基于52单片机和DS12C887的高精度多功能电子钟

　　设计基于DS12C887高精度时钟的意义

　　DS12C887时钟芯片能够自动显示年、月、日、时、分、秒等时间信息，同时还具有校时，报时，闹钟等功能。DS12C887也可以很方便的由软件编程进行功能的调整或增加。所以设计基于DS12C877时钟芯片的高精度时钟的设计具有十分重要的现实意义和实用价值。

　　设计方案

　　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、具有掉电保护的DS12C887时钟芯片电路简单易于实现的1602LCD液晶显示器，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组成，外围电路包括解决死机等问题的复位电路、波形稳定的晶振电路、键盘设计、闹铃电路以及合适的直流电源电路。

　　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、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，内部自带锂电池，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采用了内部集成晶振的电路，并且具有内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。

　　设计过程详解

　　一、系统组成

　　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。

　　

　　

　　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 采用LCD1602液晶显示。

　　（4）电源选择 采用直流5V电源供电。

　　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．片内含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，片内置通用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：

　　

　　

　　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，在访问期间激活内部 上拉电阻。

　　在FLASH由编程时，P0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 是一个带内部上拉电阻的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”，通过内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，因为内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 是一个带有内部上拉电阻的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“，通过内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，因为内部存在上拉电阻，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MOvx@DPTR 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MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

　　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口是一组带有内部上拉电阻的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逻辑门电路。对P3口写入“1”时，内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：

　　

　　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就执行内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内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的特殊功能是，在AT89C52 片内存储器中，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80H—FFH 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（RCAO2H、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。

　　4、STC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。

　　二、系统硬件电路设计

　　1、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。

　　2、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的操作。这里采用的是手动复位。

　　3、程序下载接口

　　

　　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：16×2个字符

　　2.芯片额定电压：4.5—5.5V

　　3.额定电流：2.0mA（5.0V）

　　4.工作时的电压：5.0V

　　2）1602液晶引脚功能

　　

　　3）1602读写时序图

　　

　　

　　

　　

　　4、1602LCD的一般初始化（复位）过程

　　

　　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：

　　

　　1）DS12C887概述

　　DS12C887具有DS12R885裸片，32.768HZ石英晶体和一个可充电电池三个部分， 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：

　　（1）DS12C887里面自带一个锂电池，外部掉电时，内部信息还能保持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。其内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、具有日 历和定时闹钟功能。

　　（4）一天内的时间记录具有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，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽

　　2）DS12C887引脚功能

　　

　　3）DS12C887读写时序

　　

　　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某个单元的内容和DS12C887设定时间。

　　

　　5）时钟芯片引脚介绍

　　1）时钟芯片DS12C887，其引脚分布图如下所示

　　

　　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。 AD0~AD7（4~11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期，高电平表示一个读周期，低电平表示一个写周期；选择INTEL中线时序模式时，此引脚为低电平有效的输入脚，相当于通用RAM的写使能信号（/WE）

　　DS（17脚）：此引脚有两种工作方式，当MOT接高电平时时，此引脚为数据锁存脚；当MOT接低电平时，此引脚为读输入脚，在Mcs一51系统中，Ds相等于RD脚。·

　　RESET（18脚）：复位输入，当 RESET为低电平且VCC≥4.25时，DS12C887芯片执行复位操作。该脚上的电压不影响时钟、日历及片内RAM的内容。

　　IRQ（19脚）：中断申请输出脚，低电平有效，只要引起中断的状态位有效且相应的中断允许位为1，则IRQ变为低。微机需靠读寄存器C来清除该脚信号，RESET脚也可清除该信号。

　　SQW（23脚）：方波信号输出脚。可通过设置寄存器位SQWE关断此信号输出，此信号的输出频率也可通过对芯片内部的寄存器编程予以改变。

　　VCC（24脚）：+5V电源端。当Vcc≤3v时，芯片内部自动将Vcc切换至片内置电池上，当VCC恢复为》4.25V后须经过100ms才能对它进行访问。

　　6）4个控制寄存器介绍

　　DS12C887有4个控制寄存器，在任何时间都可以进行访问，即使处于更新周期。

　　寄存器A字节的内容如下。

　　

　　SET：设置位，不受到复位操作影响，可以进行读写。当0时，不处于设置状态，芯片更新时间数据；当1时，抑制数据更新，可以通过程序设定时间和日历信息。

　　PIE：周期性中断使能位，复位时清除此位，可以进行读写。当1时，允许寄存器C中的周期中断标志位PF，驱动/IRQ引脚向低产生中断信号输出，中断信号产生的周期通过RS0~RE3决定。

　　AIE：闹钟中断使能位，可以进行读写。当1时，允许寄存器C中的闹钟中断标志位AF、闹钟发生时就会通过/IRQ引脚产生中断输出。

　　

　　VRT；RAM和时间有效位。用于指示和VBAT引脚连接的电池状态。此位不可写入，也不受操作的影响，一般的时候读取时总去为1，如果出现读取为0的情况，就说明电池没电了，时间数据和RAM中的数据就会变得不准确。

　　芯片DS12CR887的113字节普通RAM空间为非易失性RAM空间，可以在未处理器程序中作为非易失性内存空间使用。

　　闹铃电路

　　

　　闹铃功能是由单片机的I/O口输出一定频率方波信号，驱动蜂鸣器发出特定频率的声音信号实现的。当闹铃设置的时间到达时钟的时间时，单片机发送一个低电平给蜂鸣器，三极管导通驱动蜂鸣器发出声音作为定时闹铃。

　　独立键盘电路

　　

　　当单片机检测到有按键被按下时，就发射与之相对应的二进制编码信号

　　电源模块

　　时钟的电源为+5V直流电源，本设计中可以使用4节1.5V电池，电源模块的原理图如图2-15所示