時(shí)鐘與I2C總線電路設(shè)計(jì)及軟件編程.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第I頁(yè)實(shí)時(shí)鐘與I2C總線電路設(shè)計(jì)及軟件編程摘要實(shí)時(shí)鐘，自從它被發(fā)明的那天起，就成為人們生活中必不可少的一種工具，尤其是在現(xiàn)在這個(gè)講究效率的年代，時(shí)鐘更是在人類生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們不僅對(duì)于實(shí)時(shí)鐘精度的要求越來(lái)越高，而且對(duì)于時(shí)鐘功能的要求也越來(lái)越多，實(shí)時(shí)鐘已不僅僅是一種用來(lái)顯示時(shí)間的工具，在很多實(shí)際應(yīng)用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。本文主要以PCF8563時(shí)鐘芯片為核心制成并通過(guò)ZLG7290鍵盤LED控制器進(jìn)行顯示的數(shù)字實(shí)時(shí)時(shí)鐘。其中用到的時(shí)鐘芯片PCF8563是低功耗的CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片，它提供一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，一個(gè)中斷輸出和掉電檢測(cè)器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線接口串行傳遞。最大總線速度為400Kbits/s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。本電路在實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行，采用軟件和硬件組合的方法，其最大特點(diǎn)是：硬件電路簡(jiǎn)單，安裝方便易于實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)獨(dú)特、可靠。關(guān)鍵詞：寄存器，定時(shí)器，I2C總線，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，PCF8563畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第II頁(yè)ReReal-timeclockandI2C-buscircuitsdesignandSoftwareprogrammingAbstractReal-timeclock,sincethedayitwasinvented,hasbecomeindispensabletopeopleslivesinatool,particularlynowthatithastheefficiencyoftheera,inthehumanproductionandliving,learningandotherfields,theclockhasawiderangeofapply.Butwiththepassageoftime,thecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,notonlydemandingofpeoplefortheaccuracyofreal-timeclockisincreasing,butalsowehavemoreandmoredemandsfortheclockfunctions,real-timeclockisnotjustatoolusedtoshowtime,anditisabletoachievemoreotherfeaturesinmanypracticalapplications.ThispaperintroducesPCF8563clockchipusedasthecoreandZLG7290usedtodisplay.ThePCF8563clockchipisaCMOSlow-powerdevice.Itprovidesaprogrammableclockoutput；apower-failinterruptoutputanddetector,alltheaddressesanddatesaretransferredthroughreal-timeclock/calendarchipSerialI2C-bus.ThebiggestBusspeedis400Kbits/s,afterdataisreadorwritten,embeddedwordaddressregisterwillautomaticallygenerateincremental.Thecircuitiscarriedontheexperimentboardusingsingsoftwareandhardwareportfolio,andthelargestfeaturesareasfollows:simplehardwarecircuit,easyinstallation,softwaredesignuniqueandreliable.Keywords:Register,Timer,Real-TimeDock,I2C-bus,PCF8563畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第III頁(yè)目錄1緒論.11.1課題背景及目的.11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.3課題的研究方法.11.4課題研究?jī)?nèi)容及構(gòu)成.22元器件介紹.32.1時(shí)鐘芯片PCF8563特性概述.32.2鍵盤LED驅(qū)動(dòng)芯片ZLG7290.43硬件電路設(shè)計(jì).63.1時(shí)鐘芯片PCF8563的基本原理和功能描述.63.2I2C總線.83.2.1I2C總線特點(diǎn).83.2.2I2C總線的工作原理.83.3鍵盤LED驅(qū)動(dòng)芯片ZLG7290.93.3.1功能描述.103.3.2寄存器詳解.113.4CAT24WC02的數(shù)據(jù)操作格式和總線協(xié)議.144軟件電路設(shè)計(jì).154.1PCF8563的接口電路.154.2ZLG7290應(yīng)用原理圖.17結(jié)論.19致謝.20畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第IV頁(yè)參考文獻(xiàn).21附錄.22黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第1頁(yè)1緒論1.1課題背景及目的隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對(duì)于實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能的要求在不斷地提高。實(shí)時(shí)時(shí)鐘在現(xiàn)如今已不僅僅被看成一種用來(lái)顯示時(shí)間的工具，在很多實(shí)際應(yīng)用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代實(shí)時(shí)時(shí)鐘發(fā)展的趨勢(shì)。在這種趨勢(shì)下，實(shí)時(shí)時(shí)鐘的數(shù)字化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)代實(shí)時(shí)時(shí)鐘生產(chǎn)研究的主導(dǎo)設(shè)計(jì)方向。本課題討論的是以51單片機(jī)為核心，結(jié)合時(shí)鐘芯片PCF8563，采用ZLG7290鍵盤LED控制器等部件設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前單片機(jī)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用于儀器儀表中顯得更為優(yōu)越。以單片機(jī)制成的電子時(shí)鐘具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，從而得到了各領(lǐng)域界的廣泛應(yīng)用1。單片機(jī)正處在微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。單片機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展又反過(guò)來(lái)對(duì)單片機(jī)提出了更高要求，從而促進(jìn)單片機(jī)的發(fā)展。單片機(jī)正朝著功能更強(qiáng)、速度更快、功耗更低、輻射更小的方向發(fā)展。隨著集成度的不斷提高，把眾多的外圍功能器件集成在片內(nèi)已經(jīng)具備了充分的條件，這也是單片機(jī)以后發(fā)展的重要趨勢(shì)。除了一般必須具有的ROM、RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，隨著單片機(jī)檔次的提高，以適應(yīng)檢測(cè)、控制功能更高的要求，片內(nèi)集成的器件通常還有電源監(jiān)控與復(fù)位電路、WDT、A/D轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、中斷控制器、鎖相器、頻率合成器、字符發(fā)生器、聲音發(fā)生器、CRT控制器、譯碼驅(qū)動(dòng)器等。1.3課題的研究方法本次設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)原理，以單片機(jī)芯片AT89C51作為核心控制器，通過(guò)硬件電路的制作以及軟件程序的編制，正確使用各種元器件(包括MCU、實(shí)時(shí)鐘與I2C總線器件等)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)鐘與I2C總線編程的基本功能，并且結(jié)合ZLG7290鍵盤LED控制的各種功能，設(shè)計(jì)制作出一個(gè)具有實(shí)際功能的且符合指標(biāo)要求的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)2。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第2頁(yè)1.4課題研究?jī)?nèi)容及構(gòu)成本次設(shè)計(jì)以硬件軟件化為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮單片機(jī)功能，大部分功能通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。同時(shí)，該時(shí)鐘系統(tǒng)還具有功耗小、成本低的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。由于系統(tǒng)所用元器件較少，單片機(jī)所被占用的I/O口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性3。該實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)主要由時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、鍵盤控制模塊以及信號(hào)提示模塊組成。系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單清晰的操作界面，接口電路簡(jiǎn)潔，芯片驅(qū)動(dòng)程序嚴(yán)格按照芯片時(shí)序編寫，讀寫穩(wěn)定可靠，可為智能儀器提供高準(zhǔn)確度的時(shí)鐘，定時(shí)、報(bào)警功能以及中斷輸出功能，能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能。內(nèi)部時(shí)鐘電路、內(nèi)部振蕩電路、內(nèi)部低電壓檢測(cè)電路1.0V以及兩線制I2C總線通訊方式，不但使外圍電路及其簡(jiǎn)潔，而且也增加了芯片的可靠性。同時(shí)每次讀寫數(shù)據(jù)后內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量4。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第3頁(yè)2元器件介紹2.1時(shí)鐘芯片PCF8563特性概述主控芯片使用51系列AT89C51系列單片機(jī)，由先進(jìn)工藝制造。方便程序的寫入，數(shù)據(jù)保存可以達(dá)到10年。時(shí)鐘芯片采用PCF8563，其主要特性有：低工作電流：典型值為0.25A(VDD=3.0V，Tamb=25C時(shí))；世紀(jì)標(biāo)志；大工作電壓范圍：1.0V5.5V；低休眠電流：典型值為0.25A(VDD=3.0V,Tamb=25C)；400KHz的I2C總線接口(VDD=1.8V5.5V時(shí))；可編程時(shí)鐘輸出頻率為：32.768KHz，1024Hz，32Hz，1Hz；報(bào)警和定時(shí)器；掉電檢測(cè)器；內(nèi)部集成的振蕩器電容；片內(nèi)電源復(fù)位功能；I2C總線從地址：讀，0A3H；寫，0A2H。PCF8563的管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。1、PCF8563的引腳排列如圖2.1所示。其中OSCI為振蕩器輸入，OSCO為振蕩器輸出，/INT是中斷輸出，且為開漏，低電平有效。Vss接地，SDA是串行時(shí)鐘輸入，CLKOUT是時(shí)鐘輸出，VDD接正電源。圖2.1PCF8563管腳排列圖黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第4頁(yè)2、PCF8563片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。它具有16個(gè)8位寄存器、一個(gè)可自動(dòng)增量的地址寄存器、一個(gè)內(nèi)置32.768KHZ的振蕩器(帶有一個(gè)內(nèi)部集成的電容)、一個(gè)分頻器(用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘)、一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出、一個(gè)定時(shí)器、一個(gè)報(bào)警器、一個(gè)掉電檢測(cè)器和一個(gè)的I2C總線接口串行接口，每次讀寫數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。圖2.2PCF8563管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2鍵盤LED驅(qū)動(dòng)芯片ZLG72901、ZLG7290的主要特性直接驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管(1英寸以下)或64只獨(dú)立的LED；可管理多達(dá)64只按鍵，自動(dòng)消除抖動(dòng)，其中有8只可以作為功能鍵使用；段電流可達(dá)20mA，位電流可達(dá)100mA以上；利用功率電路可以方便地驅(qū)動(dòng)1英寸以上的大型數(shù)碼管；具有閃爍、段點(diǎn)亮、段熄滅、功能鍵、連擊鍵計(jì)數(shù)等強(qiáng)大功能；提供有10種數(shù)字和21種字母的譯碼顯示功能，或直接向顯示緩存寫入顯示數(shù)據(jù)；不接數(shù)碼管而僅使用鍵盤管理功能時(shí)，工作電流可降至1mA；與微控制器之間采用I2C串行總線接口，只需兩根信號(hào)線，節(jié)省I/O資源；工作電壓范圍：3.3V5.5V；工作溫度范圍：40C85C；黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第5頁(yè)封裝：DIP-24(窄體)，SOP-24。2、ZLG7290引腳及引腳說(shuō)明(1)ZLG7290采用24引腳封裝，引腳如圖2.3所示。圖2.3引腳圖(2)ZLG7290的各個(gè)引腳說(shuō)明如下表所示。表2.1引腳說(shuō)明引腳號(hào)引腳