電子實時時鐘_高增耀(gai)

1、濰 坊 科 技 學 院 題目：電子實時時鐘系 別：汽車工程系 _適用專業(yè)：電氣自動化技術 _起止時間：2013.12013.6_執(zhí)行學期：2012/2013第二學期 _ _學 生：高增耀 _學 號：201002410019 _二零一二年十二月摘要隨著電子技術的迅速發(fā)展，特別是隨大規(guī)模集成電路出現，給人類生活帶來了根本性的改變。由其是單片機技術的應用產品已經走進了千家萬戶。電子萬年歷的出現給人們的生活帶來的諸多方便。本文介紹了基于AT89C51單片機的多功能電子萬年歷的硬件結構和軟硬件設計方法。系統(tǒng)以AT89C51單片機為控制器，以串行時鐘日歷芯片DS1302記錄日歷和時間，它可以對年、月、日、

2、時、分、秒進行計時。萬年歷采用直觀的數字顯示，可以在LED上同時顯示年、月、日、周日、時、分、秒，還具有時間校準等功能。此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。關鍵字AT89C51；電子萬年歷； DS1302II目 錄1 緒論11.1課題研究的背景11.2課題的研究目的與意義11.3課題解決的主要內容12 系統(tǒng)的總體設計22.1系統(tǒng)方案的構想與確定22.2 器件的選用22.2.1單片機的選擇23 系統(tǒng)硬件的設計33.1系統(tǒng)硬件電路設計33.1.1系統(tǒng)硬件框圖33.1.2 AT89C51單片機33.1.3 8位移位寄存器74LS164（串行輸入

3、，并行輸出）63.1.4 ds130274 系統(tǒng)的軟件設計104.1 主程序104.2 從1302讀取日期和時間程序11結束語12參考文獻12附錄13141 緒論1.1 課題研究的背景隨著科技的快速發(fā)展，時間的流逝,從觀太陽、擺鐘到現在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀錄。它可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，而且DS1302的使用壽命長，誤差小。對于數字電子萬年歷采用直觀的數字顯示，可以同時顯示年、月、日、時、分、秒等信息，還具有時間校準等功能。該電路采用AT89C51單片機作為核心，功耗小，能在3V的低壓工作，電壓可選用35V電壓供電。此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成

4、本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。1.2課題的研究目的與意義鍛煉了應用單片機來解決實際問題的能力。1.3課題解決的主要內容1、主要功能： 顯示準確的北京時間（時、分、秒），可用24小時制式； 隨時可以調校時間。2、拓展功能：（1）增加公歷日期顯示功能（年、月、日），年號只顯示最后兩位；（2）隨時可以調校年、月、日；（3）允許通過轉換功能鍵轉換顯示時間或日期2 系統(tǒng)的總體設計2.1系統(tǒng)方案的構想與確定系統(tǒng)的功能往往決定了系統(tǒng)采用的結構，經過成本，性能，功耗等多方面的考慮決定用三個8位74LS373串行接口外接LED顯示器，RESPACK-8對單片機AT89C51進

5、行供電，時間芯片DS1302連接單片機AT89C51。從而實現電子萬年歷的功能。2.2 器件的選用單片機AT89C51電容RESPACK-8三個74LS373傳感器DS13022.2.1單片機的選擇- AT89C51單片機AT89C51單片機的主要特性如下：l 與MCS-51產品指令系統(tǒng)完全兼容l 4K字節(jié)的在線編程Flash存儲器，1000次擦寫周期l 4.05.5V的工作電壓范圍l 全靜態(tài)工作模式：033MHzl 三級程序存儲器鎖l 128×8字節(jié)內部RAM l 32個可編程I/O口線l 2個16位定時/計數器l 6個中斷源l 全雙工串行UART通道l 低功耗空閑和掉電模式l 中

6、斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)l 看門狗（WDT）及雙數據指針l 掉電標識和快速編程特性l 具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復功能l 靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）由于AT89C51單片機片內有4K字節(jié)的在線編程Flash存儲器，可以擦寫1000次，具有掉電模式，而且具有掉電狀態(tài)下的中斷恢復功能，對設計開發(fā)非常實用。所以選用AT89C51單片機作為電子萬年歷芯片的控制單片機。3 系統(tǒng)硬件的設計根據上述所確定的系統(tǒng)方案構想，下面進行系統(tǒng)硬件電路的具體設計，系統(tǒng)的總體結構框圖如圖3-1所示。3.1系統(tǒng)硬件電路設計3.1.1系統(tǒng)硬件框圖系統(tǒng)硬件框圖如圖3-1時鐘芯片DS1302串口AT89C51P2口LED

7、顯示器驅動電路圖3-1 系統(tǒng)硬件框圖3.1.2 AT89C51單片機本系統(tǒng)采用的是美國ATMEL公司生產的AT89C51單片機，首先我們來熟悉一下AT89C51單片機的外部引腳和內部結構。1.單片機的引腳功能AT89C51單片機有40個引腳。l Vcc：電源電壓+5Vl GND：接地l 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，每位能驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”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）和數據總線服用，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

8、程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時要求外接上拉電阻。l P1口：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O，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。 Flash 編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。l P2口：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O，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

9、被外部信號拉低時會輸出一個電流。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MOVXDPTR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（MOVX Ri指令）時，P2口線上的內容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程和程序校驗期間，P2亦接收低高位地址和其他控制信號。l P3口：P3口是一組帶內部上拉電阻的8位雙向I/O，P3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P3口寫入“1”時，它們被內部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除

10、了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，見表3-1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3-1 P3口的第二功能圖端口引腳第二功能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/計時器0外部輸入）P3.5T1（定時/計時器1外部輸入）P3.6WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7RD（外部數據存儲器讀選通）l 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。WDT溢出將使引腳輸出高電平，設置SFR AUXR的DISRT0（地址

11、8EH）可打開或關閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。l ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，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，可通過多特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置，可禁止ALE操作。該位置后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，

12、單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。l PSEN：程序存儲允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51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。當訪問外部數據存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。l 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）。需要注意的是：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的變成電壓Vpp.l XTAL1：振蕩器

13、反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。l XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。AT89C51單片機內部結構l 振蕩電路：AT89C51系列單片機的內部振蕩器，由一個單極反相器組成。XTAL1反相器的輸入，XTAL2為反相器的輸出。可以利用它內部的振蕩器產生時鐘，只要XTAL1和XTAL2引腳上一個晶體及電容組成的并聯諧振電路，便構成一個完整的振蕩信號發(fā)生器，此方式稱為內部方式。另一種方式由外部時鐘源提供一個時鐘信號到XTAL1端輸入，而XTAL2端浮空。在組成一個單片機應用系統(tǒng)時，多數采用這種方式，這種方式結構緊湊，成本低廉，可靠性高。在電路中，對電容C1和C2的值要求不是很嚴格，如果使用高質

14、的晶振，則不管頻率為多少，C1、C2通常都選擇30pF。l 定時/計數器：AT89C51單片機內含有2個16位的定時器/計數器。當用于定時器方式時，定時器的輸入來自內部時鐘發(fā)生電路，每過一個機器周期，定時器加1，而一個機器周期包含有12個振蕩周期，所以，定時器的技術頻率為晶振頻率的1/12，而計數頻率最高為晶振頻率的1/24。為了實現定時和計數功能，定時器中含有3種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和定時器/計數器?？刂萍拇嫫魇且粋€8位的寄存器，用于控制定時器的工作狀態(tài)，方式寄存器是一個8位的寄存器，用于確定定時器的工作方式，定時器/計數器是16位的計數器，分為高字節(jié)和低字節(jié)兩部分。l RA

15、M：高于7FH內部數據存儲器的地址是8位的，也就是說其地址空間只有256字節(jié)，但內部RAM的尋址方式實際上可提供384字節(jié)。的直接地址訪問同一個存儲空間，高于7FH的間接地址訪問另一個存儲空間。這樣，雖然高128字節(jié)區(qū)分與專用寄器 ，即特殊功能寄存器區(qū)的地址是重合的，但實際上它們是分開的。究竟訪問哪一區(qū)，存是通過不同的尋址方式加以區(qū)分的。l SFR：SFR是具有特殊功能的所有寄存器的集合，共含有22個不同寄存器，它們的地址分配在80HFFH中。雖然如此，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其內容是不確定的。如對這些單元進行讀操作，得到的是一些隨機數，而寫入則無效，所以在編程時

16、不應該將數據寫入這些未確定的地址單元中，特殊功能寄存器主要有累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、堆棧指針SP、數據指針DPTR、I/O端口、串行口數據緩沖器SBUF、定時器寄存器、捕捉寄存器、控制寄存器。l 中斷系統(tǒng)：AT89C51單片機有6個中斷源，中斷系統(tǒng)主要由中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP、優(yōu)先級結構和一些邏輯門組成。IE寄存器用于允許或禁止中斷；IP寄存器用于確定中斷源的優(yōu)先級別；優(yōu)先級結構用于執(zhí)行中斷源的優(yōu)先排序；有關邏輯門用于輸入中斷請求信號。在整個中斷響應過程中CPU所執(zhí)行的操作步驟如下：（1）完成當前指令的操作（2）將PC內容壓入堆棧（3）保存當前的中斷狀

17、態(tài)（4）阻止同級的中斷請求（5）將中斷程序入口地址送PC寄存器（6）執(zhí)行中斷服務程序（7）返回3.1.3 8位移位寄存器74LS373373為三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器，共有 54S373 和 74LS373 兩種線路結構型式，其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別)：型號 TPD PD54S373/74S373 7ns 525mW54LS373/74LS373 17ns 120mW373 的輸出端 Q0Q7 可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，Q0Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當 OE 為高電平時，Q0Q7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，

18、但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端 LE 為高電平時，Q 隨數據 D 而變。當 LE 為低電平時，D 被鎖存在已建立的數據電平。當 LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。引出端符號：D0D7 數據輸入端OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）LE 鎖存允許端Q0Q7 輸出端真值表：DnLEOEQnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻態(tài)3.1.4 DS1302 現在流行的串行時鐘電路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本文介紹的實時時鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有

19、涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。 DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背

20、電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc10.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數據傳送被初

21、始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數據傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數據輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK始終是輸入端。 DS1302 的控制字節(jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數據寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數據，為1表示存取RAM數據;位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 在控制指令字輸入后

22、的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數據被寫入DS1302，數據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據，讀出數據時從低位0位到高位7。 DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為BCD碼形式 此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數為讀操作，

23、偶數為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。 DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。DS1302與89C51的連接圖，其中，時鐘的顯示用LED。 DS1302與CPU的連接，實際上，在調試程序時可以不加電容器，只加一個32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在電路中加入DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占用CPU一個口線即可。 LED還可以換成LCD，還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產的10位多功能8段液晶

24、顯示模塊LCM101，內含看門狗(WDT)/時鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅動電路，并有內置顯示RAM，可顯示任意字段筆劃，具有34線串行接口，可與任何單片機、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時電流為2A (典型值)，省電模式時小于1A，工作電壓為2.4V3.3V，顯示清晰。DS1302的實時時間流程。根據流程框圖，不難采集實時時間。下面對DS1302的基本操作進行編程： 根據本人在調試中遇到的問題，特作如下說明： DS1302 與微處理器進行數據交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數據，D

25、6=1，指定RAM數據；D5D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)， D0=1，指定讀操作(輸出)。 在DS1302的時鐘日歷或RAM進行數據傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數據字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數據字節(jié)。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類:一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個

26、字節(jié)。 要特別說明的是備用電源B1，可以用電池或者超級電容器(0.1F以上)。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時間保證時鐘正常，最好選用小型充電電池?？梢杂美鲜诫娔X主板上的3.6V充電電池。如果斷電時間較短(幾小時或幾天)時，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100 F就可以保證1小時的正常走時。DS1302在第一次加電后，必須進行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調整時間。 DS1302 存在時鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現時鐘混亂等缺點。DS1302可以用于數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄，能實現數據與出現該數據的時間同時記錄。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結果的分析及對異常數據出現的原因的查找具有重要意義