多功能電子萬年歷

1、泉 州 師 范 學(xué) 院畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 多功能電子萬年歷 物理與信息工程 學(xué) 院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 專 業(yè)07 級1 班學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 生 職 稱 講師 完成日期 2011年4月1日 教務(wù)處 制多功能電子萬年歷物理與信息工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 指導(dǎo)教師【摘要】介紹能在LCD12864液晶顯示屏上顯示日期、時間、溫濕度以及可通過紅外控制修改相關(guān)參數(shù)的多功能電子萬年歷。詳細(xì)分析該系統(tǒng)組成的各部分模塊，用相應(yīng)的電路原理圖進(jìn)行說明，最后對硬件和軟件進(jìn)行測試和分析。系統(tǒng)模塊主要包括溫濕度模塊用到的DHT111傳感器，時鐘電路模塊模塊、紅外控制模塊、顯示模塊等等，通過STC8

2、9C51單片機實現(xiàn)系統(tǒng)的功能實現(xiàn)?！娟P(guān)鍵詞】多功能電子萬年歷; 電路原理; STC89C51; DHT111 目 錄引言.4第一章系統(tǒng)設(shè)計方案41.1系統(tǒng)功能41.2 系統(tǒng)方案4第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計52.1溫濕度采集模塊52.2主控模塊62.3 紅外控制模塊72.4 時鐘采集模塊82.5 顯示模塊92.6直流穩(wěn)壓模塊11第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計113.1時鐘軟件流程圖113. 2溫濕度采集軟件流程圖12第四章電路調(diào)試及結(jié)果分析134. 1硬件部分的調(diào)試134. 2軟件部分的仿真134.3系統(tǒng)整體的結(jié)果134. 4系統(tǒng)整體誤差分析15結(jié)束語15致謝15參考文獻(xiàn)15附錄17附錄1電路設(shè)計總攬17附錄2電路

3、PCB板17附錄3主程序18引言人類文明社會的不斷發(fā)展，讓當(dāng)代的我們生活節(jié)奏快餐化，時間觀念顯著越來越重要。如何方便快捷地得知時間信息成為一股潛在的市場，電子萬年歷就是在這種背景下應(yīng)運而生。電子萬年歷作為電子產(chǎn)業(yè)的小產(chǎn)品以其美觀，便捷等優(yōu)勢成為市場上的寵兒。電子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1。在此次的設(shè)計結(jié)果表明，電子萬年歷具有一定的實用美觀價值，相應(yīng)參數(shù)的修改手段簡單易學(xué)，容易上手。第一章系統(tǒng)設(shè)計方案1.1系統(tǒng)功能 系統(tǒng)在STC89C51單片機的為主要控制芯片，通過對外圍各硬件模塊的控制以實現(xiàn)不同的顯示結(jié)

4、果。當(dāng)對時鐘電路模塊DS1302時鐘芯片控制實現(xiàn)顯示年月日、時分秒和星期。對溫濕度采集模塊DHT11溫濕度傳感器控制實現(xiàn)采集系統(tǒng)周圍的溫度濕度。對紅外控制模塊控制實現(xiàn)用紅外遙控器對紅外一體化接收器進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的修改。顯示結(jié)果通過顯示模塊LCD12864液晶顯示屏呈現(xiàn)出來。1.2系統(tǒng)方案本次畢業(yè)設(shè)計所要做的電子萬年歷系統(tǒng)方案按兩個部分來完成，硬件部分和軟件部分。硬件部分采用STC89C51單片機為主控制芯片，溫濕度傳感器DHT11、紅外一體化接頭、時鐘芯片DS1302等組成硬件電路。其中整個系統(tǒng)的驅(qū)動電壓+5V，可以用筆記本電腦提供的直流電源，結(jié)果用LCD12864藍(lán)屏液晶顯示出來，從而在功能實

5、現(xiàn)時間、溫度、濕度的顯示，也能使用紅外遙控器對時間進(jìn)行修改。軟件部分主要是基于單片機的語言程序，編程環(huán)境是KEIL。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用2。綜合上面兩個部分，多功能電子萬年歷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要模塊如圖1所示：主控模塊顯 示 模 塊紅外控制模塊溫濕度采集模塊直流穩(wěn)壓模塊時鐘電路模塊圖1 系統(tǒng)框圖時鐘電路模塊：應(yīng)用DS1302時鐘芯片。顯示模塊：應(yīng)用LCD12864液晶顯示屏和發(fā)光二極管。溫濕度采集模塊：采用DHT11溫濕度傳感器。紅外控制模塊：紅

6、外遙控器和紅外一體化接收器。直流穩(wěn)壓模塊：由+5的直流穩(wěn)壓電源提供。主控模塊：具有可編程可擦除功能的AT89C51單片機。第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1溫濕度采集模塊由于溫度與濕度不管是從物理量本身還是在實際人們的生活中都有著密切的關(guān)系，所以溫濕度一體的傳感器就會相應(yīng)產(chǎn)生。溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號的設(shè)備或裝置。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器3。本系統(tǒng)采用DHT11溫濕度傳感器來采集電子萬年歷周圍環(huán)境的溫度和濕度。DHT11外形如圖2所示：圖2 DHT11溫濕度傳感器 DHT11的一些性能指標(biāo)如表2-1所示：表2-1DHT

7、11性能指標(biāo)參數(shù)型號測量范圍測濕精度測溫精度分辨力封裝DHT112090RH 0505RH214針單排直插值得注意的是，在調(diào)試溫濕度模塊功能的時候，給DHT11上電的時候，要等待1s是為了避免不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不要發(fā)送任何指令。DHT11工作電壓為3-5.5V之間4。系統(tǒng)提供的+5V滿足DHT11工作環(huán)境。在接入單片機接口的時候，第三引腳懸空，第一腳接電源，第四腳接地，第二腳通過一上拉電阻接電源。具體如下圖3所示：圖3 溫濕度模塊電路2.2主控模塊（單片機最小系統(tǒng)）系統(tǒng)的主控模塊采用STC89C51單片機最小系統(tǒng)。它的引腳圖如下圖4所示：圖4 STC89C51單片機引腳圖單片機具有功能強、體積

8、小、價格低和抗干擾能力強等特點，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研及日常生活等各個領(lǐng)域。它具有幾大優(yōu)點：1) 可靠性高，采用三總線結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強2) 體積小，功耗低3) 功能強，具有判斷和處理能力，對I/O口可以直接進(jìn)行操作4) 運行速度高，實時控制強5) 使用方便，性比高，易于產(chǎn)品化6) 加密性強7) 可擦寫周期多4 STC89C51單片機的最小系統(tǒng)如下圖5所示：圖5 STC89C51單片機最小系統(tǒng)2.3紅外控制模塊紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。系統(tǒng)采用的紅外一體化接收器外形如圖6所示：圖6 紅外一體化接收器紅外接收電路通常被廠家

9、集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近5。本次系統(tǒng)還選購了該紅外接收器相配套的紅外感應(yīng)遙控器，用來發(fā)射紅外信號。紅外一體化接收器的第一引腳也是通過一個上拉電阻接電源，第二引腳接地，第三引腳直接接電源。具體接入系統(tǒng)電路如下圖7所示：圖7 紅外一體化接收器2.4時鐘采集模塊現(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

10、地采用。系統(tǒng)采用的是實時時鐘電路DS1302。它是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路。DS1302主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能6。DS1302的引腳排列如下圖8所示：圖8 DS1302時鐘芯片引腳圖其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)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(dāng)Vcc2大于Vcc10.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振6。RST是復(fù)位/片選線，通

11、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(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)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Vcc2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平6。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。這些引腳信息將會有助于后面的軟件編程、調(diào)試的順利進(jìn)行有個明確的指導(dǎo)意義。第八引腳的電源采用干電池作備用6。DS1302與單片機

12、的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。圖9示出DS1302與STC89C51的連接圖。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。圖9 DS1302時鐘芯片引腳圖2.5顯示模塊系統(tǒng)的顯示結(jié)果用LCD12864液晶顯示屏（藍(lán)屏）來顯示，它的外形如下圖10所示。圖10 LCD12864液晶顯示屏它是帶中文字庫的128X64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(biāo)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12864, 內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個

13、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7。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7，這可以從后面的附錄相應(yīng)程序看出來，并且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。LCD12864的引腳比較多，一共20個引腳，它們的對應(yīng)信息如表2-2所示：表2-2 LCD12864液晶顯示屏引腳描述管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0為顯示

14、數(shù)據(jù)RS=“L”,表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空腳17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效18VOUT-LCD驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V）20KV

15、SS背光源負(fù)端在如何把LCD12864液晶顯示屏引入系統(tǒng)而有不會帶來較大的誤差，采用排插和排針是比較方便快捷的方案。把排插固定在相應(yīng)的20處引腳，然后通過排針建立與系統(tǒng)的聯(lián)系12。這樣子在后期調(diào)試程序期間不會因為拔LCD12864液晶顯示屏而造成一些不必要的誤差。2.6直流穩(wěn)壓模塊系統(tǒng)的工作電壓均為直流電壓+5V，此次的設(shè)計過程中均由筆記本電腦USB插口提供。為了測試筆記本電腦是否有提供電壓，可以多引入一個發(fā)光二極管電路更直觀地知道。電路原理圖分別如下圖11-a，11-b 圖11-a電源電路 圖11-b檢測是否輸入電壓第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 時鐘軟件流程圖 對時鐘的設(shè)置，先將單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)初

16、始化，同時將定時器0、定時器1初始化，串口初始化，程序流程圖如下圖12所示：初始化定時器初始化化定時器初始化化串口初始化顯示待機指示符設(shè)定月設(shè)置年顯示刷新啟動走時變量初始化刷新顯示判時分變化否否？秒指示判秒到否？年代顯示時間顯示星期顯示YYYY 圖12 時鐘程序流程圖3.2 溫濕度采集軟件流程圖 DHT11溫濕度傳感器對系統(tǒng)周圍的溫濕度采集，當(dāng)接收到單片機發(fā)來的獲取溫濕度命令時，向單片機傳遞獲取的數(shù)值，從而順利地把數(shù)值顯示在LCD13864液晶顯示屏上。具體流程圖如下圖13所示：CRC校驗，正確？串口初始化，設(shè)置波特率，停止位，地址發(fā)送查詢命令讀串口數(shù)據(jù)否Start數(shù)據(jù)解析數(shù)據(jù)保存End數(shù)據(jù)保

17、存圖13 溫濕度采集流程圖第四章電路調(diào)試及結(jié)果分析4.1 硬件部分的調(diào)試對硬件的調(diào)試工具，用到了萬用表，直流電源（+5V），電烙鐵。先用萬用表依次檢測電路是否短路，是否開路，這樣可以找出在焊電路板的時候出現(xiàn)的虛焊，或者是漏焊地方12。對直接導(dǎo)致短路的地方用已經(jīng)加熱的電烙鐵修改，保證電路板硬件的完好，對有些銅線在焊接過程中脫落掉要及時用焊錫補上，這樣便于接下來的軟件調(diào)試。4.2 軟件部分的仿真同樣的，對軟件部分的仿真，用到KEIL環(huán)境下編程仿真。在仿真過程中，哪里出現(xiàn)錯誤KEIL都會提示出現(xiàn)錯誤地方，提高了調(diào)試的效率和正確率。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，由于DS1302存在時鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)

18、時鐘混亂等缺點，在同學(xué)導(dǎo)師的多方幫忙下克服了困難。對DHT11溫濕度傳感器的軟件調(diào)試下，也是夠周圍環(huán)境的溫濕度變化影響，仿真出來的數(shù)據(jù)波動起伏，使LCD12864液晶顯示屏晃動，畫面不平整，這些問題都在后期找到了相應(yīng)的辦法，讓軟件部分的仿真也順利成功。4.3 系統(tǒng)整體的結(jié)果 如圖14-1為軟件綜合程序仿真結(jié)果，圖14-2圖14-1軟件綜合程序仿真圖圖14-2 系統(tǒng)最終結(jié)果經(jīng)過認(rèn)真的硬件電路檢測及軟件調(diào)試仿真，時鐘電路模塊，顯示模塊，溫濕度采集模，紅外控制模塊，直流穩(wěn)壓模塊以及主控模塊都能正常地運行，實現(xiàn)了該系統(tǒng)所涉及到的功能。接下來，給出部分功能的一些數(shù)據(jù)檢測結(jié)果，通過比較的方法來得到誤差數(shù)據(jù)

19、。 DHT11所能測試的溫度范圍為：0-50C,濕度為：20-90%RH。為了檢測系統(tǒng)采集周圍濕度數(shù)據(jù)的誤差，在DHT11溫濕度傳感器旁邊哈氣以得到不同的濕度，然后通過標(biāo)準(zhǔn)的溫濕度計與系統(tǒng)在LCD濕度顯示結(jié)果進(jìn)行比較，表4-1為最后得到幾組不同的數(shù)據(jù)組。表4-1 LCD12864液晶顯示屏濕度顯示LCD濕度顯示（%RH）28354052617285實際濕度（%RH）27344255637583最后檢測系統(tǒng)采集周圍溫度數(shù)據(jù)的誤差，這次通過將系統(tǒng)放置在不同的溫度環(huán)境下以便得到不同的溫度數(shù)據(jù)，然后用溫濕度計與系統(tǒng)在LCD溫度顯示結(jié)果進(jìn)行比較，表4-2為最后得到幾組不同的數(shù)據(jù)組。表4-2 LCD128

20、64液晶顯示屏溫度顯示LCD溫度顯示（C）21243035404248實際溫度 （C）21253234424546從以上兩個表格所收集的數(shù)據(jù)來看，誤差是不可避免的。整體來看，但是系統(tǒng)的周圍的溫濕度較小的時候，誤差較小，隨著周圍的溫濕度增大，相應(yīng)的誤差開始增大。這是由于在溫濕度增大的情況下，單片所要控制DHT11所采集的溫濕度變化結(jié)果數(shù)據(jù)顯示在LCD12864液晶顯示屏上面時候進(jìn)行程序分析運行后結(jié)果會有所延遲。4.4 系統(tǒng)整體的結(jié)果誤差分析1）對溫濕度的誤差來源，一部分原因是系統(tǒng)在檢測周圍溫濕度的時候，周圍溫濕度并不是恒溫恒濕，這是一個重要原因。另一部分原因是由于硬件電路并不是很完美，在焊板過程

21、中對器件的一些磨損也會帶來誤差。2）誤差的原因還有由于程序的原因。在程序里面，采集周圍溫濕度的最小單位分別是:1C，1%RH。這對現(xiàn)實的實際環(huán)境的溫濕度并不是整數(shù)值，這樣必然會導(dǎo)致系統(tǒng)顯示的誤差。結(jié)束語在完成畢業(yè)設(shè)計的過程，不僅是對大學(xué)四年來所學(xué)知識的鞏固應(yīng)用，而且也是對自己的實際操作動作能力的磨練。在此過程中遇到了各種各樣的困難，比如在焊電路板時候，由于器件小，引腳也多，這樣子很容易造成虛焊、短路抑或是銅線的脫落。在軟件調(diào)試中有時候很難發(fā)現(xiàn)錯誤的地方，甚至是一個小小的標(biāo)點符號也會讓程序無法實現(xiàn)想要的結(jié)果。最后，設(shè)計的成品也都實現(xiàn)了功能的要求，在實驗室環(huán)境下也能正常地測出周圍的溫濕度。致謝在完

22、成論文的那一瞬間，我感慨萬千。真摯地感謝我的導(dǎo)師陳老師，在畢業(yè)設(shè)計期間一絲不茍地指導(dǎo)我。最后，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)四年生活的同學(xué)們，讓我大學(xué)四年的生活變著豐富多彩。在畢業(yè)設(shè)計的路上給我?guī)椭f聲：謝謝！參考文獻(xiàn)：1 電子萬年歷百科2 蘭吉昌.單片機C51完全學(xué)習(xí)手冊.化學(xué)工業(yè)出版 2009.033 溫濕度傳感器百科4 DHT11規(guī)格書5 馮建華，趙亮.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)M.北京：人民郵電出版社，2009. 86 DS1302中文資料7 LCD12864中文資料百度百科Multi-functional electronic calendarThe Colleges of Phy

23、sics and Information Engineering； 07 class electronics and Information science and technology Qingshou ChenFaculty adviser Musheng Chen lecturer【Abstract】In LCD12864 introduced LCD screen to display the date, time, temperature, humidity and related parameters through infrared control modify the mult

24、i-function electronic calendar. Detailed analysis of the system composition each part of a module, use corresponding circuit principle diagram described, finally to hardware and software testing and analysis. System module mainly include temperature and humidity sensor, DHT111 used modules clock cir

25、cuit module module, infrared control module, display module, etc., through the STC89C51 SCM realizing the function of the system implementation.【Keywords】Multi-functional electronic calendar; Circuit principle; STC89C51 ; DHT111附錄附錄1：電路設(shè)計總攬附錄2 ：電路PCB板附錄3：主程序主程序/* 編譯器:Keil日期:2011/03/21*/#include comm

26、on1.h/uchar Alarm_Temp=32;/報警溫度設(shè)置為32度void Key_Handle(void);/聲明按鍵處理程序void ShowRH_T(); /顯示溫度void Show_Menu(void);/顯示菜單void Show_Time(void);/顯示時間void Change_Time();void delay_ms(unsigned int time)unsigned char tres;for(;time0;time-)tres=150;while(tres-); /系統(tǒng)初始化void Sys_Init()Red_Init();/紅外初始化/write_130

27、2_time(times);/第一次編程時設(shè)定一個時間，以后就不用了LcmInit();/液晶初始化LcmClearTXT();/清除顯示LcmClearBMP();delay_ms(100);PutStr(0,0,Initial OK !);delay_ms(1000);LcmClearTXT();/清除顯示/主函數(shù)void main()Sys_Init();/系統(tǒng)初始化while(1) ShowRH_T();Show_Time();while(key=0x0e)Key_Handle(); / delay_ms(100);/顯示時間函數(shù)void Show_Time(void)read_1302_time(times);PutStr(0,0,日期: 20);PutStr(1,0,時間: );/PutStr(2,0,星期: );PutTime(); /delay_ms(10)