基于单片机的万年历实习报告.docx

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基于单片机的万年历实习报告

————————————————————————————————作者:

————————————————————————————————日期:

　桂林理工　大学信息　科　学与工　程学院

“电子系　统设计创新与　实　践”　

　　课程设计（实习）报告

　题目:

具有温湿度测量功能的万年历设计

　　专业（方向）：

电子信息工程

　　　　班级：

电信二班

　　指导老师　：

　蒋存波

　　　2016年3月2７日

　　　　　　　　目　次

１.　绪论--－-－---－--－-----－－-－-----－－----－－－------------　１

２.　总体设计方案--－---------------－--－---－--－----------　２

２.1　技术方案比较---－－－--－－－－--－－----－－-------－---－-－-　２

　　2.2总体技术方案--－-------－--－--－----－------－--－－-－－-　3

3．硬件系统设计---－--－-－--－－-－-－---－----------－--－-－--－4

　3．1　硬件总体原理框图－------－-------－－-－---－--－－---－--　　4

　3.２关键元件介绍－--－--－--－--－－-－---－-－--------－----－－-　４

3.2.1LＣD6０2显示屏-－－----------－-－-----－----－-－--－4

　3．2.３DＳ1302时钟芯片---－---－－---－-----－----－---－－-7

　3.2．2ＳHT10温湿度感应器---－-－－------------------－－　9

3．3硬件设计-－－---－-－-－------－－-----------－-----－-－－--10

　3.3.1复位电路设计------－---------------------－---1０

　　　3．3．２晶振电路设计－---------－------－--－----－---－－-10

　　3.3．3时钟芯片电路设计-－-－---－-－－--－-－－－－-－－-----－10

　３．3.4温湿度感应器模块电路设计------－-－------－----　１１

３.3.５　按键模块电路设计－－-－-------------－--－--－----11

　3.3.6　LCD１６０2显示模块电路设计---－----－---－------－-　１1

　　3．3.7电量检测报警电路设计--－-－-－---－--------------　12

　3.3．8　蜂鸣器报警电路设计-－－－-----－－－-－------－-－--－　　１２

　　3.3．6总体电路原理图－------－-－-－--－----－---------－-　12

4.软件系统设计-－---－－-－－-－-－－------－----－------－－------－　13

4．1软件功能设计--------－-－-－-----－-------------------　13

4.2程序设计总体方案-－--－-------－-－---------－--－-－--－－　13

　4.2.1　总体设计思路-－--－－-－－-－-－－---－-－----－-－--－-－－1３

４.２.2程序流程框图－－－---－-------－-－----－----－－-----1３

　4.3程序的实现－----－－--－-－－-----－--－--------－--－---－14

５．装置样机的制作与调试---－----------－---－-－------－－----　22

6．实验测试--－----－--－--－－-－-----－---------------－-－--－-　　２3

7.总结---－-－－----－－--－------------－----－-－--－-－--－-－－---24

参考文献--－-----－--－-－-－------－－－-------------－---－-－--－-2５

1.绪论

二十一世纪的今天,最具代表性的计时产品就是电子万年历，它是近代世界钟表业界的第三次革命。

第一次是摆和摆轮游丝的发明,相对稳定的机械振荡频率源使钟表的走时差从分级缩小到秒级，代表性的产品就是带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。

第二次革命是石英晶体振荡器的应用，发明了走时精度更高的石英电子钟表,使钟表的走时月差从分级缩小到秒级。

第三次革命就是单片机数码计时技术的应用（电子万年历）,使计时产品的走时日差从分级缩小到1/６０0万秒,从原有传统指针计时的方式发展为人们日常更为熟悉的夜光数字显示方式,直观明了,并增加了全自动日期、星期、温度以及其　他日常附属信息的显示功能,它更符合消费者的生活需求!

因此,电子万年历的出现带来了钟表计时业界跨跃性的进步。

如今电子万年历飞入了寻常百姓家,而且以不断智能的方式增加着，大多数都添加了温度和湿度检测显示功能,通过利用单片机的控制还可以设计出各种各样的显示或报警功能等。

挂式、台式以及带装饰画面等丰富的电子万年历数不胜数,不但满足了精准的计时需求，还将计时带上了科技时尚的味道。

单片机技术所应用的功能控制芯片可进行多种功能的设置,如闹钟、报时、日历查询、语音等;并改善了很多原有石英钟不能解决的问题，例如:

数字夜光显示、数据存储以及全自动温度检测等功能;这给传统计时消费带来了新的动力，越来越多的消费者选择了电子万年历。

1.１　题目　

具有温湿度测量功能的万年历设计

1.２　研究目标与意义

（１）总体目标

　1）实现万年历功能;

　2）具有闹钟功能，能设定三个闹钟时间，每个时间都可以设定一周的那一

　天报警；

3）具有温度和湿度测量功能；

　4）利用LCD显示：

年、月、日、星期、时间、温度、湿度；

5）具有年、月、日、星期、时间、闹钟等设定功能，尽量方便且使用最少

　　　的按键完成功能；

6）具有电池电量检测、低电量报警功能；

　7）电池供电；

（２）研究意义

　设计电子万年历不仅能在生活中得到实用,而且还可以增加自己的动手能力和实践能力,往里面增加不少功能还可以学到很多东西,不断地提高自己的知识面,不断地将实际理论知识应用到生活中,真正地做到理论与实践相结合，更具有实习设计研究意义。

１.3相关技术的现状

万年历是采用独立芯片控制内部数据运行,以LED夜光数码或LCD显示日期、时间、星期、节气倒计,以及温度等日常信息，糅合了多项先进电子技术及现代经典工艺打造的现代　数码计时产品。

其内部电子板硬件与软件,硬件与硬件之间的兼容性，表现为LＥD数码的驱动是静态或动态,显示为是否出现闪动，断笔等情况；具有防震，防火，防暴等情况；产品有多种系列，多种规格,产品的材料也分有玻璃,塑料,铝合金等。

电子万年历技术已经进入了优化人－家庭-环境的整体关系的阶段，它向　着超微型、超高效以及集成电路的微型化方向发展。

目前,市场上出售的数字万年历品种很多，其中大部分是基于单片机技术设计的电子系统。

它们一般由输入脉冲电路、单片机、晶振和复位电路、外路存储器电路和ＬED显示电路组成。

当今，数字万年历主要用于计时、自动报时，定时，日期查询以及自动控制等方面。

由于单片机技术以及数字集成电路技术的发展,如今的数字万年历系统具有体积小、计时准确、耗电省、维护方便、性能稳定、走时准确、携带方便等优点。

另外，现在市场上已有现成的数字万年历集成电路芯片出售而且价格便宜，使用也很方便。

2.　　总体技术方案

２.1　技术方案比较

2.1.1单片机芯片

方案一

MSP430系列单片机是是美国德州仪器（ＴＩ）1９96年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器,是一个１6位的单片机，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、４种目的操作数寻址）、简洁的2７条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令。

这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

适用于一些低功耗、集成度高的设计适用。

方案二

８9C52系列单片机是INTEL公司MCS-５１系列单片机中基本的产品，它采用AＴＭＥL公司可靠的CMOＳ工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征,它基于标准的MCＳ-51单片机体系结构和指令系统,属于89C51增强型单片机版本,集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。

89C5２内置８位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入／输出（Ｉ/Ｏ）口、3个1６位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路。

此外，8９C5２还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。

在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。

掉电模式下,保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

89C５2有PDIP（4０pｉn）和ＰLＣＣ（4４pin）两种封装形式。

对于一些基本日常生活实用功能比较方便。

所以这里我选择了方案二８９Ｃ５1系列单片机。

２.１．2时钟芯片

方案一

直接采用单片机内部定时计数器提供秒信号,利用软件程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。

采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本,但是,实现的时间误差较大。

所以不采用此方案。

方案二

DＳ1302是由美国DＡLLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片,它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能,精确度比较高。

所以采用方案二DS1３0２S时钟芯片

2.1.３显示模块

方案一

ＬＥD的发光颜色和发光效率与制作LＥＤ的材料和工艺有关，灯球刚开始全是蓝光的，后面再加上荧光粉，根据用户的不同需要,调节出不同的光色,广泛使用的有红、绿、蓝、黄四种。

由于LＥＤ工作电压低（仅１．2～4．0V）,能主动发光且有一定亮度　，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（１0万小时），所以在大型的显示设备中,尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。

方案二

液晶显示屏（LCD）用于数字型钟表和许多便携式计算机的一种显示器类型。

ＬCD显示使用了两片极化材料，在它们之间是液体水晶溶液。

电流通过该液体时会使水晶重新排列,以使光线无法透过它们。

因此,每个水晶就像百叶窗,既能允许光线穿过又能挡住光线。

液晶显示器（LCD）目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展,在计算机周边中拥有悠久历史的显示器产品当然也不例外。

在便于携带与搬运为前题之下，传统的显示方式如CRＴ映像管显示器及LED显示板等等,皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素，无法达成使用者的实际需求。

而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流,无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优点,都能让使用者享受最佳的视觉环境。

由上比较我们选择了方案二ＬCD液晶显示屏。

2．1．4温湿度感应器

方案一

使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值,并进行A/Ｄ转换。

。

此设计方案需用A／D转换电路,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。

方案二

　采用ＳHＴ1０作为温度和湿度的检测,该仪器具有测量精度较高、硬件电路简单、并能很好的进行显示，可测试不同环境温湿度的特点。

另外和控制电路相连,可以进行加湿电路和除湿电路的控制，使温度和湿度参数在预先设定的范围内，不需要人的直接参与。

所以我们选用了方案二采用SＨＴ10温湿度传感器。

2.2总体技术方案

综上比较陈述,这次的具有温湿度的万年历设计我们使用STＣ８９C５２RＣ芯片作为MＣＵ,SHＴ１0温湿度感应器芯片作为温度和湿度的测量；DS1302用来提供时钟、日期；LCＤ160２作为显示屏显示温湿度时钟闹钟;使用ＮE5５5定时器的电量检测报警电路作为电量不足报警功能。

3．　硬件系统设计

3.1　硬件总体原理框图

以STC89C52RC单片机为核心，起着控制作用。

系统包括LCＤ1602液晶显示电路、复位电路、时钟电路、温湿度采集电路、按键调整子函数、按键提示音电路、时钟芯片电路。

设计思路分为九个模块：

复位电路、晶振电路模块、STC８9C５２RC、LＣD1602液晶显示电路、温湿度采集电路、按键调整及设置子函数、按键提示音及闹钟电路、电量检测报警电路和时钟芯片电路这九个模块。

ﻩ复位电路ﻩ液晶显示电路

ﻩ

ＳTC８9C５2单片机温湿度电路

　晶振电路

ﻩ提示闹钟电路

时钟芯片电路

　按键电路ﻩ电量检测电路

　　　　　　　　　3.１.1　硬件总体原理框图

工作原理说明:

复位电路能够使单片机重新开始从头执行工作；晶振电路由１2.０MＨZ为单片机及其他模块运行提供工作频率，保证程序的正常运行;单片机从DS１302时钟芯片读取年月日、时分秒、星期的值送给LＣD16０2显示，以及从SHT１0温湿度感应器芯片读取温度和湿度的值并送给LＣD16０2显示，其中读取到时钟芯片的值可以通过按键模块设置调整时间、日期和周;通过按键还可以设置多个闹钟时间,当你设置的闹钟时间跟时钟芯片读取的值一致的时候就会触发提示闹钟电路使蜂鸣器响。

最后用电量检测电路检测电量，如果电量过低就会触发蜂鸣器报警。

３.2　关键元件介绍

3.2.１LＣD１6０2液晶显示屏

　１602LCD分为带背光和不带背光两种,基控制器大部分为ＨD447８0,带背光的比不带背光的厚,是否带背光在应用中并无差别,两者尺寸差别如下图3．2.１所示：

　　　　　　　图3.２.1:

LＣD16０2

１602LＣD主要技术参数:

显示容量:

16×2个字符

芯片工作电压:

4.5—5.5V

工作电流:

２.0mA（5．0V）

模块最佳工作电压：

5.0V

字符尺寸:

2.９5×４.35（Ｗ×H）ｍm

（1）功能引脚说明：

16０2LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口,各引脚接口说明如表3.2．2所示：

编号

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

ＶSS

电源地

Ｄ２

数据

VDD

电源正极

1０

数据

ＶL

液晶显示偏压

数据

４

数据/命令选择

１2

数据

５

R/W

读/写选择

１３

D６

数据

Ｅ

使能信号

1４

数据

Ｄ0

数据

BLA

背光源正极

D１

数据

１6

BLK

背光源负极

　　　　　　　表3．2．2：

引脚接口说明表

第1脚:

VSS为地电源。

第2脚:

ＶＤD接5V正电源。

第３脚：

VＬ为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个１0K的电位器调整对比度。

第４脚：

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚:

R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和R/Ｗ共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当ＲＳ为低电平R/W为高电平时可以读忙信号,当ＲS为高电平R／W为低电平时可以写入数据。

第６脚:

E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第７~14脚：

Ｄ0~D7为8位双向数据线。

第15脚：

背光源正极。

第16脚:

背光源负极。

（2）１6０2LCD的指令说明及时序

1６02液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如表3．2.3所示：

序号

指令

R／W

D６

D４

Ｄ2

清显示

０

１

光标返回

０

１

置输入模式

０

I／D

Ｓ

显示开/关控制

０

Ｄ

光标或字符移位

０

S/C

R／L

＊

置功能

０

Ｎ

置字符发生存贮器地址

０

字符发生存贮器地址

置数据存贮器地址

０

显示数据存贮器地址

９

读忙标志或地址

０

ＢF

计数器地址

写数到CGRＡM或ＤDRAＭ）

０

要写的数据内容

从CGＲAM或ＤＤRAM读数

读出的数据内容

　　　　　　　表３.2.3：

控制命令表

（3）读写操作时序如图３.２．４和３.2．５所示:

　　　　　　　图3.2.4

　　　　　　图３．2.5

3．2．2DS130２时钟芯片

　　DS1３０2　是美国DAＬLＡS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片,附加３1字节静态RＡM，采用　SＰI三线接口与　ＣPU进行和同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和　RＡM数据。

实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小与3１天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。

工作电压宽达2.5~～５．5V。

采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式,提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

其引脚图如下:

（1）引脚的功能说明:

Ｖcc１:

主电源;Ｖcc２:

备份电源。

当Vcc２>Vｃc1＋0.2V时，由　Vｃc2向　向ＤS１３02供电Ｖcc2<Ｖｃｃ1　时，由Vcc1向向DS1302供电。

SCLＫ　:

串行时钟,输入，控制数据的输入与输出;I/O:

三线接口时的双向数据线；ＣE：

输入信号，在读、写数据期间,必须为高。

该引脚有两个功能：

第一,CE　开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑;其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。

（2）

（2）寄存器说明:

ＤS1３０２有日历、时间的寄存器共有12个,其中有7　个寄存器（读时８1ｈ　~8Ｄh,写时8０h～8Ch）,存放的数据格式为　BCＤ码形式,

小时寄存器（８5h、8４h）的位７　用于定义　ＤS１302是运行于12小时模式还是24小时模式。

当为高时，选择12小时模式。

在１2小时模式时,位5是,当为1时，表示PＭ　。

在24小时模式时，位5　是第二个10　小时位。

秒寄存器（８1ｈ、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH　）。

当该位置为1时，时钟振荡器停止，DＳ１３02处于低功耗状态;当该位置为0时,时钟开始运行。

控制寄存器（8Fh、8Eｈ　）的位位7位是写保护位（WP），其它7位均置为0。

在任何的对时钟和RAM的写操作之前,WP位必须为0。

当ＷP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。

其读写时序操作3.2.6如下：

　　　　3.2.６读写时序操作

3.2．３ＳHT10温湿度传感器

SHＨT１0传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上,输出完全标定的数字信号;传感器采用专利的ＣＭOSenｓ®　技术，确保产品具有极高可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与１4位的A／Ｄ转换器以及串行接口电路实现无缝连接。

因此，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。

期引脚图如下:

（1）引脚说明:

引脚1:

接地（GND）；引脚2：

串行数据双向（DATＡ）;引脚３:

串行时钟输入口（SCK）;引脚4:

电源（VDD）;引脚NC：

必须为空

（2）温湿度测量:

发布一组测量命令（‘００0001０1’表示相对湿度RＨ,‘00000０１1’表示温度Ｔ）后，控制器要等待测量结束。

这个过程需要大约20/80/320ms,分别对应8／12/１4bit　测量。

确切的时间随内部晶振速度，最多可能有-30%的变化。

SHT1x通过下拉DAＴＡ　至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。

控制器在再次触发SCＫ时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。

检测数据可以先被存储,这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。

接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC奇偶校验（可选择读取）。

ｕC需要通过下拉DATA为低电平，以确认每个字节。

所有的数据从MSB开,右值有效（例如:

对于12bit数据,从第5个SCK时钟起算作MＳＢ；而对于8ｂit数据,首字节则无意始义）。

在收到CRC　的确认位之后，表明通讯结束　。

如果不使用　CRC－８校验，控制器可以在测量值LSＢ后,通过保持ACK高电平终止通讯。

在测量和通讯完成后，SHT10自动转入休眠模式。

3．3　硬件设计

3．３.１时钟芯片电路设计

　　　　　　　　　３.３.１时钟芯片电路设计

3.3.２复位电路设计

　　　　　3..３.２　复位电路设计

3．3.３晶振电路设计

　　　　　　　　３.3.3　晶振电路设计

3.3.４SHＴ10温湿度感应器电路设计

　　　　　　　　3.3.4SHＴ10温湿度感应器电路设计

3.3.5LＣD显示模块电路设计

　　　　　　3．３.5LCD显示模块电路设计

3.3.6按键模块电路设计

　　　　　　　　　３.3．6按键模块电路设计

3.3.7蜂鸣器报警电路设计

　　　　　　3.3.7　蜂鸣器报警电路设计

3.3.8电量检测电路设计

３.3.９总体电路原理图

　　　　３.3.9总体电路原理图

4.软件系统设计

４.1软件功能介绍

软件具有对SHＴ1０温湿度传感器芯片进行读写和温湿度补偿功能,对LＣD1602液晶显示器进行读写操作控制LCD显示功能,对DS１30２时钟芯片的年、月、日、周、时、分、秒等寄存器进行读写操作，将读到的数值送往LCＤ显示，并且能通过按键设置其值等功能；具有蜂鸣器驱动功能。

4．2程序设计总体方案

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