基于AT89S51单片机的扩展时钟系统设计文档格式.docx

1、AT89S51 microcontroller；Time clock DS12887；LCD16021 引言 数字时钟已经成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛应用于个人家庭以及办公室公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大地方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了新进的石英技术，是数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点。它还用于计时、自动报时等各个领域。尽管目前市场上已有现成的数字集成电路芯片出售，价格便宜，使用也方便，但鉴于单片机的定时器功能也可以完成数字中电路的设计，因此进行数字钟的设计是必要的。在这里我将以学过的比较零散的电路知识有机的、系统的结合起来用于实际，来培养

2、我们的综合分析和设计电路，写程序、调试电路的能力。文中详细论述了以89S51单片机位核心，应用新型时钟芯片DS12887的数字时钟设计原理以及使用的各种芯片的介绍，阐明了本实例所使用的设计方案、详细的电路图以及程序代码。2 总体设计 本次设计的题目是单片机控制时钟芯片DS12887的时分秒定时系统设计，可以正常的显示年、月、日、时、分、秒。程序第一次运行后，初始化时间显示为00：00：00，即6位数码管显示为00.00.00。通过键盘MON设定小时为00，通过键盘LAST设定分钟为34，通过键盘NEXT设定秒为52，为00:34:52.两分钟后即在00.52时关掉电源，等待2分钟后再打开电源，

3、这时时间应为00.36.52，本设计总体大致分为两部分：硬件部分、软件部分。硬件部分包括：89S51单片机、DS12887时钟芯片、1602LCD液晶显示器。主要由89S51单片机、实时时钟芯片电路、液晶显示输出电路、键盘输入电路组成等几大部分组成。软件部分包括了主程序模块，DS12C887模块，LCD1602模块，按键控制模块。本设计是以89S51单片机为核心，结合新型实时时钟芯片DS12887，并利用液晶LCD1602显示的数字时钟。在液晶上显示、时、分、秒等信息。因为DS12887本身的特点，本设计还具有掉电后继续计时的功能。另外，它的计时周期为24小时，采用24小时制的计时方式，显示满

4、刻度为23时59分59秒，这也是DS12887的计时范围。本设计的数字时钟，可以通过按键来设置时间，也可以通过按键来设置闹钟的时间，不过与设置正常时间相比，仅限于设置时、分、秒。每按一次按键，蜂鸣器就会发出很短的滴声，当达到设定的时间时，数字时钟会也发出声音，来提醒使用者时间到了。以上是本设计的大致功能和简介。总设计如图1所示 图1 接线图3 系统硬件组成3.1 芯片的选择 经多种单片机性能的分析及现有实验设备的限制，在本设计中单片机芯片采用了AT89S51单片机芯片。AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机片内含4K bytes的可系统编程的Flash只读程序

5、储存器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准80C51指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程也可用传统方法进行编程既通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可提供许多高性价比的应用场合， 可灵活应用于各种控制领域。3.2 AT89S51单片机的硬件组成AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统

6、及89S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。如图2所示（1）8位微处理器（CPU）；（2）数据存储器（128B RAM）；（3）程序存储器（4KB Flash ROM）；（4）4个8位可编程并行I/O口；（5）1个全双工的异步串行口；（6）2个可编程的16位定时器/计数器；（7）1个看门狗定时器；（8）中断系统具有5个中断源、5个中断向量；（9）特殊功能寄存器（SFR）26个。 图2 AT89S51引脚图 AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programm

7、able and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89S51是一种带K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，AT89S1是它的一种精简版本。AT89S51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.3 电源及时钟引脚3.3.1 电源引脚（1）VCC（40脚）：

8、+5V电源。（2）VSS（20脚）：数字地。3.3.2 时钟引脚 （1）XTAL1（19脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端。用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。（2）XTAL2（18脚）：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。当使用外部时钟源时，本脚悬空。3.3.3并行I/O口 （1）P0口：8位，漏极开路的双向I/O口当外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址总线及数据总线的分时复用端口。P0口也可用作通用的I/O口，需加上拉电阻，这时为准双向口。作为通用I/O输入，应先向端

9、口写入1。可驱动8个LS型TTL负载。（2）P1口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。准双向I/O口，作为通用I/O输入时，应先向端口锁存器写1。P1口可驱动4个LS型TTL负载。P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK可用于对片内Flash存储器串行编程和校验，它们分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。（3）P2口：当AT89S51扩展外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线用，输出高8位地址。P2口也可作为普通的I/O口使用。当作为通用I/O输入时，应先向端口输出锁存器写1。P2口可驱动4个LS型TTL负载。（4）P3口：可作为通用的I/O口使用。作为通用I

10、/O输入，应先向端口输出锁存器写入1。可驱动4个LS型TTL负载。P3口还可提供第二功能。第二功能定义见图3-3，应熟记。综上所述，P0口可作为总线口，为双向口。作为通用的I/O口使用时，为准双向口，这时需加上拉电阻。P1口、P2口、P3口均为准双向口。P3口如图3， 图3 P3口引脚图3.4 时钟芯片DS12887DS12887是美国DALLAS半导体公司最新推出的8位串行接口并自带RAM的实时日历时钟芯片，内部有14个时钟控制寄存器，包括10个时标寄存器，4个状态寄存器和114 bit作掉电保护用的低功耗RAM。CPU通过读DS12887的内部时标寄存器得到当前的时间和日历，也可通过选择二

11、进制或BCD码初始化芯片的10个时标寄存器，其4个状态寄存器用来控制和指出DS12887的当前工作状态，114 bit非易失性静态RAM可在掉电时保存一些重要数据。 DS12887功能强大，应用广泛。DS12887引脚分布图和存储器分布图：图4 引脚分布图和存储器分布通过对寄存器A、B、C、D的编程可以控制 DS12887的工作方式：寄存器A 当 UIP 位为0时指示更新在244S内不会发生；当DV2DV1DV0其为010时，打开晶振，并允许时钟开始计时；RS3 RS2 RS1 RS0用于选择周期中断或输出方波的频率，当其分别为0111、1000、1001、1011、1100、1101、当其分

12、别为0111、1000、1001、1011、1100、1101、1110、1111时，对应频率为512Hz、256Hz、128Hz、64Hz、32Hz、16Hz、8Hz、4Hz、2Hz。 SET位为0时，每秒计数一次，置1后，更新转换被禁止；当PIE、AIE、UIE位为1时，分别允许周期中断、报警中断和时钟数据更新结束中断，为0时，禁止中断产生；SQWE位为1时，按以寄存器A中由RS3 RS2 RS1 RS0选定的频率从SQW引脚输出方波，为0时，SQW为低电平；当DM为1时选用二进制数据格式，反之为BCD数据格式；12/24位为1时，指定24小时时间格式，否则为12小时时间格式；DSE为1时

13、允许夏时制发生。 寄存器 C的内容是周期中断标志位PF、报警中断标志位AF、更新结束中断标志位UF和中断请求标志位IRQF，它们之间的关系为IRQF=PF*PIE+AF*AIE+UF*UIE，只要IRQF为1，/IRQ引脚输出就保持低电平，读寄存器C将清除所有标志器 C的内容是周期中断标志位PF、报警中断标志位AF、更新结束中断标志位UF和中断请求标志位IRQF，它们之间的关系为IRQF=PF*PIE+AF*AIE+UF*UIE，只要IRQF为1，/IRQ引脚输出就保持低电平，读寄存器C将清除所有标志。 寄存器 D中仅D7有定义，读时应若寄存器 D中仅D7有定义，读时应总为1，若为0则说明内部锂电池已耗尽。 为防止锂电池在芯片装入系统前被耗尽，DS12887在出厂时先关掉了其内部的晶振，编程时必须首先给寄存器A的DV2DV1DV0位写入010以打开晶振，然后,读寄存器D以检查内部锂电池是否有效；接着根据需要对寄存器A、B进行设置。当需要修改日历时钟时，必须