一種基于AT89C51控制的高精度倒計時系統(tǒng)

1 引 言

倒計時系統(tǒng)的任務， 就是對某一設定日期進行倒數(shù)， 并在顯示屏顯示當前至設定日期的時間， 以增強人們的關注度和緊迫感。開發(fā)實踐表明: 以時鐘芯片DS12C887為時鐘模塊、單片機AT89C51為控制模塊的高精度倒計時系統(tǒng)具有精度高、能夠長時間連續(xù)穩(wěn)定地工作、使用方便的特點， 可較好滿足實際需要。系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計如下。

2 系統(tǒng)的硬件設計

系統(tǒng)的控制模塊由AT89C51單片機構成， 用于完成對串行口控制器的初始化和數(shù)據(jù)讀寫， 并對接收的各種數(shù)據(jù)進行識別、轉儲及顯示。時鐘芯片DS12C887提供高精度的年、月、日、時、分、秒時間，校準后直接與單片機相連。倒計時顯示模塊由LED數(shù)碼管， 74HC595芯片和74LS245芯片組成。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

系統(tǒng)總體結構圖

圖1 系統(tǒng)總體結構圖

2. 1 時鐘模塊及其與單片機的連接

時鐘模塊用于對時、分、秒、年、月、日和星期的計時， 由美國DALLAS 公司生產的時鐘日歷芯片DS12C887構成， 該芯片集成度高， 可提供年、月、日、時、分、秒， 設定每一時刻產生中斷， 并且其外圍電路設計簡單， 性能好， 計時準確性高。DS12C887帶有128字節(jié)RAM， 其中有11字節(jié)RAM 用來存儲時間信息， 4字節(jié)RAM用來存儲DS12C887的控制信息，為控制寄存器。用戶可以在任何時候對其進行訪問以對DS12C887進行控制操作， 有113字節(jié)的通用RAM 供用戶使用。用戶還可對DS12C887進行編程以實現(xiàn)多種方波的輸出， 并對內部的三路中斷通過軟件進行控制。DS12C887為雙列直插式封裝， 與單片機的連接為: AD0~ AD7雙向地址/數(shù)據(jù)復用線與單片機的P0口相聯(lián)， 用于向單片機交換數(shù)據(jù); AS地址選通輸入腳與單片機的ALE 相聯(lián)用于對地址鎖存， 實現(xiàn)地址數(shù)據(jù)的復用; CS片選線與單片機的P2. 6相聯(lián)， 用于選通時鐘芯片; DS數(shù)據(jù)選通讀輸入引腳與單片機的讀選通引腳相聯(lián)， 用于實現(xiàn)對芯片數(shù)據(jù)的讀控制; R /W讀/寫輸入與單片機的寫選通引腳相聯(lián)， 用于實現(xiàn)對時鐘芯片的寫控制;MOT 直接接地， 選用INTEL 時序; IRQ 引腳與單片機的INT1相連， 用于為時間的采集提供時間基準。

2. 2 顯示模塊的設計

單片機將讀入的DS12C887時間信息經(jīng)過程序處理， 輸出顯示信號到P1口， 顯示信息包括倒計時信息(當前距離設定時間的天數(shù))和當前時間的星期、時、分、秒信息。顯示電路主要由9個LED 數(shù)碼管， 9 片74HC595 芯片和一片74LS245芯片組成。

設計采用動態(tài)顯示方式， 即將所有位的段選線并聯(lián)在一起由一個8位I /O 口控制。74HC595是硅結構的高速CMOS器件， 內置8 位移位寄存器和一個存儲器， 具有三態(tài)輸出功能， 當使能端OE 為低電平時， 將存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。利用74HC595并行輸出端具有的輸出鎖存功能， 采用74HC595芯片的串入并出方式控制數(shù)碼管的顯示，具體的連接方式為: 芯片的Q7引腳和SER 引腳級聯(lián)， 通過三個I/O口與單片機連接。74HC595的14腳( SER)為串行輸入端， 12腳( RCLR) 為移位時鐘端， 時鐘上升沿將14腳數(shù)據(jù)移入寄存器; 11腳( SRCLR )為鎖存時鐘端， 時鐘上升沿鎖存數(shù)據(jù); 8腳( E )為3態(tài)輸出控制端， 接低電平時輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)和移位時鐘均由單片機輸出: 單片機P1. 0口輸出數(shù)據(jù)， 在移位脈沖上升沿到來時數(shù)據(jù)移出進入74HC595; P1. 1 口輸出移位脈沖; P1. 2口輸出鎖存脈沖。出現(xiàn)在并行輸出端上的數(shù)據(jù)經(jīng)74LS245驅動數(shù)碼管顯示， 由于數(shù)據(jù)已被鎖存， 在傳送下一組數(shù)據(jù)時， 前一組數(shù)據(jù)的內容不變， 以此方式進行數(shù)據(jù)的傳送和顯示， 故在顯示模塊軟件中將P1. 0、P1. 1、P1. 2均定義為模擬串行口。調整鍵盤的接口有 4個鍵: 1個設定/確認鍵、1個修改+ 1鍵、1個修改- 1鍵、1個移位鍵。對應秒、分、時、倒計時、星期， 有5 個LED。LED亮， 表示對應的秒或分或星期或倒計時數(shù)據(jù)可按修改鍵修改。在設定時間狀態(tài)， 首先移位為秒位， 對應秒移位LED亮， 按下移位鍵， 移位LED燈按秒→分→時→倒計時→星期逐次循環(huán); 按下修改+ 1鍵或修改- 1 鍵可對相應位的數(shù)據(jù)進行+ 1或- 1操作。

3 系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)的主程序包括: 對單片機串行口的設置以及初始化→讀取DS12C887時鐘芯片→判斷是否計算倒計時→顯示。初始化12887為24小時制， BCD碼， 不允許中斷， 分配12887的始地址為B000H， A寄存器的地址為B00AH， B 寄存器的地址為B00BH， C寄存器的地址為B00CH， D寄存器的地址為B00DH， DS12887的內部分配如表1所示。

表1 DS12887的內部分配。

DS12887的內部分配

顯示子程序首先通過模擬串行口讀取DS12C887的數(shù)據(jù)， 然后利用74HC595 對數(shù)據(jù)進行顯示。具體步驟為: 顯示子程序將P1. 0 置位 將P1. 0送入段碼 將P1. 1送入移位脈沖 將P1. 2送入鎖存脈沖 返回主程序。倒計時子程序首先由單片機讀DSl2C887的時間單元， 并將其存放在以69H 為起始的單元中， 操作時先讀取月份， 然后利用查表方法計算其下月份到預定時間的天數(shù)， 再利用查表方式判斷其月份是31天、30天， 28天或29天，將查表得到的天數(shù)減去讀取日期， 將二個天數(shù)相加就可得到實際天數(shù)。進行時、分、秒計算時， 可以直接利用預定時、分、秒減去讀取的時、分、秒得到相差的時、分、秒， 完成后返回主程序。

4 結束語

綜上， 所設計的倒計時系統(tǒng)由DS12C887構成時鐘模塊， 單片機AT89C51 對系統(tǒng)進行控制， 設定從模擬串行口讀取DS12C887 的數(shù)據(jù)后， 再利用74HC595將數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)經(jīng)調試和參數(shù)整定后運行穩(wěn)定可靠， 連續(xù)長期運行積累誤差為零， 為高精度的倒計時系統(tǒng)。實踐開發(fā)表明， 基于上述技術的倒計時系統(tǒng)具有結構緊湊、簡單， 價格低廉， 可靠性高等特點， 便于實際應用。