【正文】 單片機(jī)技術(shù)萬(wàn)年歷項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案1 緒論 背景及意義在當(dāng)代繁忙的工作生活中，時(shí)間與我們每一個(gè)人都有非常密切的關(guān)系，每個(gè)人都受時(shí)間的影響。隨著社會(huì)科技的發(fā)展，人類得知時(shí)間，能夠了解其他與人類密切相關(guān)的信息，比如溫度，星期等。電子萬(wàn)年歷誕生了，它集時(shí)間、日期、星期和溫度功能于一身，具有讀取方便、電路簡(jiǎn)潔等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，給人類生活帶來(lái)了許多改變。尤其是單片機(jī)技術(shù)，嵌入式產(chǎn)品的普及，各類應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。電子萬(wàn)年歷的出現(xiàn)給人們的生活帶來(lái)了諸多的方便，現(xiàn)在內(nèi)嵌于各種電子產(chǎn)品中，具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前的萬(wàn)年歷功能擴(kuò)展了諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、鬧鐘、定時(shí)廣播、自動(dòng)啟閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烤箱、開(kāi)斷各種家庭電氣等。但是所有的功能，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，萬(wàn)年歷的擴(kuò)展功能及其應(yīng)用十分豐富。中國(guó)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展 出現(xiàn)的問(wèn)題中，許多情況不容樂(lè)觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)集中于勞動(dòng)密集型產(chǎn)品。技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱，產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、壞境污染等。隨著科技的快速發(fā)展，時(shí)間的流逝，從觀太陽(yáng)，擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄。它可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。對(duì)于電子萬(wàn)年歷采用直觀的LCD液晶顯示，可同時(shí)顯示年、月、日、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。此萬(wàn)年歷具有讀取方便，顯示直觀，功能多樣，電路簡(jiǎn)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(chǎng)前景。 設(shè)計(jì)主要工作 萬(wàn)年歷系統(tǒng)基本方案選擇與論證，硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)物制作，各模塊軟件編寫(xiě)與調(diào)試等是設(shè)計(jì)的幾個(gè)主要工作。分別要對(duì)核心控制芯片、顯示器、溫濕度傳感器、時(shí)鐘芯片、控制鍵盤(pán)等進(jìn)行選擇論證，得出最終總體設(shè)計(jì)方案。硬件電路以AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)做基礎(chǔ)，外加多個(gè)相應(yīng)擴(kuò)展電路模塊，構(gòu)成萬(wàn)年歷系統(tǒng)。外圍模塊分別是ISP下載模塊、LCD12864液晶顯示器模塊、DS1302時(shí)鐘模塊、DHT11溫濕度傳感模塊、紅外遙控模塊（接收電路模塊,傳輸電路模塊,中央控制器(8031),信號(hào)調(diào)理電路模塊,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用程序）等。軟件采用C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，對(duì)各模塊用Keil軟件在計(jì)算機(jī)上分別進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試，得出結(jié)果。各模塊軟件設(shè)計(jì)成功之后，再對(duì)其進(jìn)行模塊化，最終將各模塊組合得到系統(tǒng)總的軟件設(shè)計(jì)程序。2 設(shè)計(jì)思想與方案 設(shè)計(jì)思想萬(wàn)年歷是單片機(jī)控制技術(shù)的一個(gè)具體應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的大眾化，界面的友好性出發(fā)。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：（1） 根據(jù)選用的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)外圍電路確定單片機(jī)接口電路。（2） 在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)電路盡量簡(jiǎn)單。（3） 在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能減小硬件電路的復(fù)雜度，能用程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)就采用程序設(shè)計(jì)進(jìn)行。（4） 根據(jù)硬件電路，在萬(wàn)能板上完成器件的焊接。（5） 根據(jù)單片機(jī)的接口電路，編寫(xiě)控制AT89S52芯片的程序。（6） 通過(guò)編程、編譯、調(diào)試，把程序燒入單片機(jī)上運(yùn)行，并測(cè)試其功能。（7） 在軟件程序設(shè)計(jì)時(shí)，盡量考慮提高人機(jī)交互界面的友好，方便用戶操作等因素。 設(shè)計(jì)方案及原理按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求和功能，將系統(tǒng)分為單片機(jī)模塊、下載電路、復(fù)位電路、晶振電路、LCD顯示模塊、電源電路幾個(gè)模塊，系統(tǒng)框圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)框架圖萬(wàn)年歷系統(tǒng)的工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路，顯示電路以及紅外遙控電路。由單片機(jī)控制的萬(wàn)年歷以及時(shí)間顯示，當(dāng)時(shí)間及秒計(jì)數(shù)計(jì)滿60時(shí)就向分進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60分后向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。時(shí)、分、秒的計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當(dāng)計(jì)時(shí)發(fā)生誤差的時(shí)候可以用校時(shí)電路進(jìn)行校正。時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)滿24小時(shí)后自動(dòng)向日計(jì)數(shù)器進(jìn)一，日計(jì)數(shù)器由平年、閏年的28/30/31對(duì)大、小月和二月的判斷應(yīng)與當(dāng)月相應(yīng)的日期相一致，當(dāng)日計(jì)數(shù)器計(jì)滿時(shí)，向月計(jì)數(shù)器進(jìn)位，月計(jì)數(shù)器計(jì)滿12月向年計(jì)數(shù)器進(jìn)位，當(dāng)年計(jì)數(shù)器計(jì)滿100時(shí)所以計(jì)數(shù)器清零。設(shè)計(jì)采用的是年、月、日和時(shí)、分、秒、星期顯示，所以在單片機(jī)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行同時(shí)在液晶上顯示。3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 主要器件介紹 AT89S52單片機(jī)AT89S52單片機(jī)是Atmel公司制造的，其片內(nèi)ROM全部采用Flash 存儲(chǔ)器,具有8KB ROM存儲(chǔ)空間，可以工作在3V的超低電壓環(huán)境中，并且與MCS51系列單片機(jī)完全兼容，它具備ISP在線編程技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)中對(duì)修改后程序擦除與燒入。設(shè)計(jì)采用的是雙列直插式AT89S52單片機(jī)，并運(yùn)用活扣鎖緊座，方便對(duì)芯片進(jìn)行拔插，以防止對(duì)芯片的機(jī)械損壞，方便設(shè)計(jì)使用。AT89S52單片機(jī)共40個(gè)引腳，4個(gè)I/O口線，每個(gè)口線都有8位，同時(shí)具有3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，串行通信線路形式是全雙工形式。 除此之外，單片機(jī)還有兩種節(jié)電模式。在空閑模式情況下，CPU是停止工作的，但是其內(nèi)部模塊仍然可以繼續(xù)工作，如RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口以及中斷等都可以工作。在使用掉電保護(hù)情況下，單片機(jī)會(huì)把RAM的內(nèi)容保存好，振蕩器將會(huì)停止工作，這就意味著單片機(jī)會(huì)停止所有工作，要想重新開(kāi)始工作就要等到下一個(gè)中斷或者硬件復(fù)位信號(hào)到來(lái)。如圖2為AT89S52單片機(jī)的引腳圖。圖2 AT89S52單片機(jī)的引腳圖 LCD12864液晶顯示屏LCD12864顯示屏是FYD128640402B型一種，它本身不能發(fā)光顯示，顯示原理是反射自然光而形成字符顯示。液晶顯示模塊有多種接口方式，如：2線或3線串行以及4位或8位并行等接口方式，它的PSB引腳可控制并行和串行通信方式，PSB引腳接高電平進(jìn)行并行通信，接低電平進(jìn)行串口通信，通過(guò)對(duì)其靈活的接線和指令操作就能完成。內(nèi)部配置了16 * 16點(diǎn)的漢字共8192個(gè),此外,還配置了8個(gè)6 * 8分ASCII字符集、內(nèi)部存在的簡(jiǎn)化漢字點(diǎn)陣圖形都是屬于國(guó)家一級(jí)和二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的,顯示分辨率為128*64。液晶顯示屏顯示字符方便人們清晰地觀察，并可對(duì)其軟硬件進(jìn)行方便的調(diào)試工作。通過(guò)各方面比較，其硬件電路的搭建也比其他相同類型的顯示器電路要簡(jiǎn)單，價(jià)格也較便宜，并且它還具有低電壓、低功耗、高清顯示等顯著優(yōu)點(diǎn)。實(shí)物圖外觀如圖3所示。圖3 LCD12864液晶顯示屏 DS1302時(shí)鐘芯片DS1302芯片來(lái)產(chǎn)自DALLAS公司, V鋰電池對(duì)其涓流充電提供電源。它共有八個(gè)引腳，各引腳分別是供電、連接外部時(shí)鐘信號(hào)、接收復(fù)位信號(hào)、與單片機(jī)進(jìn)行串口通信等功能，與單片機(jī)相連的引腳有三個(gè)，分別是CE復(fù)位引腳，I/O 數(shù)據(jù)線引腳和CLK串行時(shí)鐘引腳。它內(nèi)部具有完整的時(shí)鐘和日歷以及31字節(jié)靜態(tài)RAM等信息，通過(guò)單片機(jī)與其通信，采集時(shí)間數(shù)據(jù)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就能得到各種時(shí)間信息。時(shí)鐘有12/24小時(shí)格式，通過(guò)對(duì)AM/PM進(jìn)行指示，就能選擇想要設(shè)定的格式，一般選用24小時(shí)制。DS1302時(shí)鐘芯片的最大特點(diǎn)之一，是它除了能對(duì)每個(gè)月的天數(shù)進(jìn)行調(diào)整，還能對(duì)閏年天數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，這樣就減少了軟硬件上的復(fù)雜度。硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只需給DS1302芯片提供工作的正常電壓和正常時(shí)鐘信號(hào)即可。并且它還具有高精度、低功耗等特點(diǎn)，在進(jìn)行工作時(shí)功耗小于1mW。它的引腳圖排列如圖4所示。圖4 DS1302引腳圖 HS0038紅外接收頭紅外接收頭HS0038采用一體化設(shè)計(jì)，具有對(duì)信號(hào)放大、檢波、整形等一系列功能，從而產(chǎn)生需要的TTL電平的編碼信號(hào)。它采用黑色環(huán)氧樹(shù)脂封裝，日光、紫外光、電燈熒光等自然光源對(duì)其一般產(chǎn)生不了干擾。同時(shí)它還具有磁屏蔽功能，其周圍的磁場(chǎng)對(duì)其也沒(méi)有影響。以上設(shè)計(jì)使它具有非常高的靈敏度，還能接收較遠(yuǎn)距離的信號(hào)，一般接收距離可達(dá)35m左右。它有三個(gè)引腳，分別是接5V電源、接地以及解調(diào)信號(hào)輸出引腳。它的管腳排列如圖5所示。圖5 HS0038管腳圖圖5 蜂鳴器 硬件單元電路的設(shè)計(jì) 直流穩(wěn)壓電源電路萬(wàn)年歷系統(tǒng)的各個(gè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)首先必須要有一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源，能夠讓各個(gè)模塊穩(wěn)定的工作。為了能方便獲取所需電壓+5V，采用變壓器將市電電壓降壓至12V交流電，然后通過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓、濾波給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。電路原理圖詳見(jiàn)附錄。電源電路先選用電源變壓器變比K=220V/12V，將電網(wǎng)電壓降到12V，降壓后的交流電壓通過(guò)整流電路變換為單向脈動(dòng)電壓。其整流元件如：晶體二極管、電子二極管或晶閘管等構(gòu)成整流橋（選取全橋正向電流為2A，耐壓值為25V即可）。整流后的電壓再經(jīng)過(guò)濾波器減小其脈動(dòng)程度以符合負(fù)載的需要。濾波電路一般由電容（取2200pF即可）組成，利用電容充放電的原理把脈動(dòng)電壓中大部分紋波加以濾除得到較平滑的直流電壓。將濾波后的直流電壓通過(guò)穩(wěn)壓電路，一般采用穩(wěn)壓芯片（LM7805等）的方式以得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。最后在經(jīng)過(guò)一道濾波電路（）使得電壓的紋波更加穩(wěn)定。 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)一塊單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括：一個(gè)可靠的電源（直流穩(wěn)壓電源）、一個(gè)穩(wěn)定的晶體震蕩電路、復(fù)位電路、下載電路。通過(guò)以上組合的單片機(jī)系統(tǒng)才能正常的按照所寫(xiě)的程序來(lái)執(zhí)行操作。（1）下載電路萬(wàn)年歷系統(tǒng)選擇的單片機(jī)是AT89S52，所以下載方式為ISP下載，即在線編程，可直接將單片機(jī)電路制作好，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成燒寫(xiě)程序。同時(shí)也可以采用下載電路對(duì)系統(tǒng)供電。ISP下載是基于串行傳輸方式，并且符合SPI協(xié)議。下載電路如圖6所示。圖6 ISP下載電路（2）晶振電路單片機(jī)只有滿足相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)才能進(jìn)行工作，晶振電路結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。通過(guò)在AT89S52的XX2引腳上接入12MHz的石英晶振外加兩個(gè)負(fù)載電容器(電容器根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取30pF)組成的電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。采用12MHz的晶振能更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)萬(wàn)年歷的走時(shí)功能，所以使用12MHz的晶體晶振為系統(tǒng)單片機(jī)提供必要的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘電路如圖7所示。圖7 晶振電路（3）復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位有上電復(fù)位、按鍵復(fù)位，當(dāng)出現(xiàn)死機(jī)和運(yùn)行錯(cuò)誤的時(shí)候一般采用按鍵方式對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。萬(wàn)年歷的復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生使用上電加按鍵復(fù)位，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，按鍵并聯(lián)的電解電容（取22μF）開(kāi)始充電，單片機(jī)復(fù)位引腳為高電平，電容充電完成后由于電容的特性，復(fù)位引腳被下拉電阻（取1KΩ）拉為低電平。根據(jù)電容容值的選擇可確定電容充電時(shí)間，完成復(fù)位操作。往后系統(tǒng)正常運(yùn)行，可使用按下按鍵由電阻（200Ω和1KΩ），符合TTL（TransistorTransistor Logic，晶體管晶體管邏輯電平）邏輯高，使得復(fù)位引腳進(jìn)行復(fù)位操作。復(fù)位電路圖如圖8所示。圖8 復(fù)位電路 紅外模塊電路紅外模塊電路由紅外發(fā)射電路、紅外接收電路和紅外遙控器組成。紅外發(fā)射電路部分由一個(gè)發(fā)射管、發(fā)射管在發(fā)射數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將會(huì)達(dá)到幾十mA的電流，也就是說(shuō)發(fā)射功率會(huì)達(dá)到mW級(jí)。但是其自身并不能達(dá)到發(fā)射功率的要求，還需要借助9012三極管，放大電流驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管，才能達(dá)到基本發(fā)射要求。一般情況下，信號(hào)會(huì)被調(diào)制在38KHz的載波上，然后，由紅外發(fā)射管將已調(diào)制的信號(hào)發(fā)送出去。故載波由單片機(jī)定時(shí)器產(chǎn)生提供。紅外接收電路部分由1個(gè)紅外接收器、1個(gè)100UF電解電容、1個(gè)200Ω電阻和1個(gè)100UF的瓷片電容組成。其采用的集成紅外接收器,即一體化紅外信號(hào)接收頭HS0038。它集紅外接收、放大信號(hào)、信號(hào)整形與處理功能于一身。通常不需要外部其他設(shè)備，就能實(shí)現(xiàn)紅外接收等工作。例如：輸出TTL電平。它只有3個(gè)引腳，分別是電源、公共地以及脈沖信號(hào)輸出。紅外接收器將接收到的紅外信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后直接送至單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。，通過(guò)單線傳輸接收到的紅外信號(hào)。紅外鍵盤(pán)即為紅外遙控器，它及多種模塊電路和程序存儲(chǔ)器于一體，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程技術(shù)就能在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的鍵值功能，其具有遠(yuǎn)距離操作、操作簡(jiǎn)單、傳輸信號(hào)快等特點(diǎn)。紅外模塊電路如圖9所示。圖9 紅外模塊電路 顯示電路 12864液晶是一種具有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(guó)標(biāo)一級(jí)，二級(jí)簡(jiǎn)體文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊：其顯示分辨率為12864，內(nèi)置128個(gè)16*16點(diǎn)文字，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(jiǎn)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84行1616點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一其基本特性如下： 低電源電壓（VDD：+——+） 顯示分辨率：12864點(diǎn)內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字內(nèi)置128個(gè)168點(diǎn)陣字符2MHZ時(shí)鐘頻率顯示方式：STN ，半透，正顯驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS視角方向：6點(diǎn)背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通的LED的1/5—1/10通訊方向：串行，并行可選內(nèi)置DC—DC轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)工作溫度：零度到55度，存儲(chǔ)溫度：負(fù)20度到60度。而本設(shè)計(jì)將采用的是并行接口，及見(jiàn)圖10所示。圖10 12864液晶電路我們用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制。它可以很直觀的用來(lái)顯示年、月、日、時(shí)、分、秒及星期，單片機(jī)與LCD的接口電路如圖11所示。 圖11 接口電路 原理圖見(jiàn)附錄A 元器件清單見(jiàn)附錄C4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)軟件部分主要有以下模塊程序設(shè)計(jì)：LCD12864液晶顯示程序、日期及時(shí)間顯示程序、時(shí)間調(diào)整程序、紅外接收程序