万年历数码管显示设计及键盘控制设计final

万年历数码管显示及其键盘控制设计

组长：康智勇

组员：王辉

王玉

王天龙

付晓蓉

2008年08月08日

目录

前言 (3)

一、总体方案设计（方案的对比） (4)

二．单元模块设计（设计细节） (5)

(一)烧写板 (5)

(二) 单片机最小系统板 (7)

(三) 4-16译码器驱动数码管控制板 (12)

(四) 数码管显示板 (13)

(五) 键盘控制板 (14)

(六) DS12C887功能板 (14)

三、系统功能说明（结果说明） (20)

四、设计总结（心得体会） (20)

五、改进方案： (21)

附录： (22)

【参考文献】： (22)

【电路原理图】： (23)

【程序清单】： (28)

【流程图】： (47)

【键盘使用说明】 (49)

前言

目前，计算机技术的发展分为两大分支：通用计算机系统与嵌入式计算机系统。嵌入式计算机系统是面向测控对象嵌入到应用系统中的计算机系统的统称，而单片机则是一种经典的嵌入式系统。

从广义上讲，将微型计算机的主要功能部件集中在一块单芯片上的微型计算机称为单片机，这一类计算机又称为微控制器MCU（Micro Control Unit）。由于单片机集成度高、体积小、功能强、速度快、功耗低、抗干扰能力强等优点，它在智能仪器、工业测控、日常生活及家电中等得到了广泛的应用。万年历的数码管显示及键盘控制就是单片机的开发过程中的一个经典的应用。

在国内市场中存在着很多种不同厂家生产的不同类型的单片机，在本次设计中我们选用Atmel公司MCS-51系列兼容单片机中的AT89S51单片机。AT89S51单片机是一个低功耗高性能CMOS 8位单片机，40个引脚，片内含4KB Flash ROM和128B ROM，32个外部双向输入输出（I/O）接口，同时内含两个外中断口，两个16为可编程定时计数器，两个全双工串行通信口，它的最大的一个特点就是支持在线更新程序（In System Programmable，ISP）功能。

本设计中除了选用了单片机进行显示和键盘控制外，还需要一个主要的芯片就是美国DALLAS公司的新型时钟日历芯片DS12C887。DS12C887是一个能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，而且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，因此各种设备、家电、仪器、工业控制系统中，可以很容易地用DS12C887来组成时间获取单元，以实现各种时间的获取。本次设计中正是利用它的这一性能来获取准确的时间信息。

本次设计中需要硬件和软件两方面的结合。在硬件方面，需要准备烧写板、单片机最小系统板、4-16译码器驱动数码管控制板、数码管显示板、键盘控制板、DS12C887功能板等硬件；在软件选择了Protel Technology公司开发的具有PDM 功能的强大的EDA综合设计环境Protel 99SE来进行原理图设计、PCB（印刷电路板）设计，选择了Keil Software公司推出的Keil C51的集编译器、汇编器、实时操作、项目管理器、调试器于一体的集成开发环境uVision3。

本次设计的成功离不开本组组员在实习期间的不懈努力，在必要情况下的加班加点。在整个设计过程中，本组组员本着认真负责的精神，本着“没有最好，只有更好”的原则，采取“团结一致、分工合作”的措施，终于成功的设计出了万年历的数码管显示及键盘控制。

当然，本次设计中我们也遇到了很多的问题，本次设计的成功离不开本组组员的共同努力，更离不开老师和师兄及其他组员等的帮忙，在此本组组员衷心的感谢周庆国老师、赵庆林老师、王绍伟老师、刘钰力师兄、姚琪师兄等，谢谢你们不厌其烦地给予我们帮助。

时间过得很快，实习将近尾声，但是本次实习中的收获、经历及组员间建立起来的友谊将在本组组员的脑海中留下抹不去的青春的痕迹。

一、总体方案设计（方案的对比）

本方案以A T89S51单片机为主控芯片，，由时间控制芯片12C887来产生精确的时间输出。用八段数码管来显示时间（年、月、日、星期、时、分、秒），具体思想如下：

首先准备好烧写板、单片机最小系统板、数码管显示板、键盘控制板、DS12C887功能板、4-16译码器驱动数码管控制板等硬件，并写好所要用的软件；其次用PC机和烧写板把PC机上已经写好的程序通过烧写板写到单片机AT89S51上；第三、连接好其它的硬件电路，使用已经写进了程序的AT89S51芯片对单片机及DS12C887初始化，初始化完成后时间整个系统就开始正常工作，AT89S51单片机通过端口P0读DS12C887上的时间，然后通过写端口P1将读到的时间实时在15个七段数码管上显示（包括年、月、日、星期、时、分、秒，其中年用四位十进制数表示）；当键盘有按键，需要对时间进行调整时，则单片机将立即进入中断，置中断标志位后出中断，通过主程序中检查标志位判断是否进入时间调整模块程序，当标志位为高电平时，工作进入调整时间模块，调整结束后直接跳出调整程序，在此过程中15个七段数码管一直进行着实时扫描输出，保证了操作的实时性与可靠性。通过单片机AT89S51的P0端口将调整好的时间写到DS12C887芯片上，然后DS12C887将从调整后的时间开始进入正常的工作状态，同时A T89S51单片机再次通过端口P0读DS12C887上的时间，然后通过写端口P1将读到的时间实时在15个七段数码管上显示；或者当单片机复位时，整体系统又开始从初始化后的时间开始显示。

在设计工程中，我们考虑过其他方案有：

1、以凌阳61精简板作为主控制芯片，但考虑价格方面以及更好的锻炼自己的实际动手能力，我们放弃了以凌阳61精简板作为主控芯片的方案；在程序编写过程中，由于程序大于了demo版uVision3允许范围，所以我们决定使用AT89S52，但在通过Runtime版uVision2编译成功后顺利下载入AT89S51所以我们重新选择了已有芯片，最终成功完成了我们的实习设计。

2、在时间产生方面，我们考虑过以A T89S51单片机中的定时器来产生时间，但是由于AT89S51单片机用的是12MHz的频率，要产生1s的时间进位需加一些其他的C语句，这样会产生微小的时间偏差。虽然在短时间内我们可能看不出什么问题，但是在长时间运行时会造成时间的不准确，故我们放弃了以AT89S51单片机内部产生时间的方案。

3、在键盘按键方面，我们考虑过使用行列扫描以及反转法扫描的方式进行按键识别。在此种情况下，我们设想使用0-9十个数字键、一个终端进入键和复位键共12键对时间进行调试。但是考虑到这种方式需要的按键太多，我们最终选择了六键控制方式，此时不需要对键盘进行行列扫描以及大规模阵列式键盘控制，提高了设计的实用性降低了元件成本。

4、在键盘控制和数码管显示时间方面，我们最初考虑的是使用芯片8279。8279是可编程的键盘、显示接口芯片，它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。8279内部有键盘FIFO（先进先出堆栈）/传感器，双重功能的8*8=64B RAM，键盘控制部分可控制8*8=64个按键或8*8阵列方式的传感器。该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。显示RAM容量为16*8，即显示器最大配置可达16位LED数码显示。正如上所说，由于我

们没有选择行列扫描的按键识别方式，同时考虑到设计成本问题，故我们放弃了这种想法。

二．单元模块设计（设计细节）

(一)烧写板

烧写板的使用前提及使用时与AT89S51单片机的连接情况见“单片机最小系统板”。

组成烧写板器件介绍

（1）DB25并口

DB25并口的管脚图如下：

(2) 8D触发器HD74HC373P

8D触发器HD74HC373P是一个三态输出的8D透明锁存器，它的管脚图如下：

HD74HC373P各引脚定义如下：

D0-D7 数据输入端

OE 三态允许控制端（低电平有效）

LE 锁存允许端

O0-O7 输出端

HD74HC373P各引脚功能具体应用介绍：

HD74HC373P的输出脚O0-O7可直接与总线连接；当OE为低电平时，O0-O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线；当OE为高电平时，O0-O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响；当LE 为高电平时，O随数据D而变；当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平；当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。

2. 具体设计

烧写板的主要组成原件就是上面提到的DB25并口、8D触发器HD74HC373P，还需要单片机最小系统板中的A T89S51单片机的配合。烧写板的使用前提及怎么与单片机最小系统板配合见“单片机最小系统”模块设计细节。烧写板的的具体设计如下：

（1）烧写板单片机与最小系统板的连接：

将8D触发器HD74HC373P的Vcc脚（PIN20）与AT89S51单片机的Vcc 脚（PIN40）连接——此为HD74HC373P与AT89S51单片机的电源高电平连接

口。

将8D触发器HD74HC373P的GND脚（PIN10）、OE脚(PIN1)及PC机的DB25并口的PIN18、PIN25与AT89S51单片机的Vss脚（PIN20）连接——DB25并口的PIN18、PIN25本为信号地端；HD74HC373P的PIN10本为接地端；HD74HC373P的OE脚接低电平是为了让O0-O7在整个工作过程中为正常逻辑状态。

将8D触发器HD74HC373P的O3脚（PIN9）与A T89S51单片机的RST（PIN9）连接;

将AT89S51单片机的P1.5（PIN6）、1.6（PIN7）、1.7脚（PIN8）分别与8D 触发器HD74HC373P的O0脚（PIN2）、D1脚(PIN4)、O2(PIN6)对应连接;

(2)另外的连接

将DB2的PIN1与HD74HC373P的PIN7连接；

将DB2的PIN14与HD74HC373P的PIN3连接；

将DB2的PIN15与HD74HC373P的PIN5连接；

将DB2的PIN16与HD74HC373P的PIN8连接；

在电路中接入了三个电容，目的在于减少干扰。

上面设计的总体思路是：将PC机上的程序由DB25并口通过8D触发器HD74HC373P写到AT89S51单片机上.。如果数据传输正确，则由AT89S51单片机传一个反馈信息由DB25并口到PC机，说明传输正确；如果数据传输出错，则由AT89S51单片机传一个反馈信息由DB25并口到PC机，说明出错，我们需要重新传输。在这个结构中8D触发器HD74HC373P用来锁存地址和数据。

该项目的核心是8051单片机，它是可编程硬件，通过软件读入单片机，再由单片机写出到硬件，实现设计功能。因此，烧写板的设计便是为了使单片机读入不同的程序，实现不同的功能。

(二) 单片机最小系统板

1. AT89S51芯片介绍

Atmel公司的AT89S51单片机具有多种封装形式，包括PDIP40、PDIP42、PLCC44和TQFP44。此处我们使用的是PDIP40封装形式，它的引脚图如下：

AT89S51单片机是一个低功耗高性能CMOS 8位单片机，40个引脚，片内含4KB Flash ROM和128B ROM，32个外部双向输入输出（I/O）接口，同时内含两个外中断口，两个16为可编程定时计数器，两个全双工串行通信口，它的最大的

一个特点就是支持在线更新程序（In System Programmable，ISP）功能。

引脚介绍：

(1)电源引脚

电源引脚接入单片机的工作电源。

VCC(40脚)：接+5V电源正端。

GND(20脚)：接+5V电源地端。

(2)时钟引脚

两个时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体，与片内的反向放大器构成了一个振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。

XTAL1(19脚)：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。

XTAL2(18脚)：接外部石英晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反向放大器的输出端。

(3)控制引脚

RST/VPD(9脚)：RST即RESET，是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，若在此引脚加上持续时间大于两个机器周期的高电平，就会完成复位操作，使单片机恢复到初始状态。单片机正常工作是，此引脚为0.5V低电平。VPD功能此处不做介绍。

/PSEN(29脚)：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。

ALE/PROG(30脚)：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/EA/VPP(31脚)：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

(3)接口引脚

P0口(32-39脚)：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL 门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口(1-8脚)：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口(21-28脚)：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉

高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口(10-17脚)：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

端口管脚备选功能

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

2. 具体设计

单片机的最小应用系统电路指的是它可以正常工作的最简单电路组成。AT89S51单片机的最小应用系统原理图见“附录”，该系统中主要包含4个电路部分。

(1)供电电路

VCC脚(40脚)接+5V电源，GND脚(20脚)接地线。

(2)程序存储器选择电路

Atmel公司生产的8051兼容芯片具有多种容量的内部程序存储器的型号，因此在使用中不需要再扩展外部程序存储器，这样在单片机应用电路中引脚EA

（引脚31）可以总是接高电平。

(3)时钟电路

AT89S51芯片的时钟频率可以在0～33MHz范围。单片机内部有一个可以构成振荡器的放大电路。在这个放大电路的对外引脚XTAL2（引脚18）和XTAL1（引脚19）接上晶体和电容就可以构成单片机的时钟电路。如原理图所示，本次设计中的时钟电路由频率为12MHz的晶体和两个20PF的容C2与C3组成时钟频率为12MHz的时钟电路。时钟电路采用晶体的目的是提高时钟频率的稳定性。

(4)复位电路

对于AT89S51芯片，如果引脚RST（引脚9）保持24个时钟周期的高电平，单片机就可以完成复位。通常为了保证应用系统可靠地复位，复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。只要引脚RST保持高电平，单片机就循环复位。当引脚RST从高电平变为低电平时，单片机退出复位状态，从程序空间的0000H

地址开始执行用户程序。

复位有两种方式，一种是上电复位，一种是手动复位。在本次设计中我们选择的是将手动复位和自动复位组合，如“附录”中电路原理图所示。在元件参数的选定上，我们去C=10uF，R=10k。当系统加电时，由于C两端的电压不能突变，因此引脚RST为高电平，单片机进入复位状态，随着C充电，它两端的电压上升，使得引脚RST上电压下降，最终使单片机退出复位状态；当单片机正常工作时，则可以通过按开过让单片机进入复位状态。

完成复位后，单片机不仅从程序空间的0000H地址开始执行用户程序，而且还影响一些特殊功能存储器的初始状态。相应的特殊功能存储器的复位值如表1.4所示。

并不在特殊功能存储器区域；DPTR称为数据指针，它由两个特殊功能寄存器DP0H和DP0L组成。

在最小系统中，除了以上几个主要的电路外，还有：

在高电平与P0口还接入了8个上拉电阻，目的是提高P0口输出信号的驱动能力；在高电平与低电平之间接人了一个LED灯和一个0.1k的电阻，目的是通过LED灯了解系统的上电情况，通过电阻保护LED灯，避免其被烧毁。

3. 单片机最小系统板与其他板的端口连接情况

(1)单片机最小系统板与DS12C887功能板的连接

将AT89S51单片机的P0.0-P0.7与DS12C887的AD0-AD7（PIN4-PIN11）分别对应连接；

将AT89S51单片机的P2.7/A15脚（PIN28）与DS12C887的CS脚（PIN13）连接；

将AT89S51单片机的ALE脚（PIN30）与DS12C887的AS脚（PIN14）连接；

将AT89S51单片机的WR/ P3.6脚（PIN16）与DS12C887的R/W脚（PIN15）连接；

将AT89S51单片机的RD/P3.7脚（PIN17）与DS12C887的DS脚（PIN17）

连接；

连接原理与功能见“DS12C887功能板”模块的设计细节。

(2) 单片机最小系统板与4-16译码器驱动数码管控制板的连接

将AT89S51单片机的P2.0-P2.3脚（PIN21-PIN24）分别与4-16译码器DM74LS154N的A0-A3端口连接——AT89S51单片机通过写端口P2.0-P2.3将其值传输到4-16译码器的A0-A3端，从而通过选通4-16译码器的Y0-Y15端来控制与4-16译码器连接的16个八段数码管的接通，即选通了某一个八段数码管后，该八段数码管才工作，没有选通的其他八段数码管就不工作，全灭。

(3) 单片机最小系统板与数码管显示板的连接

将AT89S51单片机的P1.0-P1.6脚（PIN1-PIN7）分别与数码管显示板的数码管的管脚“a到g”对应连接——AT89S51单片机通过程序控制端口P1.0-P1.6的值，从而控制该时刻选通的八段数码管所显示的数字，即时间。

(4)单片机最小系统板与烧写板的连接

我们要让整个系统工作，就必须先对A T89S51单片机进行程序烧写。在对AT89S51单片机进行程序烧写时，只需要让单片机最小系统板和烧写板上电工作，同时切断单片机最小系统板的管脚中连接与烧写板之外的板的连接线。烧写时，单片机最小系统板与烧写板的连接如下：

将AT89S51单片机的Vcc脚（PIN40）与8D触发器HD74HC373P的Vcc 脚（PIN20）连接；

将AT89S51单片机的Vss脚（PIN20）与8D触发器HD74HC373P的GND 脚（PIN10）、OE脚(PIN1)及PC机的DB25并口的PIN18、PIN25连接;

将AT89S51单片机的P1.5（PIN6）、1.6（PIN7）、1.7脚（PIN8）分别与8D 触发器HD74HC373P的O0脚（PIN2）、D1脚(PIN4)、O2(PIN6)对应连接;

将A T89S51单片机的RST（PIN9）与8D触发器HD74HC373P的O3脚（PIN9）连接;

其连接功能及控制见“烧写板”模块的设计细节。

(5)单片机最小系统板与键盘控制板的连接

将AT89S51单片机的P3.0-P3.5脚（PIN10-PIN15）与键盘控制板上的六个按键K0-K5的一端连接。

其连接功能及控制见“键盘控制板”模块的设计细节。

(三) 4-16译码器驱动数码管控制板

1. 器件介绍

在此板中的中心器件是4-16译码器DM74LS154N，它的引脚图如下：

功能表如下：

图中E1、E2即表中的S0、S1。

2.具体功能

我们选择使用4-16译码器DM74LS154N是因为我们要使用的AT89S51单片机的四个端口P2.0-P2.3四个端口控制显示16个八段数码管，故我们需要将

P2.0-P2.3四个端口与译码器的A0---A3进行相连，将输入的数据译码成16位，然后反相输出选中的位，即输出端低电平有效。我们采用4-16译码器DM74LS154N的Y0-Y15低电平输出可以控制共阴极数码管显示。

但在实际中我们没有直接将4-16译码器DM74LS154N的Y0-Y15分别与16个八段数码管的控制端led1-led16对应连接,而是在它们每对应的每两端口之间加入了一个反相器和一个三极管，由于它们两个器件的两次方向作用，使得4-16译码器DM74LS154N的Y0-Y15端口输出的逻辑电平。实际上我们加入三极管是为了增大各输出端口的电流，从而增强各输出端口驱动能力；我们加入反相器是为了让它与三极管连接，从而不改变各输出端口的逻辑电平。

在连接时，我们将E1(PIN18)、E2(PIN9)接地,此时4-16译码器DM74LS154N 上电后就为正常工作状态。

(四) 数码管显示板

1. 器件介绍

为了简单，我们选用的是4个4位八段数码管来组成的16个八段数码管来显示年、月、日、星期、时、分、秒、中断识别位（其中年用四位数字表示）。下面便是4位八段数码管的图标及引脚：

2. 功能设计

此次我们采用的方案是16个数码管动态显示时间，需要较大的驱动电流，但是单片机的I/O口输出电流较小，不足以驱动数码管（显示的亮度很小）。所以我们采用在P1口输出的同时加上拉电阻和在选通口加三极管作为驱动电路，

以便达到足够大的亮度。由于16个控制端口，为了减少I/O端口作选通的引脚数目，我们采用4-16译码器来作为数码管的选通端。由于译码器所提供的电流不能满足15个数码管工作，因此，我们采用三极管放大的作用以达到要求。为使三极管工作，我们需要将译码器的输出端接入反相器，是其输出为高电平，将其与基极相接，从集电极输出至数码管控制端，达到设计要求。此外，为了使三极管正常工作，我们需要在基极，集电极分别接入适当的电阻，比如，基极，集电极分别接1K,0.1K的电阻，经过测试，符合电路设计思路。因此，设计是可行。

(五) 键盘控制板

1. 设计思路

传统的键盘设计用的是行列扫描键盘，此次我们采用电子表的设计思路，将键盘设计成加减控制式，这样减少了键盘的个数，同时也可以不用8279这样的专用芯片，但是增加了软件编程的难度，增加了cpu的负担，同时也引入了一定的不确定度，但是通过软件调试我们的设计思想符合了要求，设计可行。

器件介绍

P3^4,P3^5:退出“+”“-”调整

P3^1:退出调整时间

P3^2:调整时间

P3^3:分/秒

P3^4:第一功能：日期/星期/时；第二功能：“+”

P3^5:第一功能：年（高）/年（低）/月；第二个功能：“-”

2. 操作原理

上电初始化后，时间进入初始化显示，时间是2008-08-08-00-00-00，按P3^2利用int0中断，改变中断全局变量check=1，出中断，进入调整时间子函数，此时点亮最后一个数码管，并显示“8”，然后按下P3^3,P3^4,P3^5，进入调整年月日星期时分秒的过程，然后完成利用P3^4,P3^5对所选位的调整，调整完成后使用P3^0退出“+”“-”调整过程，若对所有调整满意则使用P3^1退出调整时间程序，此时程序进入正常显示状态。我们在这一过程中一直是使低电平或下降沿有效，这样做一是降低了端口的负担，其次是降低了损耗，最后还使键盘设计简单，从而提升了可靠性。

(六) DS12C887功能板

1. 器件介绍

前面我们已经提到过美国DALLAS公司的新型时钟日历芯片DS12C887，下面我们将对DS12C887作详细的介绍。

DS12C887是能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息的芯片；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。

DS12C887的引脚如图1。

(1) DS12C887的引脚功能介绍

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。

MOT：模式选择脚，DA12C887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。

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。

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。

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。

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Intle模式，此时该作为写允许输入，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。

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，其具体垢地址及取值如表1所列。

由表1可以看出：DS12C887内部有控制寄存器的A-B等4个控制寄存器，用户都可以在任何时候对其进行访问以对DS12C887进行控制操作。

(2) DS12C887的控制寄存器介绍

》》寄存器A

寄存器A各位不受复位的影响，UIP位为只读位，其它各位均可读写，寄存器的控制字的格式如表2。

表2 DS12887控制寄存器A各布尔位定义

BIT 7 BIT

6

BIT

5

BIT

4

BIT

3

BIT

2

BIT

1

BIT

UIP DV2 DV1 DV0 RS3 RS2 RS1 RS0

UIP位：更新周期标志位。该位为“1”时，表示芯片正处于或将开始更新周期，此时程序不准读写时标寄存器；该位为“0”时，表示至少在244us后才开始更新周期，此时程序可读芯片内时标寄存器。该位是只读位。

DV0、DV1、DV2：芯片内部振荡器RTC控制位。当芯片解除复位状态，并将010写入DV0、DV1、DV2后，另一个更新周期将在500ms后开始。因此，在程序初始化时可用这三位精确地使芯片在设定的时间开始工作。这与MC146818不同的是，DS12887固定使用32 768Hz的内部晶体，所以，DV0=“0”，DV1=“1”，DV2=“0”，即只有一种010的组合选择即可启动RTC。

RS3、RS2、RS1、RS0：周期中断可编程方波输出速率选择位。各种不同的组合可以产生不同的输出。程序可以通过设置寄存器B的SQWF和PIE位控制是否允许周期中断方波输出。

》》寄存器B

寄存器B允许读写，主要用于控制芯片的工作状态。寄存器B的控制字的格式如表4所列。

表4 DS12887控制寄存器B各布尔位定义

BIT7 BIT

6

BIT

5

BIT

4

BIT

3

BIT

2 BIT1

BIT

SET PIE AIE UIE SQ

WE DM 24/12 DSF

SET位：当该位为“0“时，芯片处于正常工作状态，每秒产生一个更新周期来更新时标寄存器。为“1”时，芯片停止工作，程序在此期间可初始化芯片的各个时标寄存器。

PIE、AIE、UIE位：分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断允许位。各位为“1”时，允许芯片发相应的中断。

SQWE位：方波输出允许位。SQWE=“1”，按寄存器A输出速率选择位所确定的频率输出方波；SQWE=“0”，脚SQW保持低电平。

DM位：时标寄存器用于十进制BCD码表示或用二进制表示格式选择位。DM=“0”时，为十进制BCD码；DM=“1”时，为二进制码。

24/12位：24/12小时模式设置位。24/12位=“1”时，为24小时工作模式；24/12=“0”时，为12小时工作模式。

DSE位：复令时服务位。DSE=“1”时，夏时制设置有效，夏时制结束可自动刷新恢复时间；DSE=“0”，无效。

》》寄存器C

寄存器C的控制字的格式如表5所列。该寄存器的特点是程序访问读寄存器后，该寄存器的内容将自动清零，从而使IRQF标志位变为高电平，否则，芯片将无法向CPU申请下一次中断。

表5 DS12887控制寄存器C各布尔位定义

BIT 7 BIT

6

BIT

5

BIT

4

BIT

3

BIT

2

BIT

1

BIT

IRQ

F PF AF UF 0 0 0 0

IRQF位：中断申请标志位。该位逻辑表达式为：IRQF=PF·PIE+AF·AIE+UF·UIE。当IRQF位变“1”时，引脚将变低电平引发中断申请。

PF、AF、UF位：这三位分别为周期中断、报警中断、更新周期结束中断标志位。只要满足各中断的条件，相应的中断标志位将置“1”。

BIT3~BIT0：未定义的保留位。读出值始终为0。

》》寄存器D

寄存器D为只读寄存器。寄存器D的控制字包括：

VRT位：芯片内部RAM与寄存器内容有效标志位。该位为“1”时，指芯片内部RAM和寄存器内容有效。读该寄存器后，该位将自动置“1”。

BIT6~BIT0位：保留位。读出的数值始终为0。

2.具体设计

将DS12C887的MOT脚（PIN1）接地——我们选择DA12C887的Intel模式。

将DS12C887的AD0-AD7（PIN4-PIN11）分别与A T89S51单片机的P0.0-P0.7对应连接——AD0-AD7是DS12C887复用地址数据总线，P0.0-P0.7是AT89S51单片机的地址/数据复用总线，它们对应连接。工作时，在总线周期的前半部分，AT89S51单片机的P0.0-P0.7传输DS12C887存储器的低8位地址给DS12C887的AD0-AD7；在总线周期的后半部分A T89S51单片机的P0.0-P0.7通过DS12C887的AD0-AD7读/写数据，即时间信息。

将GND脚（PIN12）接地——此端口本是接地端口。

将CS脚（PIN13）与AT89S51单片机的P2.7/A15脚（PIN28）连接——CS 是DS12C887的片选输入，低电平有效。A T89S51单片机的P2口是准双向I/O 接口，当有外部存储器时，P2口用于传输片外存储器的高8位地址。在本设计中将DS12C887的CS与AT89S51单片机的P2.7脚连接，说明AT89S51单片机的P2.7脚传输的是地址信息，我们使用的DS12C887存储器的基地址为0x7F00，当P2.7脚为低电平时，AT89S51单片机片选选中DS12C887，DS12C887开始正常工作。

将AS脚（PIN14）与A T89S51单片机的ALE脚（PIN30）连接——AS是DS12C887的地址选通输入脚，而A T89S51单片机的ALE脚是地址锁存允许信号。在正常工作过程中，AT89S51单片机对DS12C887的存储器进行读写操作，ALE的下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址；而对于DS12C887，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。

将R/W脚（PIN15）与AT89S51单片机的WR/ P3.6脚（PIN16）连接——在我们选择的Intle模式下，R/W脚是DS12C887的写允许输入；在此设计中，AT89S51单片机的WR/ P3.6脚是作为DS12C887的写选通信号输出端。当AT89S51单片机的WR/ P3.6脚为低电平时，AT89S51单片机对DS12C887的存储器进行写操作。

将DS脚（PIN17）与AT89S51单片机的RD/P3.7脚（PIN17）连接——在我们选择的Intle模式下，DS脚是DS12C887的读允许输入脚；在此设计中，AT89S51单片机的RD/P3.7脚是作为DS12C887的读选通信号输出端。当AT89S51单片机的RD/P3.7脚为低电平时，AT89S51单片机对DS12C887的存储器进行读操作。

将RESET脚（PIN18）接高电平——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。但此处我们没有选择将RESET脚直接接高电平，而是将RESET脚一方面通过一个10uF 的电容接地，另一方面通过一个10K的上拉电阻接到高电平上，目的在于通过电容减小毛刺等交流电的干扰，通过上拉电阻的作用确定输入信号的电平（防止干扰）。

将Vcc脚（PIN）接高电平——同上，此处为了减小毛刺等交流电的干扰，我们将此端口接高电平的同时，还将其通过一个30pF的电容接地。

在高电平与低电平之间接入一个LED灯和一个0.1k的电阻——目的在于用LED 灯的亮灭来了解DS12C887芯片的通电与否；用0.1k的电阻来保护LED灯，避免其因电压过高而烧毁。

在高电平中另外引出3个高电平接入点——单片机最小系统板、键盘控制板、4-16译码器驱动数码管控制板的高电平标志端分别与此3个高电平接入点连接，目的是使这些板共用一个电源且同时通电。

在高电平处还引出了8个0.1k的电阻，此8个电阻分别与P1.0-P1.7八个端口及八段数码管连接——此8个电阻作为P1.0-P1.7八个端口及八段数码管的上拉电阻使用，目的是为了提高输出信号的驱动能力。

另外，DS12C887的其他管脚在此设计中不使用。

在使用时，我们需要通过DS12C887的寄存器对DS12C887进行初始化，此设计中选择用二进制表示格式来对显示时标寄存器的值；选用24小时制的工作模式；初始时间设置为“2008年08月08日00时00分00秒星期五”。

三、系统功能说明（结果说明）

通过单片机控制，实现显示年月日，时分秒，并通过键盘按键对显示的各个部分进行调整，达到设计目的。

四、设计总结（心得体会）

假期实习的时间不长，但是在这段一起努力一起分担的日子里，我们收获知识，收获友谊。我们此次的设计是电子设计的经典，各方面的资料都很齐全，但是我们想每一次制作的过程是不一样的。对于一个团队而言，我们在制作过程中的团结合作，相互配合的如此完美是我们此次的最大收获吧。

在制作的具体过程中我们也得到了很多的经验和方法：

在硬件制作的过程中，在确定板子之前一定要确定很电路的原理和实际的可行性，应当将实际的情况（如保护电路，电压电流的不稳定等）考虑进去。

在做项目之前，要对项目做一个可行性分析，包括软硬件的可实现性和我们所处的能力水平。

在互联网应用如此广泛的今天，我们应充分利用网络上的资源，但是不不加考虑的就完全相信他们，这在硬件上体现尤为突出，在不同的环境和不同的系统中，电路的参数是不一样的，在就需要我们进行实际的测量和改进。

在制作一个有各个部件组装起来的系统中，我们认为应该把不关联的部分尽量分开制作，这样在后期测试出错误时也方便改正，只需改变局部和不用全部重新再来。

在系统测试出现问题时，应各个部件分开排查，这样可以快速查找错误，也可以避免由于其他板子的问题（特别是短路的情况）而将好的板子烧坏。

软件部分的开发是与硬件一同进行的，在开发过程中一定要严格构思，缜密设计，其实在设计过程中也出现了很多很多的问题，比如层次安排，实用性的考虑，以及用户的操作的方便性，我们都是在综合设计框架提出伊始就已列入设计要求，以此基础上我们循序渐进，步步为营最终完成了程序的综合设计与测试。

在设计的过程中，对于硬件的依赖性是单片机程序设计的一个特色，在小于4k 的代码存储空间我们必须兼顾“软硬”两个方面，这曾一度让开发者陷入困难，但是只要能够有所框架分步设计，出现的困难就会越明确，问题的解决也就越容易。在编写程序的过程中最好能够多次使用模块化设计，这样对于程序的调试很有帮助。

硬件与软件的调试过程也是一个难点，在这个过程中一旦出了问题则非常难以找到症结所在，因为出现问题的范围有了更大的扩展，快速锁定问题的可能性也就降低，这就要求软件人员能够在程序编译通过后多次对所编程序不断阅读，不断思考，在软硬综合测试过程开始钱能够对自己的程序有十足把握；同时硬件人员也必须保证焊接的正确尽量避免虚焊，短接等等微小瑕疵，更重要的是能够对硬件的可变性有所估计，在出问题时，不是盲目拆插硬件结构，而是对模块逐