以AT89C51单片机为控制核心的低成本高精度倒计时系统设计

1 引 言

倒计时系统的任务， 就是对某一设定日期进行倒数， 并在显示屏显示当前至设定日期的时间， 以增强人们的关注度和紧迫感。开发实践表明： 以时钟芯片DS12C887为时钟模块、单片机AT89C51为控制模块的高精度倒计时系统具有精度高、能够长时间连续稳定地工作、使用方便的特点， 可较好满足实际需要。系统的硬件设计和软件设计如下。

2 系统的硬件设计

系统的控制模块由AT89C51单片机构成， 用于完成对串行口控制器的初始化和数据读写， 并对接收的各种数据进行识别、转储及显示。时钟芯片DS12C887提供高精度的年、月、日、时、分、秒时间，校准后直接与单片机相连。倒计时显示模块由LED数码管， 74HC595芯片和74LS245芯片组成。

系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体结构图

2. 1 时钟模块及其与单片机的连接

时钟模块用于对时、分、秒、年、月、日和星期的计时， 由美国DALLAS 公司生产的时钟日历芯片DS12C887构成， 该芯片集成度高， 可提供年、月、日、时、分、秒， 设定每一时刻产生中断， 并且其外围电路设计简单， 性能好， 计时准确性高。DS12C887带有128字节RAM， 其中有11字节RAM 用来存储时间信息， 4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，为控制寄存器。用户可以在任何时候对其进行访问以对DS12C887进行控制操作， 有113字节的通用RAM 供用户使用。用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波的输出， 并对内部的三路中断通过软件进行控制。DS12C887为双列直插式封装， 与单片机的连接为： AD0~ AD7双向地址/数据复用线与单片机的P0口相联， 用于向单片机交换数据; AS地址选通输入脚与单片机的ALE 相联用于对地址锁存， 实现地址数据的复用; CS片选线与单片机的P2. 6相联， 用于选通时钟芯片; DS数据选通读输入引脚与单片机的读选通引脚相联， 用于实现对芯片数据的读控制; R /W读/写输入与单片机的写选通引脚相联， 用于实现对时钟芯片的写控制;MOT 直接接地， 选用INTEL 时序; IRQ 引脚与单片机的INT1相连， 用于为时间的采集提供时间基准。

2. 2 显示模块的设计

单片机将读入的DS12C887时间信息经过程序处理， 输出显示信号到P1口， 显示信息包括倒计时信息（当前距离设定时间的天数）和当前时间的星期、时、分、秒信息。显示电路主要由9个LED 数码管， 9 片74HC595 芯片和一片74LS245芯片组成。

设计采用动态显示方式， 即将所有位的段选线并联在一起由一个8位I /O 口控制。74HC595是硅结构的高速CMOS器件， 内置8 位移位寄存器和一个存储器， 具有三态输出功能， 当使能端OE 为低电平时， 将存储寄存器的数据输出到总线。利用74HC595并行输出端具有的输出锁存功能， 采用74HC595芯片的串入并出方式控制数码管的显示，具体的连接方式为： 芯片的Q7引脚和SER 引脚级联， 通过三个I/O口与单片机连接。74HC595的14脚（ SER）为串行输入端， 12脚（ RCLR） 为移位时钟端， 时钟上升沿将14脚数据移入寄存器; 11脚（ SRCLR ）为锁存时钟端， 时钟上升沿锁存数据; 8脚（ E ）为3态输出控制端， 接低电平时输出数据。输出数据和移位时钟均由单片机输出： 单片机P1. 0口输出数据， 在移位脉冲上升沿到来时数据移出进入74HC595; P1. 1 口输出移位脉冲; P1. 2口输出锁存脉冲。出现在并行输出端上的数据经74LS245驱动数码管显示， 由于数据已被锁存， 在传送下一组数据时， 前一组数据的内容不变， 以此方式进行数据的传送和显示， 故在显示模块软件中将P1. 0、P1. 1、P1. 2均定义为模拟串行口。调整键盘的接口有4个键： 1个设定/确认键、1个修改+ 1键、1个修改- 1键、1个移位键。对应秒、分、时、倒计时、星期， 有5 个LED。LED亮， 表示对应的秒或分或星期或倒计时数据可按修改键修改。在设定时间状态， 首先移位为秒位， 对应秒移位LED亮， 按下移位键， 移位LED灯按秒→分→时→倒计时→星期逐次循环; 按下修改+ 1键或修改- 1 键可对相应位的数据进行+ 1或- 1操作。

3 系统的软件设计

系统的主程序包括： 对单片机串行口的设置以及初始化→读取DS12C887时钟芯片→判断是否计算倒计时→显示。初始化12887为24小时制， BCD码， 不允许中断， 分配12887的始地址为B000H， A寄存器的地址为B00AH， B 寄存器的地址为B00BH， C寄存器的地址为B00CH， D寄存器的地址为B00DH， DS12887的内部分配如表1所示。

表1 DS12887的内部分配。

显示子程序首先通过模拟串行口读取DS12C887的数据， 然后利用74HC595 对数据进行显示。具体步骤为： 显示子程序将P1. 0 置位 将P1. 0送入段码 将P1. 1送入移位脉冲 将P1. 2送入锁存脉冲 返回主程序。倒计时子程序首先由单片机读DSl2C887的时间单元， 并将其存放在以69H 为起始的单元中， 操作时先读取月份， 然后利用查表方法计算其下月份到预定时间的天数， 再利用查表方式判断其月份是31天、30天， 28天或29天，将查表得到的天数减去读取日期， 将二个天数相加就可得到实际天数。进行时、分、秒计算时， 可以直接利用预定时、分、秒减去读取的时、分、秒得到相差的时、分、秒， 完成后返回主程序。

4 结束语

综上， 所设计的倒计时系统由DS12C887构成时钟模块， 单片机AT89C51 对系统进行控制， 设定从模拟串行口读取DS12C887 的数据后， 再利用74HC595将数据送入数码管显示。系统经调试和参数整定后运行稳定可靠， 连续长期运行积累误差为零， 为高精度的倒计时系统。实践开发表明， 基于上述技术的倒计时系统具有结构紧凑、简单， 价格低廉， 可靠性高等特点， 便于实际应用。