(論文)基于時鐘芯片pcf8563萬年歷系統(tǒng)的設計 論文最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻

畢業(yè)設計說明書(論文)作 者:學 號：系：專 業(yè):題 目:基于時鐘芯片PCF8563萬年歷系統(tǒng)的設計助教指導者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術職務)畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要摘要：本課題是基于時鐘芯片PCF8563萬年歷的設計，通過對萬年歷的總體結構的研究可知，本裝置由STC89C52單片機作為主控制器，PCF8563提供時鐘信號，LED數碼管顯示，鍵盤進行時間的調整。論文重點闡述了萬年歷硬件設計中主要含有的單片機模塊、時鐘模塊和相關控制模塊等模塊化設計與制作；軟件同樣采用模塊化的設計，包括定時中斷模塊、鍵盤掃描模塊、I2C總線通信模塊，串口通信等模塊設計，并采用簡潔易讀的C語言編寫實現。本設計實現了年、月、日、時、分、秒的實時顯示功能，同時可以進行年、月、日、時、分的實時調整。該設計接口簡單、斷電不丟失時間和數據信息、功耗低、性能高，解決了目前常用實時時鐘占資源多以及計時不可靠等缺點，在民用市場具有很大的競爭力。關鍵詞：電子萬年歷，單片機，時鐘芯片 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 頁 共 頁畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要目 錄1 引言51.1課題背景：51.2 單片機概述61.3 單片機的應用102 系統(tǒng)功能和基本原理112.1 系統(tǒng)的功能113.方案設計與論證123.1 總體設計方案與比較123.2 模塊方案論證與選擇124.芯片的選擇與簡介154.1 PCF8563時鐘芯片簡介154.2 AT89C52簡介174.3 ZLG7290驅動芯片簡介214.4 max232串口通信芯片簡介224.5 LED數碼管簡介245 系統(tǒng)硬件設計275.1 總體設計275.2 各功能模塊硬件設計及實現276 系統(tǒng)軟件設計316.1軟件總體流程圖316.2軟件主要子模塊317系統(tǒng)調試與測試結果分析357.1調試357.1.2元件安裝焊接357.2調試結果38結束語40致謝41參考文獻42附錄A 萬年歷整體電路圖43附錄B 程序清單441 引言 萬年歷數字鐘是一種用萬年歷時鐘芯片實現年、月、日、時、分、秒計時，并通過單片機處理后送給顯示芯片顯示的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且具有更長的使用壽命。本設計所使用的核心器件為STC單片機，是目前應用極為廣泛的51系列單片機，配置了外圍設備，構成了一個可編程的計時定時系統(tǒng)，具有體積小，可靠性高，功能強等特點。不僅能滿足所需要求，而且還有很多功能可供開發(fā)，有著廣泛的應用領域。1.1課題背景：電子萬年歷，它是近代世界鐘表業(yè)界的第三次革命。第一次是擺和擺輪游絲的發(fā)明，相對穩(wěn)定的機械振蕩頻率源使鐘表的走時差從分級縮小到秒級，代表性的產品就是帶有擺和擺輪游絲的機械鐘或表。第二次革命是石英晶體振蕩器的應用，發(fā)明了走時精度更高的石英電子鐘表，使鐘表的走時月差從分級縮小到秒級。第三次革命就是電瓶夾數碼計時技術的應用（電子萬年歷），使計時產品的走時日差從分級縮小到1/600萬秒，從原有傳統(tǒng)指針計時的方式發(fā)展為人們日常更為熟悉的夜光數字顯示方式，直觀明了，并增加了全自動日期、星期、溫度以及其他日常附屬信息的顯示功能，它更符合消費者的生活需求！因此，電子萬年歷的出現帶來了鐘表計時業(yè)界跨躍性的進步。電子萬年歷是采用了單片機原理實現對陰（陽）歷年、月、日、周、時、分、秒、溫度、節(jié)假日等的數字顯示及到時提醒的計時裝置，并通過單片機處理后送給顯示芯片顯示的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且具有更長的使用壽命。廣泛用于個人家庭、車站、碼頭辦公室等公共場所，成為人們日常生活中不可少的必需品。由于數字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用，使得電子萬年歷的精度，遠遠超過老式的計時方法。電子萬年歷的數字化給人們生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些都是以鐘表數字化為基礎的 。因此，研究萬年歷及擴大其應用，有著非常重要的意義。1.2 單片機概述1.2.1 單片機的概念單片機的全稱為單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）。從應用領域來看，單片機主要用于控制，所以又稱為微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)。單片機是將計算機的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機。電子數字計算機誕生于1946年，在其后的一個歷史階段中，計算機始終是被供養(yǎng)在特殊的機房中、實現數值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代微處理器的出現，使得計算機以小型、廉價、高可靠性的特點，迅速走出機房，并被嵌入到一個對象體系中，實現對象體系的智能化控制。這種把嵌入到對象體系中實現對象體系智能化控制的計算機稱作嵌入式計算機系統(tǒng)。單片機是典型的嵌入式系統(tǒng)，它的出現實現了最底層的嵌入式系統(tǒng)應用，帶有明顯的電子系統(tǒng)設計模式的特點。單片機是從通用微型計算機分化出來的一個應用分支，因此，它的基本功能組成和工作原理與通用微型計算機是一致的。單片機具有類似微機的微處理器（cpu）、存儲器、I/O接口三大功能組成部分。但從功能上看，單片機把三大組成部分（cpu+存儲器+I/O接口）和一些實時控制需要的功能器件集成在一塊芯片上。實時控制器件包括定時器/計數器、中斷控制、模/數轉換器（ADC）、數/模轉換器（DAC）、脈沖寬度調制器（PWM）、電壓比較器、看門狗（Watchdog）、DMA、串行口、傳感器等，以及I2C、SPI等外部串行總線接口。從結構上看，單片機不但與通用微機一樣，是一個有效的數據處理機，而且是一個功能很強的過程控制機。從某種意義上講，一塊單片機就具有一臺微型計算機的功能，只需所需的輸入/輸出設備，就可以構成一個完整的系統(tǒng)，滿足各種應用領域的需要。但這并不意味著二者的發(fā)展能互相取代，單片機和通用微型計算機的相同功能部分在具體構造中存在許多不同：（1）通用微型計算機的cpu主要面向數據處理，其發(fā)展主要圍繞數據處理功能、計算速度和精度的進一步提高。單片機主要面向控制，控制中的數據類型及數據處理相對簡單。（2）通用微型計算機中，存儲器組織結構主要針對增大存儲容量和CPU對數據的存取速度。單片機中存儲器的組織結構比較簡單，存儲器芯片直接掛接在單片機的總線上，CPU對存儲器的讀/寫按直接物理地址來尋址存儲器單元。不同于通用微型計算機，單片機中把程序存儲器（ROM）和數據儲存器（RAM）設計為兩個獨立的地址空間。（3）通用微型計算機中I/O接口主要考慮標準外設（CRT、標準鍵盤、鼠標、打印機、硬盤、光盤等），用戶通過標準總線連接外設，能達到即插即用。單片機應用系統(tǒng)的外設都是非標準的，種類很多，千差萬別，單片機I/O接口實際上是向用戶提供了外設連接的物理界面，用戶對外設的連接要設計具體的接口電路，需要熟練的接口電路設計技術。1.2.2 單片機的發(fā)展自1975年美國德克薩斯儀器公司（Texas Instruments，TI）第一塊單片機芯片TMS-1000問世以來，在短短的30多年間，單片機技術已發(fā)展成為計算機技術的一個非常有活力的分支，有著自己的技術特征、規(guī)范、發(fā)展道路和應用環(huán)境。隨著電子技術的發(fā)展，單片機在集成度、功能、性能、體系結構等方面都得到了飛速發(fā)展。單片機先后經歷了4位機、8位機、16位機、32位機和64位機的發(fā)展階段。從單片機30多年的發(fā)展歷程可以看到，單片機技術的發(fā)展以微處理器技術及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展為先導，表現出以下技術特點。1.體系結構的變化 從體系結構上看，單片機自誕生以來，經歷了從SCM到MCU再到SOC的發(fā)展過程。（1）SCM(Single Chip Microcomputer)-單片微型計算機。其主要是尋求單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構，開創(chuàng)了單片機與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。MCS-51奠定了SCM的經典體系結構。（2）MCU(Micro Controller Unit)-微控制器。隨著SCM在技術上、體系結構上不斷擴展嵌入式對象要求的各種控制功能，增加對象系統(tǒng)要求的外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力，使單片機迅速進入MCU階段。一塊單片機芯片就是一個比較完整的小型控制系統(tǒng)。Philips公司推出的80C51是MCU的典型代表。（3）SOC（System On Chip）-片上系統(tǒng)。片上系統(tǒng)是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決。單片機芯片上不僅包含完整的硬件系統(tǒng)，并有嵌入軟件的全部內容。單片機芯片的內部功能越來越強大，目前除了具有ROM、RAM、I/O口、定時器/計數器、中斷、串行口等傳統(tǒng)的內容外，一些新型的單片機還擴充了許多新功能，如內置多通道模/數轉換器（ADC）、數/模轉換器（DAC）、電壓比較器、看門狗定時器（WDT）、可編程定時器/計數器陣列（PCA）以及I2C、SMBus、SPI等外部串行總線接口，有的專用單片機甚至還內置USB、IRDA紅外和無線電接口，并具有在線編程、調試、仿真功能。SOC使單片機功能越發(fā)完善，用戶不需要擴充資源就可以完成項目開發(fā)，不僅使開發(fā)簡單，而且大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。美國Cygnal公司推出的C8051F系列單片機是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)SOC。它具有與MSC-51單片機的內核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標準8051的數字外設部件外，片內還集成了數據采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數字外設及功能部件。2.單片機速度越來越快為了提高單片機的抗干擾能力，降低噪聲和時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術發(fā)展的一個方向。一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的內部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了很多。3.低電壓與低功耗幾乎所有的單片機都有Wait、Stop等省電運行方式，允許使用的電源電壓范圍越來越寬。一般單片機都能在36伏范圍內工作，對電池供電的單片機不再需要對電源采取穩(wěn)壓措施。4.低噪聲和高可靠性技術為提高單片機系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產品能適應惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片機商家在單片機內部電路中采取了一些新的技術措施。5.OTP與掩膜OTP（One Time Programable）是一次性寫入的單片機。過去認為，一個單片機產品的成熟時以投產掩膜型單片機為標志的。由于掩膜需要一定的生產周期，而OTP型單片機價格不斷下降，使得近年來直接使用OTP完成最終產品制造更為流行。它較之掩膜具有生產周期短、風險小的特點。6.MTP向OTP挑戰(zhàn)MTP是可多次編程的意思。一些單片機廠商以MTP的性能，OTP的價位推出他們的單片機。7.在線編程技術在線編程目前有兩種不同的方式：（1）ISP（In System Programming），即在系統(tǒng)編程。具備ISP的單片機內部集成了FLASH存儲器，用戶可以通過下載線以特定的硬件時序在線編程，但用戶程自身不可以對內部存儲器做修改。（2）IAP（In Application Programming），即在應用編程。具備IAP的單片機廠家在出廠時向其內部寫入了單片機引導程序，用戶可以通過下載線對它在線編程，用戶程序也可以自己對內存重新修改。這對于工業(yè)實時控制和數據的保存提供了方便。8.在線仿真技術一些新型的SOC單片機都具有在線仿真功能，這些單片機都配置了JTAG接口。JTAG（Joint Test Action Group）是一種國際標準測試協(xié)議，主要用于芯片內部測試。JTAG接口的引入使單片機傳統(tǒng)的仿真調試產生了徹底的變革。在上位機軟件的支持下，通過串行的JTAG接口直接對產品系統(tǒng)進行仿真調試。9.增加I2C、SPI串行接口功能單片機增加I2C、SPI串行接口功能是為了方便系統(tǒng)與外圍設備連接。用戶可以通過I2C、SPI串行接口連接諸如傳感器等設備，完成檢測功能，同時把系統(tǒng)情況通過串口傳送給上位機管理系統(tǒng)，完成遠程設備的控制。1.2.3 單片機的特點（1）單片機的存儲器ROM和RAM是嚴格區(qū)分的。ROM稱之為程序存儲器，只存放程序、固定常數及數據表格。RAM稱之為數據存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數據。這樣就有較大的程序存儲器空間把開發(fā)成功的程序固化在ROM中，而把少量的隨機數據存放在RAM中。如此，小容量的數據存儲器能以高速RAM形式集成在單片機片內，以加速單片機的執(zhí)行速度。（2）采用面向控制的指令系統(tǒng)。位滿足控制的需要，單片機有更強的邏輯控制能力，特別是單片機具有很強的位處理能力。（3）單片機的I/O引腳通常是多功能的。為了解決有限的引腳數目與需要的信號線間的矛盾，采用了引腳功能復用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。（4）單片機的外部擴展能力很強。在內部的各種功能部件不能滿足應用需求時，均可在外部進行擴展（如擴展ROM、RAM，I/O接口，定時器/計數器，中斷系統(tǒng)等），與許多通用的微機接口芯片兼容，給應用系統(tǒng)設計帶來極大的方便。（5）單片機在控制領域中還有：體積小，成本低，運用靈活，易于產品化，能方便地組成各種智能化的控制設備和儀器，做到機電一體化；面向控制，能針對性地解決從簡單到復雜的各類控制任務，因而能獲得最佳的性價比；抗干擾能力強，適用溫度范圍廣，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠的工作；可以方便地實現多機和分布式控制，是整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高3。1.3 單片機的應用1.3.1 單片機的應用領域 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的巡航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療機械了。由此歸納其應用領域：1.工業(yè)控制，單片機可以構成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)等，如數控機床、自動生產線控制、電機控制、溫度控制等。2.儀器儀表，如智能儀器、醫(yī)療器械、數字示波器等。3.計算機外部設備與智能接口，如圖形終端機、打印機、傳真機、復印機、繪圖儀、磁盤/磁帶機、智能終端機等。4.商用產品，如自動售貨機、電子收款機、電子稱等。5.家用電器，如微波爐、電視機、空調、洗衣機、錄像機、音響設備等。此外，單片機還在工商，金融，科研，教育，國防航空航天等領域有著十分廣泛的用途4。1.3.2 常用單片機類型目前流行的51內核的8位單片機有：MCS-51系列單片機；ATMEL公司的89系列單片機；SST公司的SST89系列單片機；PHILIPS公司的增強型80C51系列單片機5。2 系統(tǒng)功能和基本原理2.1 系統(tǒng)的功能（1）時間顯示 時間顯示是萬年歷設計最主要的功能。萬年歷應該不僅能準確顯示時，分，秒，而且還要能夠顯示年，月，日。（2）時間調整 萬年歷再第一次使用時，需要根據當前時間進行實踐調整，設定其初始時間，設置完成之后，它會在設定值基礎上進行準確的計時和顯示。在萬年歷斷電或出現其他故障排除后，也需要根據當前時間進行時間調整。2.2系統(tǒng)的基本原理本電子萬年歷能靜態(tài)顯示年、月、日、小時、分鐘、秒；通過切換鍵/執(zhí)行鍵、移位鍵/加1鍵四個功能對時間進行校正，能夠正確的選擇時間和更改日期。3.方案設計與論證3.1 總體設計方案與比較方案一:純硬件電路系統(tǒng)。各功能采用分離的硬件電路模塊實現。用時序邏輯電路實現時鐘功能。但這種實現方法可靠性差、控制精度低，靈活性小、線路復雜、安裝調試不方便，而且不方便實現對系統(tǒng)的擴展。 方案二:用可編程邏輯器件（PLD）實現。這種方案與前一種相比，可靠性增加，同時可以很好的完成時鐘的功能。但是這種方案，顯示的效果不夠理想，無法很好的完成擴展功能的要求。同時，系統(tǒng)的靈活性不夠。 方案三:采用AT89C52單片機作為系統(tǒng)的控制核心。時鐘功能采用單片集成的時鐘芯片PCF8563來實現，可以使用數碼管顯示時間、日歷。系統(tǒng)的總體框圖如下：3.2 模塊方案論證與選擇3.2.1 單片機芯片的選取方案一：采用89C51芯片作為電路的控制核心，采用Flash ROM,內部具有4KB ROM 存儲空間，能與3V的超低壓工作，而且與MCS51 系列單片機完全兼容，但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術，當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案二：采用AT89C52，片內ROM全都采用Flash ROM，能以3V的超低壓工作，同時也與MCS51系列單片機完全兼容，芯片內部存儲器為8KB ROM 存儲空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術，當在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。所以選擇采用AT89C52作為主控制系統(tǒng)。3.2.2 時鐘芯片的選取方案一：由單片機實現時鐘功能。單片機內部具有定時器，可方便實現定時功能。通過計算可知，使定時器每25ms產生一次中斷，當產生40次中斷后秒單元將加一，以此類推，從而實現時、分、秒的走時，并加以顯示。但由于系統(tǒng)晶振誤差、溫漂、中斷響應時間的不確定性及定時器重新裝載時間常數所帶來的誤差，決定它不能用來作為時鐘的時間基準。方案二：專用時鐘芯片。目前市場上已有很多實時時鐘芯片。如DS12887、DS1302、PCF8563、X1227等，芯片內都集成了時鐘/日歷功能，給時鐘系統(tǒng)設計帶來很多方便。因此計時功能以選專用時鐘芯片為宜，時鐘模塊采用方案三來實現。在系統(tǒng)硬件設計時，串行總線接口較并行總線接口較為方便，系統(tǒng)設計選用了PHILIPS公司的串行接口總線實時時鐘芯片PCF8563作為計時芯片。所以選擇PCF8563做為時鐘芯片。3.2.3 顯示模塊的選取方案一：采用LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏的顯示功能強大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，但是顯示時間不利于遠觀。方案二：采用點陣式數碼管顯示。點陣式數碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合，如采用在顯示數字顯的太浪費，價格也相對較高。方案三：采用LED數碼管顯示。LED數碼管價格適中，對于顯示數字最合適，而且與單片機連接時，占用的單片機口線少。 通過對比以上三種方案，本設計采用了LED數碼管做為萬年歷顯示。3.24 單片機通信模塊選取方案一：采用并行通信。并行通信時數據的各個位同時傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進行，但用的通信線多，占用I/O口多，成本高。方案二：采用串行通信。串行通信時數據是一位一位順序傳送，只用很少幾根通信線，占用I/O口少，成本低。通過對比以上兩種方案，本設計采用了串口通信進行單片機與電腦之間的數據傳輸。4.芯片的選擇與簡介 按照設計方案的比較得出：系統(tǒng)由主控芯片使用AT89C52單片機；時鐘芯片使用PCF8563。采用PCF8563作為計時芯片，可以做到計時準確；顯示驅動采用ZLG7290，ZLG7290是微處理器和共陰極八位LED數碼管顯示、64點陣顯示接口的小型串行輸入、輸出芯片；顯示模塊采用普通的共陰極數碼管顯示器，鍵盤采用獨立式鍵盤；串口口模塊采用MAX232芯片。4.1 PCF8563時鐘芯片簡介串行日歷時鐘芯片PCF8563與采用并行總線與單片機進行數據通信的時鐘芯片相比，PCF8563與單片機的連線大為減少，極大的節(jié)省了單片機的系統(tǒng)資源。時鐘芯片與單片機的接口電路 。PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級內含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片。PCF8563的多種報警功能、定時器功能、時鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復雜的定時服務，甚至可為單片機提供看門狗功能。內部時鐘電路、內部振蕩電路、內部低電壓檢測電路（1.0V）以及兩線制I C總線通信方式，不但使外圍電路極其簡潔，而且也增加了芯片的可靠性。同時每次讀寫數據后，內嵌的字地址寄存器會自動產生增量。當然作為時鐘芯片，PCF8563亦解決了2000年問題。因而，PCF8563是一款性價比較高的時鐘芯片，它已被廣泛用于電表、水表、氣表、移動電話、傳真機、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產品領域。 PCF8563具有如下的主要特征：* 低工作電流：典型值為0.25A（VDD=3.0V，Tamb=25時）。* 大工作電壓范圍：1.05.5。* 低休眠電流；典型值為0.25A(VDD=3.0V,Tamb=25)* 400KHz 的I2C 總線接口（VDD=1.85.5V 時）。* 可編程時鐘輸出頻率為：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz。* 報警和定時器。* 掉電檢測器。* 內部集成的振蕩器電容。* 片內電源復位功能。* I2C 總線從地址：讀，0A3H；寫，0A2H。* 開漏中斷引腳。PCF8563的管腳排列圖如圖所示：圖 PCF8563管腳PCF8563采用了I2C總線接口，雖然總線時序關系復雜，但我們可以利用PHILIPS公司提供的軟件包，使得編程極為簡單，可靠性極強。在設計中我們主要用到了PCF8563的計時功能。PCF8563內部共有16個寄存器。其中00H，01H為 圖3 PCF8563管腳控制方式寄存器，02H08H為時間寄存器，09H0CH為報警功能寄存器，0DH為時鐘輸出寄存器，0EH 和0FH為定時器功能寄存器。其中時間寄存器的位描述如下圖所示。表2 報警和時間寄存器的位描述地址寄存器名稱Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit002H秒VL0059BCD 碼格式數03H分鐘-0059BCD 碼格式數04H小時-0059BCD 碼格式數05H日-0131BCD 碼格式數06h星期-0607H月/世紀C-0112 BCD 碼格式數08H年0099 BCD 碼格式數09H分鐘報警AE0059 BCD 碼格式數0AH小時報警AE-0023 BCD 碼格式數0BH日報警AE-0131 BCD 碼格式數0CH星期報警AE-06由此可以看出芯片內部時間寄存器和報警寄存器在地址上是連在一起的，并且數據全部是以BCD碼形式存放的，這樣使得數據讀寫和處理變得相當簡潔和便利。在本設計中，PCF8563通過SCL、SDA、/INT、CLKOUT與單片機相連，SDA、SCL、/INT、CLKOUT均為漏極開路，必須接上拉電阻。SCL為時鐘輸入端，數據隨時鐘信號同步輸入器件或從器件輸出與單片機的P1.6相連；SDA為雙向引腳，用于行數據的輸入輸出，接至單片機的P1.7腳，；/INT是中斷信號輸出端，可通過設置報警寄存器按指定時間在該腳產生報警信號，低電平有效；CLKOUT是時鐘輸出端。 4.2 AT89C52簡介AT89C52是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。功能強大的AT89C52單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。 AT89C52的主要性能參數：與MCS-51產品指令和引腳完全兼容 8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz24MHz 三級加密程序存儲器 2568字節(jié)內部RAM 32個可編程I/O口線 3個16位定時/計數器 8個中斷源 可編程串行URAT通道 低功耗空閑和掉電模式 AT89C52的引腳如圖9所示：圖9 AT89C52引腳AT89C52P為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內部寄存器、數據RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能11。P0 口：P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1 口：P1 是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數器2 的外部計數輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見表2.2。Flash 編程和程序校驗期間，P1 接收低8 位地址。表 P1.0和P1.1的第二功能引腳號功能特性P1.0T2（定時/計數器2外部計數脈沖輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數器2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）P2 口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時，P2 口送出高8 位地址數據。在訪問8 位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時，P2 口輸出P2 鎖存器的內容。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3 口：P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.3所示。P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。表 2.3 P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時/計數器0）P3.5T1（定時/計數器1）P3.6WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7RD（外部數據存儲器讀選通）RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG： 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE 禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V 編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。在本系統(tǒng)的設計中，將PCF8563的SCL端接到AT89C52的P1.6腳上，SDA端接到AT89C52的P1.7端，將ZLG7290的/INT接到AT89C52的外部中斷0 /INT0腳上，將ZLG7290的/RST接到AT89C52的P1.0腳上。4.3 ZLG7290驅動芯片簡介ZLG7290是周立功公司生產的單片具有串行接口、可同時驅動8位共陰式數碼管（或64只獨立LED）的智能顯示驅動芯片，該芯片同時可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，一片即可完成LED顯示及鍵盤接口的全部功能。它和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較簡單,且占用口線較少，因此可以提高單片機的效率和節(jié)省系統(tǒng)資源。加之它具有較高的性能價格比，因而在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領域獲得了日益廣泛的應用。ZLG7290的管腳排列如圖所示:ZLG7290的主要特點如下：1 I2C 串行接口提供鍵盤中斷信號方便與處理器接口2 可驅動 8 位共陰數碼管或64 只獨立LED 和64 個按鍵3 可控掃描位數 可控任一數碼管閃爍4 提供數據譯碼和循環(huán) 移位段尋址等控制5 8 個功能鍵可檢測任一鍵的連擊次數6 無需外接元件即直接驅 LED 可擴展驅動電流和驅動電壓7 提供工業(yè)級器件 多種封裝形式PDIP24 SO24.ZLG7290與微處理器僅需4條接口線，其中/RST為片選信號（低電平有效）。SDA為串行數據端，當向ZLG7290發(fā)送數據時，SDA為輸入端；當ZLG7290輸出鍵盤代碼時，SDA為輸出端。SCL為數據串行傳送的同步時鐘輸入端，時鐘的上升沿表示數據有效。/KEY為按鍵信號輸出端，該端在無鍵按下時為高電平；而在有鍵按下時變?yōu)榈碗娖?，并一直保持到按鍵釋放為止。一個有效的指令由一字節(jié)操作碼和數個操作數組成只有操作碼的指令稱為純指令帶操作數的指令稱為復合指令一個完整的指令須在一個I2C 幀中起始信號和結束信號間連續(xù)傳輸到命令緩沖區(qū)CmdBuf0 CmdBuf1 中否則會引起錯誤。ZLG7290控制指令分為純指令和復合指令兩大類。純指令主要有五條，分別為： (1) 左移指令該指令使與ScanNum 相對應的顯示數據和顯示屬性閃爍，自右向左移動N 位N3N0 +1移動后右邊N 位無顯示與ScanNum 不相關的顯示數據和顯示屬性則不受影響。 (2) 右移指令與左移指令類似，只是移動方向為自左向右移動后左邊N位N3N0 +1無顯示。 (3) 循環(huán)左移指令與左移指令類似，不同的是在每移動一位后原最左位的顯示數據和屬性轉移到最右位。 (4) 循環(huán)右移指令與循環(huán)左移指令類似，只是移動方向相反。 (5) SystemReg 寄存器位尋址指令當On1時，第S2S0位置1，當On 0 時，第S位清0。4.4 max232串口通信芯片簡介MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設計的單電源電平轉換芯片,使用+5v單電源供電。MAX232的主要特點如下：1、符合所有的RS-232C技術標準。2、只需要單一+5V電源供電。3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生+10V和-10V電壓V+、V-。4、功耗低，典型供電電流5mA。5、內部集成兩個RS-232C驅動器。6、內部集成兩個RS-232C接收器。Max232的管腳排列圖如圖所示：Max232引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。 第二部分是數據轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數據通道。 其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數據通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數據通道。 TTL/CMOS數據從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數據從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。數據傳輸接口是數據傳輸的硬件基礎，也是數據通信、計算機網絡的重要組成部分。單片機本身的數據傳輸接口主要為8位或16位并行數據接口、全雙工串行通信接口，但電子技術的迅速發(fā)展使得許多新的數據傳輸接口標準不斷涌現，大多數的單片機并沒有在硬件中集成這些新的數據傳輸接口。為了使單片機適應不同標準的各類數據傳輸協(xié)議，必須對單片機的數據傳輸接口進行擴展。而隨之而來的就是一系列的接口標準的誕生，其主要有RS-232標準、RS-485標準。4.5 LED數碼管簡介LED數碼管是一類顯示屏通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數字能夠顯示時間、日期、溫度等所有可用數字表示的參數。 LED數碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數碼管常用段數一般為7段有的另加一個小數點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED數碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。是共陰和共陽極數碼管的內部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 由于它的價格便宜 使用簡單在電器特別是家電領域應用極為廣泛，空調、熱水器、冰箱等等。絕大多數熱水器用的都是數碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。下面將介紹常用LED數碼管內部引腳圖片:7段四位帶小數點 12引腳的LED數碼管引腳定義LED數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數位，因此根據LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。A、 靜態(tài)顯示驅動： 靜態(tài)顯示就是顯示驅動電路，具有輸出鎖存功能。當顯示器顯示某個字符時，相應的段恒定的導通或截止，直到顯示另一個字符為止。即單片機將所有要顯示的數據送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的顯示數據。靜態(tài)顯示的數據穩(wěn)定，數碼管的亮度較高，占用的CPU時間少，程序容易，管理簡單，但占用的I/O線資源教多。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數據時，單片機在發(fā)送新的字形碼。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個筆畫段ah同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM各自獨立的受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于COM段，而這一段是由I/O控制的，由單片機決定何時顯示哪一位了。優(yōu)點：程序簡單，亮度高。缺點：所占I/O口過多。B、 動態(tài)顯示驅動：數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a，b，c，d，e，f，g，dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12m，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感。 表22 十六進制數字型代碼字型共陽極代碼共陰極代碼字型共陽極代碼共陰極代碼0C0H3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHb83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HdA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF8EH71H7F8H07H880H7FH怎樣測量數碼管引腳，分共陰和共陽：找公共共陰和公共共陽首先，我們找個電源（3到5伏）和1個1K（幾百的也歐的也行）的電阻，VCC串接個電阻后和GND接在任意2個腳上，組合有很多，但總有一個LED會發(fā)光的找到一個就夠了，然后用GND不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就是共陰的了。相反用VCC不動，GND逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就是共陽的。也可以直接用數字萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負極。5 系統(tǒng)硬件設計5.1 總體設計 系統(tǒng)總體設計硬件整體實現電路圖。 采用Protel畫出整體電路圖，如圖下所示。5.2 各功能模塊硬件設計及實現5.2.1 時鐘電路AT89C52單片機芯片內部設有一個反響放大器所構成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩器的輸入端和輸出端，時鐘可以由內部或外部產生，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元器件，內部振蕩電路就會產生自激振蕩。本課題采用的定時元器件為石英晶體和電容組成的并聯諧振回路。晶振頻率選擇11.0592MHz,兩個電容的取值都為30pF，電容的大小可起頻率微調的作用。仿真電路圖如圖所示：圖 2.7 時鐘電路圖5.2.2 復位電路單片機具有多種復位電路，本課題采用電平式開關復位與上電復位方式。當上電時，電容C相當于短路，使單片機復位，在正常工作時，按下開關使單片機復位。其缺點是干擾易于串入復位端，在大多數條件下，不會造成單片機錯誤復位，但會引起內部某些寄存器錯誤復位，這時可以在RESET端加一個去耦電容。仿真電路圖如圖2.8所示。圖 2.8 復位電路圖5.2.3 時鐘電路PCF8563采用32768 kHz可編程時鐘輸出頻率，I2C總線是由數據線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，可發(fā)送和接收數據。利用51單片機I/O口中的任一位都可以與單總線進行雙向數據傳送，通過單總線可以方便地構建分布式單片機測控系統(tǒng)。PCF8563 的串行接口為IC總線。IC總線用兩條線（SDA和SCL）在芯片和模塊間傳遞信息。SDA為串行 數據線，SCL為串行時鐘線，兩條線必須用一個上拉電阻與正電源相連，其數據只有在總線不忙時才可傳送。由于接口直接在組件之上，因此，I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和器件引腳的數量，降低了成本。實現時