实时时钟日历芯片和单片机的接口电路设计.docx

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实时时钟日历芯片和单片机的接口电路设计

目录

1、课程设计目的……………………………………………………………2

2、课程设计和要求…………………………………………………………2

2.1、设计内容……………………………………………………………………2

2.2、设计要求……………………………………………………………………2

3、设计方案………………………………………………………………………2

3.1、设计思路……………………………………………………………………2

3.2、工作原理及硬件框图………………………………………………………2

3.3、硬件电路原理图………………………………………………………8

3.4、PCB版图设计……………………………………………………………8

4、课程设计总结……………………………………………………………9

5、参考文献……………………………………………………………　11

一、课程设计目的

（1）掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；

（2）学习简单电路系统设计，掌握Protel99的使用方法；

（3）掌握8051单片机、实时时钟/日历芯片MC146818的应用；

（4）学习掌握硬件电路设计的全过程。

二·课程设计内容和要求

2.1、设计内容：

设计一个基于单片机实时时钟/日历

2.2、设计要求:

（1）学习掌握8051单片机的工作原理及应用；

（2）学习掌握实时时钟/日历芯片MC146818的工作原理及应用；

（3）设计MC146818与8051的接口电路原理图及PCB版图；

（4）整理设计内容，编写设计说明书。

三·设计方案

3.1、设计思路

数字时钟系统的组成：

硬件电路设计主要围绕时钟日历芯片MC146818的使用进行的，主要由8051单片机·MC146818时钟日历芯片·液晶显示屏·键盘组成。

3.2、工作原理及硬件框图

工作原理：

图

（1）数字时钟系统框图

（3）电路设计

8051单片机：

　　单片机的40个引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

⒈电源:

⑴VCC-芯片电源，接+5V；

⑵VSS-接地端；

⒉时钟:

XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。

⒊控制线:

控制线共有4根，

⑴ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵PSEN:

外ROM读选通信号。

⑶RST/VPD:

复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

②VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷EA/Vpp:

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能：

内外ROM选择端。

②Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

⒋I/O线

8051共有4个8位并行I/O端口：

P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P3口还

具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

（2）时钟日历芯片MC146818:

MC146818是MOTOROLA公司生产的CMOS实时时钟/日历芯片，该芯片可产生秒、分、时，星期、日、月及年等7个时标，可通过程序读取或修改这些时标，可提供100年日历，可编程任意设定定时中断，定时范围由30.517µs至23时59分59秒，还有CMOSRAM存储器，其应用十分广泛。

以后为讨论方便，我们把MC146818称为时钟日历芯片。

时钟日历芯片MC146818的主要特点是：

（1）有10个时标寄存器，4个编程和状态寄存器；

（2）有50个字节的静态CMOSRAM；

（3）可选择三种时钟频率；

（4）可选择二进制或BCD码表示时标（时间和日历）；

（5）可选择不同的频率输出方波；

（6）有三种独立的可编程中断。

MC146818的内部结构：

1．时基输入与时钟输出：

可接入三种频率的时钟：

4.197304MHz、1.048576MHz、32.768KHz。

2．中断周期/方波速率选择逻辑：

用于选择中断周期的长短和方波输出频率的大小，二者的选择不是任意的，而是具有连锁性和相关性，有固定的16种组合。

3．方波输出逻辑

4．总线接口

5．时钟日历修改逻辑与BCD/二进制增加逻辑：

采用二种数制，即二进制计数和BCD码计数，由编程选择。

6．寄存器组：

有A、B、C、D4个8位寄存器，用于保存CPU送来的编程控制字和芯片本身的某些状态。

7．时钟、报警、日历RAM：

用于保存秒、分、时等时钟日历信息及报警时间信息。

8．用户RAM：

50个字节，可使用户保存其它信息

MC146818的引脚功能：

Vcc：

电源正极，＋3～＋6V，典型值＋5V。

Vss：

接地端，或电池负极。

OSC1、SC0：

时钟输入端。

CKOUT：

时钟输出端。

该引脚的输出频率可等于输入时钟频率，或将其4分频后输出。

CKFS：

时钟输出控制端。

用于控制CKOUT输出时的时钟频率。

当CKFS接高电平时，CKOUT端输出时钟的频率等于该芯片输入的时钟频率；当CKFS接低电平时，则将输入时钟OSC14分频输出。

SQW：

可编程方波输出端，输出方波的频率由寄存器A的相应位确定。

AD7～AD0：

数据/地址分时复用线，在AS下降沿时将A7～A0锁存入芯片。

AS：

地扯锁存信号。

DS：

数据读选通信号。

：

读/写信号。

：

片选信号。

：

中断请求信号。

任何一种中断产生，

都将使变成低电平，读取状态寄存器

C可清除此信号。

：

复位信号。

PS：

电源电位检测端。

当实时日历芯片

的电源电压低于临界最小值时，在内部

寄存器内的相应位置标志，以供用户程

序查询，同时使PS引脚变低电平。

NC：

空引脚，无定义。

（3）键盘

（4）液晶显示器

3.3、硬件电路原理图

图（5）Protel原理图

3.4、PCB版图设计

图（6）PCB板

四·课程设计总结

数字时钟是日常生活中常用的计时器，数字时钟电路是一个典型的数字电路系统，采用采用单片机，时钟芯片的，由年、月、日、时、分、秒计数器以及显示电路组成。

本次课程设计利用8051单片机和MC146818时钟芯片，键盘还有液晶显示器组成的数字时钟电路。

按照要求完成了设计，能够显示“年”、“月”、“日”、“时”、“分”、“秒”。

通过本次课程设计使我学会了很多的数字电子技术知识和一些收集整理资料的方法。

而且也巩固了在“模拟电子技术基础”和“数字电子技术

电子课程设计是电类专业学生重要基础实践课是工科专业的必修课。

经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使我得到一次较全面的工程实践训练。

理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。

在此次的实时时钟/日历芯片与单片机的接口电路设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法.在连接过程中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平以及接低电平,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏.

五·主要参考文献：

①童诗白．模拟电子技术基础．北京：

高等教育出版社，2002

②张建华．数字电子技术．北京：

机械工业出版社，2004

③陈汝全．电子技术常用器件应用手册．北京：

机械工业出版社，2005

④毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：

机械工业出版社，2005

⑤潘永雄．电子线路CAD实用教程．西安：

西安电子科技大学出版社，2002

⑥张亚华．电子电路计算机辅助分析和辅助设计．北京：

航空工业出版社，2004