電子萬年歷的電路原理與設(shè)計(jì)

1、 電子萬年歷電路原理與設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：張開志、邱云翔 、 陳繁 設(shè)計(jì)指導(dǎo)：劉剛 提交日期：2011年6月電子萬年歷的電路原理與設(shè)計(jì) 摘 要：隨著當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和信息化時(shí)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(dāng)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(shù)，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(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)，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(guān)鍵詞：單片機(jī)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(shí)、分、秒、星期等，具有日期和時(shí)間校準(zhǔn)、閏年補(bǔ)償、溫度顯示、鬧鐘功能。本設(shè)計(jì)由萬年歷控制模塊，顯示模塊，發(fā)聲模塊，按鍵模塊4個(gè)部分組成?？刂颇K由單片機(jī)STC89C52，按鍵模塊，溫度感應(yīng)模塊等組成，其中STC89C52單片機(jī)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(jī)可以大大減小硬件的復(fù)雜程度。 2.1設(shè)計(jì)要求： 實(shí)現(xiàn)功能：（1）在12864上顯示年、月、日、星期、

5、時(shí)、分、秒，并且按秒實(shí)時(shí)更新顯示（2）具有鬧鐘設(shè)置和到時(shí)報(bào)警功能（3）有四個(gè)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(shí)蜂鳴器都以短滴聲報(bào)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(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)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(jī)交互圖形界面。可以顯示8×4行16&

6、#215;16點(diǎn)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(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)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(jià)格也略低于相同點(diǎn)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(gè)字符，但不能顯示圖形及漢字，不夠直觀。 通過對(duì)比以上2種方案，本設(shè)計(jì)采用了12864lcd作為萬年歷顯。（2）控制模塊的選擇因?yàn)閷?duì)STC89c52比較熟悉故選擇STC89c52三.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 電路設(shè)計(jì)框圖萬年歷顯示設(shè)計(jì)框圖STC89C52主控制模塊I按鍵模塊時(shí)鐘芯片模塊1286

7、4LCD顯示發(fā)聲模塊蜂鳴器FE溫度感應(yīng)模塊液晶顯示設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)現(xiàn)時(shí)鐘運(yùn)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(gè)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(yīng)操作，可對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，能設(shè)定鬧鐘主頁實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘、星期，溫度。主要元器件列表器件名稱規(guī)格個(gè)數(shù)單片機(jī)STC89C521電阻10K,5.1K,4.7K各一個(gè)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(gè)排阻10K1溫度傳感器DS18B201時(shí)鐘芯片DS13021三極管85501液晶屏DY12864CBL1蜂鳴器1USB接口1開關(guān)1設(shè)計(jì)全圖：3.3 主要單元電路的設(shè)計(jì)萬年歷單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì) 8052 是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請(qǐng)參照-單片 機(jī)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(shí)鐘芯片SCLK,I/O,RST接口單片機(jī)主控制模塊原理圖：

9、顯示模塊的設(shè)計(jì)溫度感應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)溫度感應(yīng)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(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，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(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。l* 最高12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度。l* 12位分辨率時(shí)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(bào)警功能。l* 64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多

10、機(jī)掛接。l* 多樣封裝形式，適應(yīng)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(yīng)用：DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)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(chǔ)器資源。18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲(chǔ)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(hào)，最后8位是以上56的位的CR

11、C碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)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(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個(gè)字節(jié)RAM，每個(gè)字節(jié)為8位。第1、2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個(gè)字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5個(gè)字節(jié)則是用戶第3個(gè)EEPROM的鏡像。第6、7、8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9個(gè)字節(jié)為前8個(gè)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(bào)警值和校驗(yàn)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(shí)鐘芯片DS1302模塊的設(shè)計(jì)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(shí)鐘電路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本文介紹的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)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。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(shí)

13、時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)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(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)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(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2

14、大于Vcc10.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)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(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，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(xì)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?？刂谱止?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(shí)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(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)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(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，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(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出D

16、S1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。DS1302的寄存器DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)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(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)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(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)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(gè)字節(jié)

17、，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。DS1302實(shí)時(shí)顯示時(shí)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(shí)鐘的顯示用LCD。DS1302與CPU的連接實(shí)際上，在調(diào)試程序時(shí)可以不加電容器，只加一個(gè)32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時(shí)，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(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度。只要占用CPU一個(gè)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(shí)

18、鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)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(jī)、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時(shí)電流為2A (典型值)，省電模式時(shí)小于1A，工作電壓為2.4V3.3V，顯示清晰。DS1302實(shí)時(shí)時(shí)間流程圖4示出DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)間流程。根據(jù)此流程框圖，不難采集實(shí)時(shí)時(shí)間。下面結(jié)合流程圖對(duì)DS1302的基本操作進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，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(hù)；D6=0，指定時(shí)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(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)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(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類:一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)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