基于AT89S52單片機(jī)的數(shù)字萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李彩龍 王一凡 馬千里

摘 要：電子萬(wàn)年歷是一種非常廣泛的日常計(jì)時(shí)工具，在現(xiàn)代社會(huì)越來(lái)越流行。它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。對(duì)于數(shù)字電子萬(wàn)年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時(shí)顯示年、月、日、周、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言來(lái)完成，C語(yǔ)言語(yǔ)法簡(jiǎn)潔，使用方便，用于完成軟件設(shè)計(jì)非常方便。程序采用模塊化設(shè)計(jì)，使得邏輯關(guān)系簡(jiǎn)單明了，維護(hù)方便。

關(guān)鍵詞：AT89S52；時(shí)鐘芯片DS1302；液晶顯示屏LCD1602；溫度采集芯片DS18B20

本系統(tǒng)為硬件、軟件相結(jié)合的一組設(shè)計(jì)。除了采用集成化的時(shí)鐘芯片外，還有采用MCU的方案，利用AT89系列單片機(jī)微機(jī)制成萬(wàn)年歷電路，采用軟件和硬件相結(jié)合的方法，控制液晶輸出顯示。其最大的特點(diǎn)是：硬件電路簡(jiǎn)單，安裝方便易于實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)獨(dú)特、可靠。

一、系統(tǒng)總體功能

本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，通過(guò)與DS1302和DS18B20通信獲取實(shí)時(shí)時(shí)間和實(shí)時(shí)環(huán)境溫度，并將得到的數(shù)據(jù)通過(guò)LCD1602液晶顯示出來(lái)。因此本設(shè)計(jì)可分為以下模塊：控制模塊、LCD顯示模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、實(shí)時(shí)環(huán)境溫度采集模塊。

基本功能：采用LCD為顯示器并能夠顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期，同時(shí)具備以下特殊功能：

（1）能夠完成掉電保護(hù)；

（2）具有溫度顯示功能。

二、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架

設(shè)計(jì)主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。硬件設(shè)計(jì)包括AT89S52單片機(jī)、DS1302時(shí)鐘芯片、LCD1602顯示模塊、DS18B20溫度采集模塊等組成。各個(gè)部分以單片機(jī)為主體協(xié)調(diào)工作，以完成各種功能。軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，整個(gè)軟件系統(tǒng)采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)程序共分為DS1302程序模塊、LCD1602程序模塊、DS18B20程序模塊和主程序模塊四個(gè)模塊。軟件系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是在硬件的支持之下，實(shí)現(xiàn)了完全的友好的人機(jī)交互功能。最后將代碼編譯成HEX文件燒寫(xiě)入單片機(jī)，讓它可以向各個(gè)部分收發(fā)指令和數(shù)據(jù)，整體實(shí)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖1所示：

三、硬件部分

（一）控制系統(tǒng)模塊

使用AT89S52作為萬(wàn)年歷的主控芯片，AT89S52單片機(jī)為40引腳雙列直插芯片，有四個(gè)I/O口P0，P1，P2，P3，每一條I/O線(xiàn)都能獨(dú)立地作輸出或輸入。

單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2所示，18引腳和19引腳接時(shí)鐘電路，XTAL1接外部電容和晶振的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2接外部電容和晶振的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，第9引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電阻及開(kāi)關(guān)后構(gòu)成上電復(fù)位電路，20引腳為接地端，40引腳為電源端，如圖2所示：

（二）時(shí)鐘電路模塊

DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線(xiàn)接口與CPU進(jìn)行通信，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)和RAM數(shù)據(jù)。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。

圖3為DS1302的引腳排列，其中VCC1為后備電源，VCC2為主電源，在主電源關(guān)閉的情況下，VCC1為芯片供電，使其能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電，當(dāng)VCC2高于VCC1 0.2V時(shí)，VCC2給DS1302供電，當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)候VCC1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768KHz晶振，RST是復(fù)位信號(hào)線(xiàn)， I/O為串行數(shù)據(jù)輸入端，SCLK是時(shí)鐘輸入端。

（三）LCD顯示模塊

1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。圖5是其在Proteus中的連接電路。

（四）溫度采集模塊

1.DS18B20特性和引腳介紹

1）DS18B20單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器，采用單總線(xiàn)的接口方式與微處理器連接時(shí)僅需要一條線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊。單總線(xiàn)具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。

2）測(cè)量溫度范圍寬，測(cè)量精度高，DS18B20 的測(cè)量范圍為 -55 ℃ ～+ 125 ℃ ；在 -10～+ 85℃范圍內(nèi)，精度為 ± 0.5℃。

3）在使用中不需要任何外圍元件。

4）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的單線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

5）供電方式靈活，DS18B20可以通過(guò)內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線(xiàn)上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線(xiàn)上的時(shí)序滿(mǎn)足一定的要求時(shí)，可以不接外部電源，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。

6）測(cè)量參數(shù)可配置，DS18B20的測(cè)量分辨率可通過(guò)程序設(shè)定 9～12 位。

7）負(fù)壓特性電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

8）掉電保護(hù)功能DS18B20內(nèi)部含有EEPROM ，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報(bào)警溫度的設(shè)定值。

9）DS18B20具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)，因此也就被設(shè)計(jì)者們所青睞。

2.下載模塊采用USB接口，使用CH341A芯片

CH341A是南京沁恒電子有限公司生產(chǎn)的USB轉(zhuǎn)串、并口的芯片，芯片只需幾個(gè)周邊元件就可工作，只要在電腦上安裝個(gè)小小的驅(qū)動(dòng)就可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序下載。

四、軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，軟件程序編寫(xiě)的好壞直接影響著系統(tǒng)運(yùn)行情況的良好。因本程序涉及的模塊較多，所以程序編寫(xiě)也采用模塊化設(shè)計(jì)。C語(yǔ)言具有編寫(xiě)靈活、移植方便、便于模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)的軟件采用C51編寫(xiě)。

主程序流程圖：

五、仿真

六、結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以AT89S52為核心部件，使用串行時(shí)鐘芯片DS1302實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)時(shí)的功能。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試完成之后，對(duì)最后的成功進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行綜合分析，總結(jié)在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)。

在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)之前，要結(jié)合當(dāng)前系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行定位，使系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是界面友好，走時(shí)準(zhǔn)確，和現(xiàn)在使用LED顯示數(shù)據(jù)的萬(wàn)年歷相比，體積更小，可以作為轎車(chē)車(chē)載顯示裝置，系統(tǒng)采用液晶顯示器，可以使系統(tǒng)應(yīng)用到更加現(xiàn)代化的地方，使系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)法，同時(shí)保留了很多的微控制器I/O口，擴(kuò)展十分方便，以往的采用LED顯示數(shù)據(jù)的萬(wàn)年歷要想實(shí)現(xiàn)的功能擴(kuò)展，除需要對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行修改，還必須增加或減少LED數(shù)碼管，硬件改動(dòng)較大。該系統(tǒng)的顯示部分界面改動(dòng)非常靈活，僅僅改動(dòng)程序就能實(shí)現(xiàn)界面的修改，用戶(hù)還可以選擇自己喜歡的界面，這是以LED作為顯示裝置的數(shù)字萬(wàn)年歷所不能實(shí)現(xiàn)的。

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作者簡(jiǎn)介：李彩龍（1988-），男，漢族，山西呂梁人，本科，助教，研究方向：電子信息工程。