用DS12887制作無電源仍可走時的時鐘

乍一看題目讀者可能會納悶，這是什么奇怪的東西，不用電源還可以工作？其實筆者只是在這里賣了個關(guān)子，說的是不用外加電源也可以正常走時，并不是說整個電路工作時不需要供電。也就是說不使用時這個時鐘不需要供電，在你加上電源之后就可以顯示時間，并且仍然是正確的。就好像有些手機(jī)關(guān)閉之后又取下電板，等你下次開機(jī)的時候它又能顯示正確的時間。其實這些手機(jī)里面都是有后備電池的，就是做時鐘那一小塊電路有后備電池供著電的。要是后備電池沒有了電，取下電板后問題就來了，這也是為什么有些用久了的手機(jī)取下電板再裝上，時間就不對了的緣故。但是本文說的這個時鐘不需要外加后備電池，那它是怎么做到這一點的呢？請聽我慢慢道來。

先了解一下主角的基本特性吧。DS12887是Dallas半導(dǎo)體公司推出的實時時鐘芯片，在芯片內(nèi)部集成了石英晶體、鋰電池和其他支持電路，在沒有外部供電的情況下，可以正確走時10年；可以計數(shù)時分秒、年月日和星期等信息，而且潤年補(bǔ)償?shù)?100年有效；內(nèi)部的鬧鐘寄存器用來保存鬧鐘時間，當(dāng)實時時間等于鬧鐘時間時，在DS12887的IRQ(————)引腳輸出低電平，微控制器可以利用此信號作為鬧鐘信號來處理。筆者用萬用板焊接了電路，實物圖見如圖1。下面將介紹如何使用DS12887制作這個時鐘。

芯片引腳

了解了主角的基本特性，再來看看它的引腳。一個芯片的引腳可以看作是跟外界交流的通道，了解了引腳的用法就可以知道如何跟單片機(jī)相連。芯片引腳如圖2所示，其中部分引腳命名與官方的數(shù)據(jù)手冊有所不同，原數(shù)據(jù)手冊上使用的是Motorala總線時序的命名方式，這里為了方便理解，采用Intel總線時序的命名方式，因為文章所使用的51單片機(jī)即為Intel時序。這兩種總線時序最初分別是用在Motorala和Intel兩家公司生產(chǎn)的芯片中，有興趣的朋友可以在DS12887的數(shù)據(jù)手冊上找到更詳細(xì)的信息。引腳MOT為總線方式選擇，DS12887可以有兩種時序：當(dāng)MOT接VCC時選擇Motorala總線時序；當(dāng)MOT接地或懸空時選擇Intel總線時序。本文用AT89S52作為控制器，AT89S52作為一種典型的51單片機(jī)，理所當(dāng)然使用的是Intel總線時序。

AD0~AD7是地址、數(shù)據(jù)復(fù)用線，跟標(biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)的P0口類似，在一個讀寫周期里的前后兩個時間段分別是作為地址線或數(shù)據(jù)線?？梢灾苯舆B接到AT89S52的P0口。

ALE為地址鎖存信號，因為DS12887數(shù)據(jù)地址線采用分時復(fù)用的形式，所以需要ALE作地址鎖存信號。在一個讀寫周期里AD0~AD7引腳上首先出現(xiàn)的信號表示地址，通過ALE的下降沿將該信號鎖存到DS12887的地址寄存器，稍后AD0~AD7引腳上出現(xiàn)的信號則表示寫入或讀出DS12887的數(shù)據(jù)。ALE可以直接連接至AT89S52的ALE引腳。

RD(———)、WR(———)是讀寫控制信號引腳，分別連接AT89S52的RD(———)（P3.7）、WR(———)（P3.6）引腳。CS(——)為片選信號，為低電平時選中芯片，可以跟AT89S52的P2.7腳相連，這樣就可以形成DS12887的讀寫基地址：0x0000。

IRQ(————)引腳為中斷輸出信號，當(dāng)DS12887產(chǎn)生中斷時，在IRQ(————)引腳輸出有效低電平，該引腳為漏極開路輸出，在外部需要加上拉電阻。復(fù)位功能在本設(shè)計中不使用，RST(————)可以直接接高電平。

片內(nèi)資源

看完了外面，進(jìn)到里面看看。DS12887內(nèi)部有10字節(jié)的時鐘（時、分、秒）、鬧鐘（時、分、秒）和日歷（年、月、日、星期）寄存器和4個控制寄存器以及114字節(jié)的通用RAM。地址分配如附表所示。在本文的設(shè)計中只使用了前面14字節(jié)的時鐘、鬧鐘、日歷和控制寄存器，其余的114字節(jié)的RAM并未使用。采用了圖3所示的電路圖后，片內(nèi)的14字節(jié)的地址分配就是從0x0000～0x000D，在程序中可以像訪問外部RAM一樣方便地讀取和寫入數(shù)據(jù)至這些地址。0x0000～0x0009是時鐘、鬧鐘和日歷寄存器，保留了時間信息等相關(guān)內(nèi)容，單片機(jī)可以通過讀取這些內(nèi)容將時間信息顯示出來。寄存器A的BIT6～BIT5控制DS12887內(nèi)部晶體振蕩器的關(guān)斷。寄存器B控制各種中斷的使能，在本文中需要將鬧鐘使能位（BIT5）打開，BIT2決定輸出的時鐘數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制或是BCD碼，BIT1決定時間采用的格式：24小時或12小時制。寄存器C保存了中斷標(biāo)志位，若在使用多種中斷的情況下，微控制器可以通過讀取該寄存器辨別是產(chǎn)生了何種中斷，從而進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。而在本設(shè)計中，只使用了鬧鐘中斷，當(dāng)在/IRQ引腳輸出低電平時，就可以判斷產(chǎn)生了鬧鐘時間到的中斷。但是仍需要通過讀取該寄存器以清楚中斷標(biāo)志，以免程序重復(fù)處理。寄存器D是與器件是否有效相關(guān)的寄存器，本電路無需處理該寄存器。

硬件電路

電路使用4位一體共陰極數(shù)碼管顯示時鐘、鬧鐘和日歷信息，數(shù)碼管采用CD4511作硬件譯碼，74LS06作動態(tài)選擇和驅(qū)動電路。電路圖如圖3所示。CD4511是一種用于數(shù)碼管顯示的譯碼芯片，在芯片輸入引腳（D~A）輸入4位二進(jìn)制數(shù)值，在輸出端（a~g）則譯碼輸出共陰極數(shù)碼管所需要顯示的數(shù)值，例如在CD4511的D~A這4個引腳輸入0101（十進(jìn)制的5，D為最高有效位數(shù)據(jù)），則在輸出端的a~g輸出1011011。而且CD4511有個很有用的消隱功能，即當(dāng)輸入端D~A的值大于9時，輸出端a~g呈現(xiàn)高阻態(tài)，從而在數(shù)碼管表現(xiàn)為7段燈都會滅掉。

74LS06包含6個非門電路，本文只需要其中4路即可。在輸入端置1，對應(yīng)的輸出端則為0，則選中其中一個數(shù)碼管。比如在AT89S52的P1.4輸入1，則74LS06的4A引腳為1，在其對應(yīng)的輸出腳4Y輸出就為0，從而選中與s1相連的DS1數(shù)碼管。在焊接電路板時，可以將CD4511和74LS06這兩個芯片放在數(shù)碼管下方，這樣整個電路板就會小巧一些。因為數(shù)碼管只有4位，而且必須用其中的兩位顯示一項時間信息，所以每次只可以顯示兩項時間信息，例如DS1、DS2分別顯示月份的十位、個位，DS3、DS4分別顯示日期的十位、個位。但要顯示的時間信息要多得多，所以采用分時復(fù)用的方法輪流顯示時和分、月和日、年和星期，在時間分配上筆者使用了下述方案：在每一分鐘中，0~9s、20~39s、50~59s的時間里顯示時鐘的時和分，在10~19s內(nèi)顯示月和日，在40~49s內(nèi)顯示年和星期，而時鐘的秒數(shù)則不作顯示處理。因為星期的最大數(shù)值為7（表示星期天），可以只在個位顯示，星期分配的十位可以作消隱處理。設(shè)定的鬧鐘信息不是需要經(jīng)常查看的，所以不做上述的分時顯示，而是通過按下KEY4鍵查看。電路圖中的4個按鍵功能分配如下，KEY1：數(shù)值加1鍵；KEY2：數(shù)值減1鍵；KEY3：調(diào)節(jié)項目選擇，當(dāng)該鍵按下可以選擇不同的調(diào)節(jié)項目，依次為時鐘的時、時鐘的分、月份、日期、年、星期、鬧鐘的時和鬧鐘的分。KEY4：選擇顯示時間（包括時、分、月、日、年和星期）或鬧鐘。紅色的LED閃亮表示數(shù)碼管當(dāng)前顯示的是鬧鐘的時和分，綠色的LED閃亮表示當(dāng)前顯示的是時鐘的時和分；而紅色的LED閃亮和蜂鳴器發(fā)出聲音，則表示鬧鐘所定格的時間到來，發(fā)出警報提醒；當(dāng)兩個LED都不閃亮?xí)r表示顯示的為日歷信息，即月、日、年和星期，可以通過DS3是否顯示數(shù)據(jù)區(qū)分出顯示的是月、日還是年、星期。