基于51單片機的電子萬年歷系統的設計

摘 要：人們在觀測時間的時候，常常想知道當時的濕度、溫度、日期、星期等與日常生活密切的信息。采用51單片機設計了一種計時準確、功能全面、成本低廉的萬年歷。該電子萬年歷通過定時中斷和按鍵同時顯示各種需要的信息，具有電路簡單，顯示直觀、讀取方便、功能多樣的優點。

關鍵詞：電子萬年歷；單片機；定時中斷；溫濕度

引言

電子萬年歷是一種應用非常廣泛的日常計時工具，適合各類場合使用。LCD數字顯示的日歷鐘顯示清晰直觀、走時準確、可以進行夜視，并且還可以擴展出多種功能。功能也越來越齊全，除了公歷年月日、時分秒、還有星期、溫濕度顯示及鬧鈴。

1 總體設計要求

1.1 實現的功能

此萬年歷主要功能是顯示：時、分、秒、年、月、日、星期、濕度、溫度、鬧鐘功能、整點報時、農歷、平閏年。

數字式溫濕度計測溫范圍-40～80℃，濕度誤差范圍±3%RH用LCD液晶顯示。

1.2 系統基本方案選擇

KeilC51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全Windows界面。KeilC51軟件目標代碼生成效率很高，大多數情況下生成的匯編語言代碼都比較容易理解[1]。

1.3 硬件設計選定

本設計主控制系統采用AT89S52，獨立按鍵控制；時鐘電路由ds1302時鐘電路提供；溫濕度由DHT21數字式溫濕度傳感器采集；LCD1602液晶屏動態掃描作為顯示。如圖1所示。

2 系統的硬件設計與實現

2.1 單片機主控制模塊的設計

主控制系統采用AT89S52，這是一種高性能、低功耗微控制器，具有8K的系統可編程Flash存儲器。與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。單片機的最小系統由單片機芯片、時鐘電路、復位電路組成[2]。

2.2 計時芯片

計時芯片采用DS1302，這是一種高性能實時時鐘電路[3]，DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。如果采用單片機，還需要計數器，同時需要設置中斷、查詢等，消耗單片機資源，而采用DS1302時鐘芯片，就不存在這些問題。

2.3 數字溫濕度傳感器DHT21

溫濕度選擇DHT21數字溫濕度傳感器，這是一種溫濕度復合傳感器，數字信號輸出已經校準[4]。產品為4針單排引腳封裝。采樣周期不得低于最小值，否則會引起錯誤。

3 系統的軟件設計

3.1 主程序及流程圖

本設計實現功能所用程序主要包含數字溫、濕度傳感器DHT21讀取數據子程序，液晶屏、計時芯片DS1302初始化程序、鍵盤按鍵等子程序和一個主程序。主程序首先執行時鐘芯片和定時計數器T0、T1、T2的初始化程序，LCD1602液晶屏初始化子函數，通過時鐘芯片DS1302進行精確計時，液晶屏顯示年、月、日、星期、時、分、秒和溫、濕度，然后通過無限循環進入鍵盤函數按鍵等待，不斷查詢按鍵狀態及高溫檢測狀態，溫度若超過30攝氏度，蜂鳴器發出報警聲響。通過按鍵子程序執行年、月、日及時鐘設置，平、閏年查詢，鬧鈴加減設置及開關，整點報時開關等子程序，執行效果通過液晶屏顯示出來，設置完成后返回主程序。主程序如下所示，流程圖如圖2所示。

3.2 時間調整程序流程圖

設置日期時間介紹：本設計通過時鐘芯片DS1302控制計時，該芯片計時相對精確。可以節省單片機資源，具有閏年補償作用。通過按鍵進入子程序實現設置時間等相關功能，當按下set（設置）鍵，時間計數會先暫停，溫、濕度暫停讀取更新值，等待設置完畢又開始正常工作。蜂鳴器會長響一次，顯示年份位置會有光標閃爍，表示此時可以調節年份，如需調節年份，按add（加）鍵，dec（減）鍵即可對年份進行加一、減一調節。由于程序設置公歷年份前兩位為20，所以只能顯示和調節21世紀的年份，年份調節完畢后，然后再按一次set（設置）鍵移位，顯示月份位置會有光標閃爍，同樣的方法可以調節月份，同上，再按set鍵分別可設置日、時、分、秒。設置時間是關聯的，如星期會隨著日期變化而改變，而當秒數加到60，分會自動加一。溫度轉換開始命令由溫度轉換子程序發出，本設計采用1s顯示程序延時等待轉換的完成。

3.3 溫、濕度采集程序

首先清除收到數據，接著讀取一次開始信號，這是由傳感器數據用戶主機（MCU）發送的。DHT21由低功耗模式轉換到高速模式，主機開始信號結束后，DHT21送出40bit的數據，發送響應信號，并觸發一次信號采集。從機的響應信號是一個80us左右的低電平。溫濕度數據每隔2秒由主機讀取一次，經過轉換，通過LCD1602液晶屏顯示。

4 指標測試

硬件焊接完成后要進行指標測試，檢查錯誤，通過檢查，手工焊接后接入電源，后用萬用表檢查各個芯片管腳電壓是否正常，再判斷短路現象，進而修改完成。每個模塊都要進行程序調試，先將各個子程序調好，檢查子程序運行結果是否符合設計預期，最后逐步將子程序連接起來總調，連接要注意各個模塊的參數傳遞是否正確，特別要注意子程序的現場保護和恢復。

5 結束語

本設計利用單片機實現了溫、濕度與萬年歷的共同顯示。并且可以校準時間，查看陰歷日期，設置鬧鐘等功能。實現了萬年歷與溫、濕度的顯示，有很好的實用性。此設計還可以更進一步完善，如通過按鈕設置溫、濕度上下限報警，進而擴展外圍電路比如控制空調、加濕器等自動工作。

參考文獻

[1]王為青.單片機KeilcX51應用開發技術[M].北京：人民郵電出版社，2005：10-16.

[2]謝維成.單片機原理及應用c51程序設計[M].北京：清華大學出版社，2010：107-112.

[3]張俊謨.單片機中級教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006：32-35.

[4]孫雪梅.實時時鐘芯片在單片機系統中的應用[J].沈陽教育學報，2005，14（2）：24-30.