电子万年历的仿真与设计方案

1 电子万年历的仿真与设计方案 一、方案论证 1、 技术可行性 随着国内超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新发展之一是将 外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行 I/O 口、串行 I/O 口、定时 /计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，制成单片计算机（ 而近年来推出的一些高档单片机还包括有许多特殊功能单元，如 A/D、 D/制解调器、通信控制器、锁相环、 点运算单元、 制输出单元、 此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如工业流水线控制系统、作为家用电器的主控制器、分布式控制系统的终端节点或作为其主控制节点起中继的作用、数据采集系统、自动测试系统等。 单片机的出现，并在各技术领域中得到如此迅猛的发展，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关： （ 1） 单片机构成的应用系统有较大的可靠性。这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用有最少的联接外，还可以方便地采用软、硬件技术。 （ 2） 系统扩展 、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统，应用系统有较高的软、硬件利用系数。 （ 3） 由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测、控功能由软件实现，故具有柔性特征，不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。 （ 4） 有优异的性能、价格比 。 2、 单片机的选择 方案一：采用传统的 为电机的控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。 方案二： 采用 片机，还带有非易失性 序存储器。它是一种高性能、低功耗的 8 位 处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下： 8以擦除 1000 次以上，数据保存 10 年。 由于本系统对 算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，方案一成本比较低，适合做设计，方案二运算速度高，性能好，所以两种方案都有可取之处。选用方案一作为主方案，方案二作为备用方案。 3、时钟模块的选择 2 方案一：用单片机的定时器产生 1S 的时基信号，然后用程序来实现时钟的时、分、秒计时，同时用程序来产生年、月、日。该方 案优点是减少使用外设芯片；缺点是用单片机模拟时钟，使编程量增大，且用定时器产生时基信号，精度不高。 方案二：使用时钟芯片 点是 8 位数据线并行控制，控制简单；自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持 10 年之久。缺点是并行控制，占用太多的 价格很高，不适合一般的电子制作。 方案三： 采用 钟芯片实现时钟， 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 作电压 围内， 耗电小于 300仅使用 3 个 ，占用最少的单片机资源；其内部功能强大。更重要的是其价格便宜，具有非常高的性价比。缺点是串行通信，控制比较复杂。 综上，由于本设计对时间要求较精准，且具闰年计算功能，因此本设计选择方案三，采用时钟芯片 4、 显示模块的选择 方案一：采用 于显示数字最合适，而且采用动态扫描法与单片机相连接时，占用的单片机口线少，但所需要的数码管数量太多，焊接困难极易出 错，所以不采用 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，对于显示文字比较合适，如果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 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，但是价格昂贵，需要的接口线多。 本设计所需显示较多且需要文字，又 基于设计要求， 所以在本次设计中采用方案三，使用晶显示屏。 5、温度检测模块的选择 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/设计方案需要 A/加了硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格性的，会产生较大的测量误差。 方案二：采用数字式温度传感器 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/低了硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高，测量范围广等优点。 3 根据上述论述，本设计采用方案二，选择数字式温度传感 器 6、 设置模块的选择 在对日期、温度和闹钟进行切换，对日期和时间进行调节校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要用按键。 方案一：使用独立式键盘。独立式键盘是指直接用 I/O 口线构成的单个按键电路。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。 方案二：使用矩阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。其特点是简单且不增加成本，这种键盘适合按键数量较多的场合。 根据以上的论述，因本系统需要的按键不多，日期加加减，月数加减，年数加减， 分数加减，时数加减，设置切换键，要求简单，只需要四个按键即可满足要求。所以采用方案一独立式键盘。 7、闹钟模块 此模块采用无源蜂鸣器实现，只要编写相应的程序即可实现发出不同频率的声音。 8、最终方案决定 综上各方案所述 ,对此次设计的方案选定：采用 为主控制系统； 供时钟； 晶显示器作为显示；以 为检测温度的传感器；用蜂鸣器实现闹钟响铃。 二、仿真系统硬件设计 1、电路设计框图 图（ 1） 总体设计框图 2、单片机控制系统 单片机中央处理系统的方案设计，选用 图（ 2）所示。该单片机除了拥有 列单片机的所有优点外，内部还具有 8功耗的空闲和掉电模式，极大的降低了电路的功耗，还包含了定时器、程序存储器、数据存储器 等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。 控制模 块 设置模块 1602 液晶显示模块 闹钟模块 4 3、 钟电路 时钟电路主要由时钟芯片 振等几部分组成，如下图所示。 用 3线串行接口，占用引脚少，内部集成了可编程日历时钟，用户可以根据需要通过单片机的控制来自行设置，支持双电源供电，可以使用外部主电源和备用电源，备份电源能够使时钟芯片继续工作。 图（ 3） 图（ 4） 引脚的功能为： 8: 用电池端； 1: 5 由 =0123456789; /数字代码 H,N,TD,0,2,2,1,1,10; /11; / 12; /14; /15; /增加 16; /减小 17; ; i)/1 毫秒延时 j,k; j=76;j1; k=29;k1; n) /延时若干微秒 17 i; i=0;i0; _; n) x,i; i=0;i=1; ; ; ; ); ; ; i,); i=0;i=1; 1) 0; ); ; ); ; ; ; ); ; ; ; 19 if( /判断时钟芯片是否关闭 /根据写状态寄存器命令字，写入不保护指令 (0/10)4)*10+(; (4)*10+(; (4)*10+(; (4)*10+(; (4)*10+(; (4)*10+(; ); ); /*时间调整部分 */ 25 /调时 00); /防止多 次触发 ，确保能正常将调整后的数值写入 /读取此时的数值 (4)*10+(; ) 0) 0); 0) ; 00); 0); 0) 0); 0) 00); if(0) 3; 0); (10)=24) ; ); 0) ; 0) 26 /调分 00); (4)*10+(; ) 0) 0); 0) ; if(60) ; 0); 0) 0); 0) 00); if(0) 9; 0); (0)=60) ; ); 0) ; 27 0) /秒归零 00); ) 0) 0); 0) ; 0); ); ); 0) ; 0) /调年 00); (4)*10+(; ) 0) 28 0); 0) ; 0); 0) 0); 0) 00); 0); (0)4)*10+(; ) 0) 0); 29 0) ; if(2) ; 0); 0) 0); 0) 00); if(0) 2; 0); (0)4)*10+(; ) 0) 0); 30 0) ; if(1) ; 0); 0) 0); 0) 00); if(0) 1; 0); (0)99) ; 0); 0) 0); 0) if(0) ; 0); 0) 00); /闹钟调月 ) 0) 0); 0) ); ; if(2) ; 0); 0) 32 0); 0) if(0) 2; 0); 0) 00); /闹钟调日 ) 0) 0); 0) ); ; if(1) ; 0); 0) 0); 0) if(0) 1; 0); 33 0) 00); /闹钟小时调整 ) 0) 0); 0) ); ; if(3) ; 0); 0) 0); 0) if(0) 3; 0); 0) 00); 34 ) 0) 0); 0) ; if(9) ; 0) ; 0) 0); 0) if(0) 9; 0) ; 0) 00); /闹钟秒数调整 ) 0) 0); 0) ; if(9) ; 35 0) ; 0) 0); 0) if(0) 9; 0) ; 0) 00); ; 0) 0); 0) ; 0); ):; 00); ):;00); ):;00); ):;00); ):;00); ):;00); if(7) ; /*显示温度模块 */ 36 =; *操作 */ Q=; *始化 */ ; ;1; Q=1) ;1; ; i=0;1; H*16+6; 6)*10/16; H*16+6; 6)*10/16; N); D); 39 0); 0)/【修改、添加部分】 ); ; ) 0) 00); 0) ; O); N); ); 0) ; O); F); F); 0) 00); ); 40 2); 0); &(&(&(&(&( if(1) ); T); I); M); E); U); P); !); ); ) ); 0) ); ; /* 设置模块 */ et( 0) 0); 0) T); 41 000); ) ; 0) 0); 0) ); S); 0); 0) 0); 0) ); A); L); A); R); M); ; -); -); :); :); if(1) 42 O); N); ); if(0) O); F); F); ) 0) 00); 0) ; ):;00); ):;00); ):;00); ):;00); ):;00); ):;00); ):;00); if(7) ; 0) ); ; 0) 43 ); /*60秒倒计时 */ ) 0|1) 0); 0|1) O); N); ); 0); 0) ; O); F); F); 0) 00);