万年历电子系统设计方案.docx
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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FlashROM，部具有4KBROM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FlashROM；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8KBROM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EEROM24C02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E2ROM1602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-3DS18B20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
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。
2.3.6rom模块
采用E2ROM24C02，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：
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
[1]郭天翔.新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全..电子工业2009.1
[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2008.12
[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
附录一、原理图与PCB图
附录二、试验程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
bitwrite=0;
sbitsda=P2^3;
sbitscl=P2^4;
sbitp1=P1;
sbitrs=P2^2;
sbitrw=P2^1;
sbitlcden=P2^0;
sbits1=P1^0;
sbits2=P1^1;
sbits3=P1^2;
sbits4=P1^3;
sbits5=P1^4;
sbitrd=P3^7;
sbitbeep=P2^3;
sbitguanjiao=P3^4;
sbitdeng=P1^5;
ucharcount,s1num;
uintshi1,shi2,shi3,shi4,shi5,shi6;
charmiao,shi,fen;
uintsetshi,setfen;
uintri,yue,nian,nian1;
ucharcodetable[]="2012-04-20";
uintshi1=0;
uintfen1=0;
ucharflag;
/**************************************AT24C02C芯片*****************************************************/
voidflash（）
{;;}
voidstart（）//开始信号
{sda=1;
flash（）;
scl=1;
flash（）;
sda=0;
flash（）;}
voidstop（）//停止
{sda=0;
flash（）;
scl=1;
flash（）;
sda=1;
flash（）;}
voidrespons（）//应答
{uchari;
scl=1;
flash（）;
while（（sda==1）&&（i<250））i++;
scl=0;
flash（）;}
voidinit（）
{sda=1;
flash（）;
scl=1;
flash（）;}
voidwrite_byte（uchardate）
{uchari,t;
t=date;
for（i=0;i<8;i++）
{t=t<<1;
scl=0;
flash（）;
sda=CY;
flash（）;
scl=1;
flash（）;}
scl=0;
flash（）;
sda=1;
flash（）;}
ucharread_byte（）
{uchari,k;
scl=0;
flash（）;
sda=1;
flash（）;
for（i=0;i<8;i++）
{scl=1;
flash（）;
k=（k<<1）|sda;
scl=0;
flash（）;}
returnk;}
voidwrite_add（ucharaddress,uchardate）
{start（）;
write_byte（0xa0）;
respons（）;
write_byte（address）;
respons（）;
write_byte（date）;
respons（）;
stop（）;}
ucharread_add（ucharaddress）
{uchardate;
start（）;
write_byte（0xa0）;
respons（）;
write_byte（address）;
respons（）;
start（）;
write_byte（0xa1）;
respons（）;
date=read_byte（）;
stop（）;
returndate;}
voiddelay（uintz）
{uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;}
voiddi（）
{beep=0;
delay（100）;
beep=1;}
voidwrite_（uchar）
{rs=0;
lcden=0;
P0=;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;}
voidwrite_date（uchardate）
{rs=1;
lcden=0;
P0=date;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;}
voidwrite_sfm（ucharadd,uchardate）
{ucharsh,ge;
sh=date/10;
ge=date%10;
write_（0x80+0x40+add）;
write_date（0x30+sh）;
write_date（0x30+ge）;}
voidwrite_sfm1（ucharadd,uchardate）
{ucharsh,ge;
sh=date/10;
ge=date%10;
write_（0x80+add）;
write_date（0x30+sh）;
write_date（0x30+ge）;}
voidinit0（）
{ucharnum;
//P1=0x0f;
rd=0;
rw=0;
lcden=0;
count=0;
s1num=0;
guanjiao=0;
init（）;
write_（0x38）;
write_（0x0c）;
write_（0x06）;
write_（0x01）;
write_（0x80+4）;
write_date（'-'）;
delay（5）;
write_（0x80+0x40+2）;
write_date（':
'）;
write_（0x80+7）;
write_date（'-'）;
delay（5）;
delay（5）;
write_（0x80+0x40+5）;
write_date（':
'）;
delay（5）;
write_（0x80+0x40+12）;
write_date（':
'）;
delay（5）;
miao=read_add
（1）;
fen=read_add
（2）;
shi=read_add（3）;
ri=read_add（4）;
yue=read_add（5）;
nian=read_add（6）;
nian1=read_add（7）;
fen1=read_add（8）;
shi1=read_add（9）;
write_sfm（6,miao）;
write_sfm（3,fen）;
write_sfm（0,shi）;
write_sfm1（8,ri）;
write_sfm1（5,yue）;
write_sfm1（2,nian）;
write_sfm1（0,nian1）;
write_sfm（13,fen1）;
write_sfm（10,shi1）;
TMOD=0x01;
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;}
voidkeyscan（）
{if（s1==0）
{delay（5）;
if（s1==0）
{s1num++;
while（!
s1）;
di（）;
if（s1num==1）
{TR0=0;
write_（0x80+0x40+6）;
write_（0x0f）;}
if（s1num==2）
{write_（0x80+0x40+3）;}
if（s1num==3）
{write_（0x80+0x40+0）;}
if（s1num==4）
{write_（0x80+8）;}
if（s1num==5）
{write_（0x80+5）;}
if（s1num==6）
{write_（0x80+2）;}
if（s1num==7）
{write_（0x80）;}
if（s1num==8）
{write_（0x80+0x40+13）;}
if（s1num==9）
{write_（0x80+0x40+10）;}
if（s1num==10）
{s1num=0;
TR0=1;
write_（0x0c）;}}}
if（s1num!
=0）
{if（s2==0）
{delay（5）;
if（s2==0）
{while（!
s2）;
di（）;
if（s1num==1）
{miao++;
if（miao==60）
miao=0;
write_sfm（6,miao）;
write_（0x80+0x40+6）;
write_add（1,miao）;}
if（s1num==2）
{fen++;
if（fen==60）
fen=0;
write_sfm（3,fen）;
write_（0x80+0x40+3）;
write_add（2,fen）;}
if（s1num==3）
{shi++;
if（shi==24）
shi=0;
write_sfm（0,shi）;
write_（0x80+0x40+0）;
write_add（3,shi）;}
if（s1num==4）
{if（（（nian1*100+nian）%4==0&&（nian1*100+nian）%100!
=0）||（nian1*100+nian）%400==0）
{gotoll1;}
if（yue==2）
{ri++;
if（ri==29）
ri=1;
write_sfm1（8,ri）;
write_（0x80+8）;
write_add（4,ri）;
gotoll2;}
ll1:
if（yue==2）
{ri++;
if（ri==30）
ri=1;
write_sfm1（8,ri）;
write_（0x80+8）;
write_add（4,ri）;}
ll2:
if（yue==1||yue==3||yue==5||yue==7||yue==8||yue==10||yue==12）
{ri++;
if（ri==32）
ri=1;
write_sfm1（8,ri）;
write_（0x80+8）;
write_add（4,ri）;}
if（yue==4||yue==6||yue==9||yue==11）
{ri++;
if（ri==31）
ri=1;
write_sfm1（8,ri）;
write_（0x80+8）;
write_add（4,ri）;}}
if（s1num==5）
{yue++;
if（yue==13）
yue=1;
write_sfm1（5,yue）;
write_（0x80+5）;
write_add（5,yue）;}
if（s1num==6）
{nian++;
if（nian==100）
nian=0;
write_sfm1（2,nian）;
write_（0x80+2）;
write_add（6,nian）;}
if（s1num==7）
{nian1++;
if（nian1==100）
nian1=0;
write_sfm1（0,nian1）;
write_（0x80）;
write_add（7,nian1）;}
if（s1num==8）
{fen1++;
if（fen1==60）
fen1=0;
write_sfm（13,fen1）;
write_（0x80+0x40+13）;
write_add（8,fen1）;}
if（s1num==9）
{shi1++;
if（shi1==24）
shi1=0;
write_sfm（10,shi1）;
write_（0x80+0x40+10）;
write_add（9,shi1）;}}}
if（s3==0）
{delay（5）;
if（s3==0）
{while（!
s3）;
di（）;
if（s1num==1）
{miao--;
if（miao==-1）
miao=59;
write_sfm（6,miao）;
write_（0x80+0x40+6）;
write_add（1,miao）;}
if（s1num==2）
{fen--;
if（fen==-1）
fen=59;
write_sfm（3,fen）;
write_（0x80+0x40+3）;
write_add（2,fen）;}
if（s1num==3）
{shi--;
if（shi==-1）
shi=23;
write_sfm（0,shi）;
write_（0x80+0x40+0）;
write_add（3,shi）;}
if（s1num==4）
{if（（（nian1*100+nian）%4==0&&（nian1*100+nian）%100!
=0）||（nian1*100+nian）%400==0）
{gotolll1;}
if（yue==2）
{ri--;
if（ri==-1）
ri=28;
write_sfm1（8,ri）;
write_（0x80+8）;
write_add（4,ri）;
gotolll2;}
lll1:
if（yue==2）
{ri--;
if（ri==-1）
ri=29;
write_sfm1（8,ri）;
write_（0x80+8）;
write_add（4,ri）;}
lll2:
if（yue==1||yue==3||yue==5||yue==7||yue==8||yue==10||yue==12）
{ri--;
if（ri==-1）
ri=31;
write_sfm1（8,ri）;
write_（0x80+8）;
write_add（4,ri）;}
if（yue==4||yue==6||yue==9||yue==11）
{ri--;
if（ri==-1）
ri=30;
write_sfm1（8,ri）;
write_（0x80+8）;
write_add（4,ri）;}}
if（s1num==5）
{yue--;
if（yue==-1）
yue=12;
write_sfm1（5,yue）;
write_（0x80+5）;
write_add（5,yue）;}
if（s1num==6）
{nian--;
if（nian==-1）
nian=99;
write_sfm1（2,nian）;
write_（0x80+2）;
write_add（6,nian）;}
if（s1num==7）
{nian1--;
if（nian1==-1）
nian1=99;
write_sfm1（0,nian1）;
write_（0x80
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