電子萬年歷的電路原理與設計

1、 電子萬年歷電路原理與設計 學生姓名：張開志、邱云翔 、 陳繁 設計指導：劉剛 提交日期：2011年6月電子萬年歷的電路原理與設計 摘 要：隨著當今世界經(jīng)濟的快速發(fā)展和信息化時代的來臨，各種各樣的小型智能家電產(chǎn)品陸續(xù)出現(xiàn)在我們的生活當中。日歷是人們不可或缺的日常用品。但一般日歷都為紙制用品，使用不便，壽命不長。電子萬年歷采用智能電子控制和顯示技術，改善了紙制日歷的缺陷。萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。Pick to: along with the rapid development of economy in

2、 the world today with the advent of the information age, all kinds of small-sized intelligent electrical appliances product gradually appear in our life. Calendar is people indispensable everyday items. But general calendar for paper supplies, use inconvenience, life is not long. Electronic calendar

3、 using intelligent electronic control and display technology, improve the paper calendar defects. Calendar has read convenient, direct display, functional diversity, simple circuit, low cost, and many other advantages, conform to the trend of the development of electronic instruments, and has a broa

4、d market prospect.關鍵詞：單片機STC89C52，串口通信，控制模塊，顯示模塊，發(fā)聲模塊， 12864LCD液晶 1.前言萬年歷可以顯示年、月、日、時、分、秒、星期等，具有日期和時間校準、閏年補償、溫度顯示、鬧鐘功能。本設計由萬年歷控制模塊，顯示模塊，發(fā)聲模塊，按鍵模塊4個部分組成?？刂颇K由單片機STC89C52，按鍵模塊，溫度感應模塊等組成，其中STC89C52單片機作為核心，功耗小，電壓可選用35V電壓供電。顯示模塊由12864LCD液晶模塊。發(fā)聲模塊由蜂鳴器。利用單片機可以大大減小硬件的復雜程度。 2.1設計要求： 實現(xiàn)功能：（1）在12864上顯示年、月、日、星期、

5、時、分、秒，并且按秒實時更新顯示（2）具有鬧鐘設置和到時報警功能（3）有四個按鍵，分別為功能選擇鍵、數(shù)值增大鍵、數(shù)值減小鍵（4）每次有按鍵按下時蜂鳴器都以短滴聲報警 2.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證(1)顯示模塊選擇方案和論證：方案一： 采用12864LCD液晶顯示屏,是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8×4行16&

6、#215;16點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊方案二： 采用1602lcd液晶顯示屏，1602lcd一共可顯示兩行每行可顯示16個字符，但不能顯示圖形及漢字，不夠直觀。 通過對比以上2種方案，本設計采用了12864lcd作為萬年歷顯。（2）控制模塊的選擇因為對STC89c52比較熟悉故選擇STC89c52三.系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)3.1 電路設計框圖萬年歷顯示設計框圖STC89C52主控制模塊I按鍵模塊時鐘芯片模塊1286

7、4LCD顯示發(fā)聲模塊蜂鳴器FE溫度感應模塊液晶顯示設計框圖STC89C52主控制模塊II12864LCD液晶顯示模塊按鍵模塊3.2 系統(tǒng)硬件概述本電路中萬年歷部分是由89C52單片機為控制核心，低功耗，能在3-5V低壓工作；該電子萬年歷能夠成功實現(xiàn)時鐘運行，調(diào)整功能。溫度的采集由DS18B20完成；顯示部份由12864LCD液晶。四個按鍵分為功能鍵，數(shù)值增大鍵、數(shù)值減少鍵，可用以調(diào)節(jié)菜單界面，來選擇相應操作，可對時間進行調(diào)節(jié)，能設定鬧鐘主頁實時顯示時鐘、星期，溫度。主要元器件列表器件名稱規(guī)格個數(shù)單片機STC89C521電阻10K,5.1K,4.7K各一個可變電阻10K1按鍵4電解電容10uF1

8、瓷片電容30PF2晶振12MHZ 32.768KHZ各一個排阻10K1溫度傳感器DS18B201時鐘芯片DS13021三極管85501液晶屏DY12864CBL1蜂鳴器1USB接口1開關1設計全圖：3.3 主要單元電路的設計萬年歷單片機主控制模塊的設計 8052 是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請參照-單片 機引腳圖1：其中P1口是年月日，星期的段選控制。P0口是液晶數(shù)據(jù)接口P1.3是溫度傳感器接口。P2.5是蜂鳴器接口。P3.4是按鍵1P3.5是按鍵2P3.6是按鍵3P3.7是按鍵4P2.2 P2.3 P2.4分別是時鐘芯片SCLK,I/O,RST接口單片機主控制模塊原理圖：

9、顯示模塊的設計溫度感應模塊的設計溫度感應模塊主要是由DS18B20構(gòu)成。其電路如圖所示：DS18B20簡介：它具有超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，大多數(shù)都用它來做溫度檢測。DS18B20的主要特征：l* 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。l* 先進的單總線數(shù)據(jù)通信。l* 最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。l* 12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。l* 可選擇寄生工作方式。l* 檢測溫度范圍為55°C +125°C (67°F +257°F)l* 內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。l* 64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多

10、機掛接。l* 多樣封裝形式，適應不同硬件系統(tǒng)。lDS18B20芯片封裝結(jié)構(gòu)：DS18B20引腳功能：GND 電壓地 DQ 單數(shù)據(jù)總線 VDD 電源電壓 NC 空引腳DS18B20工作原理及應用：DS18B20的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內(nèi)部存儲器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CR

11、C碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS1

12、8B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。時鐘芯片DS1302模塊的設計該模塊的核心部件是DS1302，因此我們主要講介紹1302。引言現(xiàn)在流行的串行時鐘電路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本文介紹的實時時鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實

13、時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。引腳功能及結(jié)構(gòu)圖1示出DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2

14、大于Vcc10.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RS

15、T置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK始終是輸入端。DS1302的控制字節(jié)DS1302 的控制字如圖2所示。控制字節(jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出D

16、S1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。DS1302的寄存器DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見表1。此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)

17、，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。DS1302實時顯示時間的軟硬件DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。圖3示出DS1302與89C2051的連接圖，其中，時鐘的顯示用LCD。DS1302與CPU的連接實際上，在調(diào)試程序時可以不加電容器，只加一個32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上面的電路中加入DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占用CPU一個口線即可。 LCD還可以換成LED，還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的10位多功能8段液晶顯示模塊LCM101，內(nèi)含看門狗 (WDT)/時

18、鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動電路，并有內(nèi)置顯示RAM，可顯示任意字段筆劃，具有34線串行接口，可與任何單片機、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時電流為2A (典型值)，省電模式時小于1A，工作電壓為2.4V3.3V，顯示清晰。DS1302實時時間流程圖4示出DS1302的實時時間流程。根據(jù)此流程框圖，不難采集實時時間。下面結(jié)合流程圖對DS1302的基本操作進行編程：根據(jù)本人在調(diào)試中遇到的問題，特作如下說明：DS1302 與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)；D5D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)， D0=1，指定讀操作(輸出)。在DS1302的時鐘日歷或RAM進行數(shù)據(jù)傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類:一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所