单片机技术万年历项目设计方案.docx

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单片机技术万年历项目设计方案

单片机技术万年历项目设计方案

1绪论

1.1背景及意义

在当代繁忙的工作生活中，时间与我们每一个人都有非常密切的关系，每个人都受时间的影响。

随着社会科技的发展，人类得知时间，能够了解其他与人类密切相关的信息，比如温度，星期等。

电子万年历诞生了，它集时间、日期、星期和温度功能于一身，具有读取方便、电路简洁等诸多优点。

随着大规模集成电路的出现，给人类生活带来了许多改变。

尤其是单片机技术，嵌入式产品的普及，各类应用产品已经走进千家万户。

电子万年历的出现给人们的生活带来了诸多的方便，现在内嵌于各种电子产品中，具有广阔的市场前景。

目前的万年历功能扩展了诸如定时自动报警、闹钟、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烤箱、开断各种家庭电气等。

但是所有的功能，都是以钟表数字化为基础的。

因此，万年历的扩展功能及其应用十分丰富。

中国电子产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理，产业集中于劳动密集型产品。

技术密集型产品明显落后于发达国家。

生产要素决定性作用正在削弱，产业能源消耗大、产出率低、坏境污染等。

随着科技的快速发展，时间的流逝，从观太阳，摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。

它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能。

对于电子万年历采用直观的LCD液晶显示，可同时显示年、月、日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。

此万年历具有读取方便，显示直观，功能多样，电路简洁，成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。

1.2设计主要工作

万年历系统基本方案选择与论证，硬件电路的设计与实物制作，各模块软件编写与调试等是设计的几个主要工作。

分别要对核心控制芯片、显示器、温湿度传感器、时钟芯片、控制键盘等进行选择论证，得出最终总体设计方案。

硬件电路以AT89S52单片机最小系统做基础，外加多个相应扩展电路模块，构成万年历系统。

外围模块分别是ISP下载模块、LCD12864液晶显示器模块、DS1302时钟模块、DHT11温湿度传感模块、红外遥控模块（接收电路模块,传输电路模块,中央控制器（8031）,信号调理电路模块,数据存储和应用程序）等。

软件采用C语言程序设计，对各模块用Keil软件在计算机上分别进行设计调试，得出结果。

各模块软件设计成功之后，再对其进行模块化，最终将各模块组合得到系统总的软件设计程序。

2设计思想与方案

2.1设计思想

万年历是单片机控制技术的一个具体应用，为了实现系统的大众化，界面的友好性出发。

主要研究内容包括以下几个方面：

（1）根据选用的万年历设计外围电路确定单片机接口电路。

（2）在硬件设计时，结构要尽量简单实用、易于实现，使系统电路尽量简单。

（3）在设计时尽可能减小硬件电路的复杂度，能用程序设计实现就采用程序设计进行。

（4）根据硬件电路，在万能板上完成器件的焊接。

（5）根据单片机的接口电路，编写控制AT89S52芯片的程序。

（6）通过编程、编译、调试，把程序烧入单片机上运行，并测试其功能。

（7）在软件程序设计时，尽量考虑提高人机交互界面的友好，方便用户操作等因素。

2.2设计方案及原理

按照系统设计的要求和功能，将系统分为单片机模块、下载电路、复位电路、晶振电路、LCD显示模块、电源电路几个模块，系统框图如图1所示。

图1系统框架图

万年历系统的工作原理：

单片机控制电路，显示电路以及红外遥控电路。

由单片机控制的万年历以及时间显示，当时间及秒计数计满60时就向分进位，分计数器计满60分后向时计数器进位，小时计数器按“24翻1”规律计数。

时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。

当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。

时计数器计满24小时后自动向日计数器进一，日计数器由平年、闰年的28/30/31对大、小月和二月的判断应与当月相应的日期相一致，当日计数器计满时，向月计数器进位，月计数器计满12月向年计数器进位，当年计数器计满100时所以计数器清零。

设计采用的是年、月、日和时、分、秒、星期显示，所以在单片机通过对数据处理进行同时在液晶上显示。

3系统硬件的设计

3.1主要器件介绍

3.1.1AT89S52单片机

AT89S52单片机是Atmel公司制造的，其片内ROM全部采用Flash存储器,具有8KBROM存储空间，可以工作在3V的超低电压环境中，并且与MCS-51系列单片机完全兼容，它具备ISP在线编程技术，可以实现在设计中对修改后程序擦除与烧入。

设计采用的是双列直插式AT89S52单片机，并运用活扣锁紧座，方便对芯片进行拔插，以防止对芯片的机械损坏，方便设计使用。

AT89S52单片机共40个引脚，4个I/O口线，每个口线都有8位，同时具有3个定时器/计数器，2个数据指针，串行通信线路形式是全双工形式。

除此之外，单片机还有两种节电模式。

在空闲模式情况下，CPU是停止工作的，但是其内部模块仍然可以继续工作，如RAM、定时器/计数器、串口以及中断等都可以工作。

在使用掉电保护情况下，单片机会把RAM的内容保存好，振荡器将会停止工作，这就意味着单片机会停止所有工作，要想重新开始工作就要等到下一个中断或者硬件复位信号到来。

如图2为AT89S52单片机的引脚图。

图2AT89S52单片机的引脚图

3.1.2LCD12864液晶显示屏

LCD12864显示屏是FYD12864-0402B型一种，它本身不能发光显示，显示原理是反射自然光而形成字符显示。

液晶显示模块有多种接口方式，如：

2线或3线串行以及4位或8位并行等接口方式，它的PSB引脚可控制并行和串行通信方式，PSB引脚接高电平进行并行通信，接低电平进行串口通信，通过对其灵活的接线和指令操作就能完成。

内部配置了16*16点的汉字共8192个,此外,还配置了8个6*8分ASCII字符集、内部存在的简化汉字点阵图形都是属于国家一级和二级标准的,显示分辨率为128*64。

液晶显示屏显示字符方便人们清晰地观察，并可对其软硬件进行方便的调试工作。

通过各方面比较，其硬件电路的搭建也比其他相同类型的显示器电路要简单，价格也较便宜，并且它还具有低电压、低功耗、高清显示等显著优点。

实物图外观如图3所示。

图3LCD12864液晶显示屏

3.1.3DS1302时钟芯片

DS1302芯片来产自DALLAS公司,设计中使用3.6V锂电池对其涓流充电提供电源。

它共有八个引脚，各引脚分别是供电、连接外部时钟信号、接收复位信号、与单片机进行串口通信等功能，与单片机相连的引脚有三个，分别是CE复位引脚，I/O数据线引脚和CLK串行时钟引脚。

它内部具有完整的时钟和日历以及31字节静态RAM等信息，通过单片机与其通信，采集时间数据，然后对数据进行处理，就能得到各种时间信息。

时钟有12/24小时格式，通过对AM/PM进行指示，就能选择想要设定的格式，一般选用24小时制。

DS1302时钟芯片的最大特点之一，是它除了能对每个月的天数进行调整，还能对闰年天数进行自动调整，这样就减少了软硬件上的复杂度。

硬件设计比较简单，只需给DS1302芯片提供工作的正常电压和正常时钟信号即可。

并且它还具有高精度、低功耗等特点，在进行工作时功耗小于1mW。

它的引脚图排列如图4所示。

图4DS1302引脚图

3.1.4HS0038红外接收头

红外接收头HS0038采用一体化设计，具有对信号放大、检波、整形等一系列功能，从而产生需要的TTL电平的编码信号。

它采用黑色环氧树脂封装，日光、紫外光、电灯荧光等自然光源对其一般产生不了干扰。

同时它还具有磁屏蔽功能，其周围的磁场对其也没有影响。

以上设计使它具有非常高的灵敏度，还能接收较远距离的信号，一般接收距离可达35m左右。

它有三个引脚，分别是接5V电源、接地以及解调信号输出引脚。

它的管脚排列如图5所示。

图5HS0038管脚图

图5蜂鸣器

3.2硬件单元电路的设计

3.2.1直流稳压电源电路

万年历系统的各个模块的功能实现首先必须要有一个稳定可靠的电源，能够让各个模块稳定的工作。

为了能方便获取所需电压+5V，采用变压器将市电电压降压至12V交流电，然后通过整流、滤波、稳压、滤波给系统提供稳定的电源。

电路原理图详见附录。

电源电路先选用电源变压器变比K=220V/12V，将电网电压降到12V，降压后的交流电压通过整流电路变换为单向脉动电压。

其整流元件如：

晶体二极管、电子二极管或晶闸管等构成整流桥（选取全桥正向电流为2A，耐压值为25V即可）。

整流后的电压再经过滤波器减小其脉动程度以符合负载的需要。

滤波电路一般由电容（取2200pF即可）组成，利用电容充放电的原理把脉动电压中大部分纹波加以滤除得到较平滑的直流电压。

将滤波后的直流电压通过稳压电路，一般采用稳压芯片（LM7805等）的方式以得到稳定的直流输出电压。

最后在经过一道滤波电路（一般取0.1μF电容）使得电压的纹波更加稳定。

3.2.2AT89S52单片机最小系统

一块单片机的最小系统包括：

一个可靠的电源（直流稳压电源）、一个稳定的晶体震荡电路、复位电路、下载电路。

通过以上组合的单片机系统才能正常的按照所写的程序来执行操作。

（1）下载电路

万年历系统选择的单片机是AT89S52，所以下载方式为ISP下载，即在线编程，可直接将单片机电路制作好，通过计算机完成烧写程序。

同时也可以采用下载电路对系统供电。

ISP下载是基于串行传输方式，并且符合SPI协议。

下载电路如图6所示。

图6ISP下载电路

（2）晶振电路

单片机只有满足相应的时钟信号才能进行工作，晶振电路结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

通过在AT89S52的X1、X2引脚上接入12MHz的石英晶振外加两个负载电容器（电容器根据经验一般取30pF）组成的电路为单片机提供时钟信号。

采用12MHz的晶振能更好的实现对万年历的走时功能，所以使用12MHz的晶体晶振为系统单片机提供必要的时钟信号。

时钟电路如图7所示。

图7晶振电路

（3）复位电路

单片机复位有上电复位、按键复位，当出现死机和运行错误的时候一般采用按键方式对单片机进行复位操作。

万年历的复位信号产生使用上电加按键复位，当系统上电时，按键并联的电解电容（取22μF）开始充电，单片机复位引脚为高电平，电容充电完成后由于电容的特性，复位引脚被下拉电阻（取1KΩ）拉为低电平。

根据电容容值的选择可确定电容充电时间，完成复位操作。

往后系统正常运行，可使用按下按键由电阻（200Ω和1KΩ）分压得到约4.17V的电压，符合TTL（Transistor-TransistorLogic，晶体管-晶体管逻辑电平）逻辑高，使得复位引脚进行复位操作。

复位电路图如图8所示。

图8复位电路

3.2.3红外模块电路

红外模块电路由红外发射电路、红外接收电路和红外遥控器组成。

红外发射电路部分由一个发射管、2个9012三极管和4个4.7K的电阻组成，发射管在发射数据的过程中，将会达到几十mA的电流，也就是说发射功率会达到mW级。

但是其自身并不能达到发射功率的要求，还需要借助9012三极管，放大电流驱动红外发射管，才能达到基本发射要求。

一般情况下，信号会被调制在38KHz的载波上，然后，由红外发射管将已调制的信号发送出去。

故载波由单片机定时器产生提供。

红外接收电路部分由1个红外接收器、1个100UF电解电容、1个200Ω电阻和1个100UF的瓷片电容组成。

其采用的集成红外接收器,即一体化红外信号接收头HS0038。

它集红外接收、放大信号、信号整形与处理功能于一身。

通常不需要外部其他设备，就能实现红外接收等工作。

例如：

输出TTL电平。

它只有3个引脚，分别是