一種基于AT89C51控制的高精度倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)

  1  引  言

倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的任務(wù)， 就是對(duì)某一設(shè)定日期進(jìn)行倒數(shù)， 并在顯示屏顯示當(dāng)前至設(shè)定日期的時(shí)間， 以增強(qiáng)人們的關(guān)注度和緊迫感。開發(fā)實(shí)踐表明: 以時(shí)鐘芯片DS12C887為時(shí)鐘模塊、單片機(jī)AT89C51為控制模塊的高精度倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)具有精度高、能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定地工作、使用方便的特點(diǎn)， 可較好滿足實(shí)際需要。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)如下。

2  系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的控制模塊由AT89C51單片機(jī)構(gòu)成， 用于完成對(duì)串行口控制器的初始化和數(shù)據(jù)讀寫， 并對(duì)接收的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、轉(zhuǎn)儲(chǔ)及顯示。時(shí)鐘芯片DS12C887提供高精度的年、月、日、時(shí)、分、秒時(shí)間，校準(zhǔn)后直接與單片機(jī)相連。倒計(jì)時(shí)顯示模塊由LED數(shù)碼管， 74HC595芯片和74LS245芯片組成。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖1  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2. 1  時(shí)鐘模塊及其與單片機(jī)的連接

時(shí)鐘模塊用于對(duì)時(shí)、分、秒、年、月、日和星期的計(jì)時(shí)， 由美國(guó)DALLAS 公司生產(chǎn)的時(shí)鐘日歷芯片DS12C887構(gòu)成， 該芯片集成度高， 可提供年、月、日、時(shí)、分、秒， 設(shè)定每一時(shí)刻產(chǎn)生中斷， 并且其外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單， 性能好， 計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性高。DS12C887帶有128字節(jié)RAM， 其中有11字節(jié)RAM 用來存儲(chǔ)時(shí)間信息， 4字節(jié)RAM用來存儲(chǔ)DS12C887的控制信息，為控制寄存器。用戶可以在任何時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行訪問以對(duì)DS12C887進(jìn)行控制操作， 有113字節(jié)的通用RAM 供用戶使用。用戶還可對(duì)DS12C887進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)多種方波的輸出， 并對(duì)內(nèi)部的三路中斷通過軟件進(jìn)行控制。DS12C887為雙列直插式封裝， 與單片機(jī)的連接為: AD0~ AD7雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線與單片機(jī)的P0口相聯(lián)， 用于向單片機(jī)交換數(shù)據(jù); AS地址選通輸入腳與單片機(jī)的ALE 相聯(lián)用于對(duì)地址鎖存， 實(shí)現(xiàn)地址數(shù)據(jù)的復(fù)用; CS片選線與單片機(jī)的P2. 6相聯(lián)， 用于選通時(shí)鐘芯片; DS數(shù)據(jù)選通讀輸入引腳與單片機(jī)的讀選通引腳相聯(lián)， 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片數(shù)據(jù)的讀控制; R /W讀/寫輸入與單片機(jī)的寫選通引腳相聯(lián)， 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘芯片的寫控制;MOT 直接接地， 選用INTEL 時(shí)序; IRQ 引腳與單片機(jī)的INT1相連， 用于為時(shí)間的采集提供時(shí)間基準(zhǔn)。

2. 2  顯示模塊的設(shè)計(jì)

單片機(jī)將讀入的DS12C887時(shí)間信息經(jīng)過程序處理， 輸出顯示信號(hào)到P1口， 顯示信息包括倒計(jì)時(shí)信息(當(dāng)前距離設(shè)定時(shí)間的天數(shù))和當(dāng)前時(shí)間的星期、時(shí)、分、秒信息。顯示電路主要由9個(gè)LED 數(shù)碼管， 9 片74HC595 芯片和一片74LS245芯片組成。

設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示方式， 即將所有位的段選線并聯(lián)在一起由一個(gè)8位I /O 口控制。74HC595是硅結(jié)構(gòu)的高速CMOS器件， 內(nèi)置8 位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器， 具有三態(tài)輸出功能， 當(dāng)使能端OE 為低電平時(shí)， 將存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。利用74HC595并行輸出端具有的輸出鎖存功能， 采用74HC595芯片的串入并出方式控制數(shù)碼管的顯示，具體的連接方式為: 芯片的Q7引腳和SER 引腳級(jí)聯(lián)， 通過三個(gè)I/O口與單片機(jī)連接。74HC595的14腳( SER)為串行輸入端， 12腳( RCLR) 為移位時(shí)鐘端， 時(shí)鐘上升沿將14腳數(shù)據(jù)移入寄存器; 11腳( SRCLR )為鎖存時(shí)鐘端， 時(shí)鐘上升沿鎖存數(shù)據(jù); 8腳( E )為3態(tài)輸出控制端， 接低電平時(shí)輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)和移位時(shí)鐘均由單片機(jī)輸出: 單片機(jī)P1. 0口輸出數(shù)據(jù)， 在移位脈沖上升沿到來時(shí)數(shù)據(jù)移出進(jìn)入74HC595; P1. 1 口輸出移位脈沖; P1. 2口輸出鎖存脈沖。出現(xiàn)在并行輸出端上的數(shù)據(jù)經(jīng)74LS245驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示， 由于數(shù)據(jù)已被鎖存， 在傳送下一組數(shù)據(jù)時(shí)， 前一組數(shù)據(jù)的內(nèi)容不變， 以此方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和顯示， 故在顯示模塊軟件中將P1. 0、P1. 1、P1. 2均定義為模擬串行口。調(diào)整鍵盤的接口有 4個(gè)鍵: 1個(gè)設(shè)定/確認(rèn)鍵、1個(gè)修改+ 1鍵、1個(gè)修改- 1鍵、1個(gè)移位鍵。對(duì)應(yīng)秒、分、時(shí)、倒計(jì)時(shí)、星期， 有5 個(gè)LED。LED亮， 表示對(duì)應(yīng)的秒或分或星期或倒計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)可按修改鍵修改。在設(shè)定時(shí)間狀態(tài)， 首先移位為秒位， 對(duì)應(yīng)秒移位LED亮， 按下移位鍵， 移位LED燈按秒→分→時(shí)→倒計(jì)時(shí)→星期逐次循環(huán); 按下修改+ 1鍵或修改- 1 鍵可對(duì)相應(yīng)位的數(shù)據(jù)進(jìn)行+ 1或- 1操作。

3  系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主程序包括: 對(duì)單片機(jī)串行口的設(shè)置以及初始化→讀取DS12C887時(shí)鐘芯片→判斷是否計(jì)算倒計(jì)時(shí)→顯示。初始化12887為24小時(shí)制， BCD碼， 不允許中斷， 分配12887的始地址為B000H， A寄存器的地址為B00AH， B 寄存器的地址為B00BH， C寄存器的地址為B00CH， D寄存器的地址為B00DH， DS12887的內(nèi)部分配如表1所示。

表1  DS12887的內(nèi)部分配。

DS12887的內(nèi)部分配

顯示子程序首先通過模擬串行口讀取DS12C887的數(shù)據(jù)， 然后利用74HC595 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。具體步驟為: 顯示子程序?qū)1. 0 置位 將P1. 0送入段碼 將P1. 1送入移位脈沖 將P1. 2送入鎖存脈沖 返回主程序。倒計(jì)時(shí)子程序首先由單片機(jī)讀DSl2C887的時(shí)間單元， 并將其存放在以69H 為起始的單元中， 操作時(shí)先讀取月份， 然后利用查表方法計(jì)算其下月份到預(yù)定時(shí)間的天數(shù)， 再利用查表方式判斷其月份是31天、30天， 28天或29天，將查表得到的天數(shù)減去讀取日期， 將二個(gè)天數(shù)相加就可得到實(shí)際天數(shù)。進(jìn)行時(shí)、分、秒計(jì)算時(shí)， 可以直接利用預(yù)定時(shí)、分、秒減去讀取的時(shí)、分、秒得到相差的時(shí)、分、秒， 完成后返回主程序。

4  結(jié)束語

綜上， 所設(shè)計(jì)的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)由DS12C887構(gòu)成時(shí)鐘模塊， 單片機(jī)AT89C51 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制， 設(shè)定從模擬串行口讀取DS12C887 的數(shù)據(jù)后， 再利用74HC595將數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試和參數(shù)整定后運(yùn)行穩(wěn)定可靠， 連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行積累誤差為零， 為高精度的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)踐開發(fā)表明， 基于上述技術(shù)的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單， 價(jià)格低廉， 可靠性高等特點(diǎn)， 便于實(shí)際應(yīng)用。