单片机电子时钟1602显示ds12c887芯片资料.docx
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单片机电子时钟1602显示ds12c887芯片资料
摘要
本论文设计一个基于单片机、液晶1602显示和DS12C887高精度时钟芯片控制于一体的高精度电子时钟。
计时器是人类发展以来对于时间观念认知的伟大发明，不少机器设备上也少不了高精度计时器的支持，工业上计时器的应用无处不在，生活中人们根据时间上班，工作，生活，学习……所以高精度稳定的计时器扮演着非常重要的角色。
本设计以宏晶公司的STC89C52单片机为控制核心，以液晶屏LCD1602显示器为显示模块，依靠DS12C887芯片高精度计时的特点，可以设计出一个具有显示年月日，星期，时分秒，以及定时闹钟功能为一体的高精度电子时钟，本时钟具有如下特点：
（1）计时准确，基本无误差，运行10年误差仅1秒；
（2）可以随意设置时间，包括年月日，星期，时分秒，闹钟开/关，时间；
（3）系统掉电后，时钟仍可精确计时10年；
（4）系统上电后，自动恢复正常时间；
（5）本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。
关键词：
STC89S52单片机LCD1602DS12C887精确计时
1引言
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，属第四代电子计算机，它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。
它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。
因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
计时器是人类发展以来对于时间观念认知的伟大发明，不少机器设备上也少不了高精度计时器的支持，工业上计时器的应用无处不在，生活中人们根据时间上班，工作……所以高精度稳定的计时器扮演着非常重要的角色。
本文主要对使用单片机设计电子时钟进行了分析，并介绍了基于单片机电子时钟硬件组成。
利用单片机为控制核心，以液晶屏LCD1602显示器为显示模块，依靠DS12C887芯片高精度计时的特点，可以设计出一个具有显示年月日，星期，时分秒，以及定时闹钟功能为一体的高精度电子时钟。
并且本文分别从原理图，主要芯片，以及程序的调试来详细阐述。
如果直接使用单片机进行定时、计时，那么单片机运行代码时，难免会因环境、人为操作等因素导致时间不能准确，产生一定的误差等，如果没有特殊的方法，系统意外掉电时，时间数据会丢失，重启系统时还需重设时间，所以本设计采取使用高精度计时芯片DS12C887方案。
2总体设计
2.1基本原理
1.单片机控制原理：
它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。
目前最常用的单片机为MCS-51，是由美国INTEL公司（生产CPU的英特尔）生产的，89C51是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的，其内核兼容MCS-51单片机。
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），
常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。
概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。
它最早是被用在工业控制领域。
由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
2.DS12C887工作原理：
·在DS12C887内有11字节RAM用来存储时间信息，4字节用来存储控制信息，其具体地址及取值如表1所列。
表1DS12C887的存储功能
地址
功能
取值范围（十进制）
取值范围
二进制
BCD码
0
秒
0~59
00~3B
00~59
1
秒闹铃
0~59
00~3B
00~59
2
分
0~59
00~3B
00~59
3
分闹铃
0~59
00~3B
00~59
4
12小时模式
1~12
01~0CAM
81~8CPM
01~12AM
81~92PM
24小时模式
0~23
00~17
00~23
5
时闹铃，12小时制
1~12
01~0CAM
81~8CPM
01~12AM
81~92PM
时闹铃，24小时制
0~23
00~17
00~23
6
星期（星期日=1）
1~7
01~07
01~07
7
日
1~31
01~1F
01~31
8
月
1~12
01~0C
01~12
9
年
0~99
00~63
00~99
10
控制寄存器A
11
控制寄存器B
12
控制寄存器C
13
控制寄存器D
50
世纪
0~99
NA
19,20
3.液晶LCD1602工作原理：
LCD指令表
指令功能
控制线
数据线
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
清除屏幕
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
清除屏幕，并把光标移至左上角
光标回到原点
0
0
0
0
0
0
0
0
1
x
光标移至左上角，显示内容不变
设定进入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
I/D=1：
地址递增，I/D=0：
地址递减S=1：
开启显示屏，S=0：
关闭显示屏
显示器开关
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
D=1：
开启显示幕C=1：
开启光标B=1：
光标所在位置的字符闪烁
移位方式
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
x
x
S/C=0、R/L=0:
光标左移；S/C=0、R/L=1：
光标右移S/C=1、R/L=0：
字符和光标左移；S/C=1、R/L=1：
字符和光标右移
功能设定
0
0
0
0
1
DL
N
F
x
x
DL=1：
数据长度为8位，DL=0：
数据长度为4位N=1：
双列字，N=0：
单列字；F=1:
5x10字形，F=0：
5x7字形
CGRAM地址设定
0
0
0
1
CGRAM地址
将所要操作的CGRAM地址放入地址计数器
DDRAM地址设定
0
0
1
DDRAM地址
将所要操作的DDRAM地址放入地址计数器
忙碌标志位BF
0
1
BF
地址计数器内容
读取地址计数器，并查询LCM是否忙碌，BF表示LCM忙碌
写入数据
1
0
写入数据
将数据写入CGRAM或DDRAM
读取数据
1
1
读取数据
读取CGRAM或DDRAM的数据
图10-571602LCD内部显示地址
例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行
第一个字符的位置呢？
这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以
实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）。
在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，
无需人工干预。
每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，
如图10-58所示，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名
等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），
显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”
2.2系统总体框图及设计思路
电子时钟
液晶1602显示
人机键盘交互
计时+闹钟
总体设计思路：
本设计利用单片机P0和P2作为并行数据输入输出口，P3.0、P3.1、P3.2为功能控制键。
其中，按键功能分别控制为时钟功能选择键，增加键和减少键。
3详细设计
3.1硬件设计
1．芯片及原理介绍
（一）STC89C52
STC89C52与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0Hz～33MHz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
P1口引脚
特殊功能
P1.0
T2（定时器T2外部输入）
P3口引脚
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读先通）
STC89C52的一些特殊功能口，如下表所示：
（二）DS12C887
日历时钟芯片选用DS12C887，其引脚分布如图4所示。
图4DS12C887引脚分布图
DS12C887的内部结构框图如图5所示。
图5日历时钟芯片DS12C887内部结构框图
由图5可知，DS12C887内部可看成由电源、日历时钟信息、寄存器和存储器，以及总线接口四部分构成，四部分配合工作，共同实现芯片的功能。
[7]
DS12C887的具体引脚功能如下：
·GND、VCC：
直流电源，其中VCC接+5V输入，GND接地，当VCC输入为+5V时，用户可以访问DS12C887内RAM中的数据，并可对其进行读、写操作；
当VCC的输入小于+4.25V时，禁止用户对内部RAM进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当VCC的输入小于+3V时，DS12C887会自动将电源发换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作。
·MOT：
模式选择脚，DS12C887有两种工作模式，即Motorola模式和Intel模式，当MOT接VCC时，选用的工作模式是Motorola模式，当MOT接GND时，选用的是Intel模式。
本设计选用其Intel模式，所以电路图中MOT端接GND。
·SQW：
方波输出脚，当供电电压VCC大于4.25V时，SQW脚可进行方波输出，此时用户可以通过对控制寄存器编程来得到13种方波信号的输出。
·AD0~AD7：
复用地址数据总线，该总线采用时分复用技术，在总线周期的前半部分，出现在AD0~AD7上的是地址信息，可用以选通DS12C887内的RAM，总线周期的后半部分出现在AD0~AD7上的数据信息。
·AS：
地址选通输入脚，在进行读写操作时，AS的上升沿将AD0~AD7上出现的地址信息锁存到DS12C887上，而下一个下降沿清除AD0~AD7上的地址信息，不论是否有效，DS12C887都将执行该操作。
·DS/RD：
数据选择或读输入脚，该引脚有两种工作模式，当MOT接VCC时，选用Motorola工作模式，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的DS为高电平，被称为数据选通。
在读操作中，DS的上升沿使DS12C887将内部数据送往总线AD0~AD7上，以供外部读取。
在写操作中，DS的下降沿将使总线AD0～AD7上的数据锁存在DS12C887中；当MOT接GND时，选用Intel工作模式，在该模式中，该引脚是读允许输入脚，即ReadEnable。
因为本设计选用Intel工作模式，所以该引脚是读允许输入脚。
·R/W：
读/写输入端，该管脚也有2种工作模式，当MOT接VCC时，R/W工作在Motorola模式。
此时，该引脚的作用是区分进行的是读操作还是写操作，当R/W为高电平时为读操作，R/W为低电平时为写操作。
当MOT接GND时，该脚工作在Intel模式，此时该脚作为写允许输入，即WriteEnable。
·CS：
片选输入，低电平有效。
·IRQ：
中断请求输入，低电平有效，该脚有效对DS12C887内的时钟、日历和RAM中的内容没有任何影响，仅对内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET可以直接接到VCC，这样可以保证DS12C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响。
（三）液晶LCD1602显示器
1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光
的厚，是否带背光在应用中并无差别
1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×2个字符
芯片工作电压:
4.5—5.5V
工作电流:
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压:
5.0V
字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm
引脚功能说明
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13
所示:
编号符号引脚说明编号符号引脚说明
1VSS电源地9D2数据
2VDD电源正极10D3数据
3VL液晶显示偏压11D4数据
4RS数据/命令选择12D5数据
5R/W读/写选择13D6数据
6E使能信号14D7数据
7D0数据15BLA背光源正极
8D1数据16BLK背光源负极
表10-13：
引脚接口说明表
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对
比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和R/W
共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：
背光源正极。
第16脚：
背光源负极。
LCD寄存器的选择
E
R/W
RS
功能说明
1
0
0
写入命令寄存器
1
0
1
写入数据寄存器
1
1
0
读取忙碌标志及RAM地址
1
1
1
读取RAM数据
0
X
不动作
2．硬件原理图
Sch原理图如图所示：
P0口通过连接lcd作为并行数据输入端，P2口连接DS12C887作为数据输入/输出端口，开关s1、s2、s3作为人机交互接口，时钟的控制端。
其他端口功能及控制管脚将在软件设计中提及，在此不再赘述。
3.2软件设计.
3.2.1程序设计思路
首先，程序启动应先对单片机资源进行初始化操作，其过程包括：
打开中断，对蜂鸣器标志位初始化，向ds12c887芯片写入控制字，读取芯片內相应寄存器的时间数据，并将lcd1602进行初始化，写入控制字，写入数据，完成时间日期的显示，然后进入循环中不断重复以下过程：
扫描键盘，有键盘按下则执行相应的操作，没有键盘按下则检查闹钟标志位有没有被中断触发，有的话执行响铃函数，否则进行ds12c887芯片的寄存器数据读取，向lcd1602发送相应数据并显示。
闹钟模块采用ds12c887的IRQ管脚在闹钟触发时产生低电平，触发外部中断1，蜂鸣器发声。
3.2.2程序流程图
3.2.3程序代码
1、预定义部分
//此部分定义了管脚，用到的数据表，数据格式和函数声明
#include//头文件
#defineucharunsignedchar//数据格式宏定义
#defineuintunsignedint//数据格式宏定义
sbitrs=P3^5;//lcd寄存器选择
sbitlcden=P3^4;//lcd使能端
sbits1=P3^0;//开关s1
sbits2=P3^1;//开关s2
sbits3=P3^2;//开关s3
sbitbeep=P1^2;//蜂鸣器
sbitdscs=P1^4;//ds12c887片选
sbitdsas=P1^5;//ds12c887地址选通输入脚
sbitdsrw=P1^6;//ds12c887读/写输入端
sbitdsds=P1^7;//ds12c887数据选择或读输入脚
sbitdsirq=P3^3;//ds12c887中断请求输入
ucharcount,s1num,flag,flag1;//状态变量
charmiao,shi,fen,nian,yue,ri,xingqi,amiao,afen,ashi;//数据变量
ucharcodetable[]="20--";//年月日显示格式
ucharcodetable1[]=":
:
";//时间显示格式
ucharcodetable2[]="MONTHUWENTHRFRISTASUN";//星期表，每3位为一个
ucharcodetable3[]="ALARMON";//开闹钟提示
ucharcodetable4[]="ALARMOFF";//关闹钟提示
ucharcodetable5[]="SETALARMPUSH";//闹钟状态选择提示
voidwrite_ds（uchar,uchar）;//函数声明
voidset_alarm（uchar,uchar,uchar）;
ucharread_ds（uchar）;
2、功能控制
voiddelay（uintz）//延时子函数
{uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voidbeezzer（）//蜂鸣器发声控制函数（闹钟响铃），beep=0发声
{
beep=0;
delay（50）;
beep=1;
delay（100）;
beep=0;
delay（50）;
beep=1;
}
voidwrite_com（ucharcom）//向lcd写入控制字com，根据lcd1602时序图进行操作，rs为寄存器选择
{
rs=0;
lcden=0;
P0=com;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;
}
voidwrite_date（uchardate）//向lcd写入数据date，根据lcd1602时序图进行操作
{
rs=1;
lcden=0;
P0=date;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;
}
voidinit（）//初始化单片机
{
ucharnum;
EA=1;//开总中断
EX1=1;//允许外部中断1
IT1=1;//低电平触发
beep=1;
flag1=0;
lcden=0;
write_ds（0x0A,0x20）;//向ds12c887控制寄存器A发送初始化控制字，启动振荡器
write_ds（0x0B,0x06）;//向ds12c887控制寄存器B发送初始化控制字，设定工作模式bcd，24小时制
read_ds（0x0c）;//读芯片时间数据
write_com（0x38）;
write_com（0x0c）;//初始化lcd
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
write_com（0x80）;//在第一行显示数据
for（num=0;num<15;num++）
{
write_date（table[num]）;
delay（5）;
}
write_com（0x80+0x40）;//在第二行显示数据
for（num=0;num<12;num++）
{
write_date（table1[num]）;
delay（5）;
}
}
voidwrite_sfm（ucharadd,uchardate）//向lcd写入时分秒数据
{
ucharshi,ge;//shi：
待发数据十位；ge：
待发数据个位
shi=date/10;
ge=date%10;
write_com（0x80+0x40+add）;
write_date（0x30+shi）;
write_date（0x30+ge）;
}
voidwrite_nyr（ucharadd,uchardate）//向lcd写入年月日数据
{
ucharshi,ge;//shi：
待发数据十位；ge：
待发数据个位
shi=date/10;
ge=date%10;
write_com（0x80+add）;
write_date（0x30+shi）;
write_date（0x30+ge）;
}
voidwrite_xingqi（ucharadd,uchardate）//向lcd写入星期数据
{
write_com（0x80+add）;
date=（date-1）*3;//如星期一读表123个字母MON显示，星期二读456字母THU等等
write_date（table2[date]）;
write_date（table2[++date]）;
write_date（table2[++date]）;
}
voidkeyscan（）//键盘扫描子程序
{
if（flag1==1）
{
if（s2==0）//“加”键
{
delay（5）;
if（s2==0）
{
while（!
s2）;
flag1=0;
}
}
if（s3==0）//“减”键
{
delay（5）;
if（s3==0）
{
while（!
s3）;
flag1=0;
}
}
}
if（s1==0）//功能选择键，统计按下次数在s1num中
{
delay（5）;
if（s1==0）
{
s1num++;
flag=1;
flag1=0;
while（!
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