电子万年历的电路原理与设计

电子万年历电路原理与设计学生姓名：张开志、邱云翔、陈繁设计指导：刘刚提交日期：2011年6月2电子万年历的电路原理与设计摘要：随着当今世界经济的快速发展和信息化时代的来临，各种各样的小型智能家电产品陆续出现在我们的生活当中。日历是人们不可或缺的日常用品。但一般日历都为纸制用品，使用不便，寿命不长。电子万年历采用智能电子控制和显示技术，改善了纸制日历的缺陷。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。Pickto:alongwiththerapiddevelopmentofeconomyintheworldtodaywiththeadventoftheinformationage,allkindsofsmall-sizedintelligentelectricalappliancesproductgraduallyappearinourlife.Calendarispeopleindispensableeverydayitems.Butgeneralcalendarforpapersupplies,useinconvenience,lifeisnotlong.Electroniccalendarusingintelligentelectroniccontrolanddisplaytechnology,improvethepapercalendardefects.Calendarhasreadconvenient,directdisplay,functionaldiversity,simplecircuit,lowcost,andmanyotheradvantages,conformtothetrendofthedevelopmentofelectronicinstruments,andhasabroadmarketprospect.3关键词：单片机STC89C52，串口通信，控制模块，显示模块，发声模块，12864LCD液晶1.前言万年历可以显示年、月、日、时、分、秒、星期等，具有日期和时间校准、闰年补偿、温度显示、闹钟功能。本设计由万年历控制模块，显示模块，发声模块，按键模块4个部分组成。控制模块由单片机STC89C52，按键模块，，温度感应模块等组成，其中STC89C52单片机作为核心，功耗小，电压可选用3~5V电压供电。显示模块由12864LCD液晶模块。发声模块由蜂鸣器。。利用单片机可以大大减小硬件的复杂程度。2.1设计要求：实现功能：（1）在12864上显示年、月、日、星期、时、分、秒，并且按秒实时更新显示（2）具有闹钟设置和到时报警功能（3）有四个按键，分别为功能选择键、数值增大键、数值减小键（4）每次有按键按下时蜂鸣器都以短滴声报警2.2系统基本方案选择和论证(1)显示模块选择方案和论证：方案一：采用12864LCD液晶显示屏,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128×64,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8×4行16×16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4方案二：采用1602lcd液晶显示屏，1602lcd一共可显示两行每行可显示16个字符，但不能显示图形及汉字，不够直观。通过对比以上2种方案，本设计采用了12864lcd作为万年历显。（2）控制模块的选择因为对STC89c52比较熟悉故选择STC89c52三.系统的硬件设计与实现3.1电路设计框图3.1.1万年历显示设计框图3.1.2液晶显示设计框图3.2系统硬件概述本电路中万年历部分是由89C52单片机为控制核心，低功耗，能在3-5V低压工作；该电子万年历能够成功实现时钟运行，调整功能。温度的采集由DS18B20完成；显示部份由12864LCD液晶。四个按键分为功能键，数值增大键、数值减少键，可用以调节菜单界面，来选择相应操作，可对时间进行调节，能设定闹钟主页实时显示时钟、星期，温度。主要元器件列表STC89C52主控制模块II12864LCD液晶显示模块按键模块STC89C52主控制模块I按键模块时钟芯片模块12864LCD显示发声模块蜂鸣器FE温度感应模块5器件名称规格个数单片机STC89C521电阻10K,5.1K,4.7K各一个可变电阻10K1按键4电解电容10uF1瓷片电容30PF2晶振12MHZ32.768KHZ各一个排阻10K1温度传感器DS18B201时钟芯片DS13021三极管85501液晶屏DY12864CBL1蜂鸣器1USB接口1开关1设计全图：63.3主要单元电路的设计万年历单片机主控制模块的设计8052是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照---单片机引脚图1：其中P1口是年月日，星期的段选控制。P0口是液晶数据接口P1.3是温度传感器接口。P2.5是蜂鸣器接口。P3.4是按键1P3.5是按键2P3.6是按键3P3.7是按键4P2.2P2.3P2.4分别是时钟芯片SCLK,I/O,RST接口单片机主控制模块原理图：3.3.3显示模块的设计73.3.4温度感应模块的设计温度感应模块主要是由DS18B20构成。其电路如图所示：DS18B20简介：它具有超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，大多数都用它来做温度检测。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摄氏度。*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°C~+125°C(–67°F~+257°F)*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。8*多样封装形式，适应不同硬件系统。DS18B20芯片封装结构：DS18B20引脚功能：•GND电压地•DQ单数据总线•VDD电源电压•NC空引脚DS18B20工作原理及应用：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。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：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的位的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。RAM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。3.3.5时钟芯片DS1302模块的设计该模块的核心部件是DS1302，因此我们主要讲介绍1302。引言现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本文介绍的实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，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。采用普通32.768kHz晶振。DS1302的结构及工作原理DS1302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、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作9电压为2.5V～5.5V。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时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。引脚功能及结构图1示出DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。DS1302的控制字节DS1302的控制字如图2所示。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。数据输入输出(I/O)在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表1。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。DS1302实时显示时间的软硬件10DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。图3示出DS1302与89C2051的连接图，其中，时钟的显示用LCD。DS1302与CPU的连接实际上，在调试程序时可以不加电容器，只加一个32.768kHz的晶振即可。只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。另外，还可以在上面的电路中加入DS18B20，同时显示实时温度。只要占用CPU一个口线即可。LCD还可以换成LED，还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的10位多功能8段液晶显示模块LCM101，内含看门狗(WDT)/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并有内置显示RAM，可显示任意字段笔划，具有3－4线串行接口，可与任