基于VRS51L3074和DS12887的電子日歷時(shí)鐘設計方案

　　文中是以Versa 8051系列MCU的典型器件VRS51L3074和時(shí)鐘日歷芯片DSl2887為核心制作的可多定點(diǎn)電子日歷時(shí)鐘。該系統功能齊全，可存儲多個(gè)鬧點(diǎn)，采用液晶顯示器件LCD以清晰完美的視覺(jué)效果顯示出時(shí)間、日歷等各種信息，有操作簡(jiǎn)單、工作穩定、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。

　　1 方案論述

　　VRS51L307是美國Ramtron公司最新推出的8 kBFRAM鐵電存儲器的8051單片機。該單片機將外圍功能模塊和40 MI/s(兆指令/秒)單周期8051內核集成在一起，工作電壓3.0～3.6 V，有精確的內部振蕩器。

　　本系統采用VRS51L3074單片機作為控制核心，使用單片集成的即時(shí)時(shí)鐘芯片DSl2887來(lái)實(shí)現時(shí)鐘功能，顯示系統采用液晶模塊LCD顯示時(shí)間、日歷及鬧鈴等提示信息，有著(zhù)智能化的人機界面。用此方案設計的電路圖簡(jiǎn)單，不需要驅動(dòng)電路，用并行口的數據線(xiàn)便可以實(shí)現時(shí)間、日歷以及鬧鐘的顯示。 VRS51L3074有成熟的閃存技術(shù)，本身自帶有看門(mén)狗定時(shí)器電路，這樣在單片機死機或遇到程序故障時(shí)系統能夠自動(dòng)復位，看門(mén)狗定時(shí)器由一個(gè)14位預分頻器構成，以系統時(shí)鐘或者是系統時(shí)鐘的分頻信號作為其計數源，當看門(mén)狗溢出時(shí)將使系統復位。系統時(shí)鐘頻率可動(dòng)態(tài)調節，有集成省電、上電復位/掉電檢測等功能。

　　2 系統基本原理

　　用VRS51L3074控制功能將即時(shí)時(shí)鐘DSl2887的年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等信息并行輸入LCD液晶顯示器上，時(shí)間和日歷還有鬧鐘的調整則通過(guò)鍵盤(pán)的控制功能將各種調整信息反映到單片機中，并通過(guò)單片機的并口將各種時(shí)間、日歷和鬧鐘信息輸入給LCD液晶顯示器，從而實(shí)現整個(gè)設計的控制功能。

　　本系統對外圍器件的訪(fǎng)問(wèn)都是通過(guò)I/O方式，其中單片機的P1口與鍵盤(pán)連接，P0口的8個(gè)端口用作單片機的數據線(xiàn)分別與顯示器和即時(shí)時(shí)鐘相連，P60和 P27分別用作控制端，用來(lái)控制單片機與LCD顯示器以及單片機與即時(shí)時(shí)鐘之間的數據傳輸;本系統中，由于采用LCD顯示屏作為顯示系統，因而用鍵盤(pán)作為控制系統對于便攜式的日歷鐘來(lái)說(shuō)，有利于操作和控制。在本設計中，各功能鍵的控制通過(guò)軟件編程的方法來(lái)實(shí)現，這樣利用鍵盤(pán)的不同功能鍵就可以實(shí)現對鬧鐘、時(shí)鐘和日歷的調整控制。整個(gè)設計的系統圖，如圖1所示。

　　3 系統硬件設計

　　硬件系統由單片機及其鍵盤(pán)電路、時(shí)鐘系統、鬧點(diǎn)報警功能和LCD顯示部分組成。整個(gè)系統的電路設計以單片機VRS51L3074和時(shí)鐘芯片DSl2887的設計為核心，外加液晶顯示器OCM160128-I(內置T6963C控制器)，蜂鳴器以及鍵盤(pán)。

　　采用VRS51L3074單片機作為控制核心對時(shí)鐘芯片DSl2887進(jìn)行控制，讀取時(shí)間，提取數據，對輸入信號進(jìn)行處理，最后通過(guò)LCD顯示各種時(shí)間、日歷及鬧鐘信息，從而實(shí)現整個(gè)設計的控制功能。系統主控電路如圖2所示。VRS51L3074片內自帶40 MHz振蕩器，可無(wú)需外部晶振為系統提供時(shí)鐘信號。通過(guò)對時(shí)鐘主電路之間預分頻器的配置可靈活設置系統時(shí)鐘以滿(mǎn)足不同應用的需要。系統時(shí)鐘源選擇及分頻比設置由特殊功能寄存器DEVCLKCFGl和DEVCLKCFG2控制。

　　3.1 單片機與DSl2887時(shí)鐘芯片的接口設計界面

　　單片機與DSl2887時(shí)鐘芯片的接口界面如圖3所示。兩者之間要實(shí)現同步通信，就需要用到6個(gè)口線(xiàn)：(1)復位/RESET。(2)I/O數據線(xiàn)。(3)片選信號線(xiàn)/CS。(4)數據激發(fā)或讀取線(xiàn)DS。(5)讀取/寫(xiě)入，輸入線(xiàn)R/W。(6)地址激發(fā)輸入線(xiàn)AS。

　　在以上6個(gè)口線(xiàn)中，DS、R/W都有兩種操作模式。本設計采用Intel總線(xiàn)時(shí)序，故MOT腳接地。在這種模式下，DS(數據激發(fā)或讀取)腳稱(chēng)為/RD 腳。AD0～AD7是多工雙向的地址/數據總線(xiàn)。在總線(xiàn)周期的第一段時(shí)間呈現的是地址，同樣的IC腳和信號路徑，在第二段時(shí)間當成數據使用。因總線(xiàn)從地址到數據的改變是發(fā)生在內部SRAM的存取時(shí)間，所以地址/數據作成多工形態(tài)并不會(huì )使DSl2887的存取時(shí)間變慢。片選信號線(xiàn)/CS選擇輸入為L(cháng)OW時(shí)，即可對DSl2887進(jìn)行存取，在總線(xiàn)周期即使沒(méi)有使能/CS腳，也同樣會(huì )鎖存住地址但沒(méi)有存取的動(dòng)作發(fā)生。當Vcc 4.25 V時(shí)，DSl2887會(huì )除能/CS腳，禁止存取動(dòng)作，此功能會(huì )保護在電源消失期間的即時(shí)時(shí)鐘和SRAM里的數據。地址激發(fā)輸入AS送一個(gè)正向地址激發(fā)脈沖到輸入腳，然后在A(yíng)S/ALE的下降邊緣使得地址栓在DSl2887內。在下一個(gè)時(shí)鐘下降沿，地址激發(fā)輸入將清除，而不管片選端/ CS是否置位。接入命令必須成對發(fā)送。/RESET腳的信號對于時(shí)鐘、日歷或SRAM都沒(méi)有影響。在電源上升時(shí)，RESET腳應該維持在LOW一段時(shí)間，以便允許電源電壓穩定下來(lái)，/RESET腳維持在LOW的時(shí)間視應用而定。

　　3.2 單片機與LCD顯示屏的接口電路

　　此電路中，液晶顯示器數據口D0～D7與單片機的P00～P07并行相連。如圖4所示。/RD、/WR讀、寫(xiě)選通端與單片機的/RD、/WR相連，低電平有效，為輸入信號。/CE為T(mén)6963C的片選信號，低電平有效。C/D通道選擇信號，1為指令通道，O為數據通道。

　　3.3 鬧點(diǎn)報警功能設計

　　蜂鳴器報警電路如圖5所示。當時(shí)鐘到指定鬧點(diǎn)時(shí)，DSl2887控制/狀態(tài)寄存器2中的AF被置1，同時(shí)ALE引腳產(chǎn)生一個(gè)中斷(低電平有效)，由于 ALE接至單片機的ALE腳，所以引發(fā)中斷程序。DSl2887的SQW輸出1Hz的脈沖，由于數據信息接至單片機的P00～P07腳，所以P20腳輸出 1 Hz的脈沖，使得蜂鳴器間斷性地發(fā)出鳴聲。當復位腳為低并且Vcc>4.25 V時(shí)，鬧鐘中斷允許ALE被置為O，鬧鐘中斷標志AF置0，信號通過(guò)AS位傳送到VRS51L3074的37腳，通過(guò)P20腳輸出脈沖到蜂鳴器，停止鬧響。到達預定時(shí)間響鈴1 min，1 min后自動(dòng)停止，也可以按下已設定的鍵實(shí)現手動(dòng)停止。

　　3.4 單片機與鍵盤(pán)的連接

　　系統采用行列式鍵盤(pán)。用I/O口線(xiàn)組成行、列結構，按鍵設置在行列的交點(diǎn)上。因此，在按鍵數量較多時(shí)，可以節省I/O口線(xiàn)。鍵盤(pán)的列線(xiàn)分別與單片機的P1.0～P1.2相連，行線(xiàn)分別與單片機的P1.3～P1.5相連。

　　4 軟件系統的設計

　　系統軟件設計包括單片機計算機兩部分的編程。計算機軟件編程主要實(shí)現參數設置、串行口數據接收、指令發(fā)送以及數據的顯示和存儲。單片機軟件編程主要實(shí)現鍵盤(pán)、液晶顯示、鬧鐘等各模塊的功能，采用C語(yǔ)言編程。該系統通過(guò)串行口與鍵盤(pán)通信，鍵盤(pán)給單片機發(fā)指令實(shí)現數據采集及系統控制，并將數據實(shí)時(shí)傳回液晶顯示器顯示結果。整個(gè)軟件系統采用模塊化的程序設計方法，共分為時(shí)間日期設定、鬧鈴

　　設定、LCD顯示模塊和鍵盤(pán)掃描模塊4個(gè)部分。其中主要是鬧點(diǎn)的設定與提取。軟件系統的主要特點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程完全在鍵盤(pán)的控制之下，實(shí)現了友好的人機交互功能。主程序通過(guò)判斷鍵盤(pán)的輸入情況調用不同的子程序，子程序的功能實(shí)現也是在鍵盤(pán)的配合之下完成的。主程序流程圖，如圖6所示。

　　首先對單片機的串行口及定時(shí)器進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行鍵盤(pán)掃描，如果有鍵按下，則根據掃描到的鍵值跳轉到相應的入口并執行相應的程序，并根據外部的輸入進(jìn)行相應的操作。如果沒(méi)有鍵按下，則回到初始化狀態(tài)。在并行運行的程序中，本設計將調用另外兩位合作者編寫(xiě)的日歷時(shí)鐘和溫度程序，送入液晶顯示器中進(jìn)行顯示。

　　4.1 多點(diǎn)定鬧模塊

　　鬧鐘的的起鬧止鬧基本步驟：(1)電子設備的中央處理器CPU從硬件時(shí)鐘芯片中讀取當前時(shí)間，從鬧鐘信息中提取一個(gè)與當前時(shí)間最接近的然后啟動(dòng)鬧鐘，將該鬧鐘的啟動(dòng)時(shí)間設置到硬件時(shí)鐘芯片中。(2)硬件時(shí)鐘芯片在當前時(shí)間與該需啟動(dòng)鬧鐘的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行比較，一致時(shí)通知CPU鬧鐘啟動(dòng)時(shí)間已經(jīng)到達，蜂鳴器控制標志為“1”，鬧鐘打開(kāi)，開(kāi)始起鬧，并顯示在顯示器上，要止鬧只需按下啟停鍵便可止鬧，沒(méi)有按鍵的情況下系統根據預設的鬧響時(shí)間1 min后停止鬧鈴，鬧時(shí)功能關(guān)停。硬件時(shí)鐘芯片在當前時(shí)間與該需啟動(dòng)鬧鐘的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行比較不同時(shí)指向下一時(shí)間。(3)通過(guò)不停的進(jìn)行比較，第一個(gè)鬧點(diǎn)響停后，時(shí)鐘正常行走，系統又再返回步驟(1)。

　　4.2 OSl2887時(shí)鐘芯片與VRS51L3074的接口程序

　　系統通過(guò)中斷和軟件計數器可產(chǎn)生秒信號。每到1 s，系統將會(huì )調整時(shí)間存儲單元的內容，從而實(shí)現計時(shí)功能。下面為DSl2887時(shí)鐘芯片和VRS51L3074單片機的接口軟件，假定采用每天24 h制，時(shí)間數據格式為BCD碼，初始化時(shí)間為2000年1月1日9時(shí)00分00秒，1 kHz方波輸出。時(shí)鐘芯片每1 s向單片機申請中斷一次，一方面讓單片機修改一次時(shí)鐘顯示，另一方面也給單片微機系統提供時(shí)間基準。

　　5 結束語(yǔ)

　　系統利用VRS51L3074作為控制核心，外加專(zhuān)用的時(shí)鐘芯片DSl2887的應用，實(shí)現時(shí)間、日歷及鬧鐘信息顯示功能。該電子鐘操作方便，通過(guò)鍵盤(pán)和漢顯液晶提示可方便地校對時(shí)鐘和對鬧鐘進(jìn)行設置。