基于单片机的日历时钟模块设计

在实时监控系统的设计中，要实时监测各个控制信号，更重要的是在发生故障时能准确记录故障数据，以便准确分析排除错误。监控系统中一般都要定时采集现场数据，对某些重要的信息不仅要记录其内容，还要记录下该信息发生的准确时间，所记录的实时时间信息应长期保存，因此需要实时时钟来实现。常用的单片机没有实时时钟，若需采用定时器实现，一旦系统掉电，时钟就不能运行，这是实时监控系统
不允许的，而采用独立运行的实时时钟便可实现。但一般的时钟芯片在系统掉电时，其数据也会丢失，需提供备用电池。而时钟芯片DS12887在系统掉电时数据不丢失，广泛应用于测量和控制系统。因此，这里给出了实时时钟DS12887在单片机应用系统中的应用。

1 主要器件造型
1．1 DS12887的功能介绍
DS12887是DALLAS公司推出的8位并行并自带RAM的实时日历时钟芯片，内部有14个时钟控制寄存器，包括10个时标寄存器，4个状态寄存器和114 bit作掉电保护用的低功耗RAM。CPU通过读DS12887的内部时标寄存器得到当前的时间和日历，也可通过选择二进制或BCD码初始化芯
片的10个时标寄存器，其4个状态寄存器用来控制和指出DS12887的当前工作状态，114 bit非易失性静态RAM可在掉电时保存一些重要数据。 DS12887功能强大，应用广泛。其引脚功能如下：
GND，VCC：直流电源+5 V电压。当5 V电压在正常范围内时，数据可读写；当VCC低于4．25 V，读写禁止，计时功能仍继续；当VCC下降到3 V以下时，RAM和计时器被切换到内部锂电池。
MOT(模式选择)：MOT引脚接到VCC时，选择MOTOROLA时序，当接到GFND时，选择INTEL时序。
SQW(方波信号)：SQW引脚能从实时时钟内部15级分频器的13个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变。
AD0～AD7(双向地址／数据复用线)：总线接口，可与MOTOROLA微机系列和INTEL微机系列接口。
AS(地址选通输入)：用于实现信号分离，在AD／ALE的下降沿把地址锁入DS12887。
DS(数据选通或读输入)：DS／RD有2种操作模式，取决于MOT引脚的电平，当使用MOTOROLA时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；在读周期，DS指示DS12887驱动双向总的时刻；在写周期，DS的后沿使DS12887锁存写数据。选择INTEL时序时，DS称作(RD)，RD与典型存储器的允许信号(OE)的定义相同。
(读／写输入)：也有两种操作模式。选MOTOROLA时 序时，是一电平信号，指示当前周期是读或写周期，DSO为高电平时，高电平指示读周期，低电平指示写周期；选INTEL时序，信号是一低电平信号，称为WR。在此模式下，R／W与通用RAM的写允许信号(WE)的含义相同。
(片选输入)：在访问DS12887的总线周期内，片选信号必须保持为低。
(中断申请输入)：低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断条件满足时，IRQ处于高阻态。IRQ线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。
(复位输出)：当保持低电平时间大于200 ms，保证DS12887有效复位。
DS12887引脚如图1所示。

DS12887的内部地址分配：地址00H和03H单元取值范围是00H～3BH(十进制为0～59)；04H～05H单元按12小时制取值范围是上午(AM)01H～0CH(十进制为1～12)，下午(PM)51H～5CH(十进制为81～92)，按24小时制取值范围是00H～17H(十进制为0～23)；06H单元的取值范围是01H～07H(十进制为1～7)；07H单元取值范围O1H～1FH(十进制为1～31)；08H单元取值范围是01H～0CH(十进制为1～12)；09H单元取值范围是00H～63H(十进制为0～99)。
1．2 单片机A789C52简介
AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8 kB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器(R-AM)。该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。A-T89C52有40个引脚，32个外部双向输入／输出(I／O)端口，内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效降低开发成本。广泛应用于智能仪器、仪表和低功耗电子产品。

2 系统硬件设计
2．1 DS12887的工作原理
DS12887采用8位地址／数据复用的总线方式，具有一个锁存引脚，通过读、写、锁存信号实现其内部数据的输入输出，控制内部的控制寄存器、读取内部的时间信息寄存器。DS12887的各种寄存器在其内部空间都有相应的固定地址，因此，单片机通过正确的寻址和寄存器操作就可以获取需要的时间信息。DS12887有2种工作时序，即Motorola和Intel时序，由Mot引脚的电平指定。当MOT引脚为高电平时选择Motorola时序；为低电平时选择Intel时序。除此之外DS12887内部还有128字节的RAM的单元，其中前10个字节用于存放日历时钟信息，字节0为秒，字节2为分，字节4为时，字节6为星期，字节7为日，字节8为月，字节9为年，字节0AH～0DH用作控制和状态寄存器，剩下的114字节为用户RA-M，所有的这128字节都是掉电非易失性的。
2．2 DS12887与单片机的接口设计
单片机的P0口用作地址／数据复用总线与实时时钟DS12887的AD0～AD7引脚相连。单片机的ALE引脚和DS12887的锁存输入引脚直接相连，用作地址锁存，实现数据和地址线的分时复用。DS12887的MOT引脚接地，用以选择Intel总线时序模式，在Intel总线时序模式时，和51单片机的接口完全兼容，可以将其读输入DS、写输入与单片机的相应引脚直接连接。DS12887的RESET引脚对日历时钟和RAM没有影响，但影响DS12887的命令和状态寄存器的内容。在电路中直接将RESET连至Vcc，这样可以保证DS12887在进入或退出电源失效状态时，其工作状态不受RESET引脚的影响。DS12887的可编程输出方波引脚SQW输出频率为2～256 Hz的方波，该系统则利用SQW引脚输出周期为125 ms的方波作为单片机外部中断／INT0的中断源，实现周期性中断。当中断发生时，单片机读一次输入口，检查电表是否转过一圈，整点时还要采一次三相电流和电压。
DS12887与单片机的硬件接口电路如图2所示。