基于單片機(jī)的日歷時鐘模塊設(shè)計

在實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，要實時監(jiān)測各個控制信號，更重要的是在發(fā)生故障時能準(zhǔn)確記錄故障數(shù)據(jù)，以便準(zhǔn)確分析排除錯誤。監(jiān)控系統(tǒng)中一般都要定時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對某些重要的信息不僅要記錄其內(nèi)容，還要記錄下該信息發(fā)生的準(zhǔn)確時間，所記錄的實時時間信息應(yīng)長期保存，因此需要實時時鐘來實現(xiàn)。常用的單片機(jī)沒有實時時鐘，若需采用定時器實現(xiàn)，一旦系統(tǒng)掉電，時鐘就不能運(yùn)行，這是實時監(jiān)控系統(tǒng)
不允許的，而采用獨(dú)立運(yùn)行的實時時鐘便可實現(xiàn)。但一般的時鐘芯片在系統(tǒng)掉電時，其數(shù)據(jù)也會丟失，需提供備用電池。而時鐘芯片DS12887在系統(tǒng)掉電時數(shù)據(jù)不丟失，廣泛應(yīng)用于測量和控制系統(tǒng)。因此，這里給出了實時時鐘DS12887在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 主要器件造型
1．1 DS12887的功能介紹
DS12887是DALLAS公司推出的8位并行并自帶RAM的實時日歷時鐘芯片，內(nèi)部有14個時鐘控制寄存器，包括10個時標(biāo)寄存器，4個狀態(tài)寄存器和114 bit作掉電保護(hù)用的低功耗RAM。CPU通過讀DS12887的內(nèi)部時標(biāo)寄存器得到當(dāng)前的時間和日歷，也可通過選擇二進(jìn)制或BCD碼初始化芯
片的10個時標(biāo)寄存器，其4個狀態(tài)寄存器用來控制和指出DS12887的當(dāng)前工作狀態(tài)，114 bit非易失性靜態(tài)RAM可在掉電時保存一些重要數(shù)據(jù)。 DS12887功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛。其引腳功能如下：
GND，VCC：直流電源+5 V電壓。當(dāng)5 V電壓在正常范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng)VCC低于4．25 V，讀寫禁止，計時功能仍繼續(xù)；當(dāng)VCC下降到3 V以下時，RAM和計時器被切換到內(nèi)部鋰電池。
MOT(模式選擇)：MOT引腳接到VCC時，選擇MOTOROLA時序，當(dāng)接到GFND時，選擇INTEL時序。
SQW(方波信號)：SQW引腳能從實時時鐘內(nèi)部15級分頻器的13個抽頭中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器A編程改變。
AD0～AD7(雙向地址／數(shù)據(jù)復(fù)用線)：總線接口，可與MOTOROLA微機(jī)系列和INTEL微機(jī)系列接口。
AS(地址選通輸入)：用于實現(xiàn)信號分離，在AD／ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。
DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入)：DS／RD有2種操作模式，取決于MOT引腳的電平，當(dāng)使用MOTOROLA時序時，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，DS指示DS12887驅(qū)動雙向總的時刻；在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇INTEL時序時，DS稱作(RD)，RD與典型存儲器的允許信號(OE)的定義相同。
(讀／寫輸入)：也有兩種操作模式。選MOTOROLA時 序時，是一電平信號，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷?，DSO為高電平時，高電平指示讀周期，低電平指示寫周期；選INTEL時序，信號是一低電平信號，稱為WR。在此模式下，R／W與通用RAM的寫允許信號(WE)的含義相同。
(片選輸入)：在訪問DS12887的總線周期內(nèi)，片選信號必須保持為低。
(中斷申請輸入)：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷條件滿足時，IRQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。
(復(fù)位輸出)：當(dāng)保持低電平時間大于200 ms，保證DS12887有效復(fù)位。
DS12887引腳如圖1所示。

DS12887的內(nèi)部地址分配：地址00H和03H單元取值范圍是00H～3BH(十進(jìn)制為0～59)；04H～05H單元按12小時制取值范圍是上午(AM)01H～0CH(十進(jìn)制為1～12)，下午(PM)51H～5CH(十進(jìn)制為81～92)，按24小時制取值范圍是00H～17H(十進(jìn)制為0～23)；06H單元的取值范圍是01H～07H(十進(jìn)制為1～7)；07H單元取值范圍O1H～1FH(十進(jìn)制為1～31)；08H單元取值范圍是01H～0CH(十進(jìn)制為1～12)；09H單元取值范圍是00H～63H(十進(jìn)制為0～99)。
1．2 單片機(jī)A789C52簡介
AT89C52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8 kB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(R-AM)。該器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。A-T89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入／輸出(I／O)端口，內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效降低開發(fā)成本。廣泛應(yīng)用于智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 DS12887的工作原理
DS12887采用8位地址／數(shù)據(jù)復(fù)用的總線方式，具有一個鎖存引腳，通過讀、寫、鎖存信號實現(xiàn)其內(nèi)部數(shù)據(jù)的輸入輸出，控制內(nèi)部的控制寄存器、讀取內(nèi)部的時間信息寄存器。DS12887的各種寄存器在其內(nèi)部空間都有相應(yīng)的固定地址，因此，單片機(jī)通過正確的尋址和寄存器操作就可以獲取需要的時間信息。DS12887有2種工作時序，即Motorola和Intel時序，由Mot引腳的電平指定。當(dāng)MOT引腳為高電平時選擇Motorola時序；為低電平時選擇Intel時序。除此之外DS12887內(nèi)部還有128字節(jié)的RAM的單元，其中前10個字節(jié)用于存放日歷時鐘信息，字節(jié)0為秒，字節(jié)2為分，字節(jié)4為時，字節(jié)6為星期，字節(jié)7為日，字節(jié)8為月，字節(jié)9為年，字節(jié)0AH～0DH用作控制和狀態(tài)寄存器，剩下的114字節(jié)為用戶RA-M，所有的這128字節(jié)都是掉電非易失性的。
2．2 DS12887與單片機(jī)的接口設(shè)計
單片機(jī)的P0口用作地址／數(shù)據(jù)復(fù)用總線與實時時鐘DS12887的AD0～AD7引腳相連。單片機(jī)的ALE引腳和DS12887的鎖存輸入引腳直接相連，用作地址鎖存，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址線的分時復(fù)用。DS12887的MOT引腳接地，用以選擇Intel總線時序模式，在Intel總線時序模式時，和51單片機(jī)的接口完全兼容，可以將其讀輸入DS、寫輸入與單片機(jī)的相應(yīng)引腳直接連接。DS12887的RESET引腳對日歷時鐘和RAM沒有影響，但影響DS12887的命令和狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。在電路中直接將RESET連至Vcc，這樣可以保證DS12887在進(jìn)入或退出電源失效狀態(tài)時，其工作狀態(tài)不受RESET引腳的影響。DS12887的可編程輸出方波引腳SQW輸出頻率為2～256 Hz的方波，該系統(tǒng)則利用SQW引腳輸出周期為125 ms的方波作為單片機(jī)外部中斷／INT0的中斷源，實現(xiàn)周期性中斷。當(dāng)中斷發(fā)生時，單片機(jī)讀一次輸入口，檢查電表是否轉(zhuǎn)過一圈，整點時還要采一次三相電流和電壓。
DS12887與單片機(jī)的硬件接口電路如圖2所示。