单片机电子时钟1602显示ds12c887芯片.docx

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1、沈阳理工大学课程设计专用纸 .29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，

2、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 程序流程图133.2.3 程序代码144 系

3、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子时钟硬件组成。利用单片机为控制核心，以液晶屏L

4、CD1602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

5、，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），和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括

6、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的存储功能地址功能取值范围(十进制)取值范围二进制BC

7、D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099NA19,203.液晶LCD1602工作原理：LCD指令

8、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、R/L=1：字符和光标右移功能设定00001DL

9、NFxxDL=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 例如第二行第一个字符的地址是 40H，那么是否直

10、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，

11、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） 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，然后

21、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=P3

22、5; /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ch

23、ar 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 wri

24、te_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，根据lcd1602时

25、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1IT1=1; /低电平触发beep=1;flag1=0;lcden=0;write_ds(0x0A,0x20); /向ds12

26、c887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lcdwrite_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);write_com(0x80+0x40); /在第二行显示数据for(num=0;nu

27、m12;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 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

28、=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(f

29、lag1=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(!s1);if(s1num=1)TR0=0;write_com(0x80+0x40+11);write_com(0x0f);if(s1num=2) /以下if语句是使光标在对应位置闪烁write_com(0x80+0x40+8);if(

30、s1num=3)write_com(0x80+0x40+5);if(s1num=4)write_com(0x80+14);if(s1num=5)write_com(0x80+10);if(s1num=6)write_com(0x80+7);if(s1num=7)write_com(0x80+4);if(s1num=8) /此判断语句显示table5表内容，闹钟状态显示uchar n;write_com(0x80);for(n=0;n15;n+)write_date(table5n);write_com(0x80+14);if(s1num=9)write_com(0x80+0x40+11);if

31、(s1num=10)write_com(0x80+0x40+8);if(s1num=11)write_com(0x80+0x40+5);if(s1num=12) /执行时间写入ds12c887芯片操作uchar num;s1num=0;write_com(0x0c); /设置控制寄存器，状态设置为写flag=0;write_ds(0,miao);write_ds(2,fen);write_ds(4,shi);write_ds(6,xingqi);write_ds(7,ri);write_ds(8,yue);write_ds(9,nian);set_alarm(ashi,afen,amiao);

32、write_com(0x80);for(num=0;num15;num+)write_date(tablenum);delay(5);write_com(0x80+0x40);for(num=0;num12;num+)write_date(table1num);delay(5);if(s1num!=0) /根据s1num按下次数执行相应的数据设置if(s2=0) /当s2按下时，如果delay(1);if(s2=0)while(!s2);if(s1num=1) /按s1按键1次改秒miao+;if(miao=60)miao=0;write_sfm(10,miao);write_com(0x80

33、+0x40+11);if(s1num=2) /按s1按键2次改分fen+;if(fen=60)fen=0;write_sfm(7,fen);write_com(0x80+0x40+8);if(s1num=3) /按s1按键3次改时shi+;if(shi=24)shi=0;write_sfm(4,shi);write_com(0x80+0x40+5);if(s1num=4) /按s1按键4次改星期xingqi+;if(xingqi=8)xingqi=1;write_xingqi(12,xingqi);write_com(0x80+14);if(s1num=5) /按s1按键5次改日期ri+;if

34、(ri=32)ri=1;write_nyr(9,ri);write_com(0x80+10);if(s1num=6) /按s1按键6次改月yue+;if(yue=13)yue=1;write_nyr(6,yue);write_com(0x80+7);if(s1num=7) /按s1按键7次改年nian+;if(nian=100)nian=0;write_nyr(3,nian);write_com(0x80+4);if(s1num=8) /按s1按键8次改闹钟状态开还是关uchar n;write_ds(0x0B,0x26); /向B控制寄存器写入控制字write_com(0x80);for(n

35、=0;n15;n+)write_date(table3n); write_com(0x80+14);if(s1num=9) /按s1按键9次改闹钟时间秒amiao+;if(amiao=60)amiao=0;write_sfm(10,amiao);write_com(0x80+0x40+11);if(s1num=10) /按s1按键10次改闹钟时间分afen+;if(afen=60)afen=0;write_sfm(7,afen);write_com(0x80+0x40+8);if(s1num=11) /按s1按键11次改闹钟时间时ashi+;if(ashi=24)ashi=0;write_sf

36、m(4,ashi);write_com(0x80+0x40+5);if(s3=0)delay(1);if(s3=0) /当s3按下时，如果：while(!s3);if(s1num=1) /按s1按键1次改秒miao-;if(miao=-1)miao=59;write_sfm(10,miao);write_com(0x80+0x40+11);if(s1num=2) /按s1按键2次改分fen-;if(fen=-1)fen=59;write_sfm(7,fen);write_com(0x80+0x40+8);if(s1num=3) /按s1按键3次改时shi-;if(shi=-1)shi=23;write_sfm(4,shi);write_com(0x80+0x40+5);if(s1num=4) /按s1按键4次改星期xingqi-;if(xingqi=0)xingqi=7;write_xingqi(12,xingqi);write_com(0x80+14);if(s1num=5) /按s1按键5次改