万年历电子系统设计方案

万年历电子系统设计方案

一、设计要求与方案论证

1.1 项目设计容、功能、指标：

（１）基本要求

① 具有年、月、日、时、分、秒等功能；

② 具有自动判别闰年闰月的功能

③ 有一路闹钟

( 2 ) 创新要求

① 具有闹钟功能，时间到后蜂鸣器响，led灯亮。

② 设置的时间日期掉电不丢失

③ 具有温度计功能；

1.2项目设计方案和比较

1.2.1单片机芯片的选择方案和论证：

方案一:

采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51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STC89C52,片ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片部存储器为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。

所以选择采用AT89S52作为主控制系统.

1.2.2 显示模块选择方案和论证：

方案一：

采用Lcd液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见。

方案二：

采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示.

方案三：

采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。

由于显示的容较多，采用led数码管不方便，所以采用了LCD液晶作为显示。

1.2.3时钟芯片的选择方案和论证：

方案一：

直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。

方案二：

采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的RAM做为数据暂存区，工作电压2.5V～5.5V围，2.5V时耗电小于300nA，但成本高。

最终确定采用方案一，直接用单片机定时器提供秒信号。

１.2.4温度传感器的选择方案与论证:

方案一：

使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。。此设计方案需用A/D转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。

方案二：

采用数字式温度传感器DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除A/D模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量围广等优点。

最终采用DS18B20。

1.2.5 掉电不丢失

采用EEROM 24C02存储设定的时间日期，实现掉电不丢失。

1.3 电路设计最终方案决定

综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用STC89C52作为主控制系统；单片机计数器提供时钟；数字式温度传感器18B20；LCD液晶屏作为显示；用独立按键控制时间的调整、闹钟的设定。

二.系统的硬件设计与实现

2.1 电路设计框图

2.2 系统硬件概述

本电路是由STC89C52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压

STC89C52主控制模 块 单片机内部计数器定时 LCD液晶显示模块

温度采集模块 键盘模块 1602 E2ROM 工作；时钟电路由单片机部计数器构成，每计1秒，产生一个终断，提供秒信号；采用E2ROM

1602存储，掉电不丢失；温度的采集由DS18B20构成；显示部份由液晶显示屏1602构成。

2.3 主要单元电路的设计

2.3.1单片机主控制模块的设计

stc89c52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。

单片机的最小系统如下图所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片它是振荡器倒相放大器的输出.第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端. 如图-1 所示

图-1 主控制系统

2.3.2温度采集模块设计

如图-3所示。采用数字式温度传感器DS18B20，它是数字式温度传感器，具有测量精度高，电路连接简单特点，此类传感器仅需要一条数据线进行数据传输，使用Ｐ2.7与DS18B20的I/O口连接加一个上拉电阻,Vcc接电源,1管脚接地。

图-3 DS18B20温度采集

2.3.3部计数器

用计数器的工作方式一，采用16位加一计数器， THx8位和TLx8位组成16位加1计数器，计数外部脉冲个数：1～65536(216)，计数的最大值为65536，定时时间(若T=1ms)：1ms～(65536×T=65.54ms)。

计数器工作原理框图如下

2.3.4 显示模块的设计

显示模块通过一块16脚的LCD1602组成。其中1、2脚接地，7、9、11分别接一个I/O口用于控制液晶的显示，13--28接P0的8个I/O口用于数据传输，29、31用于控制液晶的背光。如下图所示 振荡器 ?12TFx &≥11THxTLx&Tx引脚GATEINTxTRx启动控制C/T=0C/T=1加1脉冲溢出ETx中断允许中断请求D15 D8D7 D0（定时）（记数）（8位）（8位）fosc

基本操作时序表

读写操作时序如图所示：

图 读操作时序

图 写操作时序

2.3.5 按键模块的设计

采用独立按键控制，上拉电阻接Vcc，按键为低电平有效。

2.3.6 蜂鸣器模块的设计

蜂鸣器需要用三极管驱动才能工作，高电平有效。

2.3.6 rom模块

采用E2ROM 24C02，存储时间设置，

可以起到掉电不丢失的作用。

2.3.7 串口下载模块

采用芯片max232，在pcb板上设计串口，接单片机的txd和rxd，用于下载程序。

三、系统的软件设计

实验程序流程图如下所示：

S4按?下？ S5按?下？

时间继续走 灯灭，蜂鸣器停 开始

T0初始化

时间显示

S3按?

减一

N=最大值 ?

继续切换 S2按?

加一

N=最大值 ?

继续切换 S4按?

加一

N=最大值 ?

继续切换 四、 调试过程和测试方法

调试过程：

1、首先在一块单片机开发板上调用相应的模块，调试程序，这主要是软件调试，软件调试正确后，按照原理图将所需模块用DXP软件画pcb板并完成腐蚀和焊接。

2、检测串口是否能够下程序

3、 检测晶振工作频率是否正常

4、检测按键按下前后输出端点评是否正常

5、正确下进程序之后，发现液晶显示屏始终无法显示字符，这是调节液晶1602 的5管脚相连的滑动变阻器，直至能够显示字符。

6、在设定时间的时候，光标闪烁显示正在设置的是哪一位，但加上温度显示后，由于温度随时在采样并显示，所以出现了温度与时间抢光标的情况，而更加糟糕的是，由于不同模块间的相互干扰，加上温度后，时间经常会终止，这是用单片机部计数器定时的弊端，如果用时钟芯片，应该可以避免这种现象。最终只能去掉温度显示模块。

结果测试：

最终可以实现年、月、日、时、分、秒的显示和闹钟功能，可以判断闰年闰月，时间可以设定。按下s1进入时间设定模式，此时再按键s1可以切换要设置的是哪一位，多次按s1，依次可以设定秒、分、时、日、月、年的低2位、年的高2位、时钟的分、时钟的时，按键s2使被设置位的数值增加，按键s3使被设置位的数值减小，按键s4使液晶显示从时间设定模式转换为正常走时模式。闹钟所设定的时间到后，蜂鸣器响，led灯亮，这里的led灯代表一个驱动，比如家里的电饭煲，当时间到的时候，可以自动启动，此时按下按键s5，蜂鸣器停止鸣叫，led灯灭。掉电后，设定的时间不会丢失，再次开机，仍未原关机前的时间。此外，串口工作正常。

五、 参考文献

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[2] 罗杰 .电子线路设计实验测试. 电子工业 2008年4月

[3] 江志红 51单片机技术与应用系统开发 案例精选 清华大学

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[3] 居义 单片机课程设计指导 清华大学 2009.9

[3] 宋戈 51单片机应用开发例大全 人民邮电 2008.12