基于单片机的万年历加温度显示设计毕业设计

1、本科毕业论文（设计） 题 目 基于单片机的万年历加温度显示设计 基于单片机的万年历加温度显示设计摘摘 要要本设计将制作一种基于单片机控制的带实时温度显示、具有定时功能的电子万年历。传统的电子日历大都体积大，功耗大，显示不准确等特点。为了缩小体积，减小功耗，使其变得小巧灵敏，本设计加入了时钟芯片 ds1302，可对时间进行准确记时，同时可设置定时时间，实现定时功能。另外本设计具有显示实时温度的功能。传统的温度传感器系统大都采用放大、调理、a/d 转换，转换后的数字信号送入计算机处理，处理电路复杂、可靠性相对较差，占用计算机的资源比较多。本设计将采用 ds18b20 一线制数字温度传感器，可将温度

2、信号直接转换成数字信号送给微处理器，电路简单，成本低，实现了时间温度同时显示的效果。最后，温度和时间都将通过 12864 液晶显示器进行显示。测试表明系统达到了设计要求的各项功能，各部分工作正常。关键词 时钟/温度检测/单片机/温度microcontroller-bashedcalender and temperature display designabstractthis design creates an electronic calendar with real-time temperature display and timing function based on single c

3、hip control. most of traditional calendars are characterized by large size, high power consumption and inaccurate display. in order to reduce volume and power consumption and make calendars become small and exquisite, the design adds a clock chip ds1302, which can accurately record the time and set

4、a regular time to achieve timing function. in addition, this design displays real-time temperature function. traditional temperature sensor system is mostly amplified, recuperated and a / d converted. the converted digital signal is input the computer to be processed, but the processing circuit is c

5、omplicated with relatively poor reliability and occupies more resources of the computer. this design uses the ds18b20 first-line system digital temperature sensor to directly convert the temperature signal into digital signal and send it the microprocessor, whose circuit is simple and low cost, achi

6、eving the displayed effect of time and temperature simultaneously. finally, the temperature and time will be displayed through the 12864 liquid crystal display. the test indicates that the system has reached various functions of the design requirements and each part operates smoothly.key words clock

7、, temperature detection, scm, temperature目 录中文摘要 .i英文摘要.ii1 概论.11.1 万年历发展背景.11.2 电子万年历的特点.11.3 国内外现状、发展.12 系统基本方案选择和论证.22.1 单片机芯片的选择方案和论证.22.2 显示模块的选择方案和论证.32.3 时钟芯片的选择方案和论证.42.4 温度传感器的选择方案和论证.42.5 电路设计最终方案确定.53 系统硬件电路设计.63.1 系统功能模块划分.63.2 各单元模块功能分析及模块电路设计.63.2.1 时钟模块 .63.2.2 温度模块.73.2.3 显示模块 .103.2

8、.5 独立键盘模块.193.2.6 蜂鸣器模块 .203.2.7 单片机模块 .213.3 电路原理图的绘制和电路的焊接.243.3.1 原理图绘制软件 protel .243.3.2 pcb 制作.243.3.3 元器件的焊接.254 系统软件设计.274.1 万年历软件系统的流程图.274.2 温度信息的采集.284.3 时钟的读取.314.3.1 ds1302 控制字节的说明.314.3.2 ds1302 时间日期寄存器及相应位定义 .324.3.3 ds1302 数据的输入和输出 .324.3.4 ds1302 读写部分(程序)部分.334.4 温度的显示控制.334.5 键盘模块.3

9、54.6 蜂鸣器模块.355 设计总结.36致谢.37参考文献.38附录.391 概论1.1 万年历发展背景随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录。万年历目前已经不再局限于以书本形式出现。以电脑软件或者电子产品形式出现的万年历被称为电子万年历。与传统书本形式的万年历相比，电子万年历得到了越来越广泛的应用，采用电子时钟作为时间显示已经成为一种时尚。目前市场上各式各样的电子时钟数不胜数，但多数是只针对时间显示，功能单一不能满足人们日常生活需求。1.2 电子万年历的特点 电子万年历显示功能，包括公历年、月、日，时间、温度、星期、农历等等；附带功能有：定时闹铃、以及按钮是否可以正常调动。本文提

10、出了一种基于stc12c5a60s2 单片机的万年历设计方案，采用 lcd 显示。本方案以stc12c5a60s2 单片机作为主控核心，与时钟芯片 ds1302、温度芯片 ds18b20、人体红外感应模块、闹钟模块、按键、lcd 显示等模块组成硬件系统。在硬件系统中设有 7 个独立按键和一个 lcd 显示器，能显示丰富的信息，根据使用者的需要可以随时对时间进行校准、时间、温度显示等，综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。1.3 国内外现状、发展随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路出现，给人类生活

11、带来了根本性的改变。尤其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。电子万年历的出现给人们的生活带来的诸多方便。万年历中使用的 lcd 的应用很广泛，如手表上的液晶显示屏，仪表仪器上的液晶显示器或者是电脑笔记本上的液晶显示器，都使用了 lcd。在一般的办公设备上也很常见，如传真机，复印机，以及一些娱乐器材玩具等也常常见到 lcd 的足迹。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母，数字，符号等的点阵式液晶显示模块。在显示器件上的设计，它是由若干个 57 或 511 等点阵符位组成。每一个点阵字符位都可以显示一个字符。点阵字符位之间有一空点距的间隔起到了字符间距和行距的作用。目前市面上常用的有 16

12、 字1 行，16 字2 行，20 字2 行和 40 字2 行等的字符模块组。这些 lcd 虽然显示字数各不相同，但是都具有相同的输入输出界面。市场上有许多电子万年历的专用芯片，如：lm8363、lm8365 等，但它们功能单一，电路连接复杂，不便于调试制作。因此本系统采用了以 stc12c5a60s2 单片机技术为核心，配合 ds18b20 温度测量模块，ds1302 时钟模块，人体感应模块，lcd 显示模块，键盘模块使该设计具有现实功能齐全，人机交互，节能的特点。 随着单片机的发展，电子万年历呈现了微型化 ，功能丰富化的趋势，而且价格在不断下降，考虑到资源问题，现在的设计设计的万年历都采用了

13、节能设计方案，万年历对人们的生活有着十分重要的作用，所以电子万年历还是有很大的发展前景的。2 系统基本方案选择和论证2.1 单片机芯片的选择方案和论证方案一：采用 89c51 芯片作为硬件核心，89c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器，采用 flash rom，内部具有 4kb rom 存储空间，能于 3v 的超低压工作，而且与 mcs-51 系列单片机完全兼容，与工业标准的 mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单个芯片中，89c51 是一种高效微控制器，51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案但是运用于

14、电路设计中时由于不具备在线编程（isp）技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插可能对芯片造成一定的损坏。方案二： 采用 stc12c5a60s2 单片机，stc12c5a60s2 单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 max810 专用复位电路,2 路pwm,8 路高速 10 位 a/d 转换,针对电机控制，强干扰场。stc12c5a60s2 单片机内部有 60kb 的程序 flash 存储器，1kb

15、 的数据 flash 存储器，具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。由于我们设计的万年历烧写文件大概在 40kb 左右 ，而 stc12c5a60s2 单片机的程序 flash 为 60kb，我们就不用在外接程序存储器了。万年历的程序复杂 ，采用 1t 单片机有利于提高运算速度，使万年历显示更快捷。经过综合比较最终选择方案二，即选择 stc12c5a60s2 作为主控制器。2.2 显示模块的选择方案和论证方案一：中文字库的 lcd12864 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线

16、串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ascii 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 84 行 1616 点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。万年历要求显示年月日、时分秒、星期、和农历。lcd12864 液晶可以完成设计的要求 。

17、方案二： 系统采用 led 显示。led 应用可分为两大类：一是 led 单管应用，包括背光源 led，红外线 led 等；另外就是 led 显示屏，目前，中国在 led 基础材料制造方面与国际还存在着一定的差距，但就 led 显示屏而言，中国的设计和生产技术水平基本与国际同步。led 显示屏是由发光二极管排列组成的显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。采用 led 数码管动态扫描.价格上比较经济实惠，但不能显示文字，性价比不是很高，操作起来比较液晶显示来说略显繁琐，所以也不用此种作为显示。经过综合比较最终选择方案一，即选择

18、 lcd12864 液晶显示屏。2.3 时钟芯片的选择方案和论证方案一：采用单片机定时。单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、pc 机外围以及网络通讯等广大领域。直接采用单片机定时计数器提供秒信号，计数的脉冲由外部提供，定时的脉冲由外部晶振提供，定时加 1 的周期为一个机器周期；定时时间与初值和晶振频率有关。使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案减少芯片的使用，节约成本，但程序复杂度较高。方案二：采用 ds1302 时钟芯片。ds

19、1302 是美国 dallas 公司推出的一种高性能、低功耗、带 ram 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5v5.5v。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。ds1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。采用三线接口与 cpu 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 ram 数据。ds1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 ram 寄存器。采用 ds1

20、302 只需要写出驱动程序，调用程序读出寄存器内数据经过简单的变换就可以输出万年历的数据。经过综合比较最终选择方案二，即采用 ds1302 时钟芯片。2.4 温度传感器的选择方案和论证方案一：采用热敏电阻作为温度传感器。热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。热敏电阻的主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大 10100 倍以上；工作温度范围宽，常温器件适用于-55315，高温器件适用温度高于 315（目前最高可达到 2000）低温器件适用于-27355；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的

21、温度；使用方便，电阻值可在0.1100k 间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强。由于半导体热敏电阻有独特的性能，所以在应用方面它不仅可以作为测量元件（如测量温度、流量、液位等），还可以作为控制元件（如热敏开关、限流器）和电路补偿元件。热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域，发展前景极其广阔。 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/d 转换。此设计方案需用 a/d 转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生

22、较大的测量误差。方案二：采用 ds18b20 温度传感器。在应用与高精度、高可靠性的场合时 dallas（达拉斯）公司生产的 ds18b20 温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得 ds18b20 更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，ds18b20 的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。这是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。ds18b20 数字温度计提供 9 位(二进制)温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入ds18b20 或从 ds18b20 送出，因此从单片机到 ds18b20 仅需一条线连接即

23、可。它可在 1 秒钟(典型值)内把温度变换成数字经过综合比较最终选择方案二，即采用采用 ds18b20 温度传感器。2.5 电路设计最终方案确定最终选择单片机 stc12c5a60s2 作为主控制器；选择 lcd12864 型液晶作为显示模块，此模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能；选择采用 ds1302 时钟芯片,使程序实现年、月、日、星期、时、分、秒，即农历阳历时间的显示。采用 ds18b20 温度传感器，可以对温度做出比较精确的测量，而且和单片机通讯只要一个 io，连接方便。3 系统硬件电路设计3.1 系统功能模块划分根据系统功能要求，可大致画出系统

24、所需硬件结构框图如图 3-1 所示：图 3-1 系统功能模块图主控模块采用性价比较高的 stc12c5a60s2 单片机芯片，在其内部烧写好程序，可通过程序的运行控制测温模块进行测温；测温模块主要是由 ds18b20 构成，将其与所测对象进行接触即可获取被测对象的温度数据，而所测得的温度和时钟芯片测得的实时日历将通过显示模块的液晶显示器以数字形式显示；单片机调用程序，读取ds1302 内寄存器，可以得到万年历的时间数据，经过程序处理就可以输出在 lcd 上；键盘电路可对实时日历进行调整；人体红外感应模块可以检测人体，当有人靠近时，就能打开 lcd 背光；蜂鸣器可以在闹钟定时中，作为声音提醒。3

25、.2 各单元模块功能分析及模块电路设计3.2.1 时钟模块 ds1302的工作原理和单片机的接口:ds1302为美国dallas公司的一种实时时钟芯片，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用32.768hz晶振。它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。ds1302 用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义。在本设计中，它的实际电路图如图3-2所示：图 3-2 ds1302 与单

26、片机的连接ds1302 需要外接 32.768k 的晶振，1 号引脚接主电源 vcc（5v）电源，8 号引脚接备用电池（3v） ，当主电源掉电后，备用电源为 ds1302 提供电源，维持ds1302 内数据不丢失，这正是时钟芯片所必须的特性。3.2.2 温度模块传统的温度传感器系统大都采用放大、调理、a/d 转换，转换后的数字信号送入计算机处理，处理电路复杂、可靠性相对较差，占用计算机的资源比较多，本设计测温模块采用一线制总线数字温度传感器 ds18b20，可将温度信号直接转换成数字信号送给微处理器，电路简单，成本低，其电路原理图如图 3-3 所示：图 3-3 ds18b20 温度模块从图中可

27、看出，将温度传感器的一线制总线通过端口 2 与本设计主控芯片stc12c5a6s2 的端口标号为 ds18b20 的相连即可实现相互之间的通信。设计中的测温元件采用的是 ds18b20 测温元件,ds18b20 是由 dallas(达拉斯)公司生产的一种温度传感器。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得 ds18b20 很受欢迎。这是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。ds18b20 数字温度计提供 9 位(二进制)温度读数，指示器件的温度。信息经过单线接口送入 ds18b20 或从 ds18b20 送出，因此从单片机到 ds18b20 仅需一条线连接即可

28、。它可在 1 秒钟(典型值)内把温度变换成数字。3.2.2.1 ds18b20 的主要特征1）ds18b20 的主要特征： 全数字温度转换及输出； 先进的单总线数据通信； 最高12位分辨率，精度可达土0.5； 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒； 可选择寄生工作方式； 检测温度范围为55+125； 内置eeprom，限温报警功能； 64位光刻rom，内置产品序列号，方便多机挂接； 多样封装形式，适应不同硬件系统。2）ds18b20芯片其封装结构如下： 图 3-4 ds18b20 芯片封装图 由其引脚可看出，其 3 个引脚: gnd 为电压地直接接地；dq 为单数据总线用来与单片机相连接,

29、本系统中 ds 与单片机 p2.2 接口连接,仅此一个连接就能保证ds18b20 与单片机之间的数据交换；vdd 引脚接电源电压。3.2.2.2 ds18b20 的工作原理ds18b20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。ds18b20共有三种形态的存储器资源,分别是：rom 只读存储器，用于存放ds18b20id编码，其前8位是单线系列编码（ds18b20的编码是19h） ，后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的crc码（冗余校验） 。数据在出产时设置不由用户更改。ds18b20共64位rom， ra

30、m 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，ds18b20共9个字节ram，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户eeprom（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个eeprom的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的crc码。eeprom 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，ds18b20共3位eeprom，并在ram都存在镜像，以方便用户操作。我们在每一次读温

31、度之前都必须进行复杂的且精准时序的处理，因为ds18b20的硬件简单结果就会导致软件的巨大开消。3.2.3 显示模块本设计显示模块主要采用 lcd12864 液晶显示器，其电路原理图如下：图3-5 lcd12864模块lcd12864 液晶显示器通过数据端口也即端口 714 与主控芯片 stc12c5a60s2的 i/o 端口 p2 相连接实现数据与指令的传输，再通过控制端口 rs、rw、en 也即端口 46 与主控芯片 p3.6，p3.7，p4.0 端口相接实现对数据和指令传输的控制 。显示模块采用 12864 液晶显示器可实现对温度和时间的直接显示，清晰明了。3.2.3.1 lcd1286

32、4 的特征带中文字库的 lcd12864 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块其显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字和 128 个 16*8 点 ascii 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 84 行 1616 点阵的汉字,也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。其基

33、本特性如下：低电源电压（vdd:+3.0-+5.5v）1显示分辨率：12864 点2内置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字（简繁体可选）3内置 128 个 168 点阵字符42mhz 时钟频率5显示方式：sin、半透、正显6背光方式：侧部高亮白色 led,功耗仅为普通 led 的 1/51/107通讯方式：串行、并行可选8内置 dc-dc 转换电路，无需外加负压9无需片选信号，简化软件设计10工作温度：0-+55，存储温度：-20+60111模块管脚是连接外部电路的纽带 ，在此模块中管脚主要由控制管脚和数据管脚等构成，现将其组成情况及相关功能介绍如下：表 3-1 12864 液晶

34、模块接口说明管脚号管脚名称电平管脚功能描述1vss0v电源地2vcc3.0v/5v电源正3v0 -对比度（亮度）调整4rs(cs)h/lrs=“h”,表示 db7db0 为显示数据 rs=“l”,表示 db7db0 为显示指令数据5r/wh/lr/w=“h”,e=“h”,数据被读到 db7db0 r/w=“l”,e=“hl”, db7db0 的数据被写到 ir 或 dr6e(sclk)h/l使能信号714db0db7h/l 三态数据线15psbh/lh:8 位或 4 位并口方式，l:串口方式16nc - 空脚17reseth/l复位端，低电平有效18vout - lcd 驱动电压输出端19av

35、dd背光源正端20kvss背光源负端2控制器控制着模块内部指令的发出与否，存储器则对指令和数据进行存储与更换，现将分别介绍控制器各接口及各存储器的功能。1）rs,r/w 的配合选择决定控制界面的 4 种模式表 3-2 rs,r/w 配合功能说明rsr/w功能说明llmpu 写指令到指令暂存器（ir）lh读出忙标志（bf）及地址记数器（ac）的状态hlmpu 写入数据到数据暂存器（dr）hhmpu 从数据暂存器（dr）中读出数据2）e 信号表 3-3 e 信号功能说明e 状态执行动作结果高低i/o 缓冲dr配合/w 进行写数据或指令高dri/o 缓冲配合 r 进行读数据或指令低/低高无动作忙标志

36、 bf: bf 标志提供内部工作情况。bf=1 表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据。bf=0 时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据。利用 status rd 指令，可以将 bf 读到 db7 总线，从而检验模块工作状态。字型产生 rom（cgrom）: 字型产生 rom（cgrom）是用于模块屏幕显示开和关的控制。dff=1 为开显示,ddram 的内容就显示在屏幕上，dff=0 为关显示。dff 的状态是指令 display on/off 信号控制的。显示数据 ram（ddram ）:模块内部显示数据 ram 提供 642 个位元组的空间，最多可控制 4 行各 16

37、 字的中文字型显示，当写入显示数据 ram 时，可分别显示 cgrom 与 cgram 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、cgram 字型及 cgrom 的中文字型。三种字型的选择，由在 ddram 中写入的编码选择，在 0000h0006h 的编码中将选择 cgram 的自定义字型，02h7fh 的编码中将选择半角英数字的字型，至于 a1 以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组编码形成中文字型的编码。字型产生 ram(cgram):字型产生 ram 提供图象定义(造字)功能,可以提供四组 1616 点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象

38、字型自行定义到 cgram 中，便可和 cgrom 中的定义一样地通过 ddram 显示在屏幕中。地址计数器 ac: 地址计数器是用来贮存 ddram/cgram 之一的地址,可由设定指令暂存器来改变,之后只要读取或写入 ddram/cgram 的值时，地址计数器的值就会自动加一。当 rs =0 且 r/w=1 时，地址计数器的值会被读取到 db6db0 中。光标/闪烁控制电路：此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定 ddram 中的光标或闪烁位置。3模块控制芯片提供两套控制指令：基本指令和扩充指令，这些由各控制端口和寄存器组合而成的指令可对液晶显示器自身模式、状态、功能等进

39、行设置，也可控制与其他芯片进行数据和指令的通信。其指令分别如下：表 3-4 基本指令集（re=0）指 令 码指令rsr/wd7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0功 能清除显示0000000001将 ddram 填满20h,并且设定 ddram 的地址计数器(ac)到00h地址归位000000001x设定 ddram 的地址计数器(ac)到00h,并且将游标移到开头原点位置;这个指令不改变ddram 的内容显示状态开/关0000001dcbd=1: 整体显示 onc=1: 游标 onb=1:游标位置反白允许进入点设定00000001i/ds指定在数据的读取与写入时,设定游标的移动方向及指

40、定显示的移位游标或显示移位控制000001s/c r/lxx设定游标的移动与显示的移位控制位;这个指令不改变 ddram 的内容功能设定00001dlxrexxdl=0/1：4/8 位数据re=1: 扩充指令操作re=0: 基本指令操作设定cgram地址0001 ac5ac4ac3ac2ac1ac0设定 cgram 地址设定ddram地址0010 ac5ac4ac3ac2ac1ac0设定 ddram 地址（显示位址）第一行：80h87h第二行：90h97h读取忙标志和地址01bfac6ac5ac4ac3ac2ac1ac0读取忙标志(bf)可以确认内部动作是否完成,同时可以读出地址计数器(ac)

41、的值写数据到 ram10数据将数据 d7d0 写入到内部的 ram (ddram/cgram/iram/gram)读出ram 的值11数据从内部 ram 读取数据 d7d0(ddram/cgram/iram/gram表 3-5 扩展指令集（re=1）指指 令令 码码指指令令rsr/wd7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0功功 能能待命模式0000000001进入待命模式,执行其他指令都棵终止待命模式卷动地址开关开启000000001srsr=1：允许输入垂直卷动地址sr=0：允许输入 iram 和 cgram 地址反白选择00000001r1r0选择 2 行中的任一行作反白显示，并可决

42、定反白与否。初始值 r1r000，第一次设定为反白显示，再次设定变回正常睡眠模式0000001slxxsl=0：进入睡眠模式sl=1：脱离睡眠模式扩充功能设定00001clxreg0cl=0/1：4/8 位数据re=1: 扩充指令操作re=0: 基本指令操作g=1/0：绘图开关设定0010ac60ac50ac4ac3ac3ac2ac2ac1ac1ac0ac0设定绘图 ram先设定垂直(列)地址 ac6ac5ac0绘图ram地址再设定水平(行)地址 ac3ac2ac1ac0将以上 16 位地址连续写入即可当 ic1 在接受指令前,微处理器先确认其内部处于非忙碌状态,即读取 bf 标志时,bf 需

43、为零方可接受新的指令;如果在送出一个指令前不检查 bf 标志，那么在前一个指令和这个指令中间必须延长一段较长的时间,即等待前一个指令确实执行完成。412864 液晶显示器不仅可以显示字符同时也可以图形，因此可以满足不同使用者更多的要求，如显示一幅图画或者一个曲线图等。使用者在使用时便可根据自身需求进行不同的显示。1）字符显示:带中文字库的 128x64-0402b 每屏可显示 4 行 8 列共 32 个 1616点阵的汉字，每个显示 ram 可显示 1 个中文字符或 2 个 168 点阵全高 ascii 码字符，即每屏最多可实现 32 个中文字符或 64 个 ascii 码字符的显示。带中文字

44、库的128x64-0402b 内部提供 1282 字节的字符显示 ram 缓冲区（ddram） 。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示 ram 实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示 cgrom（中文字库） 、hcgrom（ascii 码字库）及 cgram（自定义字形）的内容。三种不同字符/字型的选择编码范围为：00000006h （其代码分别是 0000、0002、0004、0006 共 4 个）显示自定义字型，02h7fh 显示半宽 ascii 码字符，a1a0hf7ffh 显示 8192 种 gb2312 中文字库字形。字符显示 ram 在液晶模块中的地址 80h9fh

45、。字符显示的 ram 的地址与 32 个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表所示：表 3-6 字符 ram 与显示区域对应关系80h81h82h83h84h85h86h87h90h91h92h93h94h95h96h97h88h89h8ah8bh8ch8dh8eh8fh98h99h9ah9bh9ch9dh9eh9fh2）图形显示：先设垂直地址再设水平地址(连续写入两个字节的资料来完成垂直与水平的坐标地址)。垂直地址范围 ac5.ac0，水平地址范围 ac3.ac0。绘图ram 的地址计数器（ac）只会对水平地址(x 轴) 自动加一,当水平地址=0fh 时会重新设为 00h 但并不会

46、对垂直地址做进位自动加一，故当连续写入多笔资料时，程序需自行判断垂直地址是否需要重新设定。gdram 的坐标地址与资料排列顺序如下图： 图 3-6 gdram 的坐标地址与资料排列顺序3.2.4 人体红外感应模块本设计基于 hc-sr501 的人体红外感应模块，由于该传感器手工制作信号不稳定，所以我们采用高度集中的成品人体感应模块，它的输入输出结构如下图图 3-7：图 3-7 人体红外感应模块图 从图中我们可以知道，该模块有 3 个引脚，1 号引脚接电源正极，是我们的电源正极输入极；3 号引脚为电源负极，在我们的设计里，3 号引脚接地；2 号引脚为高低电平输出引脚，当有人进入模块的感应区内时，

47、模块会输出持续的高电平（3.3v），我们可以运用此高电平控制 lcd12864 的背光开关，实现 lcd12864 背光的只能开关。3.2.4.1 人体红外模块的技术参数（1）工作电压：dc5v 至 20v（2）静态功耗：65 微安（3）电平输出：高 3.3v，低 0v（4）延时时间：可调(0.3 秒18 秒)（5）封锁时间：0.2 秒（6）触发方式：l 不可重复，h 可重复，默认值为 h（7）感应范围：小于 120 度锥角，7 米以内（8）工作温度：-15+70 度3.2.4.2 人体红外模块功能特点（1）全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出

48、低电平。（2）光敏控制：模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。（3）两种触发方式：l 不可重复，h 可重复。可跳线选择，默认为 h。不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自1动从高电平变为低电平。可重复触发方式： 即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体2在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。（4）具有感应封锁时间(默认设置：0.2 秒)：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个

49、封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。（5）工作电压范围宽：默认工作电压 dc5v 至 20v。3.2.4.3 人体红外模块的外围电路由于 lcd12864 是 5v 控制的显示器，但红外模块的高电平输出仅为 3.3v，不符合我们的理想要求，所以本设计中我们采用电压比较器来解决这个问题，原理图如下图 3-8：图 3-8 电压比较器 该设计运用电压比较器原理，运用 a741 芯片作为电压比较器的主要芯片，a741 是一款集成运算放大器，8 个引脚，当 2 号引

50、脚（in-）接一电压时，如果 3号引脚（in+，本设计里是人体红外模块的输入输出引脚）的电平高于 2 号引脚的电平，则 6 号引脚（out，本设计里它连接到 lcd12864 的背光开关 19 号引脚）会输出高电平，从而使 lcd12864 打开背光，方便人们查看万年历。3.2.5 独立键盘模块键盘是人与万年历实现信息交互的接口，本设计中，我们采用 7 个独立键盘，电路原理如下图 3-9：图 3-9 独立键盘当按键按下，与主控芯片连接的端口被降为低电平，按键松开则也升为高电平。按键采用的是 tack switch 按钮开关,它具有自动恢复（弹回）的功能。当我们按下按钮时，其中的接点接通（或切断

51、），放开按钮后，接点恢复为切断（或接通）。按照尺寸区分，电子电路或微型计算机所使用的 tack swith 可分为8mm、10mm、12mm 等。虽然 tack switch 有 4 个引脚，但实际上，其内部只有一对 a 接点，即其中两个引脚是内部相连通的，而另外两个引脚内部也是相连通的。7个按键实现了开机模式选择，日期调节等功能，独立按键的引入使得体现了本设计的人性化，智能化，功能的强大。3.2.6 蜂鸣器模块蜂鸣器模块是本设计中体现人机交互的又一大设计亮点，其电路原理图如下图：图 3-10 蜂鸣器模块（1）蜂鸣器的介绍蜂鸣器的作用：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，1广

52、泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器的分类：蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两类。2 蜂鸣器的电路图形符号：蜂鸣器在电路中用字母“h”或“ha”（旧标准用3“fm”、“lb”、“jd”等）表示。本设计里，我们采用有源蜂鸣器，由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以至于单片机的 i/o 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，我们使用三极管来放大电流，驱动蜂鸣器，此模块只要通过 bell（连接到到单片机 p0.2）输入的 pwm 波既可以使蜂鸣器分出声音，我们设计的这款万年历可以再开机时选择按键声音的有无，以及在闹

53、钟定时中作为声音提醒信号。3.2.7 单片机模块 stc12c5a60s2 单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快8-12 倍。内部集成 max810 专用复位电路,2 路 pwm,8 路高速 10 位 a/d 转换(250k/s),针对电机控制，强干扰场合，本设计中单片机的引脚连接如图 3-11 所示：图 3-11 stc12c5a60s2 引脚连接其主要特性如下：增强型 8051 cpu，1t，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 8051工作电压： 5.5v- 3.3v工作频

54、率范围：0 - 35mhz，相当于普通 8051 的 0420mhz用户应用程序空间 60k 字节片上集成 1280 字节 ram通用 i/o 口（36/40/44 个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通 8051 传统 i/o口），可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个 i/o 口驱动能力均可达到 20ma，但整个芯片最大不要超过 55ma isp（在系统可编程）/iap（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（p3.0/p3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片有 eeprom 功能(stc12c5a62s2/ad/pwm 无内部

55、 eeprom) 看门狗内部集成 max810 专用复位电路（外部晶体 12m 以下时，复位脚可直接 1k 电阻到地）外部掉电检测电路:在 p4.6 口有一个低压门槛比较器，5v 单片机为 1.32v，误差为+/-5%,3.3v 单片机为 1.30v，误差为+/-3%时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部 r/c 振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 r/c 振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部 r/c 振荡器频率为：11mhz15.5mhz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准共 4 个 16 位定时器：两个与

56、传统 8051 兼容的定时器/计数器，16 位定时器 t0和 t1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器，做串行通讯的波特率发生器，加上2 路 pca 模块可再实现 2 个 16 位定时器2 个时钟输出口，可由 t0 的溢出在 p3.4/t0 输出时钟，可由 t1 的溢出在p3.5/t1 输出时钟外部中断 i/o 口 7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的 pca 模块，power down 模式可由外部中断唤，int0/p3.2, int1/p3.3, t0/p3.4, t1/p3.5, rxd/p3.0,ccp0/p1.3(也可通过寄存器设置到 p4.2 ), c

57、cp1/p1.4 (也可通过寄存器设置到 p4.3)pwm(2 路）/pca（可编程计数器阵列,2 路），也可用来当 2 路 d/a 使用，也可用来再实现 2 个定时器，也可用来再实现 2 个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)a/d 转换, 10 位精度 adc，共 8 路，转换速度可达 250k/s(每秒钟 25 万次)通用全双工异步串行口(uart)，由于 stc12 系列是高速的 8051，可再用定时器或 pca 软件实现多串口stc12c5a60s2 系列有双串口，后缀有 s2 标志的才有双串口，rxd2/p1.2(可通过寄存器设置到 p4.2)，txd2/p1.3(

58、可通过寄存器设置到 p4.3)工作温度范围：-40 - +85(工业级) / 0 - 75(商业级)21.封装：pdip-40,lqfp-44,lqfp-48 i/o 口不够时，可用 2 到 3 根普通 i/o 口线外接 74hc164/165/595（均可级联）来扩展 i/o 口, 还可用 a/d 做按键扫描来节省 i/o 口，或用双 cpu,三线通信，还多了串口。3.3 电路原理图的绘制和电路的焊接在硬件的设计前期，根据框图对电路中可能出现的电路，进行了模拟实验，并根据实验结果对后期的硬件设计进行了合理化的修改完善。在前面已分析了系统并绘制了框图，并根据框图分别设计了各部分电路。由于温度传

59、感器与时钟芯片集成度较高，所以在硬件电路设计时不需要太多其他元件即可实现预期功能。因此在protel 上对原理图进行了绘制，从而得出了最终的完整电路原理图附录 1。 3.3.1 原理图绘制软件 protel protel 是 portel 公司在 80 年代末推出的 eda 软件，在电子行业的 cad软件中，它当之无愧地排在众多 eda 软件的前面，是电子设计者的首选软件，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 client/server （客户/服务器）体系结构，

60、同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如 orcad，pspice，excel 等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度 pcb 的 100布通率。protel 99se 采用数据库的管理方式。该软件沿袭了 protel 以前版本方便易学的特点，内部界面与 protel 99 大体相同，新增加了一些功能模块，功能更加强大。新增的层堆栈管理功能，可以设计 32 个信号层，16 个地电层，16 个机械层。新增的 3d 功能在加工印制版之前可以看到板的三维效果。其具有的打印功能，可以轻松修改打印设置控制打印结果。protel 99se 容易使用的特性还体现在其帮助功能，按下右上角的小问号，然后输入