【正文】 命長(zhǎng)，精度高和低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能，本設(shè)計(jì)中為 DS1302 增加了備用電池，當(dāng)主電源掉電時(shí)，備用電池自動(dòng)為其供電；溫度的采集由 DS18B20 構(gòu)成；當(dāng)鬧鈴時(shí)間到時(shí)，通過蜂鳴器播放鬧鈴鈴聲。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 電路設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī)AT 89 C 51溫度采集模塊實(shí)時(shí)時(shí)鐘掉電保護(hù)電路按鍵掃描電路發(fā)聲電路顯示電路 系統(tǒng)硬件概述 本電路是由 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在 超低壓工作；顯示部分用 LCD1602 實(shí)現(xiàn)，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符；鬧鐘部分由蜂鳴器構(gòu)成，蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用 直流電壓 供電，作為發(fā)聲 器件 廣泛應(yīng)用于 計(jì)算機(jī) 、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、 電子玩具 、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、 定時(shí)器 等電子產(chǎn)品中；時(shí)鐘電路由 DS1302 提供，它是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可以對(duì)年、月、日、星期、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 ~. 采用三線接口與單片機(jī)進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM 數(shù)據(jù)。 方案比較 ： 由于，此多功能電子萬年歷不需要經(jīng)常修改時(shí)間，需要的按鍵也不多，而且方案二程序簡(jiǎn)單，成本低，因此選擇方案 二。 按鍵模塊的選擇方案和論證 方案一： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 采用 44 矩陣式鍵盤，在修改時(shí)鐘或設(shè)置鬧鈴時(shí)間時(shí)就可以直接從鍵盤輸入，節(jié)省 I/O 口，方便、快捷，但程序較為復(fù)雜。數(shù)字式溫度傳感器還具有測(cè)量精度高測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。在使用中不需要任何外圍元件。 方案二： 采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器，而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸易于與單片機(jī)連接，可以除去 A/D 模塊，降低硬件成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路。此設(shè)計(jì)需用 A/D 轉(zhuǎn)換電路。 方案比較 ： 由于我們需要定時(shí)，而且防止掉電現(xiàn)象，能夠保證準(zhǔn)確的時(shí)間，所以我們采用了方案一。用戶可以通過對(duì) DS1302 的設(shè)置實(shí)現(xiàn)AM/PM指示的 12小時(shí)制。 方案二： 采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， DS1302 芯片是一種高性能、低功耗、涓流充電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，內(nèi)部含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷，可自動(dòng)對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí) ，可以自動(dòng)調(diào)整每月的天數(shù)。 時(shí)鐘芯片的選擇方案和論證 方案一： 直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。 在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這種 LCD 驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，耗電量小，在僅需要顯示數(shù)字的場(chǎng)合應(yīng)用較多，也用來在便攜式應(yīng)用的場(chǎng)合來代替數(shù)碼管，所以也不采用字段式 LCD 作為顯示。 方案二： 采用字段式 LCD， 顯示類型與數(shù)碼管類似，靠 7 個(gè)字段拼湊生數(shù)字顯示。 顯示模塊選擇方案和論證 方案一： 采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 , LED 數(shù)碼價(jià)格適中，對(duì)于顯示數(shù)字最合適，而且采用動(dòng)態(tài)掃描方法與單片機(jī)連接時(shí)， 占用的單片機(jī)口線少，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，且LED 在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具很大的優(yōu)勢(shì)。功能擴(kuò)展只需要在現(xiàn)有程序的基礎(chǔ)上增加函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，無需對(duì)已實(shí)現(xiàn)功能的程序進(jìn)行改動(dòng)，調(diào)試方便，問題定位快捷、準(zhǔn)確。但是FPGA/CPLD 高速處理能力得不到充分發(fā)揮且價(jià)格較貴不適合在數(shù)字鐘這種簡(jiǎn)單電路中使用。 方案二使用一片 FPGA/CPLD 即可替代方案一中絕大多數(shù)的集成電路。單個(gè)芯片的質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響甚大，邏輯功能出現(xiàn)錯(cuò)誤不易定位，整體調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力。它為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活、低成本的解決方案。編程速度很快，擦除時(shí)也無需紫外線，非常方便。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 在應(yīng)用中可直接替換。 方案三 : 采用 AT89C51單片機(jī)，完全兼容 MCS51系列單片機(jī)的所有功能，并且本身帶有 2K的內(nèi)存儲(chǔ)器，可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上，比以往慣用的 8031CPU外加 EPROM為核心的單片機(jī)系統(tǒng)在硬件上具有更加簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，具體如下： 1)AT89C51單片機(jī)是最早期也最典型的產(chǎn)品，低功 耗、高性能、采用 CHMOS工藝的 8位單片機(jī)。 FPGA/CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好，并且可利用 EDA軟件進(jìn)行仿真和調(diào)試。用寄存器、比較器及相關(guān)控制電路組成鬧鐘電路。 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證 方案一 : 用中小規(guī)模集成電路 74/54 系列和 CC4000 系列及 555 集成電路構(gòu)建秒脈沖源，再利用分頻器、計(jì)數(shù)器、緩存器等得到分、時(shí)、日、月、年的計(jì)時(shí)信號(hào)，最后用譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，得到時(shí)鐘功能。 （ 8）軟件設(shè)計(jì)時(shí)必須要有完善的思路，要做到程序簡(jiǎn)單，調(diào)試方便。 （ 6）通過編程、編譯、調(diào)試，把程序下載到單片機(jī)上運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的功能。 （ 4）根據(jù)硬件電路圖，在開發(fā)板上完成器件的焊接。 （ 2）根據(jù)選用的電子萬年歷芯片設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路。 由于社會(huì)對(duì)信息交換 不斷提高的要求及高新技術(shù)的逐步發(fā)展，促使電子萬年歷發(fā)展并且投入市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。電子萬年歷的開發(fā)與研究在信息化時(shí)代的今天亦是當(dāng)務(wù)之急，因?yàn)樗鼞?yīng)用在學(xué)校、機(jī)關(guān)、企業(yè)、部隊(duì)等單位禮堂、訓(xùn)練場(chǎng)地、教學(xué)室、公共場(chǎng)地等場(chǎng)合，可以說遍及人們生活的每一個(gè)角落。 此萬年歷具有讀取方便、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。對(duì)于數(shù)字電子萬年歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時(shí)顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒和溫度等信息，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第一章 緒論 課題研究的背景 隨著科技的快速發(fā)展，時(shí)間的流逝 ,從觀太陽、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、星期、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，而且 DS1302 的使用壽命長(zhǎng)，誤差小。該電路采用 AT89C51 單片機(jī)作為核心，功耗小，能在 5V 的低壓工作，電壓可選用 ~ 電壓供電。 課題的研究目的與意義 二十一世紀(jì)是數(shù)字化技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，而單片機(jī)在數(shù)字化高速發(fā)展的時(shí)代扮演著極為重要的角色。所以說電子萬年歷的開發(fā)是國(guó)家之所需，社會(huì)之所需，人民之所需。 課題解決的主要內(nèi)容 本課題所研究的 電子萬年歷 是單片機(jī)控制技術(shù)的一個(gè)具體應(yīng)用，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： （ 1）選用 電子萬年歷 芯片時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮 功能實(shí)在、使用方便、單片存儲(chǔ)、低功耗、抗斷電的器件。 （ 3）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。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 （ 5）根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路，編寫控制 AT89C51 芯片的單片機(jī)程序。 （ 7）在硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮提高人機(jī)界面的友好性，方便用戶操作等因素。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 第二章 設(shè)計(jì)要求與方案論證 設(shè)計(jì)要求 (1) 基本要求 ① 具有年、月、日、星期、時(shí)、分、秒顯示和校準(zhǔn)功能， 24小時(shí)制 ； ② 具有定時(shí)響鈴和定點(diǎn)報(bào)時(shí)功能； ③ 具有環(huán)境溫度采集和顯示功能； ④ 具有響鈴播放音樂功 能； ⑤ 具有響鈴顯示特定字符、字符串等功能。用熱敏電阻、 A/D 轉(zhuǎn)換芯片及相關(guān)控制、顯示電路組成溫度顯示部分。 方案二： 采用 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編輯門列陣）或 CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件 )作為系統(tǒng)控制器。 FPGA采用并行工作方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，常用于大規(guī)模實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)。 2)它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與 Intel 80C3X 單片機(jī)完全相同。 3)在 AT89C51內(nèi)部有 FLASH 程序存儲(chǔ)器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可用在線使之處于編程狀態(tài)對(duì)其編程。 4)AT89C5X 系列可認(rèn)為是 Intel 80C3X 的內(nèi)核與 Atmel FLASH 技術(shù)的結(jié)合體。 方案比較：由三種方案可以看出，用方案一實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要 求需要使用大量的集成電路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電路連接困難。擴(kuò)展系統(tǒng)功能工作量極大，甚至有可能要將整個(gè)設(shè)計(jì)方案推倒重來。使用VHDL 超高速硬件描述語言設(shè)計(jì)電路，基本不需要硬件調(diào)試，方便快捷。 方案三利用單片機(jī)作為控制核心，硬件按照技術(shù)手冊(cè)要求連接后基本不需要調(diào)試，相關(guān)的邏輯 功能全部由軟件實(shí)現(xiàn)，修改方便。 綜上所述，我們采用方案三實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體要求。但所需數(shù)碼管太多焊接困難極易出錯(cuò)，所以不采用 LED 數(shù)碼管作 為顯示。一般只能顯示 0~9， A~F16 種字符。 方案三： 采用點(diǎn)陣式 LCD 顯示， LCD1602 是字符型液晶，顯示字母和數(shù)字比較方便，控制簡(jiǎn)單， 功耗低，體積小，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕巧，可以用電池供電，便于攜帶， 成本較低。本本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 設(shè)計(jì)需要顯 示較多的數(shù)字和字符，因此，采用點(diǎn)陣式 LCD 顯示。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。同時(shí)具有閏年補(bǔ)償功能，而且精度高 ,芯片內(nèi)部有一個(gè) 31 字節(jié)的 RAM 作為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ～ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300nA。 DS1302采用三線串行通信接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)或 RAM 數(shù)據(jù)。 溫度傳感器的選擇方案和論證 方案一： 使用 熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個(gè)相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個(gè)電阻變化的分壓值，并進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格線性的，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。另外，單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。具有負(fù)壓特 性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，而且還具有掉電保護(hù)功能。所以選擇 DS18B20。 方案二： 采用獨(dú)立式按鍵，占用較多的 I/O 口，稍為麻煩一些，但其程序簡(jiǎn)單。 電路設(shè)計(jì)最終方案決定 綜上各方案所述 ,對(duì)此次作品的方案選定： 采用 AT89C51 作為主控制系統(tǒng)；點(diǎn)陣式 LCD 作為顯示； DS1302 提供時(shí)鐘；數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20；獨(dú)立式按鍵。 DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 318 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 主要單元電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì) AT89C51 為 40 引腳雙開 列直插式芯片，有四個(gè) I/O 口 P0 口， P1 口， P2 口，P3 口， MCS51 單片機(jī)共有 4 個(gè) 8 位的 I/O 口，（ P0， P1， P2， P3），每一條 I/O線都能獨(dú)立地作為輸入或輸出線。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I N T 012P 3 .3 /I N T 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C 5 1C13 0 p FC23 0 p FC31 0 u FX11 2 M H z