1、天津職業(yè)大學(xué)2011年論文答辯,學(xué)院：電子信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：應(yīng)用電子專(zhuān)業(yè) 姓名：陳榮根,論文題目：基于SD2000的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì),本文設(shè)計(jì)的功能一個(gè)能同時(shí)顯示年、月、日、星期、小時(shí)、分鐘的日歷時(shí)鐘系統(tǒng),一、模塊 根據(jù)功能模塊的劃分，本系統(tǒng)包括3個(gè)部分： 1) 51單片機(jī)模式塊：其作用是和外圍的時(shí)鐘芯片通信，并控制數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，采集時(shí)間信息并予以處理； 2) 日歷時(shí)鐘模塊：此模塊由專(zhuān)用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片構(gòu)成，它是本設(shè)計(jì)的核心模塊，由它提供實(shí)時(shí)的日歷時(shí)鐘信息； 3) 數(shù)碼管顯示模塊：此模塊用于實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘信息顯示； 程序部分包括單片機(jī)和時(shí)鐘芯片的接口程序（實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和時(shí)鐘芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)

2、程）以及數(shù)碼管顯示程序。 結(jié)構(gòu)框圖,二、日歷時(shí)鐘芯片介紹： 本次設(shè)計(jì)選用日歷時(shí)鐘芯片SD2000作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，SD2000能夠自動(dòng)產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，其內(nèi)部又增加了世紀(jì)寄存器，從而利用硬件電路解決了“千年”問(wèn)題；SD2000中自帶有鋰電池，外部掉電時(shí)，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保持10年之久；對(duì)于一天內(nèi)的時(shí)間記錄，有12小時(shí)制和24小時(shí)制兩種模式。在12小時(shí)制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午；時(shí)間的表示方法也有兩種，一種用二進(jìn)制數(shù)表示，一種是用BCD碼表示；SD2000中帶有128字節(jié)RAM，其中有11字節(jié)RAM用來(lái)存儲(chǔ)時(shí)間信息，4字節(jié)RAM用來(lái)存儲(chǔ)SD2000的控制信

3、息，稱(chēng)為控制寄存器，113字節(jié)通用RAM供用戶(hù)使用；此外用戶(hù)還可對(duì)SD2000進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)多種方波輸出，并可對(duì)其內(nèi)部的三路中斷通過(guò)軟件進(jìn)行屏蔽。,SD2000的具體引腳功能如下： GND、VCC：直流電源，其中VCC接+5V輸入，GND接地，當(dāng)VCC輸入為+5V時(shí)，用戶(hù)可以訪問(wèn)SD2000內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)，并可對(duì)其進(jìn)行讀、寫(xiě)操作； 當(dāng)VCC的輸入小于+4.25V時(shí)，禁止用戶(hù)對(duì)內(nèi)部RAM進(jìn)行讀、寫(xiě)操作，此時(shí)用戶(hù)不能正確獲取芯片內(nèi)的時(shí)間信息；當(dāng)VCC的輸入小于+3V時(shí)，SD2000會(huì)自動(dòng)將電源發(fā)換到內(nèi)部自帶的鋰電池上，以保證內(nèi)部的電路能夠正常工作。 MOT：模式選擇腳，SD2000有兩種工作模式

4、，即Motorola模式和Intel模式，當(dāng) MOT接VCC時(shí)，選用的工作模式是Motorola模式，當(dāng)MOT接GND時(shí)，選用的是Intel模式。本設(shè)計(jì)選用其Intel模式，所以電路圖中MOT端接GND。 SQW：方波輸出腳，當(dāng)供電電壓VCC大于4.25V時(shí)，SQW腳可進(jìn)行方波輸出，此時(shí)用戶(hù)可以通過(guò)對(duì)控制寄存器編程來(lái)得到13種方波信號(hào)的輸出。 AD0AD7：復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線，該總線采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，在總線周期的前半部分，出現(xiàn)在AD0AD7上的是地址信息，可用以選通SD2000內(nèi)的RAM，總線周期的后半部分出現(xiàn)在AD0AD7上的數(shù)據(jù)信息。 AS：地址選通輸入腳，在進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，AS的上升沿將A

5、D0AD7上出現(xiàn)的地址信息鎖存到SD2000上，而下一個(gè)下降沿清除AD0AD7上的地址信息，不論是否有效，SD2000都將執(zhí)行該操作。,DS/RD：數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳，該引腳有兩種工作模式，當(dāng)MOT接VCC時(shí)，選用Motorola工作模式，在這種工作模式中，每個(gè)總線周期的后一部分的DS為高電平，被稱(chēng)為數(shù)據(jù)選通。 R/W：讀/寫(xiě)輸入端，該管腳也有2種工作模式，當(dāng)MOT接VCC時(shí)，R/W工作在Motorola模式。此時(shí)，該引腳的作用是區(qū)分進(jìn)行的是讀操作還是寫(xiě)操作，當(dāng)R/W為高電平時(shí)為讀操作，R/W為低電平時(shí)為寫(xiě)操作。 當(dāng)MOT接GND時(shí)，該腳工作在Intel模式，此時(shí)該腳作為寫(xiě)允許輸入，即Writ

6、e Enable。 CS：片選輸入，低電平有效。 IRQ：中斷請(qǐng)求輸入，低電平有效，該腳有效對(duì)SD2000內(nèi)的時(shí)鐘、日歷和RAM中的內(nèi)容沒(méi)有任何影響，僅對(duì)內(nèi)部的控制寄存器有影響，在典型的應(yīng)用中，RESET可以直接接到VCC，這樣可以保證SD2000在掉電時(shí)，其內(nèi)部控制寄存器不受影響。,三、LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 本設(shè)計(jì)選擇MAXIM公司的多功能串行LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219。 MAX7219是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個(gè)獨(dú)立的LED。其上包括一個(gè)片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，

7、而且還有一個(gè)的靜態(tài)RAM用來(lái)存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。只有一個(gè)外部寄存器用來(lái)設(shè)置各個(gè)LED的段電流。 本設(shè)計(jì)選用MAX7219是基于以下考慮： 1) MAX7219能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)數(shù)碼管，而兩片MAX7219分別與單片機(jī)連接之后便能夠滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)13數(shù)碼管顯示的要求，可方便地對(duì)每位LED進(jìn)行單獨(dú)控制、刷新，不需重寫(xiě)整個(gè)顯示器存器。 2) 外圍電路僅需一個(gè)電阻即可設(shè)定峰值段電流，可用于亮度調(diào)節(jié)，同時(shí)也支持軟件方式調(diào)整顯示亮度。 3) 可設(shè)置為低功耗模式，此模式下單片機(jī)仍可對(duì)其傳送數(shù)據(jù)修改控制方式，而且芯片耗點(diǎn)僅為150uA。,引腳功能說(shuō)明如下： DIN（1引腳）：串行數(shù)據(jù)輸入端口。在時(shí)鐘上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被載入內(nèi)部的

8、16位寄存器。 DIG07（2、11、6、7、3、10、5、8引腳）：八個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)線路置顯示器共陰極為低電平。關(guān)閉時(shí)此管腳輸出高電平。 GND（4、9引腳）：地線（4腳和9腳必須同時(shí)接地）。 LOAD（12引腳）：載入數(shù)據(jù)。連續(xù)數(shù)據(jù)的后16位在LOAD端的上升沿時(shí)被鎖定。 CLK（13引腳）：時(shí)鐘序列輸入端。最大速率為10MHz在時(shí)鐘的上升沿，數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存器。下降沿時(shí)，數(shù)據(jù)從DOUT端輸出。 SEG AG，SEG DP（14、16、20、23、21、15、17、22引腳）：7段和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，為顯示器提供電流。當(dāng)一個(gè)段驅(qū)動(dòng)關(guān)閉時(shí)，此端呈低電平。 ISET（18引腳）：LED段峰值電流提供

9、引腳。通過(guò)一個(gè)電阻連接到VDD來(lái)提高段電流。 V+（19引腳）：正極電壓輸入，+5V。 DOUT（24引腳）：串行數(shù)據(jù)輸出端口，從DIN輸入的數(shù)據(jù)在16.5個(gè)時(shí)鐘周期后在此端有效。當(dāng)使用多個(gè)MAX7219時(shí)用此端方便擴(kuò)展。,兩片MAX7219的連接 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)顯示年（4位數(shù)字）、月（2位數(shù)字）、日（2位數(shù)字）、星期（1位數(shù)字）、小時(shí)（2位數(shù)字）、分鐘（2位數(shù)字），總共需要13位數(shù)碼管，而一片MAX7219最多只能支持8位數(shù)碼管的顯示，所以，我們需要單片機(jī)分別連接兩片MAX7219來(lái)實(shí)現(xiàn)13位數(shù)碼管顯示。,單片機(jī),AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片

10、內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。,引腳功能說(shuō)明 VCC：電源電壓 GND：接地腳 P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)

11、，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，Pl接收低8位地址。,P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TT

12、L邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL). 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流

13、。,RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。 對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期問(wèn)，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROC）。 如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉

14、高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。 EA/VPP外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。 如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。,電路原理圖及說(shuō)明,單片機(jī)部分的電路原理圖 P0端口用作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線AD07，和日

15、歷時(shí)鐘芯片相連。 P1端口用作數(shù)碼管的段碼接口，由于本設(shè)計(jì)的顯示不會(huì)出現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)，因此只使用了a、b、c、d、e、f、g，而沒(méi)有使用dp（小數(shù)點(diǎn)）段。 P2端口的P2.1P2.4作為數(shù)碼管的位碼接口，它們需要通過(guò)4-16譯碼電路以及驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制13位數(shù)碼管的位碼選擇。 P2端口的P2.0在反相之后為日歷時(shí)鐘芯片提供片選信號(hào)，需要反相是因?yàn)樵撈x信號(hào)為低電平有效。 單片機(jī)的P3.7（/RD）、P3.6（/WR）引腳和日歷時(shí)鐘芯片的讀、寫(xiě)引腳直接相連，它們均為低電平有效。 單片機(jī)的ALE引腳將和日歷時(shí)鐘芯片的鎖存輸入引腳直接相連，作為地址鎖存，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和地址線的時(shí)分復(fù)用。,日歷時(shí)鐘電路,U2為6反相器74LS04，它將單片機(jī)的P2.