基于单片机万年历设计

基于单片机的万年历设计介绍了基于单片机的多功能电子万年历的硬件结构和软硬件设计方法。本设计由四个模块组成：数据显示模块、温度采集模块、时间处理模块和调整设置模块。该系统采用单片机作为控制器，用串行时钟日历芯片DS1302记录日历和时间。它可以计时年、月、日、小时、分钟和秒钟，并具有许多功能，如闰年补偿。温度采集选用DS18B20芯片，万年历采用直观数字显示，数据显示采用1602A液晶显示模块。它可以在液晶显示器上同时显示年、月、日、日、时、分、秒，并具有时间校准等功能。万年历具有阅读方便、显示直观、功能多样、电路简单、成本低廉等诸多优点，具有广阔的市场前景。关键词：万年历温度计液晶显示器0前言随着科学技术的飞速发展和时间的推移，从现在的看太阳、看落钟到电子钟，人类不断地研究和创造新的记录。它可以计时年、月、日、小时、分钟和秒钟。它还具有许多功能，如闰年补偿。此外，DS1302使用寿命长，误差小。数字电子万年历采用直观的数字显示，可同时显示年、月、日、小时、分、秒、温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路以STC89C52单片机为核心，功耗低，能在3V的低电压下工作。电压可由35V提供。这种万年历具有阅读方便、显示直观、功能多样、电路简单、成本低廉等优点。符合电子仪器仪表的发展趋势，市场前景广阔。1总体方案设计基于单片机的电子万年历有多种制作方法，也有多种选择的设备和使用的技术。因此，系统的总体设计方案应该在满足系统功能的前提下，充分考虑系统使用的环境。所选择的结构应该易于使用和实现。设备的选择应注重合适的参数、稳定的性能、较低的功耗和低成本。系统的功能往往决定了系统的结构。综合考虑成本、性能和功耗后，决定采用三个8位74LS164串行接口连接液晶显示器，RESPACK-8为STC89C52供电，时间芯片DS1302连接STC89C52。从而实现电子万年历的功能。根据系统设计要求，初步确定系统由六个模块组成：电源模块、时钟模块、显示模块、键盘接口模块、温度测量模块和闹钟模块。电路系统的框图如图1所示。闹钟模块独立密钥显示组件始终模块STC89C52温度模块电源组图1硬件电路框图2硬件电路设计2.1单片机的选择2 . 1 . 1 51单片机和12单片机的结构和功能单片机又称单片机，它能完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。80C51单片机的时钟信号用于提供单片机中各位的工作时间基准，以及80C52单片机的时钟信号。通常有两种电路形式：内部振荡模式和外部振荡模式。80C52系统性能满足系统数据采集和时间精度的要求，产品输出丰富，来源广泛，应用成熟，因此被用作控制核心。单片机系统是实现多路环境电压采集的核心模块。每次一个通道信号被选通用于模拟转换、数字量和输出许可。模数转换的S2系列单片机在P1端口有一个模数转换端口。上电复位后，P1端口是一个弱上拉输入输出端口。用户可以通过软件设置将8个通道中的任何一个设置为模数转换，并且可以继续将其用作输入输出端口，而不将其用作模数转换端口。STC12C5A60AD/S2系列微控制器与89C52微控制器的最小系统相同，但其功能比51微控制器更强大89C51系列单片机的时钟信号通常有内部振荡和外部振荡。最小系统使用外部晶体振荡器电路，该电路由一个11.0592兆赫兹的晶体振荡器和两个30pF电容组成。晶体振荡器起振荡作用，两个电容起去耦作用。具体设计图纸如图3所示。图3时钟电路2.1.3复位电路该系统的复位电路是一个按键复位电路，复位输入引脚RET为其提供初始化手段。当其ALE和PSEN引脚输出高电平且RET引脚为高电平时，微控制器复位。当按钮被按下时，5V直接施加到RET端子上进行复位，这被称为手动复位。复位后，P0至P3并行输入/输出端口均为高电平，其它寄存器均被清零，只有SBUF寄存器状态不确定。系统复位电路如图4所示。图4复位电路2.2时钟芯片DS1302的接口设计及性能分析2.2.1DS1302性能简介DS1302是达拉斯公司生产的实时时钟芯片。它通过串行方式与单片机进行数据传输，能提供秒、分、小时、天、月、年等实时时间信息。到单片机，并能自动调整月末日期和闰年天数。它还具有主电源和备用电源的双电源引脚，即使在主电源关闭时也能保持时钟连续运行。此外，它还可以为高速数据临时存储提供31字节的内存。DS1302时钟芯片主要包括移位寄存器、控制逻辑电路和振荡器。DS1302与单片机系统之间的数据传输可以由RST、I/O和SCLK完成。工作过程可以概括如下：首先，系统的RST引脚被驱动到高电平；然后，在SCLK时钟脉冲的作用下，地址/命令字节通过输入/输出引脚输入到DS1302然后，在SCLK时钟脉冲的配合下，从输入/输出引脚写入或读取相应的数据字节。因此，DS1302与单片机之间的数据传输非常容易实现。DS 1302的引脚排列和内部结构图如图4所示：DS1302引脚描述：X1，X2 32.768千赫晶体振荡器引脚GND地面RST复位终端输入输出数据输入输出端口SCLK串行时钟端口VCC1慢速充电引脚VCC2电源引脚图4 DS1302引脚2.2.2DS1302接口电路设计时钟芯片DS1302的接口电路及工作原理；图5 DS1302与单片机接口电路图5是DS1302的接口电路，其中Vcc1是备用电源，Vcc2是主电源。VCC1在单电源和电池供电系统中提供低功耗和低功耗备用电池。VCC2在双电源系统中提供主电源。在这种操作模式下，VCC1连接到备用电源，以便在没有主电源的情况下节省时间信息和数据。DS1302由VCC1或VCC2中的较大者供电。当电压控制电容2大于电压控制电容1 0.2伏时，电压控制电容2向数字信号处理器1302供电。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。每次读写程序之前，必须对DS1302进行初始化。SCLK终端设置为“0”，RST终端设置为“1”，最后给出SCLK脉冲。读/写时序在下面的图6中示出。表1是DS1302的控制字。该控制字的位7必须设为1。如果该值为0，则数据无法从DS1302读取或写入。对于位6，读/写时间时CK=0，读/写程序时随机存取存储器=1。位1至5指操作单元的地址。位0是读/写位，读取时为1；写入时该位为0。控制字节总是从最低位输入/输出。表2显示了DS1302的日历和时间寄存器的内容：“CH”是时钟暂停标志位。当该位为1时，时钟振荡器停止，并且DS1302处于低功耗状态。当该位为0时，时钟开始运行。“WP”是一个写保护位，在写入时钟和内存之前，“WP”必须为0。当“WP”为1时，写保护位阻止写入任何寄存器。2.DS1302的控制字DS1302的控制字如表2所示。控制字节的高有效位(位7)必须是逻辑1。如果该值为0，则不能将数据写入DS1302。如果位6为0，则表示访问日历时钟数据，如果位1，则表示访问内存数据。位5到1表示操作单元的地址；最低有效位(位0)为1表示读取操作，值为0表示写入操作。控制字节总是从最低位输出。表ds1302的控制字格式1记录和档案管理/CKA4A3主动脉第二声第一等的A0研发/WR3.数据输入和输出当在指令字输入之后控制下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入到DS1302，并且数据输入从低位到位0开始。类似地，在紧接8位控制指令字之后的下一个SCLK脉冲的下降沿读取DS1302的数据，并且从低0位到高7位读取数据。如下图6所示。图6 DS1302读/写时序图4.DS1302的寄存器AMDS1302有12个寄存器，其中7个与日历和时钟相关。存储的数据位为BCD代码形式。日历、时间寄存器及其控制字见表3。表3 ds 1302日历和时间寄存器写寄存器读取寄存器Bit7第6位第5位Bit7Bit3位2位1位080H81H荣誉勋爵10秒第二82H83H10分点84H85H12/010当.的时候当.的时候/下午86H87H0010号天88H89H000十月月8AH8BH00000周8CH8DH十年年8EH8FHWP0000000此外，DS1302还有年寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟脉冲寄存器、随机存取存储器相关寄存器等。时钟脉冲寄存器可以一次顺序读写除充电寄存器以外的所有寄存器内容。DS1302的内存相关寄存器分为两类：一类是单个内存单元，共有31个，每个单元配置为8位字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一个是突发模式下的随机存取存储器寄存器，在这种模式下，随机存取存储器的所有31个字节都可以一次读写，命令控制字是FEH(写)和FFH(读)。2.3温度芯片DS18B20的接口设计及性能分析2.3.1 DS18B20性能简介1.1 .主要特点。DS18B20DS18B20温度传感器是达拉斯半导体公司新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统热敏电阻等元件相比，它可以直接读取被测温度，并可根据实际需要通过简单编程实现9-12位数字值读取模式。现场温度以“单线总线”数字方式直接传输，大大提高了系统的抗干扰性能。适用于恶劣环境下的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、消费电子产品的温度测量等。与前代不同，新产品支持3V 5.5V的电压范围，使系统设计更加灵活方便。其性能特点可概括如下：1个唯一的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；温度范围为-55至125，分辨率可达0.0625；三线制用于与单片机连接，减少了外部硬件电路。4零待机功耗；5可通过数据线供电，电压范围为3.0V-5.5V；6用户可定义的非易失性温度报警设置；7报警搜索命令识别和标记超过程序极限温度(温度报警条件)的设备；8负电压特性，当电源极性颠倒时，温度计不会因受热而烧坏，但它不能正常工作。2.DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和温度测量原理与DS1820相同，只是获得的温度值的位数随分辨率而变化，温度转换期间的延迟时间从2s减少到750 ms。DS18B 20温度测量原理如图5所示。图中低温度系数晶体振荡器的振荡频率受温度影响很小，用来产生一个固定频率的脉冲信号，并送至计数器1。高温度系数晶体振荡器的振荡速率随温度的变化而明显变化，产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器预设在对应于-55的基础值。计数器1减去并计数由低温系数晶体振荡器产生的脉冲信号。当计数器1的预设值减小到0时，温度寄存器的值将增加1，计数器1的预设值将被重新加载。计数器1重新开始对低温度系数晶体振荡器产生的脉冲信号进行计数。该周期停止温度寄存器值的累积，直到计数器2计数到0。此时，温度寄存器中的值就是测得的温度。图7中的斜率累加器用于补偿和校正温度测量过程中的非线性，其输出用于校正计数器1的预设值。LSB位置/清除提高柜台1斜率累加器计数比较器温度寄存器减少到0事先调整柜台2减少到0停止事先调整低温度系数晶体振荡器高温系数晶体振荡器图7 ds18b 20温度测量原理2.3.2 DS18B20接口电路设计如图8所示，该系统采用数字温度传感器DS18B20，具有测量精度高、电路连接简单的特点。该传感器只需要一条数据线进行数据传输，P3.7接DS18B20的DQ端口，Vcc接电源，GND接地。图8温度传感器DS18B20接口电路2.3.3 DS18B20工