1、第2章 方案论证选择2.1时钟计时的方案选择 方案一：传统的基于单片机的时钟设计可以采用单片机部的晶振来产生脉冲，然后通过单片机部的计时器经过分频产生秒脉冲，然后通过软件编程来实现时钟的显示，这种设计方案的优点是外围器件少，电路简单清晰，电路焊接容易，出问题的故障几率小。但是这种方案需由软件编程来实现秒脉冲的产生，编程相对来说比较复杂，而且也不利于排除故障，维修起来不方便。由于单片机部时钟会产生误差，即使设计时间误差补偿程序也很难实现提供准确时间的功能。这种设计还有一个非常大的缺点就是如果单片机断电，芯片里的时间计时就停止，再次上电时又从初始设定重新计时，这样就需要在每次上电都调整时间，比较麻
2、烦。 方案二：在传统的基于单片机的数字时钟设计的基础上经过一些改进，引入DS12C887时间芯片，本次设计可分为两部分：硬件部分包括：体积小功能丰富的STC89C52单片机3、具有掉电保护的DS12C887时钟芯片4电路简单易于实现的1602LCD液晶显示器5，键盘输入电路等。具体说来，系统智能控制部分由单片机及其相关的外围电路6组成，外围电路包括解决死机等问题的复位电路7、波形稳定的晶振电路8、键盘设计、闹铃电路以及合适的直流电源电路9。利用单片机将复位电路、能够降低功耗和减少显示器外部引线的显示电路10、电源电路等正确的连接在一起，并通过单片机的编程来实现本次设计任务中的要求。软件部分主要
3、包括了主程序模块，DS12C887模块，LCD1602模块，键盘控制模块。DS12C887芯片具有掉电保护功能，部自带锂电池，能够在断电的情况下保持时间信息，等到外部电路恢复供电之后能够不必调整时间，为时钟的校时操作节省了很多时间，而且这种设计更节能，在需要观察时间的时候比如白天就可以给主电路通电。而在夜晚不需要观察时钟的时候就可以给主电路断电，这样可以节约大量电能。 时间芯片DS12C887采用了部集成晶振的电路，并且具有部温漂补偿电路设计。能够准确计时，提供精确的时间，这样就简化了电路的器件选择，另外也使程序的设计更加简洁。在硬件设计方面，由于只增加了一个DS12C887时间芯片，因此并不
4、是特别复杂，而且这种独立计时的设计使得产品排故更加方便。第二种方案更加准确而且电路硬件设计更加简单，软件设计更加简洁，因此采用第二种方案。2.2显示部分的方案选择1.数码管显示，8段数码管显示虽不需要复杂的驱动程序，可视围宽，但硬件制作成本高，硬件电路的设计复杂。2. LCD1602 液晶显示，液晶显示最大的特点就是界面简洁,已经广泛应用于现代工业控制和智能化仪器仪表等地方,己经成为单片机开发领域典型模块之一。能够方便的显示文字和数字。3.LCD1602液晶显示时屏幕不会有闪烁。液晶操作方便，且与单片机的接口电路简单，接线面积小，大大提高了万年历的性能。所以最终选择LCD1602液晶显示方案。
5、第3章 系统组成3.1.1 系统原理与硬件设计本次的设计题目是电子万年历设计，要求实现年、月、日、时、分、秒的正常显示，需要硬件和软件的结合来实现。本次设计利用时钟日历芯片DS12C887的特性和STC89C52单片机的功能利用实现的。根据设计的要求万年历要显示年、月、日、时、分、秒的显示同LCD1602。在明确本次设计思路之后，画出设计框图，总体框图如图2.1所示。图1 设计总体框图图2 系统电路原理图3.1.2 硬件选择（1）时钟芯片选择 选用DS12C887时钟芯片。（2）单片机的选择 选用STC89C52单片机，并配备11.0592MHz晶振，复位电路采用上电复位。（3）显示电路选择
6、采用LCD1602液晶显示。（4）电源选择 采用直流5V电源供电。3.1.3单片机STC89C52中文资料STC89C52 是STC公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机片含8K byTES的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚兼容，片置通用8位中央处理器（CPU ）和FLASH由存储单元， STC89C52单片功能强大，适用于许多电子产品。主要性能参数：1.与Mcs-51产品指令和引脚完全兼容。2.8字节可重擦写FLASH闪速存储器3.
7、1000 次擦写周期4.全静态操作：0HZ-24MHZ5.三级加密程序存储器6.256X8字节部RAM7.32个可编程I/0口线8.3个16 位定时计数器9.8个中断源10.可编程串行UART通道11.低功耗空闲和掉电模式图3 STC89C52外部引脚图Vcc:电源电压GND:地线P0：P0口是一组8位漏极开路型双向1/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时每位能吸收电流的方式驱动8个TTL 逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。当访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活部 上拉电阻。在FLASH由编程时，P0
8、口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字 节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：PI 是一个带部上拉电阻的8位双向I/O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL与AT89C51不同之处是，Pl.0 和P1.1还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（Pl.0/T2 ）和输入（P1.1/T2EX） , 参见图3 FLASH编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。图3 PI.O 和PI.l 的第二功能口：P2 是一个带有部上拉
9、电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电路。对端口P2写“l，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（llt ）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOvxDPTR 指令）时，P2送出高8 位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器、如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的容。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3口：P3口是一组带有部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL
10、逻辑门电路。对P3口写入“1”时，部上拉电阻把它们被拉高，并作为输入的端口。这个时候，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL） . P3口除了作为一般的I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如图表1：表1端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口P3.1TXD（串行输出口P3.2INTO（外中断0P3.3INTO（外中断l）P3.4TO （定时计数器0 ）P3.5Tl （定时计数器l ）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）此外，P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机
11、器周期以上的高电平时单片机复位。ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器的时候，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用来锁存低8位字节的地址通常，ALE依然以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，所以可以用来实现对外输出时钟或用于定时目的。每次访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程的时候，这个引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。可以通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活,另外，此引脚会被拉高一点点，当单片机执行外部程序得时候，应该把ALE设置为禁止。PSEN：程序储存
12、允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令时，每个机器周期两次PSEN有效，就是输出两个脉冲。这个时候，当访问外部数据存储器时，就会跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH ） , EA端必须保持低电平（接地）如EA端接在高电平上, CPU就执行部程序存储器中的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，该器件必须使用12V编程电压VPP 。XTAL1：振荡器的反相放大器的及部时钟发生器的输入端XTAL2：振荡器的反相放大器的输出端。AT89C52的特殊功
13、能是，在AT89C52 片存储器中，80H-FFH 共128 个单元为特殊功能寄存器（SFR），SFR 的地址空间映象如表2 所示。并非所有的地址都被定义，从80HFFH 共128 个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。AT89C52除了有AT89C51所有的定时/计数器0 和定时/计数器1 外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2 的控制和状态位位于T2CON，T2MOD，寄存器对（RCA
14、O2H、RCAP2L）是定时器2 在16 位捕获方式或16 位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。3.1.4 STC单片机最小系统图4 单片机最小系统STC单片机是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片， STC单片机虽然功能强大，但要想完成其强大的功能，单靠它也是不的行的，因此要让它运行起来，就要创设其工作的环境，即最小系统，STC单片机最小系统如图1所示，它包括由一个晶振，两个电容组成的振荡电路，一个复位按钮一个10UF电容和一个10K电阻组成的复位电路，电源电路三个电路组成。本系统以STC89S52单片机为核心，使用11.0592MHZ的晶振，复位电路为按键高电平复位。第4章
15、系统硬件电路设计4.1.1晶振电路图5 晶振电路在晶振电路中，C1、C2为晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，电路中取了30PF。因为晶振与单片机的振荡电路中脚XTAL0和脚XTAL1会产生偕波,虽然谐波对电路的影响不大,但是会影响电路中时钟振荡器的稳定性. 在晶振的脚XTAL0和脚XTAL1之间接分别接入两个5pf-30pf的瓷片电容接可以增加电路的稳定性。4.1.2复位电路图6 复位电路单片机复位电路有上电自动复位和手动复位两种方式。上电复位要求接通电源后，自动进行复位操作。手动复位要求接通电源的前提下，在单片机运行的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机进行复位
16、的操作。这里采用的是手动复位。4.1.3程序下载接口图7 程序下载接口图如图可接插USB口，从而获取+5V的电源。RXD,TXD用于下载程序、串口通信用。通过计算机把程序下载到单片机中。4.2.1 1602液晶概述1602LCD是指显示的字符和数字为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块共32个字符和数字。1602LCD主要技术参数：1.显示大小:162个字符2.芯片额定电压:4.55.5V3.额定电流:2.0mA（5.0V）4.工作时的电压:5.0V4.2.2 1602液晶引脚功能表2 液晶引脚功能引脚符号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源正极（+5V）3V0液晶显示器对比度调
17、整端，接正电源时对比度最低，接地时对比度最高。4RSRS是选择两种寄存器，当高电平1时选择数据寄存器、当低电平0时选择指令寄存器。5R/WR/W是选择两种读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作6EE（或EN）端为使能端，下降沿使能。7DB0双向数据总线第0位（最低位）8DB1双向数据总线第1位9DB2双向数据总线第2位10DB3双向数据总线第3位11DB4双向数据总线第4位12DB5双向数据总线第5位13DB6双向数据总线第6位14DB7双向数据总线第7位（最高位），是读忙标志位15BLA背光电源正极16BLK背光电源负极4.2.3 1602读写时序图1602液晶模块部的控制器
18、一共具有11条控制指令，如表3所示：表3序号指令D7D6D5D4D3D2D1D0清显示光标返回*置输入模式I/DS显示开/关控制DCB光标或字符移位S/CR/L置功能DLNF置字符发生存贮器地址字符发生存贮器地址置数据存贮器地址显示数据存贮器地址读忙标志或地址BF计数器地址写数到CGRAM或DDRAM）要写的数据容从CGRAM或DDRAM读数读出的数据容表3字符控制命令说明：通过指令编程来实现1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作。（其中1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，将指令码01H复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：
19、光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是不是左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制开关整体的显示，高电平表示显示打开，低电平表示关显示关闭 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平表示闪烁，低电平表示不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平的时候显示单行，高电平的时候显示双行F: 低电平的时候显示5x7的点阵字符，高电平的时候显示5x10的点阵字符。指令7：设置字符发生器RA
20、M的地址。指令8：设置DDRAM的地址。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，高电平的时候模块不能接收数据或者命令，假如是低电平表示不忙。指令10：写入数据。指令11：读出数据。芯片时序表如下：表4读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲无读数据RS=H，R/W=H，E=HD0D7=数据写数据RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲图8 1602读写时序图4.2.4 1602LCD的一般初始化（复位）过程1.延时15mS2.写指令38H（不检测忙信号）3.延时5mS4.写指令38H（不检测忙
21、信号）5.延时5mS6.写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号7.写指令38H：显示模式设置8.写指令08H：显示关闭9.写指令01H：显示清屏10.写指令06H：显示光标移动设置11.写指令0CH：显示开及光标设置4.2.5 1602LCD的电路连接液晶5端为读/写选择端，因为我们不从液晶中读取数据，只向其写入命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地。液晶6端为使能信号，是操作时必须的信号。其电路如图2-11所示：图9 1602的电路连接4.3.1 DS12C887概述DS12C887具有DS12R885裸片，32.768HZ石英晶体和一个可
22、充电电池三个部分， DS12C887与计算机常用的时钟芯片MC146818B和DS12887管脚兼容，同时可直接替换可以用来直接代替IBM PC上的时钟日历芯片DS12887。采用DS12C887芯片设计的时钟电路有良好的微机接口，并且不需要任何外围电路和器件。时钟芯片DS12C887具有如下的特征11：（1）DS12C887里面自带一个锂电池,外部掉电时，部信息还能保持10年的时间，保证不丢失数据。（2）能够自动产生秒、分、时、天、星期、日、月、年、世纪等时间信息, 并有闰年补偿功能。其部还增加了世纪寄存器，利用硬件电路解决了“千年”问题。（3）具有二进制数码和BCD码两种表示时间的方法、具
23、有日历和定时闹钟功能。（4）一天的时间记录具有12小时制和24小时制两种,12小时时钟模式中，具有PM和AM用来区分上午和下午。同时可选用夏令时模式；（5）有128个RAM单元与软件接口,其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器14个作为字节时钟和控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用。（6）用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其部的三路中断通过软件进行屏蔽。4.3.2 DS12C887引脚功能表5 DS12C887引脚功能MOT模式选择引脚，接Vcc时，选择的是Motorola的总线时序；当接地或悬空，选
24、择的是Intel总线时序4-11AD0-AD7双向地址/数据总线GND接地CSDS12887的芯片选选通信号,必须在CS有效的状态下，Motorola时序中数据或地址才可以选通或Intel时序中读写信号才可以有效。AS地址选通,一个高电平的地址选通信号提给总线时，在AS脉冲的下降沿，DS12887选通地址。读写信号，有两种操作模式。当MOT引脚接Vcc选择Motorola时序，当MOT接地选择的是Intel时序。17DS数据选通或读出,根据模式选择的不同，DS引脚有两种不同的操作模式。18RESETRESET引脚对时钟，日历，RAM没有影响。在上电时，RESET能一直保持低电平使系统保持稳定。
25、19IRQ中断请求,在DS12887中IRQ是一个低有效信号，它能对处理器发出一个中断信号。23SQW方波输出引脚24VCC接电源（+5V）注：其中NC代表空脚。4.3.3 DS12C887读写时序图10 DS12C887读写时序 4.3.4 DS12C887流程图进入主程序后，DS12C887首先进行初始化设置，当串行口有数据时，则调用函数从日历时钟芯片获取日历时钟信息，调用显示函数显示日历时钟信息显示出来，重复进行。这部分包括DS12C887某个单元写、读DS12C887某个单元的容和DS12C887设定时间。DS12C887的流程图如图7所示。图11 DS12C887的流程图4.3.5
26、时钟芯片引脚介绍1）时钟芯片DS12C887,其引脚分布图如下所示图12 时钟引脚分布MOT （1脚） ：总线时序模式选择脚。接高电平时，选择MOTOROLA总线方式工作；接低电平或悬空时，芯片按照INTEL总线方式工作。此时其工作时序与MCS51芯片的片外RAM读写时序相伺。NC （2,3,16,20,21,22脚）：不解任何引脚。AD0AD7（411脚）：地址/地址数据复用总线引脚。CS（13脚）：片选脚，低电平有效。AS（14脚）：地址锁存输入脚。引脚上的正脉冲用于切换地址/数据复用总线。脉冲后沿将地址锁入DS12887中,在Intel总线方式下,该脚等效于MCS一51系列单片机芯片的ALE脚。R/W（15脚）：读/写输入脚。此引脚有两种工作方式，在选择MOTOROLA总线方式下，此引脚用于指示当前的读写周
