。

　　第16腳：背光源負極

　　引腳圖如圖2.4

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　　控制命令如表格2.2

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　　硬件電路設(shè)計

　　單片機最小系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)以AT89C52單片機為核心，本系統(tǒng)選用12MHZ的晶振，使得單片機有合理的運行速度。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，復位電路為按鍵高電平復位。AT89C52單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計如圖3.1所示：

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　　復位電路

　　單片機復位的條件是當單片機振蕩器工作時，RST引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，從而實現(xiàn)復位操作，使單片機回復到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，RST引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復位。 STC89C52的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。電路圖如圖3.2。

　　晶振電路

　　晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。晶振電路中接在晶振旁的兩個電容，叫負載電容。一般單片機的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，C2、C3可在30pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性電路圖如圖3.3。

DS12C887電子萬年歷設(shè)計與制作詳解　　

　　本系統(tǒng)采用DS12C887時鐘芯片定時及計時功能，DS12C887時鐘芯片共需要13條信號線。GND、 VCC：直流電源，其中VCC接+5V輸入，GND接地，當VCC輸入為+5V時，用戶可以訪問DS12C887內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)，并可對其進行讀、寫操作；當VCC的輸入小于+4.25V時，禁止用戶對內(nèi)部RAM進行讀、寫操作，此時用戶不能正確獲取芯片內(nèi)的時間信息；當VCC的輸入小于+3V時，DS12C887會自動將電源發(fā)換到內(nèi)部自帶的鋰電池上，以保證內(nèi)部的電路能夠正常工作 MOT：模式選擇腳。SQW：方波輸出腳，當供電電壓VCC大于4.25V時，SQW腳可進行方波輸出。AD0～AD7：復用地址數(shù)據(jù)總線，該總線采用分時復用技術(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 AS：地址選通輸入腳。DS/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。

　　在讀操作中，DS的上升沿使DS12C887將內(nèi)部數(shù)據(jù)送往總線AD0～AD7上，以供外部讀取在寫操作中，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 R/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CS：片選輸入，低電平有效 IRQ：中斷請求輸入，低電平有效，該腳有效對DS12C887內(nèi)的時鐘、日歷和RAM中的內(nèi)容沒有任何影響，僅內(nèi)部的控制寄存器有影響，在典型的應(yīng)用中，RESET可以接VCC，這樣可以保證DS12C887在掉電時，其內(nèi)部控制寄存器不受影響。

　　DS12C887電路如圖3.4所示：

　　 DS12C887電子萬年歷設(shè)計與制作詳解