基于DS12C887時鐘芯片的電子萬年歷設(shè)計

徐錦銅　康晴茜

【摘要】本文闡述了一種基于DS12C887時鐘芯片的電子萬年歷軟硬件設(shè)計方法，使用proteus軟件設(shè)計和繪制了電子萬年歷的電路連接圖，并通過1602液晶屏顯示時鐘信息，驗證了電子萬年歷電路及其程序設(shè)計的正確性，并給出了部分C程序代碼。

【關(guān)鍵詞】DS12C887；時鐘芯片；單片機(jī)

在需要時間信息的電路設(shè)計中，設(shè)計人員通常采用時鐘芯片獲取時間信息。目前，市場中的時鐘芯片種類多樣，比如DS12C887、PCF8485、SB2068、DS1302等。其中DS12C887具有價格低、功耗小、易操作等優(yōu)點，本文選用DS12C887作為設(shè)計電子萬年歷的時鐘芯片。

一、電路連接

電路原理圖如圖1所示，主要包括AT89C52單片機(jī)、DS12C887、1602液晶屏和3個獨立按鍵等元器件，通過仿真，從圖1中可以看到日歷信息是2018年9月12日，星期三，17點16分3秒，說明本文設(shè)計的電子萬年歷軟硬件設(shè)計正確，功能正常。

（一）DS12C887介紹及其與單片機(jī)的接口電路

DS12C887是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，可計時到2100年前的年、月、日、時、分、秒、星期七種日歷時間信息并自帶閏年補(bǔ)償功能；自帶晶體振蕩器并內(nèi)置鋰電池，在沒有外部電源的情況下可工作長達(dá)10年之久；有12小時制和24小時制兩種計時模式。其中在12小時制模式中，用A.M.和RM.區(qū)分上午和下午；可選用夏令時模式；時間表示方法有兩種：一種用二進(jìn)制數(shù)表示，一種用BCD碼表示；內(nèi)部帶有128字節(jié)RAM，其中11字節(jié)用來存儲時間信息，4字節(jié)RAM用來存儲DS12C887的控制信息，113字節(jié)RAM供用戶使用；數(shù)據(jù)/地址總線復(fù)用，具有MOTOROLA和INTEL兩種總線時序，本文在設(shè)計時采用的是INTEL總線。

下面闡述DS12C887的電路連接問題：DS12C887一共有24個管腳，其中6個管腳為NC（懸空管腳，不連接），有效管腳為18個。第1腳MOT懸空不接，選擇INTEL總線時序；4腳-11腳（AD0-AD7）為數(shù)據(jù)端，接至單片機(jī)P0口，和單片機(jī)做數(shù)據(jù)交互；12腳GND接地；13腳CS為片選端，接至單片機(jī)P2.3口，在INTEL總線時序中的DS和RW信號工作期間，CS必須保持低電平；14腳AS為地址選通輸入端，在AS信號的下降沿，地址鎖存待DS12C887中，無論CS信號是否有效，AS的下一個上升沿都將清除地址，地址選通信號必須先于每個讀或?qū)懺L問。15腳RW接至單片機(jī)P2.5口，在INTEL總線時序中，RW腳與普通RAM的寫使能信號工作方式類似，在寫數(shù)據(jù)時需要將RW腳電平拉低，寫完之后數(shù)據(jù)在RW信號的上升沿鎖存。17腳DS接至單片機(jī)P2.4口，在讀周期中，DSl2C887于DS信號的后期（INTEL時序中DS為低、RW為高）將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上，讀周期結(jié)束后，總線恢復(fù)到高狀態(tài)，同時DS變高。18腳RESET為復(fù)位輸入端，低電平時復(fù)位，本設(shè)計中將RESET端固定接高電平，意即讓DSl2C887一直正常工作，不進(jìn)行復(fù)位操作。19腳[RQ為中斷請求輸出端，可用作處理器的中斷申請輸入端子，實現(xiàn)諸如鬧鐘之類的功能，本設(shè)計不涉及鬧鐘，故IRQ腳懸空不接；23腳SQW為方波輸出端，本設(shè)計不使用，懸空不接。24腳VCC為電源端，接+5V。

（二）獨立按鍵接口電路

我們在設(shè)計電路時使用了3個獨立按鍵，一端共同接地，另一端分別接至單片機(jī)的P3.0、P3.1、P3.2口。當(dāng)按鍵被按下時，單片機(jī)對應(yīng)的端口將出現(xiàn)低電平，單片機(jī)通過判斷該低電平信號來獲知相應(yīng)按鍵被按下，本文通過按下這3個按鍵來手動設(shè)置時間。

（三）1602液晶屏接口電路

1602液晶屏接口一共有16個管腳，1腳接電源地，2腳為液晶內(nèi)部驅(qū)動芯片電源端；3腳為液晶屏幕電源輸入端，在實際使用時，該端口須經(jīng)1個10K可調(diào)電阻接至5V電源端，當(dāng)改變可調(diào)電阻大小時，3腳將獲得不同的電壓，從而起到調(diào)節(jié)屏幕對比度的作用，本設(shè)計采用仿真模擬器件，因此直接將3腳接高電平；4腳RS、5腳RW、6腳EN為液晶的三個控制端，其中RS為并行數(shù)據(jù)/指令選擇端，接至單片機(jī)的P2.0口，當(dāng)RS為低電平時，寫入的是命令，當(dāng)RS為高電平時，寫入的是數(shù)據(jù)；RW為液晶讀/寫選擇端，由于對液晶的操作通常是只讀不寫，將該腳直接拉高，意即對液晶只做寫操作；EN為使能端，接至單片機(jī)的P2.1口，高電平有效；7腳—14腳（D0—D7）為液晶的數(shù)據(jù)端，接至單片機(jī)的P0口，與單片機(jī)做數(shù)據(jù)交互；15腳為液晶背光正極，接+5V；16腳為液晶背光負(fù)極，接地。

二、DS12C887內(nèi)部寄存器分析

DSl2C887內(nèi)部共有14個寄存器，地址編號為0-13。0號寄存器為SECONDS秒寄存器，用戶要調(diào)節(jié)秒時，將要設(shè)定的秒數(shù)寫入該寄存器中就可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)秒的功能；將秒寄存器里的值讀出并顯示出來就是我們所看到時間里的秒數(shù)。2號分寄存器、4號時寄存器、6號星期寄存器、7號日期寄存器功能可以類比秒寄存器。10號A寄存器—13號D寄存器為控制寄存器，這4個寄存器各8bit，通過修改或讀取這些寄存器，可以對DS12C887做不同的配置，以實現(xiàn)不同的功能需求。下面介紹本設(shè)計用到的A、B控制寄存器的功能和配置操作。

（1）A寄存器

UIP：時鐘更新配置位，UP為1時，立即進(jìn)行更新傳輸；UIP為0時，至少244us內(nèi)不會進(jìn)行更新傳輸。本設(shè)計將UP位設(shè)置為1，這樣DS12C887在上電初始化后會立即更新時間。

DV2、DV1、DV0位：這3位組合配置后用來啟動或關(guān)閉DSl2C887的內(nèi)部晶體振蕩器。本設(shè)計將這3位配置為010，意即打開內(nèi)部晶體振蕩器，允許RTC計時。另外，若是長期不使用DS12C887，為了使其鋰電池節(jié)能，可以通過程序?qū)⑦@3位配置為010之外的其他值，比如000。

RS3、RS2、RS1、RS0：速率選擇位，這4位組合賦予不同的值，可以使得SWQ管腳對外輸出不同頻率的方波或者使得內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)周期的周期中斷。比如賦值0001時，可使SWQ腳輸出256Hz的方波，中斷周期為3.90625ms。本設(shè)計沒有使用這4位，故將這4位設(shè)置為0000，意即無中斷周期，SWQ無方波輸出。

（2）B寄存器

SET：當(dāng)SET位設(shè)置為0時，芯片更新正常進(jìn)行；當(dāng)SET位設(shè)置為1時，芯片更新被禁止。本設(shè)計將SET位設(shè)置為0。

PIE：當(dāng)PIE位設(shè)置為0時，禁止周期中斷輸出至IRQ；當(dāng)PIE位設(shè)置為1時，允許周期中斷輸出至IRQ。本設(shè)計未使用周期中斷功能，故將PIE位設(shè)置為0。

AIE：當(dāng)AIE位設(shè)置為0時，禁止鬧鐘中斷輸出至IRQ；當(dāng)AIE位設(shè)置為1時，允許鬧鐘中斷輸出至IRQ。本設(shè)計未使用鬧鐘中斷功能，故將AIE位設(shè)置為0。

UIE：當(dāng)UIE位設(shè)置為0時，禁止更新結(jié)束中斷輸出至IRQ；當(dāng)UIE位設(shè)置為1時，允許更新結(jié)束中斷輸出至IRQ。本設(shè)計未使用更新結(jié)束中斷功能，故將UIE位設(shè)置為0。

SQWE：SQW方波輸出使能位，當(dāng)SQWE位設(shè)置為0時，SQW腳輸出低電平；當(dāng)SQWE位設(shè)置為1時，SQW腳輸出設(shè)定頻率的方波。本設(shè)計未使用SQW方波輸出，故將SQWE位設(shè)置為0。

DM：時鐘信息格式選擇位，當(dāng)DM=0時，采用二進(jìn)制表示時鐘信息；當(dāng)DM=1時，采用BCD碼表示時鐘信息。本設(shè)計將DM設(shè)置為1，采用BCD碼表示時鐘信息。

24/12：時制選擇位，當(dāng)這位為0時，12小時制；當(dāng)這位為1時，24小時制；本設(shè)計將這位設(shè)置為1，采用24小時制。

DSE：夏令時使能位，本設(shè)計不采用夏令時，故將DSE位設(shè)置為0。

三、DS12C887讀寫操作時序分析

DS12C887有Motorola和INTEL兩種讀寫操作時序，下面分析常用的INTEL時序。

（一）INTEL讀時序

讀操作是指單片機(jī)從DS12C887某個地址的寄存器里讀出數(shù)據(jù)（時、分、秒數(shù)等），包括寫地址和讀數(shù)據(jù)兩部分。首先將CS置低讓DS12C887正常工作，然后將AS、DS、RW置高，此時將待讀取的寄存器地址通過單片機(jī)P0口寫入DS12C887，接著將AS拉低，這樣就將待讀取的寄存器地址鎖存住了。接著讀取數(shù)據(jù)，在讀取數(shù)據(jù)之前先將DS拉低，此時就將待讀取的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)P0口讀出來了。最后將AS、DS、CS都置高，以便為下一次讀取新的數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

（二）INTEL寫時序

寫操作是指單片機(jī)向DS12C887某個地址的寄存器里寫入數(shù)據(jù)（時、分、秒數(shù)等），因此包括寫地址和寫數(shù)據(jù)兩部分。首先將CS置低讓DS12C887正常工作，然后將AS、DS、RW置高，此時將待寫入的寄存器地址通過單片機(jī)P0口寫入DS12C887，接著將AS拉低，這樣就將待操作的寄存器地址鎖存住。接著寫數(shù)據(jù)，在寫數(shù)據(jù)之前先將RW拉低，此時就將待寫入的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)P0口寫入DS12C887。地址和數(shù)據(jù)都寫入至DS12C887之后，最后將AS、RW、CS都置高，以便為下一次寫入新的數(shù)據(jù)和地址做準(zhǔn)備。

四、程序編寫

讀操作和寫操作是DS12C887最關(guān)鍵的兩個操作，根據(jù)上文中對讀寫操作時序的分析，本文編寫了完整的DS12C887讀、寫操作函數(shù)以及初始化時鐘數(shù)值函數(shù)，如下文所述，并給出相應(yīng)的程序注釋。

（一）DS12C887讀操作函數(shù)

uchar read（uchar add）∥讀數(shù)據(jù)

{

uchar dat；∥定義dat保存讀取的數(shù)據(jù)值

cs=0；∥片選有效

as=1；∥先將AS、DS、RW置高

ds=1；

rw=1；

P0=add；

as=0；∥此時地址寫入了時鐘芯片

ds=0；∥將DS拉低，為讀取數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備

dat=P0；∥將讀取的數(shù)據(jù)存入dat變量

ds=1；∥最后將DS、AS、CS置高，準(zhǔn)備下次讀數(shù)據(jù)

as=1；

cs=1；

return（dat）：∥將讀取的數(shù)據(jù)返回

}

（二）DSl2C887寫操作函數(shù)

void write（uchar add，uchardat）∥寫數(shù)據(jù)

{

cs=0；∥片選有效

as=1；∥先將AS、DS、RW置高

ds=1；

rw=1；

P0=add；

as=0；∥此時地址寫入了時鐘芯片

rw=0；∥將RW拉低，為寫數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備

P0=dat；∥將數(shù)據(jù)dat通過P0口寫入時鐘芯片

rw=1；∥最后將RW、AS、CS置高，準(zhǔn)備下次寫數(shù)據(jù)

as=1；

cs=1；

}

五、結(jié)語

本文闡述了使用單片機(jī)和DS12C887設(shè)計電子萬年歷的方法，描述了DS12C887的特點、寄存器配置、讀寫操作時序，給出了完整的DS12C887讀寫操作程序代碼，并做了較為詳細(xì)的注釋。另外，由于1602液晶顯示操作和按鍵操作相對比較簡單，所以本文未予闡述。通過電子萬年歷的軟硬件設(shè)計和仿真，為以后在單片機(jī)設(shè)計領(lǐng)域開展更為深入地研究打下了基礎(chǔ)。