基于51單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)

摘 要：電子萬(wàn)年歷是單片機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用，由硬件和軟件相配合使用。硬件由主控器、時(shí)鐘電路、溫度檢測(cè)電路、顯示電路、鍵盤接口5個(gè)模塊組成。主控模塊用AT89C52、時(shí)鐘電路用時(shí)鐘芯片DS1302、顯示模塊用LED數(shù)碼管、溫度檢測(cè)采用DS18B20溫度傳感器、鍵盤接口電路用普通按鍵接上拉電阻完成；軟件利用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序控制。單片機(jī)通過(guò)時(shí)鐘芯片DS1302獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，DS18B20采集溫度信號(hào)送該給單片機(jī)處理，單片機(jī)再把時(shí)間數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)送給74LS154譯碼，然后通過(guò)三極管C9015放大驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示陽(yáng)歷年、月、日、時(shí)、秒、鬧鐘、星期、溫度。

關(guān)鍵詞：電子萬(wàn)年歷；單片機(jī)；溫度傳感器；時(shí)鐘；數(shù)碼顯示

1引言

隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，家用電子產(chǎn)品不但種類日益豐富，而且變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用，單片微型計(jì)算機(jī)體積小、性價(jià)比高、功能強(qiáng)、可靠性高等獨(dú)有的特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

2方案論證與設(shè)計(jì)

2.1控制部分的方案選擇

（1）用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)。可采用ALTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。設(shè)計(jì)起來(lái)結(jié)構(gòu)清晰，各個(gè)模塊，從硬件上設(shè)計(jì)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制與顯示的模塊間的連接也會(huì)比較方便。但是考慮到本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，EDA在功能擴(kuò)展上比較受局限，而且EDA占用的資源也相對(duì)多一些。從成本上來(lái)講，用可編程邏輯器件來(lái)設(shè)計(jì)也沒有什么優(yōu)勢(shì)。

（2）用凌陽(yáng)16位單片機(jī)設(shè)計(jì)。凌陽(yáng)16位單片機(jī)有豐富的中斷源和時(shí)基，方便本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。它的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，并且C語(yǔ)言和匯編兼容的編程環(huán)境也很方便來(lái)實(shí)現(xiàn)一些遞歸調(diào)用。I/O口功能也比較強(qiáng)大，方便使用。用凌陽(yáng)16位單片機(jī)做控制器最有特色的就是它的可編程音頻處理，可完成語(yǔ)音的錄制播放和識(shí)別。這些都方便對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行擴(kuò)展，使設(shè)計(jì)更加完善。成本也相對(duì)低一些。但是，在控制與顯示的結(jié)合上有些復(fù)雜，顯示模組資源相對(duì)有限，而且單片機(jī)的穩(wěn)定性不是很高。

（3）主控芯片使用51系列AT89C52單片機(jī)，時(shí)鐘芯片用美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的時(shí)鐘DS1302。采用DS1302作為主要計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。更重要的是，DS1302可以在很小電流的后備電源（2.5～5V電源，在2.5V時(shí)耗電小于300nA）下繼續(xù)計(jì)時(shí)，停電后時(shí)鐘無(wú)需重新調(diào)整，并可編程選擇多種充電電流來(lái)對(duì)后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電，還可自設(shè)鬧鈴，陽(yáng)歷、星期與年月日自動(dòng)對(duì)應(yīng)。本系統(tǒng)采用了此方案。

2.2測(cè)溫部分的方案選擇

（1）在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要乃至溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜，制作成本高。

（2）與前面相比，采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55～125°C，最大分辨率可達(dá)0.0625°C。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。

2.3顯示部分的方案選擇

（1）液晶顯示方式。液晶顯示效果出眾，可以運(yùn)用菜單項(xiàng)來(lái)方便操作，但是在顯示時(shí)，特別是使用秒表功能時(shí)掃描速度跟不上，屏幕會(huì)有明顯的閃爍。而且由于61板的存儲(chǔ)空間有限，液晶顯示就不能與語(yǔ)音播抱程序同時(shí)實(shí)現(xiàn)。這些大大影響了電子萬(wàn)年歷的性能。

（2）相比液晶顯示，8段數(shù)碼管雖然操作比液晶顯示略顯繁瑣，但可視范圍十分寬，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，也不需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序。所以最后選擇LED數(shù)碼管顯示方案。

綜上所述，按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定硬件系統(tǒng)由主控制器、時(shí)鐘模塊、測(cè)溫電路、顯示模塊、鍵盤接口共5個(gè)模塊組成，總體系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖3.1所示。

圖1電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)構(gòu)成框圖

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

電子萬(wàn)年歷電路原理圖見附件一，系統(tǒng)由主控制器AT89C52、時(shí)鐘芯片DS1302、溫度傳感器DS18B20傳感器、顯示電路及鍵盤掃描電路組成。

3.1主控器AT89C52

ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計(jì)，由先進(jìn)工藝制造，并帶有非易失性Flsah程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場(chǎng)應(yīng)用最多。主要性能特點(diǎn)有：8KBFlashROM，可以檫寫1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。256字節(jié)內(nèi)部RAM。

3.2時(shí)鐘電路DS1302

用于時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式；

簡(jiǎn)單的3線接口；

可選的慢速充電（至Vcc1）的能力。

DS1302時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。對(duì)于小于31天的月和月末的日期自動(dòng)調(diào)整，還包括閏年校正的功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用24h或帶AM（上午）/PM（下午）的12h格式。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302有主電源/后備電源雙電源引腳：Vcc1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份；Vcc2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中，Vcc1連接到備份電，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由Vcc1或Vcc2中較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電；當(dāng)Vcc2小于Vcc時(shí)，DS13026由Vcc1供電。

3.3DS1302數(shù)據(jù)操作原理

DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無(wú)論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個(gè)寄存器中哪個(gè)將被訪問到。在開始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫操作是寫入時(shí)寫入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。

4總結(jié)

此次設(shè)計(jì)立足于電子技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，不斷實(shí)踐，開拓了思維，設(shè)計(jì)以考查、調(diào)研、搜集資料、擬訂方案、進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、編程、仿真、調(diào)試的流程，使我深刻的體會(huì)到了在學(xué)習(xí)我們專業(yè)的過(guò)程中理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，同時(shí)也解決了以前學(xué)習(xí)比較模糊的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，使自己掌握的專業(yè)知識(shí)更加結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化。

總之，本次設(shè)計(jì)在各位領(lǐng)導(dǎo)的精心安排與大力支持下；在指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)下；在各位同學(xué)和朋友的貼心幫助下解決了許多設(shè)計(jì)中的實(shí)際困難，我以最低的成本和最簡(jiǎn)單的方案設(shè)計(jì)出了功能強(qiáng)大的電子萬(wàn)年歷。

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作者簡(jiǎn)介：

翟政凱（1989—），男，漢，籍貫內(nèi)蒙古，職稱助教，學(xué)歷碩士研究生，研究方向：軟件技術(shù)。

（作者單位：威海職業(yè)學(xué)院）