基于pcf8563的电子万年历系统设计(编辑修改稿)

基于pcf8563的电子万年历系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

3V 的超低压工作，而且与 MCS51 系列单片机完全兼容，但是运用于电路设计中时由于不具备 ISP 在线编程技术 , 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。 方案二：采用 AT89S52，片内 ROM 全都采用 Flash ROM；能以 3V 的电压工作；同时也与 MCS51 系列单片机完全该芯片内部存 储器为 8KB ROM 存储空间，同样具有 89C51 的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。 方案三：采用 STC89C52 芯片，它是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 系统可编程 Flash 存储器。 使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在线系统可编程 Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 方案一是多年前的的产品，因自身设计缺陷，已经很少被人使用。 方案二和方案三使用差别不大，但方案二需要专有下载线，方案三使用串口下载即可。 5 因此选择方案三。 键盘电路的方案论证 在对日期和时间进行切换，对日期和时间进行调节校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要用按键。 方案一：使用独立式键盘。 独立式键盘是指直接用 I/O 口线构成的单个按键电路。 独立式按键电路配置灵活，软件 结构简单。 方案二：使用矩阵式键盘。 矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端，其特点是简单且不增加成本，这种按键适合按键数较多的场合。 根据以上的论述，因本系统需要的按键不多，共需四个按键，第一个选位，第二个加一，第三个减一，第四个确定，要求简单。 所以采用方案一独立式键盘。 电路设计最终决定方案 综 上各方案所述，此次设计的方案选定为：采用 STC89C52 作为单片机主控制系统，采用 PCF8563 芯片作为时钟芯片， LCD1602 液 晶显示屏作为显示，键盘选择独立式键盘。 第三章 系统的硬件设计 本系统的硬件设计采用的是串行的时钟芯片 PCF85693，由时钟芯片送给单片机 STC89C52，单片机处理后输出由液晶显示屏 LCD1602 输出，输出为年月日星期时分秒。 系统硬件从功能模块上可分为以下五部分：单片机主模块、时钟电路、液晶显示电路、按键电路、复位电路。 单片机模块的设计 根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路对单片机模块进行设计，要使单片机能准确的进行工作，在受到外部各种干扰后，能及时恢复继续工作。 单片机原理 单片机就是简化的微型计算机， CPU 中本身自带存储器 ROM 和 RAM， CPU 片内也有总线。 IC（集成电路）技术是将电路通过特殊工艺做在一块硅基片上封装成芯片，比如 CPU，片外存储器等等。 将单片机，晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等通过 PCB 6 工艺（比如 SMT 贴片，或者插装）做在环氧树脂板上。 这样才是一个完整的单片（做在一块 PCB 板上）的微型计算机。 单片机主控制模块 本次设计的执行元件是增 强型系列的 STC89C52，由于它本身带有一定的优点。 STC89C52是一种带 8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。 该器件与工业标准的 MCS51指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中， STC89C52是一种高效微控制器， STC89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 一、主要特性 与 MCS51兼容； 8K字节可编程闪烁存储器； 寿命： 1000写 /擦循环； 数据保留时间： 10年； 全静态工作： 0Hz40Hz； 三级程序存储器锁定； 128*8位内部 RAM； 32可编程 I/O线； 两个 16位定时器 /计数器； 5个中断源； 可编程串行通道； 低功耗的闲置和掉电模式； 片内振荡器和时钟电路。 二、管脚说明 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 7 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。 当 P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 STC89C51 的一些特殊功能口， P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 P3 口的第二功能如图 1 所示： 图 1 P3功能表 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频 率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 PSEN ：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信 8 号将不出现。 EA /VPP：当 EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储（ 0000HFFFFH）， 不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， EA 将内部锁定为 RESET；当 EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 三、振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采 用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。 有些输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 四、芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写“ 1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， STC89C52 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU 停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 STC89C52引脚图如图 2所示。 9 图 2 STC89C52 引脚图 时钟电路模块的设计 概述 PCF8563 是低功耗的 CMOS 实时时钟日历芯片它提供一个可编程时钟输出一个中断输出和掉电检测器所有的地址和数据通过 I2C 总线接口串行传递最大总线速度为 400Kbits/s 每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。 .特性 �� 低工作电流典型值为 A VDD= Tamb=25 时。 �� 世纪标志。 �� 大工作电压范围。 �� 低休眠电流典型值为 A(VDD=,Tamb=25 )。 �� 400KHz 的 I2C 总线接口 VDD= 时。 10 �� 可编程时钟输出频率为 1024Hz 32Hz 1Hz。 �� 报警和定时器。 �� 内部集成的振荡器电容片内电源复位功能掉电检测器。 �� I2C 总线从地址读 0A3H 写 0A2H。 开漏中断引脚 图 3 PCF8563引脚图 管脚描述 符号 管脚号 描 述 OSCI 1 振荡器输入 OSCO 2 振荡器输出 /INT 3 中断输出开漏低电平有效 VSS 4 地 SDA 5 串行数据 I/O SCL 6 串行时钟输入 CLKOUT 7 时钟输出 (开漏 ) VDD 8 正电源 时钟电路设计如图 4所示 11 图 4 时钟电路原理图 液晶显示电路模 块的设计 本设计采用的是液晶显示电路，液晶显示效果出众，可以运用菜单项来操作，比较简单，方便。 显示电路采用了液晶显示器 LCD1602，在主控模块的控制下将 PCF8563中读出年、月、日、星期、时、分、秒和温度数据送 LCD显示。 LCD1602 的介绍 本次设计的显示电路是采用液晶进行显示的，显示年月日星期时分秒。 液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 体积小、重量轻。 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在 重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 功耗低，相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。 液晶显示器 (Liquid Crystal Display， LCD)用于显示 GUI(图形用户界面 )环境下的文字和图像数据，适用于低压、微功耗电路。 从选型角度，我们将常见液晶显示器分为段式 (也称 8字 )、字符型和图形点阵这几种类型，分别介绍如下：段式液晶显示器：常见段式液晶显示器的每字为 8段组成，即 8字和一点，只能显示数字和部分字母，如果必须显示其他少量字符、汉字和别的符 号，一般需要在厂家定做，将所要显示的字符、汉字和其他符号固化在指定的位置 (比如计算器和电子表所用的液晶显示器 )。 字符型液晶显示器：顾名思 12 义，字符型液晶显示器是用于显示字符和数字的，对于图形和汉字的显示方式与段式液晶无异。 一般字符型液晶的分辨率为： 8 16 16 16 20 20 40 2和 40 4等，其中 8(1 40)的意义为一行可显示的字符 (数字 )数， 1( 4)的意义是指显示行数。 图形点阵式液晶显示器：我们又将其分为 TN、 STN(DSTN)、 TFT等几类。 这种分类需从液晶 材料和液晶效应讲起，请参考液晶显示原理。 TN类液晶由于它的局限性，只用于生产字符型液晶模块；而 ST(DSTN)类液晶模块一般为中小型，既有单色的，也有伪彩色的； TFT类液晶，则从小到大都有，而且几乎清一色为真彩色显示模块。 除了 TFT类液晶外，一般小型液晶屏都内置控制器 (控制器的概念相当于显示卡上的主控芯片 )，直接提供 MPU接口；而大中型液晶屏，要想控制其显示，都需要外加控制器。 从色彩上，分 LCD显示屏分为单色、灰度和彩色 3种，价格由低到高，单色 LCD的点阵只能显示亮和暗，通常只用于低端的不需显示图形的场合； 带灰度级的 LCD常用的 有 2bit、 4 级灰度和 4bit、 16。