摘 要：本文采用 AT89S52 单片机和实时时钟芯片 DS12887，设计一个数字式电子钟系统，给出硬件电路原理图和软件的设计，实现日期、时间的显示及报时功能。

　　电子钟已成为人们日常生活中的必需品，广泛应用于家庭、车站、码头、办公室等场所，给人们的生活、学习、工作带来很大的方便。数字式电子钟的设计可由数字电路来实现，也可采用单片机来完成。如果用数字电路来完成，所设计的电路相当复杂，大概需要十几片数字集成块，其功能也主要依赖于数字电路的各功能模块的组合来实现，焊接的过程比较复杂，成本也非常高。若用单片机来设计，由于其功能的实现主要通过软件编程来实现，既简化了硬件电路，又降低了成本。本系统采用 AT89S52 单片机为主控芯片，配合实时时钟芯片 DS12887，实现了时间显示、日期显示、时间和日期的调节及报时功能，且具备掉电情况下时间信息继续保持的功能。

　　1 系统的组成

　　该系统以 AT89S52 单片机为核心，由实时时钟芯片 DS12887、LCD(1602)模块、报时模块(蜂鸣器)、键盘模块等组成。单片机不断读取实时时钟芯片 DS12887 提供的时间、日期和星期，送入 LCD 显示。当达到设定的报时时间时，则控制蜂鸣器发声。当有键按下的时候，单片机就转而处理按键。整个系统的电源由 5 V 电池供电。以便于携带。系统总体结构如图 1。

　　所设计的数字式电子钟目标为实现以下功能：(1)24 h制显示时间;(2)显示日期、星期;(3)可随时进行时间校对;(4)闹钟功能。

        2 系统硬件选型与电路设计

　　2.1 硬件选型

　　2.1.1 AT89S52

　　AT89S52[1]是一种低功耗、高性能CMOS8 bit微控制器，具有8 K在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。AT89S52 具有以下标准功能：8 kbyteFlash，256 byteRAM，32 bitI/O接口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16 bit定时器/计数器，1个6向级2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

　　2.1.2 DS12887

　　带有 RAM 的实时时钟芯片[2]DS12887 其主要特点为：断电情况下运行 10 年以上不丢失数据，计秒、分、时、天、星期、日、月、年, 并有闰年补偿功能，可以用二进制数码或BCD码表示时间、日历和警报。因此，该芯片被大量用于工业控制中。DS12887 内部具有 128 个非易失性 RAM，RAM 的地址映象如表 1。

　　DS12887 有 A、B、C、D 4 个控制寄存器，因为本系统具有闹钟的功能，主要应用到了寄存器B来进行控制，因此，在此仅介绍寄存器B。其功能如表2。

　　SET为数据更新传送控制位。为0，允许传送，为1，禁止传送。P IE为定期中断允许控制位。为1 时，中断请求输出有效。为 0，禁止输出。AIE为告警中断允许控制位。为1时，当告警条件满足时，IRQ 为低;为0 时， 不能激活IRQ 信号，禁止告警。SQWE 为方波输出允许控制位。DM 为数据方式选择控制位。24/12控制位，为1 时，是24 h方式;为 0 时，是 12 h 方式。DSE 为夏令时允许控制位。

2.1.3 1602液晶显示器

　　本系统采用某公司生产的 1602 液晶显示器。显示容量[3]为16×2个 byte ，最佳工作电压为5 V，控制器内部有80×8 bit的RAM缓冲区，其主要指令说明如表 3。

　　2.2 系统接口电路设计

　　系统硬件电路原理图如图 2。

　　LCD模块1602的8 bit并行数据口(管脚7～管脚 14)与 AT89S52 的 P1 口连接，能够满足 LCD的实时显示的需要。管脚3为LCD偏压信号端，此管脚接 10 kΩ的可调电阻来调节 LCD 的对比度，管脚4为数据/命令选择端(H/L)，接到AT89S52的 P3.4 口，管脚 6 为使能信号端，接到 AT89S52的 P3.5 口，管脚 15 和 16 是 LCD 模块 1602 的背光源的正负极，分别接 VCC 和 GND，在 15 端接一个 1 0 kΩ的限流电阻，以防止背光太亮。DS12887的8 bit并行地址/数据口(管脚4到管脚 11)接到 AT89S52 的 P0 口，管脚 17～14 分别为该芯片的片选端、地址闸门端、读写端、地址闸门端，分别连接到AT89S52的P2.0～P2.3端。管脚19为芯片的中断请求输出端，接至AT89S52的外部中断0端口，当达到设定的闹钟时间时，此管脚输出低电平申请中断，AT89S52转而处理中断。

　　由于此系统键盘按键少，为了简化电路，采用独立式键盘。S1、S2、S3 分别与P2.4～P2.6连接，以设置和修改时间。报时装置采用简单的蜂鸣器来实现，用 AT89S52 的 P3.1 口控制，当 P3.1 输出低电平，蜂鸣器便会发声。

　　3 系统软件设计

　　该系统控制程序采用 C 语言编写，为了便于软件的升级和修改，系统软件采用模块化设计。系统包括初始化、设定日期、设定时间、键处理和闹钟报时等模块，程序的编写编译在KEILC中完成。首先对 AT89S52、DS12887、1602LCD 进行初始化设置，把时间、日期、星期、闹钟的数据写入 D S 1 2 8 8 7 的 R A M (表 1 所示)当中，通过1602LCD 显示出当前时间、日期、星期。当时间走到所设定的闹钟时间后，1602LCD 上所显示的时 间 停 止 ， 实 际 上 时 间 继 续 在 走 只 是 不 在1602LCD 上显示出来。单片机转而处理中断来控制闹钟(蜂鸣器)发声。此时可按任意键来关闭闹钟响铃(蜂鸣器)。当响铃停止后，时间继续精确的显示。

　　键处理模块是本系统的难点，系统中设置了3个功能键，分别为功能转换键S1、状态转换键S2、调节键 S3。(1)按S1键的时候，进入闹钟校时状态 ;(2)按下此键的时候，进入日期和时间的校准状态;(3)按此键时则退出校时状态。S2 键用来调节年、月、日、小时、分钟、秒的设定转换。S3 的功能是对年、月、日、小时、分钟、秒进行加一操作。本系统的软件流程如图 3。

根据 DS12887 和 1602LCD 的基本操作时序可写出 DS12887 的读(指令/ 数据)函数、DS12887写(指令 / 数据)函数、1602LCD 的写指令函数、1602LCD 写数据函数。下面是本系统的部分程序。

　　void write_com(uchar com)//LCD写指令函数

　　void write_date(uchar date)// LCD写数据函数

　　void write_ds(uchar add,uchar date)//12887

　　写函数

　　uchar read_ds(uchar add)//12887读函数

　　voidset_time()//设定时间函数

　　{

　　write_ds(4,13);//13点

　　write_ds(2,32);//32min

　　write_ds(0,36);//36 s

　　}

　　voidset_date()//设定日期函数

　　{

　　write_ds(9,10);//10年

　　write_ds(8,4);//4月份

　　write_ds(7,23);//23号

　　}

　　void set_Week()//设定星期函数

　　{

　　write_ds(6,3);/星期三

　　}

　　voidset_alarm()//设定闹钟函数

　　{

　　write_ds(1,16);

　　write_ds(3,18);

　　write_ds(5,35);

　　}

　　voidiNIt()

　　{

　　EA=1;//开总中断

　　EX0=1;//开外部中断0

　　IT0=1;//采用下降沿触发方式

　　set_time();//写入初始时间

　　set_date();//写入初始日期

　　set_Week();//写入初始星期

　　set_alarm();//设定初始闹钟

　　write_ds(0x0B,0x26);//寄存器B初始化

　　read_ds(0x0c);//读寄存器C

　　write_com(0x38);//LCD显示设置

　　write_com(0x0c);//LCD开显示关光标

　　write_com(0x06);//读写字符后指针和光标

　　加一

　　write_com(0x01);//LCD清屏

　　write_com(0x80);// 设置数据初始地址指针

　　}

　　4 结束语

　　实时时钟芯片 DS12887 功能很强大，被大量使用在计算机、工控仪表、电力仪表中，与单片机的接口简单，使用方便，能很好地满足各种定时计时功能，该系统已得到应用。此外，读者还可以外接当前应用广泛的 DS18B20 来测量温度，使系统更加完善。

　　参考文献：

　　[1] 孙育才，王荣兴，孙 华. ATMEL 新型 AT89S52 系列单片机及其应用[M]. 北京：清华大学出版社，2005.

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