1、单片机电子时钟1602显示ds12c887芯片摘 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)
2、 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 LCD1602 DS12C887 精确计时 目 录摘 要 1目 录 21 引 言 32 总体设计 42.1基本原理 42.2系统总体框图及设计思路 83 详细设计 93.1 硬件设计 93.2 软件设计. 133.2.1程序设计思路 133.2.2 程序流
3、程图 133.2.3 程序代码 144 系统调试及分析 265 心得体会 28参考文献 291 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
4、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
5、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(Microcontroller Unit),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
6、),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1 DS12C887的存储
7、功能地址功能取值范围(十进制)取值范围二进制BCD码0秒059003B00591秒闹铃059003B00592分059003B00593分闹铃059003B0059412小时模式112010C AM818C PM0112 AM8192 PM24小时模式023001700235时闹铃,12小时制112010C AM818C PM0112 AM8192 PM时闹铃,24小时制023001700236星期(星期日=1)17010701077日131011F01318月112010C01129年0990063009910控制寄存器A11控制寄存器B12控制寄存器C13控制寄存器D50世纪099NA19
8、,203.液晶LCD1602工作原理:LCD指令表指令功能控制线数据线RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清除屏幕0000000001清除屏幕,并把光标移至左上角光标回到原点000000001x光标移至左上角,显示内容不变设定进入模式00000001I/DSI/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0000001DCBD=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000001S/CR/LxxS/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、
9、R/L=1:字符和光标右移功能设定00001DLNFxxDL=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CG RAM地址设定0001CG RAM地址将所要操作的CG RAM地址放入地址计数器DD RAM地址设定001DD RAM地址将所要操作的DD RAM地址放入地址计数器忙碌标志位BF01BF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10写入数据将数据写入CG RAM或DD RAM读取数据11读取数据读取CG RAM或DD RAM的数据图 10-57 1602LCD 内部显示地址
10、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
11、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) STC89C52STC89C52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:0Hz33MHz 、 三级加密
12、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P1.0T2(定时器T2外部输入)P3口引脚P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外部中断0)P3.3(外部中断1)P3.4T0(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(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,
13、其引脚分布如图4所示。图4 DS12C887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。7DS12C887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+
14、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。AD0AD7: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AD0AD7上的是地址信息,可用
15、以选通DS12C887内的RAM,总线周期的后半部分出现在AD0AD7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AD0AD7上出现的地址信息锁存到DS12C887上,而下一个下降沿清除AD0AD7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AD0AD7上,以供外部读取。在写操作中,DS的下降沿将使总线 AD0AD7上的数
16、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Read Enable。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Write Enable。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R
17、AM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:162 个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)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
18、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 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 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
19、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 714脚:D0D7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ER/WRS功能说明100
20、写入命令寄存器101写入数据寄存器110读取忙碌标志及RAM地址111读取RAM数据0X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
21、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#define uchar unsigned char /数据格式宏定义#define uint unsigned int /数据格式宏定义sbit rs=P
22、35; /lcd寄存器选择sbit lcden=P34; /lcd使能端sbit s1=P30; /开关s1sbit s2=P31; /开关s2sbit s3=P32; /开关s3sbit beep=P12; /蜂鸣器sbit dscs=P14; /ds12c887片选sbit dsas=P15; / ds12c887地址选通输入脚sbit dsrw=P16; / ds12c887读/写输入端sbit dsds=P17; / ds12c887数据选择或读输入脚sbit dsirq=P33; / ds12c887中断请求输入uchar count,s1num,flag,flag1; /状态变量c
23、har miao,shi,fen,nian,yue,ri,xingqi,amiao,afen,ashi; /数据变量uchar code table= 20 - -; /年月日显示格式uchar code table1= : : ; /时间显示格式uchar code table2=MONTHUWENTHRFRISTASUN; /星期表,每3位为一个uchar code table3= ALARM ON ; /开闹钟提示uchar code table4= ALARM OFF ; /关闹钟提示uchar code table5=SET ALARM PUSH ; /闹钟状态选择提示void wr
24、ite_ds(uchar,uchar); /函数声明void set_alarm(uchar,uchar,uchar);uchar read_ds(uchar);2、功能控制void delay(uint z) /延时子函数 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void beezzer() /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;void write_com(uchar com) /向lcd写入控制字com
25、,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; void write_date(uchar date) /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; void init() /初始化单片机 uchar num; 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; l
26、cden=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;num15;num+) write_date(tablenum); delay(5
27、); write_com(0x80+0x40); /在第二行显示数据 for(num=0;num12;num+) write_date(table1num); delay(5); void write_sfm(uchar add,uchar date) /向lcd写入时分秒数据 uchar shi,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);void write_nyr(uchar add,uchar
28、date) /向lcd写入年月日数据 uchar shi,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);void write_xingqi(uchar add,uchar date) /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(table2date); write_date(table2+date); write_date(table2+date);void keyscan() /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;
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