单片机DS12C887时钟设计

目录

摘要 (2)

1 系统总体设计 (2)

1.1 系统设计的主要内容和具体要求 (2)

1.1.1主要内容： (2)

1.1.2 具体技术要求: (2)

1.2 方案论证 (2)

2 系统硬件电路设计 (3)

2.1单片机控制系统包括STC89C52单片机以及它的外围电路（晶振电路和复位电路）。 (3)

2.1.1晶振电路 (4)

2.1.2 复位电路 (4)

2.2 DS12C887时钟电路 (5)

2.2.1 器件介绍 (5)

2.2.2 DS12C887与单片机的连接 (6)

2.3 1602液晶显示屏 (6)

2.4 USB供电电路 (7)

2.5 键盘电路 (8)

2.6闹铃电路 (9)

3 系统软件程序设计 (9)

3.1 主程序运行说明及流程图 (9)

3.2 DS12C887使用说明及流程图 (11)

3.3 1602操作说明及流程图 (11)

3.4 键盘控制说明及流程图 (12)

4 系统调试 (13)

5 结论 (14)

6 谢辞 (14)

7 参考文献 (15)

8 附录A：实时日历电子钟设计电路原理图 (15)

9 附录B：实时日历电子钟设计程序代码 (15)

摘要

在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有CPU控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。

本文设计的电子万年历属于小型智能家用电子产品。利用单片机进行控制，实时时钟芯片DS12C887时钟芯片进行记时及掉电存储，外加键盘电路和显示电路，可实现时间的调整和显示。电子万年历既可广泛应用于家庭,也可应用于银行、邮电、宾馆、医院、学校、企业、商店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。关键词：单片机；DS12C887；智能

1 系统总体设计

1.1 系统设计的主要内容和具体要求

1.1.1主要内容：

本次设计的题目是基于ds12c887的高精度时钟的设计，可以正常的显示年、月、日、星期、时、分、秒。本系统利用单片机实现具有计时校时等功能的数字时钟，是以单片机STC89C52为核心元件，同时采用1602液晶显示“时”、“分”、“秒”的现代计时装置。与传统机械表相比它具有走时精确，显示直观等特点。另外具有校时功能，编程灵活，便于扩充等优点。

本次设计可分为两部分：硬件部分，软件部分。

硬件部分包括：STC89C52、DS12C887时钟芯片、1602LCD液晶显示器。主要由STC89C52单片机、实时时钟芯片电路、液晶显示输出电路、键盘输入电路等几大部分组成。

软件部分包括：主程序模块，DS12C887模块，LCD1602模块，键盘控制模块。

1.1.2 具体技术要求:

（1）在1602液晶上显示年、月、日、星期、时、分、秒，并且按秒实时更新显示。

（2）具有闹铃设定及到时报警功能，报警响起时按任意键可取消报警。

（3）能够通过按键随时调节各个参数，按键可设计4个有效键，分别为功能选择键、数值增大键、数值减小键、和闹铃查看键。

（4）每次有键按下时，蜂鸣器都以短“滴”声报警。

（5）利用DS12C887自身掉电可继续走时的特性，设计实现断电时间不停，再次上电时间仍然准确显示在液晶上的功能。

1.2 方案论证

时钟电路有各种各样的，在不同的要求和条件下有着各自的优势，本设计的题目是高精度时钟的设计，根据设计要求时钟显示正常的年、月、日、星期、时、分、秒。要想实现上述功能，所以设计要从电路设计的性价比、显示时间的精确以及稳定性为前提。本设计是要将硬件系统和软件系统有机的结合在一起，方可实现我们设计任务中的各项要求。

在以单片机为核心构成的装置中，经常需要一个实时的时钟和日历，以便对一些实时发生事件记录时给予时标，实时时钟芯片便可起到这一作用。DS12C887是一个综合性能较好且价格便宜的并行接口实时时钟芯片。利用单片机进行控制，采用DS12C887作为实时时钟芯片，并与单片机进行同步通信，外加显示电路、键盘电路、闹铃电路，即构成一个基本的电子万年历系统。若还要添加其他功能，在这基础上外扩电路即可。

2 系统硬件电路设计

按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统由主控模块、时钟模块、供电模块、键盘接口模块、显示模块和闹铃模块共6个模块组成，电路系统构成框图如图2-1所示。

图2-1实时日历时钟电路系统构成框图

2.1单片机控制系统包括STC89C52单片机以及它的外围电路（晶振电路和复位电路）。

图2-2单片机控制系统

2.1.1晶振电路

晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。晶振电路中接在晶振旁的两个电容，叫负载电容。一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，C2、C3可在30pF时振荡器有较高的频率稳定性。

图2-3单片机晶振电路

2.1.2 复位电路

单片机复位的条件是当单片机振荡器工作时，RST引脚上出现持续两个机器周期的高电平，从而实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，RST引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。

STC89C52的复位是由外部的复位电路来实现的：

图2-4单片机复位电路

2.2 DS12C887时钟电路

本次设计采用实时时钟芯片是DS12C887，这种实时时钟芯片具备年、月、日、星期、时、分、秒计时功能和多点定时功能，计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。

2.2.1 器件介绍

（1）器件特性

DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接

代替IBMPC上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管

脚也和MC146818B、DS12887相兼容。

由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、

分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而

利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12C887中自带有锂

电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之

久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两

种模式。在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下

午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，

一种是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM，其

中有11字节RAM 用来存储时间信息，4字节RAM用来存

储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通

用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程

以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软

件进行屏蔽。

（2）引脚功能

DS12C887的引脚排列如图2-5所示，各管脚的功能说明如下：

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+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1）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。本文主要讨论Intel 模式。

23）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。

AD0～AD7：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AD0～AD7上的是地址信息，可用以选通DS12C887内的RAM，总线周期的后半部分出现在AD0～AD7上的数据信息。

14）AS：地址选通输入脚，在进行读写操作时，AS的上升沿将AD0～AD7上出现的地址信息

锁存到DS12C887上，而下一个下降沿清除AD0～AD7上的地址信息，不论是否有效，DS12C887

都将执行该操作。

17）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AD0～AD7上，以供外部读取。在写操作中，DS的下降沿将使总线AD0～AD7上的数据锁存在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。

15）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，此时该作为写允许输入，即WriteEnable。

13）C——S——：片选输入，低电平有效。

19）I——R——Q——：中断请求输入，低电平有效，该脚有效对DS12C887内的时钟、日历和RAM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VCC，这样可以

保证DS12C887在掉电时，其内部控制寄存器不受影响。

2.2.2 DS12C887与单片机的连接

DS12C887是一款纯数字式的芯片，只要它与单片机的I/O口直接相连就可以操作。操作DS12C887时钟芯片共需要13条信号线，分别是并行数据地址复用线AD0~AD7、CS、AS、R/W、DS、和IRQ。然后将RESET引脚固定接高电平，再将DS12C887芯片的VCC和GND引脚正确连接即可。DS12C887的管脚如图2-4所示。

图2-5 DS12C887与单片机的连接

2.3 1602液晶显示屏

液晶显示器简称为LCD显示器，它是利用液晶经过处理后能改变光线的传输方向的特征实现显示信息的。液晶显示器具有体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中得到日益广泛的应用。

下面是1602字符型LCD引脚说明：

第1脚：VSS为电源地，接GND。

第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“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：RW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RW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RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

第6脚：EN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7~14脚：D0~D7为8位双向数据线。

第15脚：BLA背光电源正极(+5V)输入引脚。

第16脚：BLK背光电源负极，接GND。

图2-6 1602与单片机连接图

2.4 USB供电电路

由于当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。故本设计采用USB接口外加+5V充电器供电。

图2-7USB供电电路

2.5 键盘电路

本设计共采用按键4个，分别是功能选择键、数值增大键、数值减小键和闹铃查看键。分别与单片机的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4相连。在时间调节中可按功能选择键，配合数值增大、减小功能键分别对日期、星期、时间进行调节。在调节过程中，显示器光标会在对应调节项目上游走，分别是：“秒、分、时、年、月、日、星期”。在闹铃设置中，可按闹铃查看键，配合数值增大、减小功能键对闹铃时间进行设置。

图2-8键盘电路

2.6闹铃电路

随着闹铃时间的设定，当实时时间达到闹钟的时间时，P1^2会输出一个低电平，如图2-8所示，此时三极管导通，蜂鸣器持续发声。当P^2输出一个高电平时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。

图2-9闹铃电路

3 系统软件程序设计

在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。

在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制实现想要的结果。

为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法。

模块程序设计法的主要优点是：单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。

本系统软件采用模块化结构，主要由主程序﹑DS12C887子程序、LCD1602子程序及键盘控制子程序构成。

3.1 主程序运行说明及流程图

在这个设计中，STC89C52主要功能是存储程序、根据程序的内容对各个端口进行判断并做出相应的处理；DS12C887主要的功能是控制年、月、日、星期、时、分、秒的变化及存储，以便让单片机读取；LCD1602主要的功能是将时间内容显示出来。

主程序主要实现了从DS12C887各时间单元中读出数据并送到LCD1602中显示的功能，同时检测有没有按键按下，如果有键被按下，则执行按键处理子程序。首先进行DS12C887时钟芯片和LCD1602的初始化函数，然后进行按键扫描，不断地检测按键是否按下，读取DS12C887时钟芯片的数据，并且送到液晶显示器显示；当数据发生变化的时候，重新进行扫描写入。

主程序流程图如图3-1所示。

图3-1主程序流程图

3.2 DS12C887使用说明及流程图

进入主程序后，DS12C887首先进行初始化设置，若串行口有数据，最后则调用函数从日历时钟芯片获取日历时钟信息，调用显示函数显示日历时钟信息显示出来，重复进行。这部分包括对DS12C887某个单元写、读DS12C887某个单元的内容和对DS12C887设定时间。

DS12C887的流程图如图3-2所示。

图3-2 DS12C887的流程图

3.3 1602操作说明及流程图

显示主要是通过从芯片中读入程序，分别对秒、分、时、星期、日、月、年进行显示，并且通过键盘的操作，对时间进行加减操作，使时间更新显示。1602LCD的流程图如图3-3所示。

图3-3 1602LCD的流程图

3.4 键盘控制说明及流程图

当功能键按下时，秒位置闪烁。每次按下功能键按下时，分别在秒、分、时、星期、日、月、年处闪烁。当功能键再次按下时，加一或减一键有效并在相应位置加一或减一。如选定秒位，按下增大键，调整显示位秒的增加，当秒增加至满60后，自动清零，同时调节一次送至下一位显示，显示位置重新回到调节处；当按下减小键时，调整显示位秒的减小，当秒减至0后，自动跳转为59，同时调节一次送至下一位显示，显示位置重新回到调节处；年月日时分的调节原理相同。

键盘加一减一流程图如图3-4所示。

图3-4键盘加一减一流程图

4 系统调试

系统调试共分为两大部分：一个是软件调试，另一个是硬件调试。其中软件调试通过Keil uVision4实现；硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。由于本系统线路连接比较简单，加之本人焊接技术过硬，故本系统硬件调试一次通过，没有硬件故障。难度主要在软件调试上。

本人原先的构思是闹铃采用播放音乐的形式，但发现闹铃音乐播放时，液晶上不能实时显示时间，即处于时间停滞状态。经分析主函数程序执行过程后，得

出闹铃采用播放音乐的方案不能实现。因为单片机至多每隔一秒就要从

DS12C887中读取时间并送液晶显示，这样才能保证液晶上的时间是一秒一秒跳动的。也就是说单片机要执行别的任务（闹铃）必须要在一秒的时间间隙内完成，否则时间就无法实时显示。而一首音乐的播放时间不可能少于一秒，故闹铃声音只能采用“滴”声。设计调试完成后，给系统上电，液晶显示屏显示结果如图4-1所示：

图4-1

5 结论

本设计硬件电路较简单，所用器件较少，电路中使用了STC89C52单片机、DS12C887时钟芯片、1602液晶显示器等主要器件，实现计时、校时和闹铃功能。在对芯片的管脚功能和用法有充分的了解后，根据设计要求设计硬件电路，包括单片机控制电路、时钟电路、显示电路、供电电路、键盘电路和闹铃电路。然后通过软件编程，实现了对年、月、日、时、分、秒、星期、闰年和阴历的自动调整，用按键进行控制，用液晶模块进行显示，并具有闹铃功能。实时日历电子钟可以正常显示时间并进行时间调整，基本完成了预期要实现的目标。

6 谢辞

首先，在这里感谢学校给我们安排这次课程设计，使我有一个可以自己动手学习的机会。在此之前，我还没有设计过什么像样的硬件电路，通过这次实践，使我初步掌握了Altium Designer的使用方法，锻炼了电路板制作的能力，包括洗板子，焊接，调试等，另一方面，该设计的软件是我写的第一个实用性软件，而且软件规模较大，功能较为齐全，这大大锻炼了我写软件的能力，在软件编程过程中，遇到了这样那样的问题，有些问题至今还没有解决，但是大部分的问题都在我的认真思考，不断尝试中得以解决，这也对我以后调试软件很有帮助，而且在软件的书写过程中，也暴露出了我基础知识不牢导致一些很低级但又很严重的问题，我以后一定会加强基础知识的巩固，为将来做更大的项目打下坚实的基础。

其次，在这要感谢我们可敬可爱的朱卫华老师，虽然老师工作繁忙，但还是会时常关注学生的课设进展，并给出很多宝贵的点拨，帮助我们解决了很多技术上难题。可以说，没有老师的悉心指导，就不会有我今天的作品。

最后，我还要感谢这次课程设计中给我帮助的同学，在我调试软件最失望的时候，是你们给了我安慰，让我重新坚定了我的信念。在我对AltiumDesigner的

使用不太熟悉的情况下，是你们的悉心指导，使我克服了重重困难，并学会了很多操作方法，最终完成了原理图的设计是你们的帮助，我才能顺利的完成课程设计任务。谢谢你们的帮助！

7 参考文献

[1]郭天祥. 新概念51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社，2009.

[2] 谭浩强. C语言程序设计.北京：清华大学出版社，1999.

[3]康华光.电子技术基础（第五版）. 数字部分/模拟部分.北京：高等教育出版社，2006.

8 附录A：实时日历电子钟设计电路原理图

9 附录B：实时日历电子钟设计程序代码

#include"define.h"

void delay(uint z)

{

uint j;

for(;z>0;z--)

for(j=110;j>0;j--);

}

void write_com(uchar com) //液晶写命令函数{

en=0;

rs=0;

P0=com;

en=1;

delay(1);

en=0;

}

void write_data(uchar date) //液晶写内容

{

en=0;

rs=1;

P0=date;

en=1;

delay(1);

en=0;

}

void write_ds(ucharadd,uchar date) //芯片写指令{

dscs=0;

dsas=1;

dsds=1;

dsrw=1;

P0=add;

dsas=0;

dsrw=0;

P0=date;

dsrw=1;

dsas=1;

dscs=1;

}

read_ds(uchar add) //芯片读指令

{

uchards_date;

dscs=0;

dsas=1;

dsds=1;

dsrw=1;

P0=add; //写地址

dsas=0;

dsds=0;

P0=0xff;

ds_date=P0;

dsds=1;

dsas=1;

dscs=1;

returnds_date;

}

void set_alarm(ucharashi,ucharafen,ucharamiao) //闹钟设初值{

write_ds(1,amiao);

write_ds(3,afen);

write_ds(5,ashi);

}

void set_time() //时间设初值

{

write_ds(0,10);

write_ds(2,10);

write_ds(4,10);

write_ds(6,2);

write_ds(7,10);

write_ds(8,10);

write_ds(9,10);

}

voidinit()

{

EA=1;

EX1=1; //开外部中断1

IT1=1; //设置负跳变沿触发中断

dula=0; //关闭数码管，以免出现乱码wela=0; //关闭数码管，以免出现乱码

en=0; //液晶使能

// alone_key=0; //把矩阵键盘化用为独立键盘使用独立键盘则不需执行此项

set_alarm(10,11,10); //设置闹钟为什么分钟设置为08不可以

set_time(); //首次上电初始化时间

write_ds(0x0A,0x20); // 控制A寄存器来开启晶体振荡器且保持时钟运行。

write_ds(0x0B,0x26); //设置24小时模式，数据二进制模式，开启闹铃中断。

write_com(0x38); //液晶初始化

write_com(0x0c); //开显示，不显示光标

write_com(0x06); //写一个字符后地址指针自动加一

write_com(0x01); //显示清零，数据指针清零

delay(5);

write_com(0x81+0x10); //写到后16位上，再移过来形成特效

for(num=0;num<14;num++) //写液晶初始内容

{

write_data(table[num]);

delay(50);

}

for(num=0;num<16;num++) //移位指令

{

write_com(0x18);

delay(50);

}

write_com(0x83+0x50);//第二行写初始内容

for(num=0;num<8;num++)

{

write_data(table1[num]);

delay(50);

}

}

voidwrite_sfm(ucharadd,uchar date)

{

ucharshi,ge;

shi=date/10;

ge=date%10;

write_com(0x80+0x50+add);

write_data(0x30+shi);

write_data(0x30+ge);

}

voidwrite_nyr(ucharadd,uchar date)

{

ucharshi,ge;

shi=date/10;

ge=date%10;

write_com(0x80+0x10+add);

write_data(0x30+shi);

write_data(0x30+ge);

}

voidwrite_xq(uchar date)

{

switch(date)

{

case 0:

write_com(0x80+0x10+12);

write_data('S');

delay(5);

write_data('U');

delay(5);

write_data('N');

delay(5);

break;

case 1:

write_com(0x80+0x10+12);

write_data('M');

delay(5);

write_data('O');

delay(5);

write_data('N');

delay(5);

break;

case 2:

write_com(0x80+0x10+12);

write_data('T');

delay(5);

write_data('U');

delay(5);

write_data('E');

delay(5);

break;

case 3:

write_com(0x80+0x10+12);

write_data('W');

delay(5);

write_data('E');

delay(5);

write_data('D');

delay(5);

break;

case 4:

write_com(0x80+0x10+12);

write_data('T');

delay(5);

write_data('H');

delay(5);

write_data('U');

delay(5);

break;

case 5:

write_com(0x80+0x10+12);

write_data('F');

delay(5);

write_data('R');

delay(5);

write_data('I');

delay(5);

break;

case 6:

write_com(0x80+0x10+12);

write_data('S');

delay(5);

write_data('A');

delay(5);

write_data('T');

delay(5);

break;

}

write_com(0x10);