万年历系统设计方案.docx

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万年历系统设计方案

电子万年历系统设计

ThedesignofElectroniccalendarsystem

专业：

电子信息科学与技术

学号：

姓名：

电子万年历系统设计

摘要：

近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，并且给人类生活带来了根本性的改变。

尤其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。

电子万年历的出现给人们的生活带来的诸多方便。

虽然在日常生活中，各种信息处理终端如电脑、手机等给我们提供了准确的时间信息。

但是在大多数场合却仅仅局限于个人的适用范围之内。

在家居生活中，一款悬挂余居室墙壁上大方得体的电子钟不仅能为我们提供准确的时间显示，而且魅惑了环境，给单调的居室带来了现代化的气息，因而成为许多家庭的必备之选。

本文设计了一种基于八位串行输入-并行输出移位寄存器74HC164芯片，以STC89C52单片机为核心、数码显示的电子万年历，主要介绍了时钟芯片、温度传感器、仿真模块，以及万年历硬件和软件的设计，实现了准确显示，公历年、月、日、农历月、日、时、分、秒功能。

关键字：

单片机；时钟芯片；温度传感器；仿真

TheDesignofElectronicCalendarSystem

Abtract:

Inrecentyears,withcomputerpenetrationinthesocialsphereandthedevelopmentoflarge-scaleintegratedcircuits,MCUapplicationsareconstantlydeepening,asithasafunctionofstrong,smallsize,lowpowerconsumption,cheap,reliable,easytouse,Andothercharacteristics,andthereforeparticularlysuitedtocontrolthesystemandtohumanlifebroughtaboutfundamentalchanges.SCMisbytheapplicationoftechnologyproductshaveenteredthetensofthousandsofhouseholds.Theemergenceofelectroniccalendartothelivesofpeopleofmanyconvenience.Whileineverydaylife,dealingwithallkindsofinformationterminalssuchascomputers,mobilephoneshasprovideduswithaccuratetimeinformation.However,inmostoccasionsislimitedtoindividualswithinthescopeoftheapplication.Inhomelife,hoistedmorethanagenerouslivingroomwallsoftheappropriateelectronicbellcannotonlyprovideuswithaccuratetime,andtantalizedbytheenvironment,bringtothemonotonousroomamodernflavor,somanyfamiliesmustOftheelection.

Inthispaper,adesignbasedoneightserialinput-outputparallelshiftregister74HC164chiptoSTC89C52microcontrollerasthecore,digitaldisplayelectroniccalendar,mainlyontheclockchiptemperaturesensor,simulationmodules,hardwareandcalendarAndsoftwaredesign,toachieveanaccurate,thecalendaryear,month,dayandtheLunarmonth,day,hours,minutesandsecondsfunctions.

Keywords：

MCU；Clockchip；Temperaturesensor；Simulation

引言

尤其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。

电子万年历的出现给人们的生活带来的诸多方便。

虽然在日常生活中，各种信息处理终端如电脑、手机等给我们提供了准确的时间信息。

但是在大多数场合却仅仅局限于个人的适用范围之内。

本文设计了一种基于八位串行输入--并行输出移位寄存器74HC164芯片，以STC89C52单片机为核心、数码显示的电子万年历，主要介绍了时钟芯片、温度传感器、仿真模块，以及万年历硬件和软件的设计，实现了准确显示，公历年、月、日、农历月、日、时、分、秒功能。

本设计采用时钟芯片产生时间，精度准确，误差很小。

温度采用温度传感器采集温度，并数字化显示。

显示模块采用数码管显示。

单片机采用STC89C52在线可编程单片机。

无需程序烧写器。

方便快捷。

还有模拟仿真软件Proteus，可对设计模块实时仿真。

方便更改。

大大缩短了设计周期。

1单片机介绍

1.1STC89C52简介

STC89C52完全兼容MCS-51，还有新的功能，比如新增两级中断优先级，多一个外中断，内置EEPROM，512B内存等。

还支持ISP下载，不用编程器，只要一个MAX232和一些廉价的元件就能写程序，可擦写10万次。

比51起最大的优点能支持在线下载,在线烧写程序,而不必专门买昂贵的编程器,只需要ISP下载线就可以了。

图1STC功能逻辑图

1.2性能参数

STC单片机比51单片机性能有以下优越性:

（1）高抗静电（ESD），6000伏静电测试，直接打在芯片管脚上，安然无恙。

（2）超强抗干扰,轻松过2KV/4KV，快速脉冲干扰（EFT）。

（3）超强加密，保密性能良好。

（4）STC5V单片机,宽电压，5V-3.8V给复位信号，正常工作。

（5）STC单片机,Power直接在用户系统上用ISP在线下载方式，将用户程序

（6）下载进STC单片机Down,掉电时功耗<0.1uA（C版本）。

（7）I/O口输入/输出口经过特殊处理，很多干扰是从I/O进去的,每个I/O均有对VCC,对GND二级管箝位保护。

（8）单片机内部的电源供电系统经过特殊处理，很多干扰是从电源进去的。

图2STC89C52引脚图

鉴于SCT89C52和AT98C51引脚分布相同,以上仅介绍SCT89C52一些优于AT98C51的性能，在此，就不对单片机多做介绍了，详细参数可以参考SCT89C52PDF资料图,或者相关书籍,或者上网查阅相关网站,在此,推荐一官方网站:

www.mcu-

2应用系统设计

2.1系统功能说明

根据家居生活中的实际需要，万年历应该具有如下功能。

1、时间显示

时间显示是万年历设计最重要的功能。

万年历应该不仅能准确显示时、分、秒，而且还要能够显示年、月、日和星期。

2、时间调整

万年历在第一次使用时，需要根据当前时间进行时间调整，设定起初始时间，设置完成之后，它会在设定值基础上进行准确的计时和显示。

在万年历断电或出现其他故障排除后，也需要根据当前时间进行时间调整。

3、定时闹钟

定时闹钟是万年历的一个辅助功能。

可以通过键盘设定定时时间，这样当万年历运行到设定的定时时间时，会发出语音提示，提示时间为1分钟。

可以根据需要设定闹钟功能的开启和关闭。

4、温度显示

温度显示是万年历的另外一个辅助功能。

万年历上设置有一个温度传感器，用于检测环境温度，提示用户注意温度的变化，做好诸如防寒保暖等措施。

5、掉电运行

万年历采用市电或者电池供电。

当发生停电或者电池量耗尽等情况时，它通过内置的纽扣电池给时钟供电以保持正确的时钟数据，但关闭其他部分的电源，这样在来电或者更换电池之后不必重新设定时间。

在市电运行正常时，可以根据需要更换备用的纽扣电池而不影响时钟运行。

2.2应用系统设计

2.2.1系统方案设计

应用于单片机控制的实时时钟系统根据基准信号产生的途径，可以分为两种：

一是利用单片机中的定时器作为实时时钟基准；二是利用专用实时时钟日历芯片产生基准时钟信号。

STC89C52单片机带有实时时钟接口，可以通过外接32768Hz的晶振分频后产生基准始终系好，这为万年历的设计提供了一种新的选择。

采用上述方式产生时钟基准信号的设计方案及其比较如表1所示。

方

案

时钟源

定时

闹铃

温度检测

方案评估

单片机定时器

软件

实现

温度传感器

定时器在单片机内部。

无需附加外部元器件，通过编程实现时钟功能，精度受单片机外接电容等的影响，成本低但精度差，而且程序设计困难。

外接32768Hz晶振

软件

实现

温度传感器

外接32768Hz晶振分频后作为始终基准信号，具有较高的精度但程序设计困难。

实时时钟日历芯片

硬件

实现

温度传感器

实时时钟芯片能自动产生1秒时钟基准信号，且自带日期及闰年调整功能，计时精度和集成度非常高，程序设计简单但成本略高。

表1万年历方案及评估

通过上述方案设计及性能评估可知，又实时时钟日历芯片产生基准计时信号构成的万年历虽然成本上比其他两种方案产生基准信号的方式略高，但是由于实时时钟日历芯片具有集成度高、走时准确、自动日历及闰年调整并集成有闹钟功能，这样使得程序设计变得非常的简单，故在设计中采用方案3。

2.2.2应用系统结构设计

根据万年历的功能要求和选定的设计方案，设计出如图3所示的控制系统结构。

图3万年历系统结构框图

2.2.3设备选型

本设计采用STC89C52作为控制系统的核心。

按照图1所确定的系统结构，选择合适的功能部件，以完成完整的系统控制电路设计。

控制系统需要选择实时时钟日历单元、温度传感器单元、键盘和显示单元三部分。

表2是万年历设计具体的设备选型表。

表2万年历设计设备选型表

器件

编号

器件名称

型号

基本参数

单片机

STC89C52

前面以介绍

实施日历芯片

SD2303

I2C接口日历芯片，自动日历到2099年，BCD码年、月、日、周、时、分、秒输入/输出，带两路定时闹钟，年误差小于2.5分钟

温度传感器

DS1722

SPI/三线串行接口温度传感器，测量范围-55°C～120°C,8～12位可编程分辨率，测量误差小于2.0°C

键盘单元

独立键盘

7个可独立键盘

显示单元

数码管

16个7段数码管

2.2.4控制面板设计

控制面板即万年历外形图，如图4所示。

图4万年历控制面板

在万年历的控制面板上设置有16个数码管，分别用于显示年、月、日、星期、温度、时和分。

显示格式如下。

年：

4位数码管显示年，如2008表示2008年。

月：

2位数码管显示月，如06表示6月份。

日：

2位数码管显示日，如10表示10日。

星期：

3位数码管显示星期，如7表示星期日。

温度：

3位数码管显示温度，如H28表示+28℃，L05表示－5℃。

时：

2位数码管显示时，如23表示23点。

分：

2位数码管显示分，如59表示59分。

为了进行时间设定和闹钟设定，在控制面板下方设置有7个按键，分别为“时间设置”建、“闹铃设置”键、“＋”键、“－”键、“上一位”键、“下一位”键和“确定”键，其功能如下所示。

当需要设置时间时，按下“时间设置”键，这时万年历停止计时并将时间清零，在年的最高位上的小数点点亮表示进行年最高位设置，用户可以通过“＋”或者“－”来调整数字，调整完后按“下一位”，则年的最高位小数点熄灭而次高位小数点点亮，用户按照上述方法设置次高位……直到时间设置完。

注意，温度不可以设置。

设置完后按“确定”键，用户设定值将存储进入单片机并开始以此时间计时。

当需要设置闹铃时，按下“时间设置”键，这时万年历仍继续计时而面板上的时间将全部显示为“0”，同时时间的小时高位小数点电亮，用户按照时间设定的方式设置闹钟的时和分，按下“确定”键后，闹铃被存储进单片机。

当万年历走时走到设定闹铃时间时，蜂鸣器发出报警声。

闹铃的设置时间可以通过按“闹铃设置”键来查看，任何不符合走时的闹铃设置将关闭闹铃功能。

如设置“06时20分”将关闭闹铃功能。

这是取消闹铃功能的一种方法。

3硬件设计

万年历的硬件设计电路如图5所示。

下面对各部分分别予以说明。

图5硬件电路图

3.1实时时钟电路设计

万年历采用支持两线式串行接口、带温度补偿的高精度实时时钟日历芯片SD2303,它与STC89C52单片机的连接如图6所示。

图6实时时钟电路

3.1.1实时时钟芯片SD2303简介

SD2303是一种具有内置晶振、支持两线串行接口的高精度实时时钟芯片。

该系列芯片可保证时钟精度为±5ppm（在25±1℃下），即年误差小于2.5分钟；该芯片内置时钟精度调整功能，可以在很宽的范围内校正时钟的频率偏差，能以最小分辨率3.052ppm来进行校正，通过与温度传感器的结合可以设定适应温度变化的调整值，实现在宽问范围内高精度的计时功能；内置电池、串行NVSEAM，其中内置的一次性SRAM，擦写次数可达100亿次。

该系列芯片可满足对实时时钟芯片的各种需要，是高精度实时时钟的理想选择。

SD2303具有如下特点：

（1）低功耗：

典型值0.5uA（VDD=3.0V）。

（2）工作电压为1.8～5.5V,工作温度为-40～85℃。

（3）年、月、日、星期、时、分、秒BCD码输入输出，并可通过独立的地址访问各时间寄存器。

（4）自动日历到2099年（包括闰年自动换算功能）。

（5）可设定并自动重置的两路定时闹钟功能。

（6）周期性中断脉冲输出：

2Hz、1Hz、每分、小时、月输出可选择不同波形的中断脉冲。

（7）可控的32768Hz方波信号输出。

（8）内置时钟精度数字调整功能。

（9）30秒时间调整功能。

（10）内部晶振停振检测功能：

保证时钟的有效性。

（11）内置总线1秒自动释放功能，保证了时钟数据的有效性及可靠性。

（12）内置电源稳压，内部及时电压可低至1.2V。

（13）内置晶振，出厂前已对时钟进行校准，保证精度±5ppm，即时钟误差小于2.5分钟。

（14）工业级型号为SD2303API，封装形式为8-DIP封装。

3.1.2SD2303的引脚设置

SD2303实时时钟日历芯片的引脚配置如图7所示。

图7SD2303的引脚配置

表3给出了SD2303的引脚功能说明。

表3SD2303引脚功能表

引脚编号

符号

功能

备注

INTRA

报警中断A路输出

N沟道开路输出，需接上拉电阻

没有作用

VSS

地

INTRB

报警中断B路输出

N沟道开路输出，需接上拉电阻

SCL

IIC串行时钟输入

SDA

IIC串行时钟输入/输出

N沟道开路输出，需接上拉电阻

VDD

电源

3.1.3SD2303的内部寄存器

SD2303将时间数据和控制命令存储在不同地址的寄存器内，具体的地址分配如表4所示。

表4SD2303寄存器列表

内部地址

描述

功能

0x00

秒寄存器

以BCD码形式计数与存储秒

0x01

分寄存器

以BCD码形式计数与存储分

0x02

时寄存器

以BCD码形式计数与存储时

0x03

周寄存器

以BCD码形式计数与存储周

0x04

天寄存器

以BCD码形式计数与存储天

0x05

月寄存器

以BCD码形式计数与存储月

0x06

年寄存器

以BCD码形式计数与存储年

0x07

时间调整

晶振参数修正及外部晶振选择控制

0x08

分定时A

存储定时器A的分数据

0x09

时定时A

存储定时器A的时数据

0x0a

天定时A

存储定时器A的天数据

0x0b

分定时B

存储定时器B的分数据

0x0c

时定时B

存储定时器B的时数据

0x0d

天定时B

存储定时器B的天数据

0x0e

控制寄存器1

闹铃使能、中断输出选择及周期性中断选择

0x0f

控制寄存器2

时间显示格式选择、中断与报时标志及停振检测

（1）秒寄存器（内部地址0x00）。

操作

—

S40

S20

S10

写

S40

S20

S10

读

—

默认

秒计数范围为0x00～0x59（BCD码格式），当计数从0x59变为0x00时，分寄存器值加1.默认操作是指当XSTP位为1（上电、掉电或者停振后再起振）时，执行读操作。

（2）分寄存器（内部地址0x01）。

操作

—

M40

M20

M10

写

M40

M20

M10

读

—

默认

分计数范围为0x00～0x59，当计数从0x59变为0x00时，时寄存器值加1。

（3）时寄存器（内部地址0x02）。

操作

—

H20/P_A

H10

写

H20/P_A

H10

读

—

默认

时计数范围为0x01～0x12（12小时制）或0x00～0x23（24小时制）。

当计数从11PM变成12AM（12小时制）或0x23变成0x00（24小时制）时，天寄存器值加1。

（4）周寄存器（内部地址0x03）。

操作

—

写

读

—

默认

周计数范围为0x00～0x06，其中0x01～0x06表示星期1至星期6，0x00表示星期天。

当天计数加1时，星期计数也加1。

（5）天寄存器（内部地址0x04）。

操作

—

D20

D10

写

D20

D10

读

—

默认

天计数范围为：

0x01～0x31（一月、三月、五月、七月、八月、十月、十二月）

0x01～0x30（四月、六月、九月、十一月）

0x01～0x29（闰年二月）

0x01～0x28（平年二月）

（6）月寄存器（内部地址0x05）。

操作

—

D20

D10

写

D20

D10

读

—

默认

月寄存器范围为0x01～0x02，当计数从0x12变成0x01时，年寄存器值加1.

（7）月寄存器（内部地址0x05）。

操作

Y80

Y40

Y20

Y10

写

Y80

Y40

Y20

Y10

读

—

默认

年寄存器范围为0x00～0x99，其中0x00、0x04、0x08…0x92、0x96为闰年。

（8）时间调整寄存器（内部地址0x07）。

操作

XSL_

写

XSL_

读

—

默认

位7：

XSL_位为晶振选择为。

SD2303内置晶振，此位必须固定为0。

位6～位0：

时间调整位。

时间调整电路是在当秒计数到0x00、0x20、0x40时刻，根据预先设定的数据（F5～F0）改变1秒时钟内的计数个数。

通常每32768个脉冲位1秒（对寄存器预定初值，才能激活整个调整电路）。

当F6为0时，产生1秒的寄存器计数脉冲将增加为32768+[（F5、F4、F3、F2、F1、F0）-1]*2个；当F6为1时，产生1秒的寄存器计数脉冲将增加为32768-[（/F5、/F4、/F3、/F2、/F1、/F0）+1]*2个。

当（F6、F5、F4、F3、F2、F1、F0）预设为（*、0、0、0、0、*）时，产生1秒的寄存器计数脉冲个数不变。

当（F6、F5、F4、F3、F2、F1、F0）=（0、1、0、1、0、0、1）且当时钟运行到0x00、0x20、0x40秒时刻时，寄存器计数脉冲变为32768+（41-1）*2+32848个；

当（F6、F5、F4、F3、F2、F1、F0）=（1、1、1、1、1、1、0）且当时钟运行到0x00、0x20、0x40秒时刻时，寄存器计数脉冲变为32768-（1+1）*2+32764个；

当（F6、F5、F4、F3、F2、F1、F0）=（0、0、0、0、

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