基于單片機的數字時鐘

目錄引言 引言1．課題的背景與意義近年來，隨著電子產品的發(fā)展，隨著社會競爭的激烈，人們對數字時鐘的要求越來越高。時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間，忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。因此從人們的日常生活到工廠的自動控制，從民用時鐘到科學發(fā)展所需的時鐘，現代人對時間的精度和觀察時間的方便有了越來越多的需求。人們要求隨時隨地都能快速準確的知道時間，并且要求時鐘能夠更直觀、更可靠、價格更便宜。這種要求催生了新型時鐘的產生。除此之外，由于對社會責任的更多承擔，人們要求所設計的產品能夠產生盡量少的垃圾、能夠消耗盡量少的能量。因此人們對時鐘的又有了體積小、功耗低的要求。傳統的機械表由于做工的高精細要求，造價的昂貴，材料的限制，時間指示精度的限制，使用壽命方面，以及其它方面的限制，已不能滿足人們的需求。另外，近些年隨著科技的發(fā)展和社會的進步，人們對時鐘的要求也越來越高，而使得新型電子鐘表成了大勢所趨。20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下微機開始向社會各個領域滲透同時大規(guī)模集成電路獲得了高速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，因此特別適合于與控制有關的系統，越來越廣泛地應用于自動控制，智能化儀器，儀表，數據采集，軍工產品以及家用電器等各個領域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，在根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，以作完善。另外單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統的控制系統設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分功能，現在已能用單片機通過軟件方法來實現了。這種軟件代替硬件的控制技術也稱為微控制技術，是傳統控制技術的一次革命。單片機模塊中最常見的是數字鐘，數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。這正符合了現代時鐘的設計要求。另一方面，電子技術的告訴發(fā)展，有力地推動了社會生產力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，這些使時間顯得更加寶貴，從時間就是生命，時間就是效率這些名言警句中就能看出。數字鐘是采用數字電路實現對.時,分,秒.數字顯示的計時裝置,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,使得數字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表,鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。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，研究數字時鐘及擴大其應用，有著非?，F實的意義。因此本論文所做的數字時鐘采用了以單片機（STC89C51）為核心，結合相關的外圍元器件例如液晶顯示、按鍵電路、復位電路、報警電路，再配以相應的軟件，達到制作簡易數字鐘的目的，能實現實時時鐘顯示的功能，能進行年、月、日、時、分、秒和實時溫度的顯示，并且有遠程通信功能。其硬件部分難點在于元器件的選擇、布局及焊接。2．課題任務與設計思路時間是兩時刻之間的時刻間隔，是一種最基本的環(huán)境參數，人門的生活與時間息息相關，在工業(yè)生產過程中需要實時地觀察時間，設定時間，因此研究時間的測量方法和設計測量裝置具有重要的意義。鑒于時間使用的普遍性和重要性，本課題選用時間作為實時監(jiān)測的參量。本課題設計單片機與時鐘芯片相結合的電路，實現實時顯示時間，并能夠進行遠程通信，實現數據與電腦的交換。按照課題的要求，初步確定設計系統由主控模塊、時鐘模塊、顯示模塊、鍵掃描電路模塊共4個模塊組成。設計采STC89系列單片機，以匯編語言為程序設計的基礎，設計出用液晶顯示年、月、日、周、時、分、秒的時鐘。第1章時間計時原理單片機的接口信號是數字信號。要想用單片機獲取時間這類非電信號的信息，必須使用時間芯片，將時間信息轉換為電流或電壓輸出。如果轉換后的電流或電壓輸出是模擬信號，還必須進行A/D轉換，以滿足單片機接口的需要。如果是數字信號就可以直接送往單片機進行數據處理。1.1時鐘計時的方案選擇方案一：比較傳統的基于單片機的時鐘設計可以采用單片機內部的晶振來產生脈沖，然后通過單片機內部的計時器經過分頻產生秒脈沖，然后通過軟件編程來實現時鐘的顯示，這種設計方案的優(yōu)點是外圍器件少，電路簡單清晰，電路焊接容易，出問題的故障幾率小。但是這種方案需由軟件編程來實現秒脈沖的產生，編程相對來說比較復雜，而且也不利于排故。另外由單片機內部時鐘產生的秒脈沖由于受到溫漂的影響和程序執(zhí)行時的延時的影響，而使的計時會產生不定的誤差，即使設計時間誤差補償程序也很難實現提供準確時間的功能。另外，這種電路設計方案的另外一個設計要求就是晶振的選擇要求晶振的振蕩頻率必須通過分頻得到秒脈沖。這種設計還有一個非常大的缺點就是如果單片機斷電，時間計時就停止，再次上電時又從初始設定重新計時，這樣就需要在每次上電都調整時間，比較麻煩。方案二：在傳統的基于單片機的數字時鐘設計的基礎上經過一些改進，引入12887時間芯片，將電路的控制部分和計時部分分開，電路的控制部分為單片機，計時部分為12887時間芯片。12887芯片是獨立計時，并且具有掉電保護功能，內部自帶鋰電池，能夠在斷電的情況下繼續(xù)計時，主電路恢復供電之后能夠不必調整時間，為時鐘的日常操作省去了很大的麻煩，而且這種設計更節(jié)能，在需要觀察時間的時候比如白天就可以給主電路通電。而在夜晚不需要觀察時鐘的時候就可以給主電路斷電，這樣可以節(jié)約大量能量。時間芯片12887采用了內部集成晶振的電路，并且具有內部溫漂補償電路設計。能夠準確計時，提供精確的時間，這樣就簡化了電路的器件選擇，另外也使程序的設計更加簡潔。在硬件設計方面，由于只增加了一個12887時間芯片，因此并不是特別復雜，而且這種獨立計時的設計使得產品排故更加方便。比較上述兩種方案可以看出，第二種方案計時更加準確而且電路硬件設計先對來說并不復雜，軟件設計更加簡潔，因此采用第二種方案。1.2時鐘顯示的方案選擇方案一：時鐘的顯示可以用多位七段LED數碼管顯示，七段LED數碼管顯示耗能多，而且顯示位數有限，每增加一位都要在程序設計和硬件設計方面增加很多的工作量，不利于電路的擴展，而且無法顯示年、月、日、星期這些漢字，使得顯示不夠直觀，靈活。但是這種設計方案在顯示位數比較少時性價比比較高，價格便宜，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,而在本課題設計中的顯示數字較多字符較少，而且此種方案耗能多，不符合現代的節(jié)能理念，所以不用此種作為顯示。方案三：采用LCD液晶顯示器顯示。而LCD液晶顯示則耗能少，能夠顯示年、月、日、星期等漢字，在顯示方面更加靈活，而且改變顯示時只要改變軟件設計就可以，不用改變硬件電路的設計，易于電路的功能擴展。電路的軟件設計也很簡單。另外，這種設計硬件更加簡潔。采用LCD液晶顯示方案的缺點是在顯示位數比較少時，價格略顯昂貴。比較上述兩種方案可以看出方案二耗能少，顯示靈活，易于電路擴展而且不管是軟件設計還是硬件設計都比較簡單，因此采用第二種設計方案。綜上所述，本設計采用獨立計時，引入時鐘日歷芯片12887的設計方案，顯示使用LCD液晶顯示。第2章系統的硬件設計根據實時時鐘的功能要求，基于單片機的設計方案要運用集成時鐘芯片，實現實時數據記錄，實現數據與出現該數據的時間同時記錄。實時時鐘的要求：（1）基本要求具有年、月、日、星期、時、分、秒等功能；具備年、月、日、星期、時、分、秒校準功能；具有遠程通信功能（2）創(chuàng)新要求要求能夠對時鐘進行實時控制，并且可以通過遠程電腦對時間進行讀取、校正，對時間進行設置，實現遠程操控。2.1系統硬件的整體設計主控芯片使用51系列STC89C52單片機，時鐘芯片使用美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM和內置電池的實時時鐘DS12887。采用DS12887作為主要計時芯片，可以做到計時準確。更重要的是，DS12887可以在外部電源斷電的情況下繼續(xù)計時，在沒有外部供電的情況下，DS12887可以連續(xù)計時10年以上。系統由主控制器STC89C52、時鐘芯片DS1302、LCD液晶顯示電路、鍵掃描電路和通信系統模塊電路組成。系統硬件設計框圖如圖2-1所示。圖2-1系統硬件設計框圖2.2主控制模塊的方案選擇與設計系統的設計可采用數字電路實現，也可以采用單片機來完成。若用數字電路完成，所設計的電路相當復雜，大概需要十幾片數字集成塊，其功能也主要依賴數字電路的各功能模塊的組合來實現[4]。若用單片機來設計完成，由于其功能的實現主要通過軟件編程來實現的，那么就降低了硬件電路的復雜性，所以在該設計中采用單片機作為主控模塊。另外這個課題設計的軟件程序比較簡單，不需要很強大的單片機，只要用簡單的單片機就可以滿足要求，因此我選用了性價比比較高的低端STC89C52單片機。2.2.1單片機STC89C52簡介STC89C52是低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統及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STC89C52單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。STC89C52單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0、P1、P2、P3,每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。STC89C52PDIP管腳封裝，如圖2-2所示。圖2-2STC89C52PDIP管腳封裝STC89c52包含以下部分，其結構圖如圖2-3所示（1）一個8位微處理器CPU（2）片內數據存儲器RAM和特殊功能寄存器SFR（3）片內程序存儲器ROM（4）兩個定時/計數器T0、T1，可用作定時器，也可用以對外部脈沖進行計數（5）四個8位可編程的并行I/O端口，每個端口既可作輸入，也可作輸出（6）一個串行端口，用于數據的串行通信（7）中斷控制系統（8）內部時鐘電路圖2-3STC89c52內部結構圖功能特性概述：STC89C52提供以下標準功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數器，一個6向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。2.2.2主控制模塊電路單片機STC89C52的P0口作為輸入口。P0與DS12887的AD相連，進行時間數據的采集；P3.7(RD)與DS12887的17腳DS相連，P3.3與DS12887的19腳IRQ相連，P2.7與DS12887的13腳CS相連；30腳ALE與DS12887的14腳AS相連。單片機的第18引腳和19引腳接時鐘電路，XTAL1接外部晶振和微調電容的一端，XTAL2接外部晶振和微調電容的另一端。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統電路的晶體振蕩器的值為11.0592MHz，電容應盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。第9引腳為復位輸入端，接上電容，電阻后構成上電復位電路。20引腳為接地端，40引腳為電源端。/EA端（31引腳）接+5V電壓。由此就構成了單片機主控模塊的最小系統，如圖2-4所示。圖2-4主控電路及其最小系統電路圖2.3時鐘模塊的方案選擇與設計方案一：美國Dallas公司生產的串行時鐘DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動地對秒、分、時、日、周、月、年進行計數，而且工作電壓2.5V～5.5V范圍內，2.5V時耗電小于300nA，可方便地與單片機接口，從而解決并行實時芯片使得電路結構復雜的問題，但是DS1302時鐘芯片沒有內置電池，在電路掉電的情況下不能繼續(xù)計時，在電路恢復供電之后需要校正時間比較麻煩。方案二：美國Dallas公司生產的串行時鐘DS12887芯片也是一種高性能的時鐘芯片，可自動地對秒、分、時、日、周、月、年進行計數，可以方便地與單片機接口，從而解決并行實時芯片使得電路結構復雜的問題，而且DS12887時鐘芯片沒有內置電池，在電路掉電的情況下能繼續(xù)計時，在電路恢復供電之后不需要校正時間因此選用DS12887芯片。2.3.1DS12887時鐘芯片簡介DS12887是美國DALLAS公司生產的時鐘日歷芯片，具有24個引腳。DS12887和MC146818B及DS1287管腳兼容。內部自帶鋰電池，在沒有外部電源的情況下可工作十年。它有內部集成晶振?？捎嬎愕?100年前的時、分、秒、星期、日、月、年七種日歷信息，并帶閏年補償。用2進制或BCD碼代表日歷或鬧鐘信息?？蛇x用夏令時模式。可以選用MOTOROLA和INTEL兩種總線模式。它采用數據地址總線復用模式。內鍵128字節(jié)RAM，這128字節(jié)RAM中前14字節(jié)是時鐘控制寄存器。其余為通用RAM。它可以輸出可編程方波。它可以產生3種可編程中斷；一，時間中斷，可產生每秒一次直到每天一次中斷；二，周期性中斷，可產生122ms到500ms周期性中斷；三，時間更新結束中斷。DS12887有24個引腳，其引腳如圖2-5所示。圖2-5DS12887引腳圖MOT是總線類型選擇管腳，當此腳接在VCC上時選擇MOTOROLA總線方式，如果此腳接在電源地上或者不接時選擇的是INTEL總線模式。AD0-AD7是數據復用總線。GND是電源地。CS是片選信號。AS是ALE信號管教。R/W在INTEL總線模式下是WR。DS在INTEL總線模式下是RD，當它有效時表示DS12887正在往總線輸出數據。RD信號在貯存器芯片上被稱為OE信號線。RESET是復位信號，復位信號對日歷、時間、RAM無效，系統上電時，復位信號要保持200ms以上DS12887芯片才能正常工作。當復位引腳電平為低并且VCC高于4.5V時，以下情況發(fā)生。周期中斷允許位清零，鬧鐘中斷允許位清零，更新完成中斷標志位清零，中斷請求狀態(tài)標志位清零，周期中斷標志位清零，DS12887不可以操作，鬧鐘中斷標志位清零，IRQ呈高阻狀態(tài)，方波輸出允許位清零，更新完成中斷允許位清零。IRQ是中斷請求輸出，當中斷狀態(tài)位和中斷允許位有效時，IRQ保持低電平。復位和讀C寄存器都可以清除中斷信號。沒有中斷時IRQ保持高阻狀態(tài)，其它中斷源還可以接到中斷上。另外由于IRQ是漏極輸出，因此需要外接上拉電阻。SQW是方波輸出引腳，當電源電壓低于4.25V時此腳沒有作用。VCC是電源引腳。NC是空引腳。DS12887內部結構框圖如圖2-6所示。DS12887由晶振，周期中斷/方波選擇器，方波輸出，寄存器ABCD，時鐘/日歷/鬧鐘RAM，114字節(jié)通用RAM，BCD/二進制數碼累加器，時鐘/日歷更新，總線選擇，電源開關和寫保護這些部分組成。當VCC高于4.25V200ms之后，芯片可以被外部程序操作。當VCC低于4.25V時，芯片處于寫保護狀態(tài)，所有的輸入均無效，同時所有輸出呈高阻狀態(tài)，當VCC低于3V時，DS12887自動將供電方式改為由內部電池供電。圖2-6DS12887內部結構框圖DS12887地址分布框圖如圖2-7所示。所以地址包括114字節(jié)通用RAM,10字節(jié)用于記錄時間，日歷，鬧鐘信息的RAM和4字節(jié)的控制、狀態(tài)RAM.所有的字節(jié)都可以在除以下的情況下直接讀寫。1，寄存器C、D為只讀，寄存器A的第七位為只讀，秒字節(jié)的高位為只讀。時間，日歷，鬧鐘的信息所在的寄存器的詳細分布圖如表2-1所示圖2-7DS12887地址分布圖表2-1，時間，日歷，鬧鐘寄存器地址分布表控制、狀態(tài)寄存器及其功能描述：寄存器AUIP：更新進行標志。DV2-DV0：為010時晶振工作，其他組合停止。RS3-RS0：頻率選擇。寄存器BSET：為1時禁止更新。為0時正常。PIE：為1時周期中斷允許。AIE：為1時警報中斷允許。UIE：為1時更新結束中斷允許。SQWE：為1時方波輸出允許。DM：為0時時間為BCD碼，為1時為二進制。24/12：為1時是24小時進制。為0時是12小時進制。DSE：置0。寄存器CIRQF：中斷申請標志。PF：周期中斷標志。AF：警報中斷標志。UF：更新結束中斷標志。寄存器DVRT：為0時表示內部鋰電池耗盡。2.3.2時鐘模塊電路時鐘模塊DS12887的AD口與單片機的P0口相連，進行時間、日歷數據輸出。其它各功能端口的連接在主控電路中已有描述，不在贅述。另外DS12887的12腳與電源地相連，24腳與電源相連?？偩€選擇端口MOT端與電源地相連。電路圖如圖2-8所示。圖2-8時鐘模塊電路2.4按鍵電路的設計根據設計要求，系統的按鍵電路用4個按鍵和一個撥碼開關就可以進行對時間的調整，按鍵就采用最簡單的點動式按鈕，由單片機的I/O進行掃描，來實現掃描按鍵功能。其中，時間調整按鈕與單片機STC89C52的P3.5相連，其功能是當按下此鍵時，開始調整年、月、日、星期、時、分、秒，沒按一次就改變一個相應的要改變的位；鬧鐘調整按鈕與單片機STC89C52的P3.4相連，其功能是當按下此鍵時開始進行鬧鐘調整，并且每按一次就改變一次要調整的位；加法按鈕與單片機STC89C52的P2.5連，其功能是每按一次此鍵就將相應的要改變的位的數值加一；減法按鈕與單片機STC89C52的P2.6連，其功能是每按下一次此鍵就將要改變的位的數值減一；近遠程選擇按鈕與STC89C52的P2.4相連。電路圖如圖2-9所示。圖2-9按鍵電路2.5顯示模塊的方案設計此設計方案采用了LCD液晶顯示，由于此設計不需要顯示太多內容，因此選用了12232F圖形點陣液晶顯示器。2.5.1圖形點陣液晶顯示器12864簡介點陣LCD的顯示原理:在數字電路中，所有的數據都是以0和1保存的，對LCD控制器進行不同的數據操作，可以得到不同的結果。對于顯示英文操作，由于英文字母種類很少，只需要8位（一字節(jié)）即可。而對于中文，常用卻有6000以上，于是我們的DOS前輩想了一個辦法，就是將ASCII表的高128個很少用到的數值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內碼[15]。那么，得到了漢字的內碼后，還僅是一組數字，那又如何在屏幕上去顯示呢？這就涉及到文字的字模，字模雖然也是一組數字，但它的意義卻與數字的意義有了根本的變化，它是用數字的各位信息來記載英文或漢字的形狀。12864是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅動器/列驅動器及128×64全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示8×4個(16×16點陣)漢字。12864LCD的引腳說明如表2-2所示。表2-2液晶模塊12864的管腳說明管腳號管腳名稱LEVER管腳功能描述1VSS0電源地2VDD+5.0V電源電壓3V0-液晶顯示器驅動電壓4D/I(RS)H/LD/I=“H”，表示DB7∽DB0為顯示數據D/I=“L”，表示DB7∽DB0為顯示指令數據5R/WH/LR/W=“H”，E=“H”數據被讀到DB7∽DB0R/W=“L”，E=“H→L”數據被寫到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號下降沿鎖存DB7∽DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM數據讀到DB7∽DB07DB0H/L數據線8DB1H/L數據線9DB2H/L數據線10DB3H/L數據線11DB4H/L數據線12DB5H/L數據線13DB6H/L數據線14DB7H/L數據線15CS1H/LH:選擇芯片(右半屏)信號16CS2H/LH:選擇芯片(左半屏)信號17RETH/L復位信號,低電平復位18VOUT-10VLCD驅動負電壓19LED+-LED背光板電源20LED--LED背光板電源液晶顯示模塊的特殊寄存器說明：在使用12864LCD前先必須了解以下功能器件才能進行編程。12864內部功能器件及相關功能如下：指令寄存器(IR)

IR是用于寄存指令碼，與數據寄存器數據相對應。當D/I=0時，在E信號下降沿的作用下，指令碼寫入IR。2．數據寄存器(DR)DR是用于寄存數據的，與指令寄存器寄存指令相對應。當D/I=1時，在下降沿作用下，圖形顯示數據寫入DR，或在E信號高電平作用下由DR讀到DB7∽DB0數據總線。DR和DDRAM之間的數據傳輸是模塊內部自動執(zhí)行的。3．忙標志：BFBF標志提供內部工作情況。BF=1表示模塊在內部操作，此時模塊不接受外部指令和數據。BF=0時，模塊為準備狀態(tài)，隨時可接受外部指令和數據。利用STATUSREAD指令，可以將BF讀到DB7總線，從檢驗模塊之工作狀態(tài)。4．顯示控制觸發(fā)器DFF此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關的控制。DFF=1為開顯示（DISPLAYOFF），DDRAM的內容就顯示在屏幕上，DFF=0為關顯示（DISPLAYOFF）。DDF的狀態(tài)是指令DISPLAYON/OFF和RST信號控制的。5．XY地址計數器XY地址計數器是一個9位計數器。高3位是X地址計數器，低6位為Y地址計數器，XY地址計數器實際上是作為DDRAM的地址指針，X地址計數器為DDRAM的頁指針，Y地址計數器為DDRAM的Y地址指針。X地址計數器是沒有記數功能的，只能用指令設置。Y地址計數器具有循環(huán)記數功能，各顯示數據寫入后，Y地址自動加1，Y地址指針從0到63。6．顯示數據RAM（DDRAM）DDRAM是存儲圖形顯示數據的。數據為1表示顯示選擇，數據為0表示顯示非選擇。DDRAM與地址和顯示位置的關系見DDRAM地址表。7．Z地址計數器Z地址計數器是一個6位計數器，此計數器具備循環(huán)記數功能，它是用于顯示行掃描同步。當一行掃描完成，此地址計數器自動加1，指向下一行掃描數據，RST復位后Z地址計數器為0。Z地址計數器可以用指令DISPLAYSTARTLINE預置。因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即DDRAM的數據從哪一行開始顯示在屏幕的第一行。此模塊的DDRAM共64行，屏幕可以循環(huán)滾動顯示64行。8.字符顯示FYD12864-0402B每屏可顯示4行8列共32個16×16點陣的漢字，每個顯示RAM可顯示1個中文字符或2個16×8點陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實現32個中文字符或64個ASCII碼字符的顯示。FYD12864-0402B內部提供128×2字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實現的。根據寫入內容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫）、HCGROM（ASCII碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：0000～0006H（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個）顯示自定義字型，02H～7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0H～F7FFH顯示8192種GB2312中文字庫字形。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H～9FH。字符顯示的RAM的地址與32個字符顯示區(qū)域有著一一對應的關系，其對應關系如表2-3所示。表2-3字符顯示RAM在液晶模塊中的地址表80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH2.5.2顯示模塊電路顯示模塊電路如圖2-10所示，液晶模塊的1管腳接電源地，15管腳用于接電源地，19管腳用于接電源地。2管腳接電源給液晶顯示器供電，3管腳接電源用于提供液晶顯示器顯示驅動電壓，17管腳接電源，20管腳接電源用與提供背景光。4管腳接單片機的P1.3用于接收數據或者指令，5管腳接單片機的P1.4選擇數據被讀寫到什么位置，6管腳接單片機的P1.5用于提供鎖存信號。圖2-10顯示模塊2.6通信模塊電路方案選擇設計通信模塊電路方案選擇：RS-232、RS-422與RS-485都是串行數據接口標準，最初都是由電子工業(yè)協會（EIA）制訂并發(fā)布，RS-2321962年發(fā)布，命名為EIA-232-E，作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產品之間兼容。但是RS-232通信有距離短、速率低的缺點。RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s?；诂F代通信的遠距離要求，因此本設計采用RS-485通信方案。2.6.1RS485通信簡介RS-485采用平衡傳輸方式、需要在傳輸線上接終接電阻。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現真正的多點雙向通信。RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。RS-485是-7V至+12V之間，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mbps。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps。2.6.2通信電路設計通信模塊電路采用RS-485通信，485芯片的1腳接單片機的10腳，485芯片的4腳接單片機的11腳，這樣就可以配合軟件實現遠程通信功能。電路圖如圖2-11所示圖2-11通信電路

第3章系統軟件設計軟件是系統的主要組成部分，也是整個調試的重點和難點工作。本設計采用了匯編語言，因為匯編語言更接近機器語言，可以直接存取寄存器和I/O，編寫的代碼可以非常精確的被執(zhí)行，可以編寫出比一般編譯系統高效的代碼，可以作為不同語言或不同標準的接口。因此，依據課題設計的要求，采用匯編語言進行軟件編程，用模塊化程序設計思想，將軟件劃分成若干模塊單元；包括：DS12887時鐘顯示模塊、延時等模塊，鍵盤掃描子程序，按鍵處理子程序模塊，通信中斷子程序，3.1編程語言選擇匯編語言的實質和機器語言是相同的，都是直接對硬件操作，只不過指令采用了英文縮寫的標識符，更容易識別和記憶。它同樣需要編程者將每一步具體的操作用命令的形式寫出來。匯編程序通常由三部分組成：指令、偽指令和宏指令。匯編程序的每一句指令只能對應實際操作過程中的一個很細微的動作，例如移動、自增，因此匯編源程序一般比較冗長、復雜、容易出錯，而且使用匯編語言編程需要有更多的計算機專業(yè)知識，但匯編語言的優(yōu)點也是顯而易見的，用匯編語言所能完成的操作不是一般高級語言所能實現的，而且源程序經匯編生成的可執(zhí)行文件不僅比較小，而且執(zhí)行速度很快[16]。匯編語言程序歸納起來大概有以下幾個主要特性。1、與機器相關性2、執(zhí)行的高效率3、編寫程序的復雜性4、調試的復雜性下面簡單列舉幾個領域以示說明，但不能把它們絕對化：適用的領域要求執(zhí)行效率高、反應快的領域，如：操作系統內核，工業(yè)控制，實時系統等；系統性能的瓶頸，或頻繁被使用子程序或程序段；與硬件資源密切相關的軟件開發(fā)，如：設備驅動程序等；受存儲容量限制的應用領域，如：家用電器的計算機控制功能等；沒有適當的高級語言開發(fā)環(huán)境。2、不宜使用的領域大型軟件的整體開發(fā)；沒有特殊要求的一般應用系統的開發(fā)等。綜上所說，匯編語言的特點明顯，其誘人的優(yōu)點直接導致其嚴重的缺點，其“與機器相關”和“執(zhí)行的高效率”導致其可移植性差和調試難。所以，我們在選用匯編語言時要根據實際的應用環(huán)境，盡可能避免其缺點對整個應用系統的影響。3.2系統主程序及流程圖主程序的主要功能是顯示日期時間信息。在主程序中，系統上電自動復位以后首先進行系統的液晶顯示、時鐘芯片DS12887初始化，然后讀寫日期、時間等信息，待數據讀寫結束后顯示時鐘。主程序流程如圖3-1所示。圖3-1主程序流程圖主程序說明，當主程序運行時，先將液晶顯示器清屏，然后將單片機和時鐘日歷芯片DS12887初始化，即將時鐘的初始時間設定為2005年月日3.3DS12887時鐘芯片的讀操作流程圖首先對時鐘芯片DS12887初始化，經過對狀態(tài)寄存器判斷之后，對DS12887進行讀操作，讀操作時利用時鐘日歷地址相鄰的特點，直接使地址增加，隨后判斷數據是否讀完了。若讀完了，則返回主程序；若沒有讀完，則繼續(xù)增加地址，直到讀數據完成為止。如圖3-2所示。圖3-2DS12887時鐘芯片的讀操作流程圖3.4液晶模塊的寫操作流程圖本設計用的液晶模塊是12864液晶模塊，這個模塊可以進行串口通信也可以進行并口通信，由于單片機口線限制，在這里采用了串口設計思路。本設計采用了分屏顯示的原理，在時間顯示時顯示屏一，在時間調整時顯示屏二，其流程圖分別如圖3-3、3-4所示。圖3-3時間顯示，屏一顯示流程圖在屏一顯示流程圖中，顯示設置液晶顯示設置為全屏顯示，顯示界面沒有光標顯示，年月日的顯示從第二行第一個字符開始，時分秒的顯示從第三行第一個字符開始。圖3-4時間調整顯示，屏二顯示流程圖在顯示屏二時應先判斷是否有調整時間的請求，如果有時間調整的要求即有按鍵按下則顯示此屏，顯示此屏時先進行顯示設置，因為要調整時間因此要用光標表示出要調整的位，因此顯示設置中要調整出光標，調整時間時先調出當前時間，從當前時間開始調整，然后判斷按鍵，根據按鍵來調整時間，調整完成之后再返回時間顯示即顯示屏一。3.5按鍵調整模塊流程圖按鍵調整程序模塊是用來調整時間的，當P3.4按鍵按下時進入時間調整界面，再按P3.4就會依次改變要調整的參量，依次調整的參量為年、月、日、時、分、秒。當選擇好了要調整的位后再按P3.5就會實現相應位的加一操作，按P2.6就會實現相應位的減一操作。當調整完畢之后，再按P3.4鍵就會返回時間顯示界面，從剛才調整好的時間開始顯示、計時。其流程圖如圖3-5所示圖3-5按鍵調整模塊流程圖3.6通信模塊流程圖通信模塊的協議包括兩部分，一部分是主機程序，一部分是從機程序。這個子程序模塊的作用是通過電腦來讀寫、調整單片機控制電路的時間。主機程序是在電腦上運行，從遠程控制時鐘，可以對時鐘的當前時間進行讀寫、調整操作。從機程序則是在單片機上運行，利用中斷接收來自電腦的操作指令，并且將時間傳送給電腦。其流程圖分別如圖3-6，3-7所示。圖3-5主機端通信子程序流程圖圖3-6從機端通信子程序流程圖第4章實驗與調試驗證理論的最好的方法是實踐，因此本設計通過實驗，用實物的調試來驗證之上設計的可行性。雖然現在很多設計采用仿真來模擬結果，但是放著和實際還是有一定差距的，而且有些實際問題是仿真所不能顯示的，為了更好的驗證本設計方案，因此本設計采用實物來驗證。4.1硬件測試本設計的硬件驗證電路完全由按照上述理論進行焊接。其電路焊接如圖4-1所示。由于電路比較簡單在焊接中遇到的問題不是很多。主要遇到的問題有電路焊接時地線和電源線的排布，由于電路中的電源線和地線的連接點比較多，在實際的印刷電路板中，地線一般是環(huán)繞板子而且比較粗的銅線，鑒于這個思路，我將電源線和地線分別布置在電路板的兩個邊上，如圖4-2，4-3所示。另外，由于我們這是實驗板，是驗證理論用的板子，板子上的芯片經常需要拆卸，因此我選擇了用雙列直插底座來安裝芯片，這樣可以保證在拆卸芯片時不需要再重新焊接芯片，省去了很多不必要的麻煩。圖4-1整體電路實物圖硬件焊接好后需要測試是否都連接好了，本設計采用的測試方法是用萬用表來測量，用萬用表的兩個表筆分別接連線的兩端，測試是否電阻為零，如果電阻為零說明連接正確，如果有電阻說明沒有連接好。由于實驗板上的有些焊點離的比較近，在焊接時可能由于不小心將焊錫滴落在兩個焊點之間造成短路，短路是對電路板最大的危害之一，因此要細心的檢查每兩個相鄰的焊點之間是否有短路發(fā)生。4.2軟件調試本設計采用偉福編譯軟件來編譯程序，是目前使用廣泛的單片機開發(fā)軟件，它集成了源程序編輯和程序調試于一體，支持匯編語言編譯，另外它還支持第三方編譯器，可以編譯C語言和PL/M語言。源程序的編寫:首先從菜單的“文件”中“新建文件”，建立文件；然后為文件選擇好單片機型號，語言設置項選擇偉福匯編器；確定后新的文件就算建立了。接下來進行編輯、修改等操作。如圖4-2所示。圖4-2編譯程序編譯:加載好要編譯的文件，在工具欄的右上方找到編譯按鈕，按下編譯按鈕，開始編譯，編譯后會提示編譯是否通過，如果編譯通過就可以進行程序下載，實驗；如果編譯沒有通過說明程序存在錯誤需要修改這時會在軟件下方提示哪里有錯誤，是什么錯誤類型，如圖4-3所示。雙擊下邊的錯誤提示，軟件會將光標自動移到錯誤處以便于修改。編譯通過后會顯示編譯成功提示，如圖4-4所示。圖4-3編譯錯誤提示圖4-4編譯通過提示4.3實物調試由于實物調試中遇到的問題可能是軟件的問題也可能是硬件的問題，因此需要采取好的調試過程，制定一個好的調試原則。本設計在調試時采用了遇到問題先排查是否是硬件故障，然后再排查軟件故障的順序。在排查硬件故障時可以利用已有的設計成功的軟件來測試。例如在調試過程中，最先遇到的問題是液晶顯示器不能顯示。我在排查故障時采用了一個原有的能夠正常運行的程序來測試電路是否能夠顯示，結果是能夠顯示，如圖4-5所示。這說明電路的硬件連接沒有問題，然后再排查軟件問題，結果發(fā)現是程序中查詢日歷芯片時的地址賦錯值了，在排除這個錯誤之后再燒寫程序測試就能夠正常顯示了，如圖4-6所示。圖4-5測試程序顯示結果圖4-6正確程序顯示結果程序能夠正常顯示時間之后是調試按鍵子程序，要測試是否能掃描到按鍵及按鍵功能是否正確。由于按鍵程序設計時跳轉比較麻煩因此出了些小錯誤，在按鍵調整之后總是不能返回時間顯示界面。經過細心檢查發(fā)現是在返回顯示程序的跳轉標號寫錯了，經過改進，終于成功了。按鍵調整圖如圖4-7所示。圖4-7按鍵調整顯示結論1、本文的主要工作和成果系統采用了以廣泛使用的單片機STC89C52為核心，配合時鐘芯片DS12887，并采用LCD顯示電路，鍵盤掃描電路所設計的一款可以進行遠程調控的時鐘電路。主要工作和成果如下：（1）介紹基于單片機的時鐘電路的設計方法，并對基于單片機的時鐘的應用進行了初步探討。（2）介紹了時鐘芯片DS12887的基本原理、特性及使用方法。對單片機軟硬件資源和接口擴展都有了深入的學習。（3）在系統的軟件仿真調試中，運用了PROTEL、WAVE等軟件；學習了他們的基本操作，掌握了程序的編譯過程、電路圖的繪制過程。（4）系統設計出的實時時鐘除了可以顯示時間之外，還可以進行遠程通信，利用遠程電腦對時鐘進行時間設置。課題設計取得了較好的效果，達到了課題的基本要求。2、課題設計中不足及其展望本設計重點研究實現了基于單片機與時鐘芯片這種模式的時鐘，從原理上對單片機和時鐘芯片有了深一步的認識。但是，時鐘除了能夠顯示基本日期時間功能外，還可以顯示、設置鬧鐘并可在工業(yè)測量控制系統中起到定時、監(jiān)控作用，以及對某些影像數據的實時記錄功能等。所以說，實時時鐘在工農業(yè)的監(jiān)控中，它能發(fā)揮的作用會更多更大！它的這些功能還沒有完善，希望以后有機會可繼續(xù)完善其相應的功能。

在基于單片機的數字時鐘電路設計過程中，我學到了很多重要的東西，其中最重要的是如何將實踐和理論相聯系，怎樣將我所學到的知識運用到我以后的工作中去。大學的課堂的學習只是在給我們灌輸專業(yè)知識，而我們應把所學的用到我們現實的生活中去，此次的時鐘設計給我奠定了一個實踐基礎。本系統的設計應用到了模擬電子技術、數字電子技術、單片機控制技術、電路焊接工藝等多方面的知識，所設計的具有遠程通信的時鐘電路，達到了題目要求。這次畢業(yè)設計為使我得到了很大收獲：不僅學到了許多了關于單片機方面的知識，熟悉了與單片機相關的兩款軟件WAVE和STC-ISPV35，提高了實驗技能；而且也使我的動手能力和電路設計能力得到了極大的提高。在此次設計中，我的難點是程序的調試，由于以前僅僅學了一點匯編語言的皮毛，所以編一個完整的程序很是吃力！但是經過這一段時間的學習，我還是解決了一些問題。軟件調試中也出現了一些問題，就是程序在編譯中仿真器的設置出現了錯誤，從而使系統的編譯通不過，給系統的調試帶來了極大的不便，所以對軟件的使用還須更進一步的熟練掌握。由于時間比較倉促，我只能做到達到現在這樣的水平；其他的希望以后的工作中，再做深刻地研究。本文是在尊敬的導師張長勇的精心指導和大力支持下完成的，從論文的構思，方案設計到論文撰寫和修改無不滲透著他大量的心血。張老師的悉心指導，讓我有信心去解決所遇到的一個個問題。在這里向他致以衷心的感謝。在近四個月的畢業(yè)設計中，他在學術上給了我很多幫助和教育，尤其是導師們在學習和思維方法上給我的教育，讓我受益匪淺。導師認真嚴謹的治學態(tài)度、淵博的知識、創(chuàng)造性的學術思維、勤奮求實的工作作風和不懈的學術追求都激勵著我，并對我今后的工作和生活也將產生極大的影響。同時，我也特別感謝電子工程師論壇和PROTEUS論壇上的同仁給與極大地幫助，對我在軟件使用及程序調試中遇到的問題給予及時地解答，使我的設計能一步一步的實現；還要感謝我的同學在畢業(yè)設計中給予的幫助，才使我得以順利完成畢業(yè)論文。最后，再次對關心、幫助我的老師和同學們表示衷心地感謝。附錄A：電路原理圖附錄B：程序清單基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發(fā)基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發(fā)基于單片機的液壓動力系統狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究