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

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。

Pick to: along with the rapid development of economy in 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 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 broad market prospect.

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

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II 12864LCD

液晶 按键 模块 STC89C52 主控制模块I 按键模块 时钟芯片模

12864LC

D 显示

发声模块

温度感应模

器件名称规格个数单片机STC89C52 1

电阻10K,5.1K,4.7K 各一个可变电阻10K 1

按键 4

电解电容10uF 1

瓷片电容30PF 2

晶振12MHZ 32.768KHZ 各一个排阻10K 1

温度传感器DS18B20 1

时钟芯片DS1302 1

三极管8550 1

液晶屏DY12864CBL 1

蜂鸣器 1 USB接口 1

开关 1

设计全图：

3.3 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1

P3.5是按键2

P3.6是按键3

P3.7是按键4

P2.2 P2.3 P2.4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

3.3.4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。

* 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

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

DS1302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，可与任何单片机、IC接口。功耗低，显示状态时电流为2μA (典型值)，省电模式时小于1μA，工作电压为2.4V～3.3V，显示清晰。

DS1302实时时间流程

图4示出DS1302的实时时间流程。根据此流程框图，不难采集实时时间。下面结合流程图对DS1302的基本操作进行编程：

根据本人在调试中遇到的问题，特作如下说明：

DS1302 与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位MSB(D7)必须为逻辑1，如果D7=0，则禁止写DS1302，即写保护；D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；D5～D1指定输入或输出的特定寄存器；最低位LSB(D0)为逻辑0，指定写操作(输入)，D0=1，指定读操作(输出)。

在DS1302的时钟日历或RAM进行数据传送时，DS1302必须首先发送命令字节。若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。

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；再一类为突发方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的RAM的31个字节。

要特别说明的是备用电源B1，一般可以接3V电压。DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。

结论

DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，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及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。

3.3.6闹铃部分

8550 PNP 40V 1500mA 1000mW 200MHz 放大倍数40-140

8550是一种常用的普通三极管。

它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管

集电极-基极电压Vcbo：-40V

工作温度：-55℃to +150℃

和8050（NPN）相对

主要用途：

开关应用

射频放大

我们在此利用的主要是8550的开关功能，由于8550是PNP管故只需控制基集电平，对于PNP管，当基集输入低电平时，开关导通，输入高电平时，开关断开。当开关导通时，蜂鸣器两端形成了电势差，从而蜂鸣器工作。基集电平高低是通过单片机控制的。

参考文献

○1郭天翔编51单片机C语言教程电子工业出版社 2009