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使用 8051 和 DS12C887 的数字时钟电路

在本项目中，我将向您展示如何设计一个简单的数字时钟电路，使用 8051 和 DS12C887 以及 DS1307 RTC 模块。

1. 介绍​

数字时钟使用数字显示时间，并且在许多场景中都有应用，比如汽车、火车站、住宅、办公室等，以便提供准确的时间和日期。 在此类应用中，通常我们使用 RTC（实时时钟）IC 来精确显示时间和日期。

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电路将时间显示在 LCD 上。对于此时钟，我们可以在任何时间点设置时间。 在本电路中，时钟可以工作在 24 小时制或 12 小时制，RTC 芯片通过 8051 控制器编程进行配置。

我将演示两种基于 8051 单片机的数字时钟电路：

  • 一种使用 RTC DS12C887

  • 另一种使用 RTC DS1307

2. 电路原理​

这两个电路的主要原理是 8051 控制器持续从 RTC（实时时钟）IC 中读取数据，并按正确顺序处理这些数据以在 LCD 上显示时间。

3. 电路图 —— 使用 8051 和 DS12C887 的数字时钟电路​

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3.1 电路所需元件​

  • 8051 单片机

  • 项目专用 PCB

  • 编程线缆

  • 直流电池或 12V、1A 适配器

  • DS12C887 RTC IC

  • 16x2 字母数字 LCD

  • 按钮开关 —— 4 个

  • 拨码开关 —— 3 个

  • 陶瓷电容 —— 33pF × 2

  • 12MHz 晶振

  • 电解电容 —— 10µF / 16V

  • 电阻（1/4 瓦）—— 10kΩ

  • 电位器 —— 10kΩ

  • 5V DC 电源电路

  • 单针连接导线

4. 电路设计​

电路演示了如何将 RTC IC 与 8051 控制器接口连接：

  • P0 口被用作 RTC 的数据端口

  • P2 口连接至 LCD 的数据引脚

  • 控制器的 P1.1、P1.2、P1.3 分别连接到 RS、RW、EN 引脚

  • P1.0 连接到 RTC 的 RESET 引脚

  • P1.4 和 P1.5 连接到按钮，用于设置时间

  • P1.6 配置为 START 引脚，用于运行用户设定的时间

  • P3.3 连接到按钮，用于调用 set_time 函数

5. DS12C887 实时时钟​

DS12C887 IC 在大多数应用中被广泛使用，用于提供精确的时间和日期。 该 IC 具有以下特点：

  • 提供 12 小时制和 24 小时制模式

  • 提供日历功能：日、月、年

  • 内部使用 锂电池，在断电时仍保持时间和日期更新

  • 拥有 128 字节 RAM：

    • 其中 14 字节用于时间、日期和寄存器
    • 剩余 114 字节可用于通用数据存储

控制寄存器仅在外部供电时可访问。 此 IC 需要 ≥4.25V 电源，并在外部供电 200ms 后寄存器才可访问。

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6. DS12C887 引脚说明​

  • MOT：总线类型选择引脚

    • 接 VCC → Motorola 总线模式
    • 接 GND 或悬空 → Intel 总线模式

  • AD0–AD7（4–11 引脚）：双向地址与数据线

  • GND（12 引脚）：接地

  • CS（13 引脚）：芯片选择引脚，低电平有效

  • AS（14 引脚）：高电平脉冲用于地址与数据解复用

  • R/W（15 引脚）：读写控制引脚

  • DS（17 引脚）：数据选通信号

  • RESET（18 引脚）：低脉冲复位所有中断标志，但不影响时间与日期

  • IRQ（19 引脚）：低电平中断输出

  • SQW（23 引脚）：输出方波信号

  • VCC（24 引脚）：5V 电源

7. RTC 地址映射​

DS12C887 RTC 拥有 128 字节 RAM，地址范围 00H – 7FH：

  • 00H – 09H：用于存储 时钟、日历、闹钟数据
  • 0AH – 0DH：用于 状态与控制寄存器
  • 其余地址用于 通用数据存储
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该 IC 包含 4 个主要寄存器：

  • 寄存器 A
  • 寄存器 B
  • 寄存器 C
  • 寄存器 D

这些寄存器需通过配置以获得准确的时间与日期，详细内容可参考 DS12C887 数据手册。

代码

#include<reg51.h>
#include<absacc.h>
#define dataport P2
#define port P1
#define lcdport P3
 sbit reset = port^0;
 sbit rs =port^1;
 sbit rw =port^2;
 sbit e = port^3;
 sbit dig_hr1=port^4;
 sbit dig_min1=port^5;
 sbit start=port^6;
 int  min1=0,hr1=0;
 int min0=60,hr0=25;
 unsigned char temp=60,hr,min,sec,num[60]={0x00,0x01,0x02,
	 0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0X09,0X10,0X11,0X12,0X13,
	 0X14,0X15,0X16,0X17,0X18,0X19,0X20,0X21,0X22,0X23,0X24,
	 0X25,0X26,0X27,0X28,0X29,0X30,0X31,0X32,0X33,0X34,0X35,
	 0X36,0X37,0X38,0X39,0X40,0X41,0X42,0X43,0X44,0X45,0X46,
	 0X47,0X48,0X49,0X50,0X51,0X52,0X53,0X54,0X55,0X56,0X57,
	 0X58,0X59};

 void delay(unsigned int msec )
{
	int i ,j ;
	for(i=0;i<msec;i++)
	for(j=0; j<1275; j++);
}

void lcd_cmd(unsigned char item)
{
	dataport = item;
	rs= 0;
	rw=0;
	e=1;
	delay(1);
	e=0;
	return;
} 

// function to send data
void lcd_data(unsigned char item)
{
	dataport = item;
	rs= 1;
	rw=0;
	e=1;
	delay(1);
	e=0;
	return;
}

void lcd_string(unsigned char *str)
{
	int i=0;
	while(str[i]!='\0')
	{
		lcd_data(str[i]);
		i++;
		delay(1);
	}
	return; 
}

lcd_int(int time_val)
{
	int int_amt;
	int_amt=time_val/10;
	lcd_data(int_amt+48);
	int_amt=time_val%10;	 
	lcd_data(int_amt+48);
}


void lcd()
{
	lcd_cmd(0x38);		   
	delay(5);
	lcd_cmd(0x0C);        
	delay(5);
	lcd_cmd(0x80);
	delay(5);
}

void set_rtc_time()  
{
	XBYTE[10]=0x20;
	XBYTE[11]=0x82;
	XBYTE[0]=0x00;
	XBYTE[2]=min;
	XBYTE[4]=hr;
	XBYTE[7]=0x01;
	XBYTE[8]=0x01;
	XBYTE[9]=0x10;
	XBYTE[1]=0xFF;
	XBYTE[3]=0xFF;
	XBYTE[5]=0xFF;
	XBYTE[11]=0x22;
}

void set_hr1()
{
	hr1++;
	if(hr1>23)
	hr1=0;
	lcd_cmd(0xc3);
	lcd_int(hr1);
	lcd_data(':');
	hr0=hr1;
}

void set_min1()
{
	min1++;
	if(min1>59)
	min1=0;
	lcd_cmd(0xc6);
	lcd_int(min1);
	min0=min1;
}

void set_time()	interrupt 2
{
	lcd_cmd(0x01);
	if(start==0)
	{
		lcd_string("SET TIMING");
		lcd_cmd(0xc3);
		lcd_int(hr1);
		lcd_data(':');
		lcd_int(min1);
		while(start==0)
		{
			delay(10);
			if(dig_hr1==0)
			set_hr1();
			if(dig_min1==0)
			set_min1();	 
		}
	}
	lcd_cmd(0x01);
	hr=num[hr1];
	min=num[min1];
	set_rtc_time();
	lcd_cmd(0x80);
	lcd_string("TIME:");
	hr0=25;
	min0=60;
}

bcdconv(unsigned char mybyte)
{
	unsigned char x,y;
	x=	mybyte & 0x0F;
	x=x | 0x30;
	y= mybyte & 0xF0;
	y=y>>4;
	y=y | 0x30;
	lcd_data(y);
	lcd_data(x);
}

void read_rtc_display() 
{ 

	XBYTE[11]=0x02;
	hr=XBYTE[4];
	lcd_cmd(0x85);
	//if(hr!=hr0)
	{
		bcdconv(hr);
		lcd_data(':');
		hr0=hr;
	}
	
	min=XBYTE[2];

	//if(min!=min0)
	{
		bcdconv(min);
		lcd_data(':');
		//min0=min;
	}
		sec=XBYTE[0];
	
	//if(sec!=temp)
	{
		bcdconv(sec);
		//temp=sec;
	}
}

void main()
{
	reset=1;
	lcd();
	XBYTE[10]=0x20;
	XBYTE[1]=0xFF;
	XBYTE[3]=0xFF;
	XBYTE[5]=0xFF;
	XBYTE[11]=0x02;
	lcd_cmd(0x01);
	IE=0x84;
	lcd_cmd(0x80);
	lcd_string("TIME:");
	while(1)
	{
		read_rtc_display();
	}
}

8. 使用 8051 和 DS1307 的数字时钟电路​

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8.1 所需元件​

  • 8051 单片机

  • 8051 开发板（可选）

  • 8051 编程器

  • DS1307 RTC 模块

  • 11.0592MHz 晶振（用于 8051）

  • 32.768KHz 晶振（用于 DS1307）

  • 电容：33pF × 2、10µF

  • 电阻：

    • 1kΩ × 2
    • 10kΩ × 2
    • 8 × 1kΩ 上拉电阻
    • 10kΩ 电位器

  • 3V 锂电池

  • 按钮开关

  • 16x2 LCD 显示屏

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代码

#include<reg51.h>
#include<string.h>
#define lcd P3
sbit rs=P2^0;
sbit e=P2^1;

sbit c=P0^0;
sbit d=P0^1;

void delay (int);
void cmd (unsigned char);
void display (unsigned char);
void string (char *);
void init (void);

void i2c_start (void);
void i2c_stop (void);
void i2c_write (unsigned char);
unsigned char i2c_read (void);
void i2c_ack (void);
void i2c_noack (void);
void write (unsigned char, unsigned char, unsigned char);
unsigned char read (unsigned char, unsigned char);
void set_time (unsigned char, unsigned char, unsigned char);


int no[10]={48,49,50,51,52,53,54,55,56,57};
unsigned int temp1[3]=0;

void delay (int d)
{
	unsigned char i=0;
	for(;d>0;d--)
	{
		for(i=250;i>0;i--);
		for(i=248;i>0;i--);
	}
}

void cmd (unsigned char c)
{
	lcd=c;
	rs=0;
	e=1;
	delay(5);
	e=0;
}
void display (unsigned char c)
{
	lcd=c;
	rs=1;
	e=1;
	delay(5);
	e=0;
}
void string (char *p)
{
	while(*p)
	{
		display(*p++);
	}
}
void init (void)
{
	cmd(0x38);
  cmd(0x0c);
	cmd(0x01);
  cmd(0x80);
}


void i2c_start (void)
{
  c=1;
	d=1;
	delay(1);
	d=0;
	delay(1);
}

void i2c_stop (void)
{
	c=0;
		delay(1);
	d=0;
		delay(1);
	c=1;
		delay(1);
	d=1;
		delay(1);
}
void i2c_write (unsigned char a)
{
	char j;
	for(j=0;j<8;j++)
	{
		c=0;
		d=(a&0x80>>j)?1:0;
		c=1;
	}
}
unsigned char i2c_read (void)
{
	char j;
	unsigned char temp=0;
	for(j=0;j<8;j++)
	{
		c=0;
		if(d)
		 temp=temp|(0x80>>j);
		c=1;
	}
	return temp;
}
void i2c_ack (void)
{
	c=0;
	delay(1);
	d=1;
	delay(1);
	c=1;
	delay(1);
	while(d==1);
	c=0;
	delay(1);
}
void i2c_noack (void)
{
	c=0;
	delay(1);
	d=1;
	delay(1);
	c=1;
	delay(1);
	
}

void write (unsigned char sa, unsigned char w_addr, unsigned char dat)
{
	i2c_start();
	i2c_write(sa);
	i2c_ack();
	i2c_write(w_addr);
  i2c_ack();
  i2c_write(dat);
  i2c_ack();
	i2c_stop();
  delay(10);
}
unsigned char read (unsigned char sa, unsigned char w_addr)
{
	unsigned char buf=0;
	i2c_start();	
	i2c_write(sa);
	i2c_ack();
	i2c_write(w_addr);
	i2c_ack();
	i2c_start();
	i2c_write(sa|0x01);
	i2c_ack();
	buf=i2c_read();
	i2c_noack();
	i2c_stop();
  return buf;
}
void set_time (unsigned char hour, unsigned char min, unsigned char sec)
{
	unsigned int temp[3];
	temp[0]=(((unsigned char)(sec/10))<<4)|((unsigned char)(sec%10));
	temp[1]=(((unsigned char)(min/10))<<4)|((unsigned char)(min%10));
	temp[2]=(((unsigned char)(hour/10))<<4)|((unsigned char)(hour%10));
	write(0xd0,0x00,temp[0]);
	write(0xd0,0x01,temp[1]);
	write(0xd0,0x02,temp[2]);
}


void main()
{
  unsigned char temp=0;
	init();
  string("  Digital Clock ");
	cmd(0xc0);
	string("   using 8051   ");
		
	delay(3000);
	cmd(0x01);
  set_time(12,59,51);
	delay(500);
	while(1)
	{
	cmd(0x80);
	temp=read(0xd0,0x00);
	temp1[0]=((temp&0x7F)>>4)*10 + (temp&0x0F);
	temp=read(0xd0,0x01);
	temp1[1]=(temp>>4)*10 + (temp&0x0F);
	temp=read(0xd0,0x02);	
	temp1[2]=(temp>>4)*10 + (temp&0x0F);
		
       display(no[(temp1[2]/10)%10]);
	     display(no[temp1[2]%10]);
		   display(':');
		   display(no[(temp1[1]/10)%10]);
	     display(no[temp1[1]%10]);
		   display(':');
		   display(no[(temp1[0]/10)%10]);
	     display(no[temp1[0]%10]);
		
  }
	while(1);
}

9. 如何操作​

  1. 首先将程序烧录到 8051 单片机

  2. 根据电路图连接元件

  3. 接通主电源

  4. 打开 LCD，可以看到当前时间显示

  5. 若需要设置时间：

    • 将 START 引脚置低
    • 按下 P3.3 上的按钮
    • LCD 显示 “Set Time”
    • 使用连接到 P1.4 的按钮设置小时
    • 使用另一按钮设置分钟

  6. 将 START 引脚置高，时钟开始运行

10. 电路应用​

  • 可用于办公室、住宅、酒店、汽车等场景
  • 本项目可通过小幅修改支持 闹钟功能