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