基于单片机的多功能万年历设计.docx
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1、分摘要随着当今世界经济的快速发展和信息化时代的来临,各种各样的小型智能家电产品陆 续出现在我们的生活当中。日历是人们不可或缺的日常用品。但一般日历都为纸制用品, 使用不便,寿命不长。电子万年历是一种非常广泛的日常计时工具,它采用智能电子控制 和显示技术,改善了纸制日历的缺陷。它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时, 还具有闰年补偿等多种功能。本设计采用 STC89C52 单片机为核心,构成单片机控制电路,用 DS1302 时钟芯片计时, 完成时间的自动调整和掉电保护,DS18B20 检测温度,再经过单片机处理后把时间和温度信号通过 MAX7219 和 74HC573 驱动 20 位共阴极
2、数码管显示。日历能显示阳历和阴历年、月、日以及星期、时、分、秒、温度。该万年历设有四个按键:S1、S2、S3、S4 键,可以实现日期调整,闹钟功能,秒表功能。关键词:多功能万年历 单片机 DS1302 DS18B20 数码管-IVABSTRACTWith the rapid development of world economy and the forthcoming of information era, many kinds of mini-type intelligent domestic electric appliances appear in our life one after
3、 arenecessary daily goods in peoples life. But they are generally paper goods with inconvand short calendar is a very wide range of daily timing tool,it adopts the technology of intelligent electronic control and display, and then improves the deficiency of paper can be years, month, day, week, hour
4、, minutes and seconds for time, but also has a leap year compensation and other functions.The design adopts the core of AT89S52 single chip microcomputer, which constitutes controlling circuit,and integrates DS1302 clock chip, which achieve self-adjusting of time and no power temperature detection,
5、and then through the single-chip processing time and temperature signal and use 20 common cathode led that driven by MAX7219 and 74HC573 to calendar can display solar and lunar year, month, day, week, hour, minute, second. The calendar has four buttons: S1, S2, S3, S4, can achieve the date of adjust
6、ment, alarm function, stopwatch function.Keywords: Multi function calendar MCU DS1302 DS18B20 LED目录1 引言02 系统方案选择2控制模块2时钟模块2显示模块3温度检测模块3最终方案选择43 系统硬件电路的设计5系统核心部分STC89C52 主控模块5STC89C52 单片机特性5STC89C52 单片机引脚及功能6STC89C52 单片机最小系统设计7时钟模块9温度检测模块10键盘模块11显示模块11扬声器模块144 系统软件的设计15系统初始化15开机显示函数16DS18B20 温度检测函数16
7、DS18B20 的初始化16附录181 引言随着科技的不断进步与发展,越来越多的电子类产品变得人性化与智能化,在这种大的变化趋势下,钟表类产品当然不会示弱。本次设计的多功能万年历即为生活中随处可见的产品,不管是什么时候,时间总是很重要的,一个好的时钟类产品就是可以让人们一目了然地接受到时间的信息。而随着时代的发展,时钟类产品也从最先的机械式钟表发展出了电子类钟表,让人们的生活变的更加的便捷。本次设计的多功能万年历,以STC89C52 单片机为核心,加上 DS1302 时钟芯片和DS18B20 温度传感器,可以实现对阳历年月日星期,时间以及阴历月日和温度的显示。另外,通过本设计的 4 个按键还可
8、以实现对时间的调整,还可以实现秒表和倒计时功能,以及闹钟功能。本次设计的结构简单,计时准确,可以广泛的应用于家庭以及社会上一些需要时钟显示的场所。而且还可以被用于学校学生的兴趣设计,增强学生的动手能力,因此, 本设计具有相当重要的现实意义和实用价值。系统概述多功能万年历是一种利用数字电路计算并显示时间等数据的设备,和机械式钟表相 比,其显示更直观,计时更精确,且由于没有机械齿轮等磨损性器件,所以具有更长的使用寿命。而且万年历除了可以显示时间外还可以显示年月日星期等信息,如果加入外围器件,还可以显示温度湿度信息等等。本设计是以单片机为核心加上一些外围器件构成,其中单片机选用的是STC89C52,
9、而时钟芯片选用了 DS1302,另外加上温度传感器 DS18B20感知温度,通过程序处理后,由MAX7219和74HC573驱动20个共阴极数码管显示阳历和阴历,时间,还有温度。在本设计中共设置了四个按键,还有一个蜂鸣器模块,可以通过这四个按键实现对日历时钟信息的调整以及闹钟功能和秒表功能。同时,由于DS1302可以设置备用电池,所以可以很好的形成掉电保护,这样等再次上电后,时间就是此刻,而不用再去校时。本次设计所用功能均通过软件控制实现,电路通过5V供电,直接用手机充电器即可实现稳定工作。本设计的系统框图如图所示,设计简单,时间准确,可以广泛的应用于各种需要时钟显示的场所。-0显示电路蜂鸣器
10、电路电源电路单片机控制电路软件控制DS1302 时钟电路温度检测电路操控电路图 系统框图-52 系统方案选择由于现在市面上已经有很多电子万年历产品,且分有很多种类,它们的性能和价格都不尽相同,所以电子万年历应该如何设计才能具有竞争性就尤其重要。正确的方案选择可以使开发的难度大幅降低,这样就可以使开发周期缩短,并降低成本,使产品性能更好, 功能接地气,价格更亲民,因而使人们更容易选择这款产品,使它能更快的推向市场。根据本设计最终要实现的功能,可将本系统分为控制模块,时钟模块,显示模块及温度检测模块等。为了能较好的实现各个模块的功能,我分别考虑了以下几种方案,并通过比较分析,从中选择了性价比较高的
11、方案。控制模块方案 1:采用 STC89C52 单片机作为系统控制芯片STC89C52单片机是STC公司生产的一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器,其使用了经典的MSC-51内核,但由于做了很多的改进所以使得芯片具备了传统51单片机并不具备的功能。由于STC89C52单片机功耗低,体积较小,技术成熟,成本低,抗干扰性能好,且软件编程灵活,可利用软件编程实现各种算法和逻辑控制,在各个领域应用广泛。方案 2:采用 MSP430F169 单片机作为系统控制芯片MSP430系列单片机是美国德州仪器公司推出的一种 16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(Mixed Signal
12、 Processor)。MSP430系列单片机可以实现各种复杂的逻辑功能,它将许多功能不同的外设都集成在一块芯片上,模块多,密度高,体积小,提升了稳定性,降低了功耗,适合用于各种需要电池供电的便携式设备中。其中, MSP430F169更是具备了多种工作模式,多个串行接口,硬件乘法器,AD转换等等功能。总体而言,MSP430F169功能更强大,速度更快,与STC89C52对比来说,这些都是优势。但是,MSP430F169作为混合信号处理器,针对本次设计,许多功能未必有用,而且本次设计对处理速度的要求也不是很高,STC89C52同样可以胜任,从成本和方便调试的角度考虑, 本次设计选择方案1。时钟模
13、块方案 1:采用 STC89C52 单片机计时利用单片机的一个 16 位定时计数器使其每 200us 发生一次中断,则当中断 250*20 次后即可产生一个秒信号,然后就可以根据时间的递进关系计算出分、时、日、星期、月、年。然而用单片机实现计时,虽然不用外接时钟芯片,且充分的利用了单片机的资源,但是计时精度却不够高,容易产生误差,而且一旦掉电就会失去所有的数据。方案 2:采用 DS1302 为时钟芯片DS1302 是串行接口的时钟芯片,综合性能较好且价格便宜。其采用三线接口(时钟, 数据,复位)与单片机进行同步通信,占用资源少,计时精确。而且它采用双电源设计, 当主电源断掉时可以启用备用电源(
14、如果设置了备用电源),这样就实现了数据的掉电保护,当再次上电后,系统就可以调用到正确的时间数据。由于采用单片机计时会采用计数器,这样就占用了硬件资源,而且还需要设置中断与算法,也会占用单片机的资源,而采用 DS1302 计时单片机就可以避免计算时间所占用的资源,且 DS1302 计时更准确,又具有掉电保护,电路设计也较简单,综上所述,本次设计采用方案 2采用 DS1302 为时钟芯片。显示模块方案 1:采用 FYD12864-0402B 液晶显示模块作为显示器FYD12864-0402B 是一种具备多种接口方式,且自带字库的点阵图形液晶显示器。该显示器和其它同类型的显示器相比,不管是周边电路结
15、构设计,还是显示程序设计都要简单的多,而且它的价格也略低于相同规模的显示器。利用此显示器可以很灵活很方便的构成全中文人机交互图形界面。方案 2:采用多位 LED 数码管构成显示模块采用 LED 数码管用于显示时,虽然说显示的内容有限,但是也可以显示 0 到 9 的数字以及有限的几个英文字母,而且驱动电路和程序的设计非常简单,价格也比液晶显示器要低得多。液晶显示器可以显示很丰富的内容,且硬件设计不复杂,但是本设计中并不需要显示多么复杂的内容,而且相比数码管而言,数码管显示更加清晰易见,液晶显示器显示内容过小,对于电子万年历来说不太直观,实用价值不高。故从经济和实用的角度考虑,本次设计选择方案 2
16、.温度检测模块方案 1:采用 DS18B20 数字温度传感器作为温度检测模块DS18B20 体积小、接线少且反应灵敏,可以很方便的用于环境测温。DS18B20 是一线式数字温度传感器,只需要和单片机的一个I/O 口相连就可以实现双向通讯。它可以实现-55到+125之间的温度测量,且测温误差不超过+/。方案 2:采用 DHT11 数字温湿度传感器作为温湿度检测模块DH11 是一款可以同时测量温湿度的传感器,它采用了专用的传感和数字采集技术,具有很高的可靠性和稳定性。DH11 传感器具有响应快,抗干扰能力强,性价比高等特点,且由于其采用了单线串行接口,所以可以很方便的集成进系统,这使得它在很多苛刻
17、的场合都得到应用。DH11 可以实现 050间的温度测量以及 20-90%RH 间的湿度测量,其温度测量误差不超过+/-2,湿度测量误差不超过+/-5%RH。由于本设计暂未考虑湿度显示设计,且DS18B20 的温度检测更为精确,所以本次设计选择了方案 1,采用 DS18B20 测温。最终方案选择经过反复考虑,最终确定了如下方案: 1)采用 STC89C52 单片机作为系统控制芯片。2) 采用 DS1302 作为时钟芯片。3) 采用多位 LED 数码管构成显示模块。4) 采用 DS18B20 数字温度传感器作为温度检测模块。3 系统硬件电路的设计根据本次设计初设想要实现的功能,初步确定本系统由主
18、控模块、时钟模块、温度检测模块、键盘模块、显示模块、扬声器模块等 6 个模块构成,其电路方案构成框图如图所示。其中,主控芯片采用 STC89C52 单片机,时钟芯片采用 DS1302,温度检测器件采用DS18B20 数字温度传感器,显示模块分别由 MAX7219 和 74HC573 驱动的共 20 个 LED 数码管构成。数码管显示模块扬声器模块DS1302时钟模块STC89C52主控模块DS18B20温度检测键盘模块图 系统电路方案框图系统核心部分STC89C52 主控模块STC89C52 是一种以 8051 为内核的单片机,它具有 8 位 CPU,8KB 的 ROM,512 字节 RAM,
19、 且具有多种外设。与其它传统 51 单片机相比,具有更多功能,能满足多数对运算速度要求不高的电子产品的需求,为很多产品提供了一种性价比高的解决方案。STC89C52 单片机特性 增强型 8051 单片机,指令代码完全兼容传统 8051,可以自由选择 6T 或是 12T 时钟时钟周期。 工作电压: 工作频率范围:040MHz,相当于普通 8051 的 080MHz,实际工作频率可达 48MHz 8KB 程序存储器 512 字节 RAM 32 条 I/O 口线 ISP 程序下载,可以直接通过串口升级程序。 具有 EEPROM 功能 具有看门狗功能 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0
20、、T1、T2 外部中断 4 路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个 UART 工作温度范围:-40+85(工业级)/075(商业级) PDIP 封装STC89C52 单片机引脚及功能STC89C52 单片机的引脚分布如图所示。图 STC89C52 单片机-6STC89C52 单片机引脚功能说明:(1) VCC 和 GND 分别是 STC89C52 的电源输入端和接地端。(2) XTAL1 和 XTAL2 是单片机的时钟引脚,当采用外部时钟信号时,XTAL1 接晶振, XTAL2 悬空,当
21、采用内部时钟时,两个引脚均要接上晶振,并在晶振两端与地之间接上2033pF 的小电容,使时钟起振,并使时钟更稳定。(3) RST 为复位引脚,当需要复位单片机时,给这个引脚两个机器周期以上的高电平,即可使单片机复位。EA 引脚是单片机的外部存储允许位,当单片机只需要访问内部存储时, 直接将 EA 引脚拉高即可。ALE/PROG 和 PSEN 是单片机与外部存储通讯的引脚。(4)P0、P1、P2、P3 端口均可作普通 I/O 口使用,其中一些端口还具有第二功能,由于本次设计并没有多少涉及第二功能的使用,此处就不介绍了。STC89C52 单片机最小系统设计单片机最小系统是一个控制系统的核心,主要有
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- 基于 单片机 多功能 万年历 设计
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