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用DS12887制作无电源仍可走时的时钟

发布时间:2020-07-21 18:40:39 阅读: 来源:盘根厂家

乍一看题目读者可能会纳闷,这是什么奇怪的东西,不用电源还可以工作?其实笔者只是在这里卖了个关子,说的是不用外加电源也可以正常走时,并不是说整个电路工作时不需要供电。也就是说不使用时这个时钟不需要供电,在你加上电源之后就可以显示时间,并且仍然是正确的。就好像有些手机关闭之后又取下电板,等你下次开机的时候它又能显示正确的时间。其实这些手机里面都是有后备电池的,就是做时钟那一小块电路有后备电池供着电的。要是后备电池没有了电,取下电板后问题就来了,这也是为什么有些用久了的手机取下电板再装上,时间就不对了的缘故。但是本文说的这个时钟不需要外加后备电池,那它是怎么做到这一点的呢?请听我慢慢道来。

本文引用地址:先了解一下主角的基本特性吧。DS12887是Dallas半导体公司推出的实时时钟芯片,在芯片内部集成了石英晶体、锂电池和其他支持电路,在没有外部供电的情况下,可以正确走时10年;可以计数时分秒、年月日和星期等信息,而且润年补偿到2100年有效;内部的闹钟寄存器用来保存闹钟时间,当实时时间等于闹钟时间时,在DS12887的IRQ(————)引脚输出低电平,微控制器可以利用此信号作为闹钟信号来处理。笔者用万用板焊接了电路,实物图见如图1。下面将介绍如何使用DS12887制作这个时钟。

芯片引脚

了解了主角的基本特性,再来看看它的引脚。一个芯片的引脚可以看作是跟外界交流的通道,了解了引脚的用法就可以知道如何跟单片机相连。芯片引脚如图2所示,其中部分引脚命名与官方的数据手册有所不同,原数据手册上使用的是Motorala总线时序的命名方式,这里为了方便理解,采用Intel总线时序的命名方式,因为文章所使用的51单片机即为Intel时序。这两种总线时序最初分别是用在Motorala和Intel两家公司生产的芯片中,有兴趣的朋友可以在DS12887的数据手册上找到更详细的信息。引脚MOT为总线方式选择,DS12887可以有两种时序:当MOT接VCC时选择Motorala总线时序;当MOT接地或悬空时选择Intel总线时序。本文用AT89S52作为控制器,AT89S52作为一种典型的51单片机,理所当然使用的是Intel总线时序。

AD0~AD7是地址、数据复用线,跟标准的51单片机的P0口类似,在一个读写周期里的前后两个时间段分别是作为地址线或数据线。可以直接连接到AT89S52的P0口。

ALE为地址锁存信号,因为DS12887数据地址线采用分时复用的形式,所以需要ALE作地址锁存信号。在一个读写周期里AD0~AD7引脚上首先出现的信号表示地址,通过ALE的下降沿将该信号锁存到DS12887的地址寄存器,稍后AD0~AD7引脚上出现的信号则表示写入或读出DS12887的数据。ALE可以直接连接至AT89S52的ALE引脚。

RD(———)、WR(———)是读写控制信号引脚,分别连接AT89S52的RD(———)(P3.7)、WR(———)(P3.6)引脚。CS(——)为片选信号,为低电平时选中芯片,可以跟AT89S52的P2.7脚相连,这样就可以形成DS12887的读写基地址:0x0000。

IRQ(————)引脚为中断输出信号,当DS12887产生中断时,在IRQ(————)引脚输出有效低电平,该引脚为漏极开路输出,在外部需要加上拉电阻。复位功能在本设计中不使用,RST(————)可以直接接高电平。

片内资源

看完了外面,进到里面看看。DS12887内部有10字节的时钟(时、分、秒)、闹钟(时、分、秒)和日历(年、月、日、星期)寄存器和4个控制寄存器以及114字节的通用RAM。地址分配如附表所示。在本文的设计中只使用了前面14字节的时钟、闹钟、日历和控制寄存器,其余的114字节的RAM并未使用。采用了图3所示的电路图后,片内的14字节的地址分配就是从0x0000~0x000D,在程序中可以像访问外部RAM一样方便地读取和写入数据至这些地址。0x0000~0x0009是时钟、闹钟和日历寄存器,保留了时间信息等相关内容,单片机可以通过读取这些内容将时间信息显示出来。寄存器A的BIT6~BIT5控制DS12887内部晶体振荡器的关断。寄存器B控制各种中断的使能,在本文中需要将闹钟使能位(BIT5)打开,BIT2决定输出的时钟数据是十六进制或是BCD码,BIT1决定时间采用的格式:24小时或12小时制。寄存器C保存了中断标志位,若在使用多种中断的情况下,微控制器可以通过读取该寄存器辨别是产生了何种中断,从而进入相应的处理程序。而在本设计中,只使用了闹钟中断,当在/IRQ引脚输出低电平时,就可以判断产生了闹钟时间到的中断。但是仍需要通过读取该寄存器以清楚中断标志,以免程序重复处理。寄存器D是与器件是否有效相关的寄存器,本电路无需处理该寄存器。

硬件电路

电路使用4位一体共阴极数码管显示时钟、闹钟和日历信息,数码管采用CD4511作硬件译码,74LS06作动态选择和驱动电路。电路图如图3所示。CD4511是一种用于数码管显示的译码芯片,在芯片输入引脚(D~A)输入4位二进制数值,在输出端(a~g)则译码输出共阴极数码管所需要显示的数值,例如在CD4511的D~A这4个引脚输入0101(十进制的5,D为最高有效位数据),则在输出端的a~g输出1011011。而且CD4511有个很有用的消隐功能,即当输入端D~A的值大于9时,输出端a~g呈现高阻态,从而在数码管表现为7段灯都会灭掉。

74LS06包含6个非门电路,本文只需要其中4路即可。在输入端置1,对应的输出端则为0,则选中其中一个数码管。比如在AT89S52的P1.4输入1,则74LS06的4A引脚为1,在其对应的输出脚4Y输出就为0,从而选中与s1相连的DS1数码管。在焊接电路板时,可以将CD4511和74LS06这两个芯片放在数码管下方,这样整个电路板就会小巧一些。因为数码管只有4位,而且必须用其中的两位显示一项时间信息,所以每次只可以显示两项时间信息,例如DS1、DS2分别显示月份的十位、个位,DS3、DS4分别显示日期的十位、个位。但要显示的时间信息要多得多,所以采用分时复用的方法轮流显示时和分、月和日、年和星期,在时间分配上笔者使用了下述方案:在每一分钟中,0~9s、20~39s、50~59s的时间里显示时钟的时和分,在10~19s内显示月和日,在40~49s内显示年和星期,而时钟的秒数则不作显示处理。因为星期的最大数值为7(表示星期天),可以只在个位显示,星期分配的十位可以作消隐处理。设定的闹钟信息不是需要经常查看的,所以不做上述的分时显示,而是通过按下KEY4键查看。电路图中的4个按键功能分配如下,KEY1:数值加1键;KEY2:数值减1键;KEY3:调节项目选择,当该键按下可以选择不同的调节项目,依次为时钟的时、时钟的分、月份、日期、年、星期、闹钟的时和闹钟的分。KEY4:选择显示时间(包括时、分、月、日、年和星期)或闹钟。红色的LED闪亮表示数码管当前显示的是闹钟的时和分,绿色的LED闪亮表示当前显示的是时钟的时和分;而红色的LED闪亮和蜂鸣器发出声音,则表示闹钟所定格的时间到来,发出警报提醒;当两个LED都不闪亮时表示显示的为日历信息,即月、日、年和星期,可以通过DS3是否显示数据区分出显示的是月、日还是年、星期。

软件设计

笔者使用的编译环境为Keil编译软件,采用C51编程语言。整个程序由几个模块构成,文件mmi.c中包括一些人机交互处理的函数,比如读取按键、在数码管上显示时间信息、LED和蜂鸣器的发声处理等;文件ds12887.c中包括读写和初始化DS12887的函数;文件my52.c中包含延时函数;在文件main.c中则调用这些模块中的函数进行综合处理,主函数的程序流程图如图4所示。各个xxx.h文件中则是相应的xxx.c文件中的函数声明、全局变量声明等

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