基于ds12c887的多功能時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽項(xiàng)目總結(jié)技術(shù)報(bào)告負(fù)責(zé)人：學(xué) 號：學(xué) 院、系： 信息與通信工程學(xué)院專 業(yè)：光電信息工程 聯(lián)系電話：Email:1677882726項(xiàng)目名稱：基于DS12C887時(shí)鐘芯片的多功能時(shí)鐘設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師: 小組成員：趙策、高潔、黃康 2013年 03 月 01 日目錄1、 設(shè)計(jì)背景.32、 主要研究內(nèi)容.33、 總體思路與研究方案1、LCD1602模塊.42、DS18B20模塊.63、蜂鳴器.94、獨(dú)立鍵盤模塊.95、時(shí)鐘芯片DS12C887模塊.15四、主要研究成果.17五、存在問題即以后努力方向.18附件：設(shè)計(jì)原理圖一、項(xiàng)目背景 在本次全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽人員選撥之際，我小

2、組準(zhǔn)備設(shè)計(jì)出一個(gè)多功能高精度時(shí)鐘。眾所周知，電子時(shí)鐘在日常生活中十分常見，本實(shí)驗(yàn)原利用單片機(jī)定時(shí)器中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘設(shè)計(jì)，但考慮到走時(shí)不夠精確，又不具有掉電保護(hù)功能，偶爾的掉電和晶振的誤差都會造成時(shí)間的錯(cuò)亂，并且完全用程序計(jì)時(shí)也會占用大量的系統(tǒng)資源，影響其他系統(tǒng)的正常運(yùn)行，與正常的時(shí)鐘相比相去甚遠(yuǎn)，所以我們改用新的方案加以實(shí)現(xiàn)。本方案采用時(shí)鐘芯片DS12C887與單品機(jī)實(shí)驗(yàn)板相連，DS12C887芯片相比一些如DS1302等表貼式芯片體積較大，內(nèi)部集成了可充電鋰電池，同時(shí)內(nèi)部還集成了32.768KHz的標(biāo)準(zhǔn)晶振，一旦設(shè)定好時(shí)間，即使系統(tǒng)主電源掉電，該芯片仍然可以靠內(nèi)部電源正常運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)重新上

3、電后，可繼續(xù)給鋰電池充電，這樣可有效的保證了時(shí)間的延續(xù)性，并且精度高，運(yùn)行穩(wěn)定，使用方便，廣泛應(yīng)用于各種高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)中。該芯片與晶振和電池集成在了一起，能自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，少于31天的月份，月末日期自動調(diào)整，具有閏年補(bǔ)償功能，有效期至2100年，對于一天的時(shí)間可有12小時(shí)制和24小時(shí)制兩種模式，在12小時(shí)制中利用AM和PM來提示上午還是下午。該時(shí)鐘芯片內(nèi)部有一個(gè)精密的溫度補(bǔ)償電路，用來監(jiān)視Vcc的狀態(tài)，如果主電源有故障，會自動切換到備用電源。支持多路復(fù)用的單字節(jié)接口訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)，該接口支持Intel和Motorola兩種模式。芯片內(nèi)部儲存方式也存在兩種：二

4、進(jìn)制和BCD碼。此外具有鬧鐘設(shè)置功能，可設(shè)置每秒一次至每星期一次。工作電壓是5V或3.3V。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣/保持電路、運(yùn)放、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行長距離傳輸時(shí)的串/并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時(shí)間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。2、 主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為主控中心，由LCD1602顯示屏、DS12c887數(shù)字時(shí)鐘芯片、溫度傳感器DS18B20、蜂鳴器、功能鍵盤、復(fù)位電路、晶振構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如下：LCD1602DS12C887獨(dú)立鍵盤蜂鳴器單片機(jī)晶振復(fù)位電路DS18B20電源多功能時(shí)鐘設(shè)計(jì)主要為實(shí)現(xiàn)以下功能：時(shí)間顯示：在LCD1602上顯示

5、年、月、日、時(shí)、分、秒和星期。溫度顯示：利用溫度傳感器DS18B20檢測系統(tǒng)所在環(huán)境溫度，并在LCD1602上顯示出來。時(shí)間調(diào)整：利用獨(dú)立鍵盤可進(jìn)行進(jìn)行時(shí)間的調(diào)節(jié)，包括時(shí)間數(shù)值上調(diào)鍵、數(shù)值下調(diào)鍵，鬧鐘查看鍵以及鬧鐘設(shè)置鍵。報(bào)警功能：當(dāng)溫度超過某一溫度時(shí)蜂鳴器會發(fā)聲，鬧鐘時(shí)間到也會產(chǎn)生提示。鬧鐘設(shè)定功能：可利用按鍵自行設(shè)置鬧鐘時(shí)間，時(shí)間到蜂鳴器鳴叫以提示。三、總體思路與研究方案1. 總體思路程序主要實(shí)現(xiàn)了從DS12C887各時(shí)間單元中讀出數(shù)據(jù)和DS18B20傳感器中讀取數(shù)據(jù)，并送到LCD1602中顯示的功能，同時(shí)檢測有沒有按鍵按下，如果有鍵被按下，則執(zhí)行按鍵處理子程序。首先進(jìn)行DS12C887時(shí)

6、鐘芯片、DS18B20芯片和LCD1602的初始化函數(shù)，然后進(jìn)行按鍵掃描，不斷地檢測按鍵是否按下，讀取DS12C887時(shí)鐘芯片、DS18B20檢測環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)，并且送到液晶顯示器顯示；當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)候，重新進(jìn)行掃描寫入?？傮w設(shè)計(jì)流程圖：開始初始化液晶、溫度傳感器、時(shí)鐘芯片分離出時(shí)間、日期、溫度值傳遞給液晶屏顯示鬧鐘程序設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)測鍵盤修改時(shí)間、日期子程序自動更新子程序鬧鐘響應(yīng)2. 實(shí)施方案1、LCD1602模塊：本設(shè)計(jì)采用1602字符型LCD，帶背光，可顯示兩行，每行16個(gè)字符，不能顯示漢字，內(nèi)置含128個(gè)字符的ASCII字符集字庫，只有并行接口，無串行接口。工作電壓4.5V5.5V，工

7、作溫度范圍0-50攝氏度。有8條數(shù)據(jù)線和3條控制線，與單片機(jī)引腳相連即可輸入數(shù)據(jù)和指令，進(jìn)行操作。的控制方式：共有兩種，一種是指令寄存器，一種是數(shù)據(jù)寄存器，有引腳來控制，當(dāng)為低電平時(shí)，并且做寫入操作時(shí)，可以寫入命令指令寄存器。如果為低且讀操作，可讀取地址寄存器的內(nèi)容。當(dāng)為高時(shí)，可用于讀寫數(shù)據(jù)寄存器。部分引腳功能說明：讀寫控制線，為時(shí)，進(jìn)行讀取操作，反之，進(jìn)行寫入動作。：使能信號控制端，高電平有效。：驅(qū)動電源，為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度較弱，接地時(shí)對比度強(qiáng)烈。：數(shù)據(jù)輸入輸出的引腳。和單片機(jī)口相連。具體電路原理圖如下：LCD的寫時(shí)序圖2、 部分程序代碼如下：void main()

8、e=0;rw=0;write_com(0x01); write_com(0x38); write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x80);void write_date(uint date) rs=1;e=0;P0=date;delay(3);e=1;delay(5);e=0;delay(5); void write_com(uchar com) /寫指令rs=0;e=0;P0=com;delay(5);e=1;delay(5);e=0;2、DS18B20模塊：溫度傳感器是傳感器中最常見的一種，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的提高，微型化、集成化、數(shù)字化程度越來越

9、高，美國DASLLS半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20采用單總線協(xié)議，即與單片機(jī)接口僅需要占用一個(gè)IO口，無需任何外部元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路都集成在其內(nèi)部，直接將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以數(shù)字碼方式串行輸出，從而大大簡化了傳感器與單片機(jī)的接口。具有微型化、低消耗、高性能、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器的工作特性：獨(dú)特的單線接口方式僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信。工作電壓：3.05.5V。寄生供電下可由數(shù)據(jù)線供電。支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)傳感器可同時(shí)連接到一條口線上即可與微處理器實(shí)現(xiàn)雙向通信。溫度范圍：-55+125攝氏度，在-10+85攝氏度時(shí)精度為正負(fù)0.5攝氏度?？删幊谭直媛蕿?12位

10、，對應(yīng)的分辨溫度分別為0.5,0.25，0.125,0.0625。可實(shí)現(xiàn)精確測溫。轉(zhuǎn)換速度：在9位分辨率時(shí)，最多在93.75ms內(nèi)把溫度信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，12位分辨率時(shí)最快在750ms內(nèi)轉(zhuǎn)換完成。負(fù)壓特性：電源極性反接時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。僅對一個(gè)溫度傳感器進(jìn)行操作的工作原理：高速暫存器RAM由3個(gè)字節(jié)存儲器組成： 寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位0溫度值高位1高溫限制（TH）2低溫限制（TL）3配置寄存器4保留5-7CRC校驗(yàn)值81、44H溫度轉(zhuǎn)換：啟動溫度轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入內(nèi)部九個(gè)字節(jié)的RAM中。2、 BEH讀暫存器，讀出內(nèi)部RAM中九字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。3、 高速暫存器RAM由

11、九個(gè)字節(jié)的存儲器組成，第0至1位是包含測得的溫度信息，2、3是復(fù)制的溫度的上下限，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20在出廠時(shí)默認(rèn)為12位，其最高位是符號位，即溫度值共11位，單片機(jī)每次讀取溫度時(shí)一次會讀取2個(gè)字節(jié)共16位，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，再乘以0.0625變?yōu)樗鶞y得的實(shí)際溫度。另外溫度還有正負(fù)，當(dāng)前五位全為1時(shí)，溫度為負(fù)值，所測得的數(shù)據(jù)需要取反加一之后再乘以0.0625，即為實(shí)際溫度值。DS18B20

12、完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較，若T>TH或T<TL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測量溫度并進(jìn)行告警搜索。部分程序代碼如下：uint dcwdsj() /讀出轉(zhuǎn)化后的溫度數(shù)據(jù)uchar themh=0;uchar theml=0;uint tem=0;init1();if(baizhi=0) /檢測傳感器是否存在write_date1(0xcc); /跳過ROM匹配write_date1(0x44); /發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 delay1(100); /*init1();if(ba

13、izhi=0) write_date1(0xcc); /跳過ROM匹配write_date1(0xbe); /發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令theml=read_date(); /讀出溫度放在theml和themh中themh=read_date();tem=(themh*256+theml)*25;tem=tem>>2;return tem;void write_wendu(uchar add,uint date) /顯示時(shí)分秒uchar shi,ge,baifenwei,shifenwei;baifenwei=date%1000%100%10;shifenwei=date%1000%100/

14、10;shi=date/1000; ge=date%1000/100; write_com(0x80+0x40+add);write_date(0x30+shi); /先寫小時(shí)，然后光標(biāo)自動后移一位delay1(100); write_date(0x30+ge); delay1(100); write_com(0x80+0x40+12);write_date(0x2E);write_date(0x30+shifenwei);delay1(100);write_date(0x30+baifenwei);delay1(100); write_com(0x80+0x40+15);write_date

15、(0xdf); 3、 蜂鳴器模塊： 為了實(shí)現(xiàn)鬧鐘功能，選擇蜂鳴器作為鬧鈴。采用PNP型8550三極管，發(fā)射極e腳連接+5V，基極b腳連接10K電阻后接到單片機(jī)P1.5口上，c腳連接蜂鳴器。當(dāng)基極低電平時(shí)，則會是蜂鳴器導(dǎo)通。4、獨(dú)立鍵盤模塊： 獨(dú)立鍵盤掃描：獨(dú)立鍵盤不同于矩陣鍵盤，獨(dú)立鍵盤每一個(gè)鍵都對應(yīng)著和一個(gè)I/O口相連。鍵盤實(shí)際上就是一組按鍵，在單片機(jī)外圍電路中，通常按鍵都是機(jī)械彈性開關(guān)。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，線路導(dǎo)通，斷開時(shí)線路也斷開。單片機(jī)檢測鍵盤的原理是：單片機(jī)的I/O口既可以做輸入也可以做輸出使用，檢測鍵盤用的是輸入功能，這些鍵盤一段是接地的一段和I/O相連接，開始時(shí)先給I/O口賦高電平，然

16、后讓單片機(jī)不斷地檢測該口是否變?yōu)榈碗娖?，因?yàn)楫?dāng)按鍵被按下時(shí)，相當(dāng)于I/O口通過按鍵與大地相連，變?yōu)榈碗娖?。程序一旦檢測到變?yōu)榈碗?平則說明按鍵被按下了。 鍵盤的消抖：在按下鍵盤和釋放的時(shí)候會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，抖動的時(shí)間長短和按鍵的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5-10ms,我們手動操作時(shí)候，按下鍵盤穩(wěn)定閉合的時(shí)間超過20ms,因此單片機(jī)在檢測鍵盤是否被按下的時(shí)候都要進(jìn)行消抖的處理。消抖可以用專門的消抖電路，由于知識有限，本系統(tǒng)采用軟件消抖。獨(dú)立鍵盤的原理圖如下： 消抖的流程圖Y單片機(jī)IO口初始化延時(shí)10ms執(zhí)行后續(xù)相關(guān)函數(shù)檢測是否有鍵按下 檢測是否有鍵按下 檢測是否有鍵釋放 YNNNY部分代碼如下：void

17、 keyscan()if(K1=0)delay(80);if(K1=0)di();flag=1;K1num+;if(K1num=7)K1num=0;switch(K1num)case 1:write_com(0x80+0x40+7);write_com(0x0f);break;case 2:write_com(0x80+0x40+4);break;case 3:write_com(0x80+0x40+1);break;case 4:write_com(0x80+9);break;case 5:write_com(0x80+6);break;case 6:write_com(0x80+3);br

18、eak;case 0:K1num=0;write_com(0x0c);write_ds(0,miao);write_ds(2,fen); write_ds(5,shi);write_ds(7,day);write_ds(8,month);write_ds(9,year);flag=0;break;if(K1num!=0)if(K2=0)delay(80);if(K2=0)switch(K1num)case 1:miao+;if(miao=60)miao=0;write_sfm(6,miao);write_com(0x80+0x40+7);break;case 2:fen+;if(fen=60)

19、fen=0;write_sfm(3,fen);write_com(0x80+0x40+4);break;case 3: shi+;if(shi=24)shi=0;write_sfm(0,shi);write_com(0x80+0x40+1);break;case 4:day+;if(day=31)day=0;write_nyr(8,day);write_com(0x80+9);break;case 5:month+;if(month=12)month=0;write_nyr(5,month);write_com(0x80+6);break;case 6:year+;if(year=100)ye

20、ar=0;write_nyr(2,year);write_com(0x80+3);break;if(K3=0) /查看鬧鐘設(shè)置 K4鍵來修改鬧鐘時(shí)間delay(50); if(K3=0)K3num+; if(K3num=6)K3num=1 ; switch(K3num) case 1:flag=1;amiao=read_ds(0x01);/完全可以利用按鍵設(shè)置鬧鐘，努力嘗試afen=read_ds(0x03);ashi=read_ds(0x05);write_sfm(0,ashi);write_sfm(3,afen);write_sfm(6,amiao);break;case 2:flag=1

21、;write_com(0x80+0x40+6);write_com(0x0f);break;case 3:flag=1;write_com(0x80+0x40+3);write_com(0x0f);break;case 4:flag=1;write_com(0x80+0x40+0);write_com(0x0f);break;case 5:flag=0;write_com(0x0c);K3num=0;break; if(K3num=2|K3num=3|K3num=4) if(K4=0) delay(100); if(K4=0) K4num+;if(K4num=4)K4num=1;switch(

22、K3num)case 2: flag=1;amiao+; if(amiao=60)amiao=0; write_ds(0x01,amiao);write_sfm(6,amiao);break;case 3:afen+;if(afen=60)afen=0;write_ds(0x03,afen); write_sfm(3,afen);break;case 4:ashi+;if(ashi=24)ashi=0;write_ds(0x05,ashi); write_sfm(0,ashi);break; 、 DS12C887芯片模塊： DS 12C887是一款集成DS12R885的裸片、32.768kHz

23、石英晶體和一個(gè)可充電電池的表面貼封裝器件。該器件提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘舊歷、定時(shí)鬧鐘、三個(gè)可屏蔽中斷和一個(gè)通用中斷輸出、可編程方波以及114字節(jié)非易失、電池備份的靜態(tài)RAM。少于31天的月份，月末日期可自動調(diào)整，其中包括閏年補(bǔ)償。該器件還可以工作于24小時(shí)或12 時(shí)格式。一個(gè)精密的溫度補(bǔ)償電路用來監(jiān)視VCC的狀態(tài)。如果檢測到主電源故障，該器件可以自動切換到內(nèi)部封裝的備用電源供電。該器件可以通過一個(gè)多路復(fù)用的單字節(jié)I/O口訪問，該I/O口支持Intel和Motorola模式。這里只用Inter模式。在25攝氏度的環(huán)境下每月溫度誤差為1分鐘。該芯片多應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中、網(wǎng)絡(luò)集線器、路由器、網(wǎng)橋中。對于時(shí)鐘、

24、日歷、鬧鐘單元的說明：時(shí)鐘和日歷信息可通過讀取相應(yīng)寄存器字節(jié)獲得。通過寫相應(yīng)的寄存器字節(jié)對時(shí)鐘、日歷和鬧鐘進(jìn)行設(shè)置或初始化。存儲時(shí)間、日歷和鬧鐘的10個(gè)字節(jié)內(nèi)容可以是二進(jìn)制格式，也可以是BCD格式。這里只采用常用的二進(jìn)制。時(shí)鐘、日歷共七個(gè)字節(jié)，每秒更新一次，每次增加一秒，并且檢測鬧鐘條件。鬧鐘設(shè)定，把時(shí)間正確寫入時(shí)分秒鬧鐘單元，把鬧鐘使能位設(shè)為高，打開鬧鐘中斷允許位，則每當(dāng)設(shè)定時(shí)間和正常顯示時(shí)間相同時(shí)，則響應(yīng)鬧鐘中斷?？刂萍拇嫫髡f明：共有四個(gè)寄存器：寄存器A、B、C、D，在任何時(shí)間都可以訪問。UIP：正在更新。當(dāng)UIP致零時(shí)，允許進(jìn)行時(shí)鐘、鬧鐘、日歷單元的訪問。DV2、DV1、DV0：用來開啟

25、和關(guān)閉振蕩器，只用DV2 /DV1、DV0=010時(shí)，才打開振蕩器并允許RTC計(jì)時(shí)。該芯片出廠時(shí)為振蕩器關(guān)閉狀態(tài)，為了不損耗內(nèi)部電源的能量。SET:為0時(shí)，更新傳輸正常進(jìn)行，計(jì)數(shù)每秒加一。AIE：鬧鐘中斷使能位。AIE=1時(shí)，才可使寄存器C中的鬧鐘中斷標(biāo)志位AF有效。DM：數(shù)據(jù)模式位。選擇數(shù)據(jù)模式是二進(jìn)制還是BCD。我們這里設(shè)置為二進(jìn)制。24/12:二十四小時(shí)或十二小時(shí)模式選擇，置1，選擇二十四小時(shí)模式。IRQF：中斷請求標(biāo)志。當(dāng)下列任何一個(gè)條件成立時(shí)，此位置為1PF=PTE=1、AF=ATE=1、UF=UIE=1。每次IRQF為1時(shí)，IRQ引腳都會變低。該位可通過讀取寄存器C或RESE7信號

26、清除。AF：鬧鐘中斷標(biāo)志。 AF為1表明當(dāng)前時(shí)間與鬧鐘時(shí)間匹配。如果AIE位也為1，則IRQ引腳變低并且IRQF置為1。該位可通過讀取寄存器C來清除。中斷產(chǎn)生：處理器程序可以選擇是否使用中斷，或使用哪些中斷。用寄存器B的三位來使能中斷。若某中斷使能位寫人邏輯1，則對應(yīng)事件發(fā)生時(shí)允許觸發(fā)中斷。若某中斷使能位寫入0則禁止對應(yīng)事件對IRO引腳的控制。當(dāng)一個(gè)中斷事件發(fā)生時(shí)，寄存器C中的相應(yīng)標(biāo)志位會置為邏輯1。這些標(biāo)志位與寄存器B中對應(yīng)的使能位狀態(tài)無關(guān)。這里利用只要寄存器B的中斷使能位和寄存器C的中斷標(biāo)志位都置1，則IRQ就保持低電平有效。IRQ一旦為低，則IRQF就會變高。 芯片部分引腳說明：CS一芯片片選端。低電平有效。AS一地址選通輸入端。在進(jìn)行讀/寫操作時(shí)，AS的上升沿將出現(xiàn)的地址信息鎖存到DS12C887上，而下一個(gè)下降沿清除ADO-AD7上的地址信息，不論CS是否有效，DS 12C887都將執(zhí)行該操作。RW一讀/寫輸入端。該引腳也有兩種工作模式，當(dāng)MOT接VCC時(shí)，R/ W工作。此時(shí)，該引腳的作用是區(qū)分讀操作還是寫操作，R/ W高電平時(shí)為讀操作，低電平時(shí)為寫操作;當(dāng)MOT接GND時(shí)，該引腳工作在Intel模式，此時(shí)該引腳作為寫允許輸入，即Write Enable，此信號的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。DS一數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳。該引