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单片机实时时钟设计单片机实时时钟设计.doc
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单片机实时时钟设计单片机实时时钟设计
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单片机实时时钟设计
摘要
实时时钟 RTC(Real Time Clock)作为系统同步和时间标志已被广泛应用于各种电子产品。
本系统的实时时钟主要由 89C51 单片机控制,采用 DS1302 作为主要计时芯片,能计时显示时、
分、秒,能重新设定时间参数。该系统是由单片机最小系统及扩展 LED 显示电路和实时时钟
DS1302 组成。系统使用 MCS-51 汇编语言进行编程,以实现所设计的各项功能。
关键词
实时时钟 单片机 LED 显示 MCS-51 汇编语言
一 前言
在科学技术飞速发展的新世纪,单片微型计算机作为微型计算机家族的一员,以其独特的
结构和优点,越来越深受各个应用领域的关注和重视,应用十分广泛,发展极快。目前单片机
的种类繁多,有 ATMEL 公司的 AVR 单片机,MOTOROLA 单片机,MICOROCHIP 单片机,MDT20XX 系
列单片机,EM78 系列 OTP 型单片机,SCENIX 单片机,EPSON 单片机,东芝单片机,8051 单片机,
LG 公司的 GMS90 系列单片机,华邦单片机,ZILOG 单片机,NS 单片机。尽管有如此多的种类,
但是以 8051 为内核的 MCU 系列单片机在世界上产量最大,应用也最广泛,甚至有人推测 8051
可能最终形成事实上的标准 MCU 芯片。当前,功能很强,结构完善的 MCS-51 系列单片机已广泛
而成功地应用于自动测控、智能仪表、军事装备、以及家用电器、社会用品等各个方面。
通常用的单片机没有实时时钟部件,如果需要此功能就得使用定时器来实现,而一旦系统掉
电时钟就不能运行,这在需要实时时钟的系统中是不允许的,即便使用备用电池,通用单片机系
统的较大功耗也坚持不了多久.本设计——实时时钟就很好的解决了这个问题。实时时钟基本功
能是向单片机提供时、分、秒、日历等时间信息,在系统掉电以后由片内或片外的备用电池供
电,继续保持片内时钟的运行,因而广泛应用于需要实时时钟的场合。
二 方案论证
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、显示模块、键盘接
口模块共四个模块组成,电路系统构成框图如图 2。1 所示。
主控模块
键识别电路
图 2。1
(一) 主控模块
方案一:
此方案采用 ATMEL 公司生产的 AT89C51,AT89C51 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,
片内含 4K 的可反复擦写的 FLASH 只读存储器和 128 BYTES 的随机存取数据存储器,器件采用
ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中
央处理器和 Flash 存储单元,内置功能强大的微型计算机的 AT89C51 提供了高性价比的解决方
案。但是,AT89C51 单片机的片内存储容量小,不利于本系统的应用扩展,就算扩展了外存储
器,其总体的价格远高于具有 64K 超大容量的 P89C51RD2。另外,AT89C51 单片机还需要用仿真
器来实现软硬件的合成在线调试,较为繁琐,很不简便。
方案二:
此方案主控芯片使用51系列P89C51RD2单片机,PHILIPS公司生产的P89C51RD2单片机具有
64K 并行可编程的非易失性FLASH 程序存储器并且拥有可在线编程,可在线仿真的功能,这让调
试变得方便。另外,该器件的1 个机器周期由6 个时钟周期组成,因此运行速度是传统80C51 的
2 倍。该单片机是80C51 微控制器的派生器件,是采用先进CMOS 工艺制造的8 位微控制器,指
令系统与80C51 完全相同。
新增的特性使得P89C51RD2成为功能更强大的微控制器,而且性价比也远高于AT89C51,所
以,方案二得以采用。
(二)时钟模块
时钟芯片使用美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟 DS1302。
采用 DS1302 作为主要计时芯片,可以做到计时准确。更重要的是,DS1302 可以在很小电流的
后备电源(2。5——5。5V 电源,在 2。5V 时耗电小于 300NA)下继续计时,并可编程选择多种
充电电流来对后备电源进行慢速充电,可以保证后备电源基本不耗电。若采用单片机计时,一
方面需要采用计数器,占用硬件资源,另一方面需要设置中断、查询等,同样耗费单片机的资
显示电路
时钟电路
源,最重要的是即使使用了后备电源,单片机系统的较大功耗也坚持不了多久,因此,在系统
中采用 DS1302 则能很好地解决这些问题。另外,较其他时钟芯片而言,DS1302 简单的 3 线接
口设计更有利于本系统其他应用的扩展,节约了单片机的 I/O 口。
(三)显示模块
显示模块采用普通的共阳 LED 数码管。为了实现 LED 显示器的数字显示,可以采用静态
显示法和动态显示法。由于静态显示法需要数据锁存器等硬件,接口复杂一些。而动态显示法
硬件电路简单,占用较少的 I/O 口。考虑时钟显示只有六位,且系统没有其他复杂的处理任务,
所以决定采用动态扫描法实现 LED 的显示。
(四)键盘接口模块
对于单片机应用系统,按键处理只是在有键按下时才有意义。对是否有键按下的信息输入
方式有查询方式和中断方式。查询方式占用 CPU 资源,电路较为简单,其相应的按键电路如图
2。2(b)所示。中断方式提高了 CPU 效率,但却增加了电路的复杂性,其相应的按键电路如图
2。2(a)所示。由于本系统的 CPU 并不复杂的任务要处理,所以键输入采用查询法实现调整功能。
8031
INT0
+5V
I/O
8031
图 8-1-1 独立式按键电路
(a)
(b)查询方式
I/O
中断方式
+5V
INT1
图 2。2
三 系统硬件电路的设计
(一) 主控制器 P89C51RD2BN
1.特性
·80C51 核心处理单元
·具有ISP 和IAP 功能的片内FLASH 程序存储器
·片内Boot ROM 包含底层FLASH 编程子程序以实现通过UART 下载程序
·可实现最终用户应用的编程IAP
·与87C51 兼容的并行编程硬件接口
·每个机器周期为6 个时钟周期标准
·可选择12 个时钟周期的机器周期
·采用6 时钟周期时频率可高达20MHz 相当于40MHz 采用12 时钟周期时频率可达33MHz
·全静态操作
·RAM 可扩展到64K 字节
8031
INT0
+5V
I/O
8031
图 8-1-1 独立式按键电路
(a)
(b)查询方式
I/O
中断方式
+5V
INT1
·4 个中断优先级
·7 个中断源
·4 个8 位I/O 口
·全双工增强型UART
——帧错误检测
——自动地址识别
·电源控制模式
——时钟可停止和恢复
——空闲模式
——掉电模式
·可编程时钟输出
·异步端口复位
·双DPTR 寄存器
·低EMI 禁止ALE
·可编程计数器阵列PCA
——PWM
——捕获/比较
2.FLASH EPROM 存储器
P89C51在10000 次擦除和编程之后仍能可靠保存FLASH 存储器的内容.片内64K的超
大容量FLASH EPROM极大的方便了本系统的扩展。由于本系统只是针对本科期间所学的单
片机知识的应用,并没有将系统很好扩展,只是简单的实现了实时时钟。所以系统的可
扩展性显得尤为重要。而P89C51存储器超大的容量和强大的编程能力为系统的进一步扩
展提供了良好的硬件条件。
3.芯片框图、DIP封装及管脚功能
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