電子萬(wàn)年歷的仿真與設(shè)計(jì)方案

1 電子萬(wàn)年歷的仿真與設(shè)計(jì)方案 一、方案論證 1、 技術(shù)可行性 隨著國(guó)內(nèi)超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微處理器及其外圍芯片有了迅速的發(fā)展。集成技術(shù)的最新發(fā)展之一是將 外圍芯片，如程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、并行 I/O 口、串行 I/O 口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷控制器及其他控制部件集成在一個(gè)芯片之中，制成單片計(jì)算機(jī)（ 而近年來(lái)推出的一些高檔單片機(jī)還包括有許多特殊功能單元，如 A/D、 D/制解調(diào)器、通信控制器、鎖相環(huán)、 點(diǎn)運(yùn)算單元、 制輸出單元、 此，只要外加一些擴(kuò)展電路及必要的通道接口就可以構(gòu)成各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)流水線控制系統(tǒng)、作為家用電器的主控制器、分布式控制系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)或作為其主控制節(jié)點(diǎn)起中繼的作用、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等。 單片機(jī)的出現(xiàn)，并在各技術(shù)領(lǐng)域中得到如此迅猛的發(fā)展，與單片機(jī)構(gòu)成計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所形成的下述特點(diǎn)有關(guān)： （ 1） 單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。這些可靠性的獲得除了依靠單片機(jī)芯片本身的高可靠性以及應(yīng)用有最少的聯(lián)接外，還可以方便地采用軟、硬件技術(shù)。 （ 2） 系統(tǒng)擴(kuò)展 、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。 （ 3） 由于構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，相當(dāng)多的測(cè)、控功能由軟件實(shí)現(xiàn)，故具有柔性特征，不須改變硬件系統(tǒng)就能適當(dāng)?shù)馗淖兿到y(tǒng)功能。 （ 4） 有優(yōu)異的性能、價(jià)格比 。 2、 單片機(jī)的選擇 方案一：采用傳統(tǒng)的 為電機(jī)的控制核心。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 方案二： 采用 片機(jī)，還帶有非易失性 序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的 8 位 處理芯片，市場(chǎng)應(yīng)用最多。其主要特點(diǎn)如下： 8以擦除 1000 次以上，數(shù)據(jù)保存 10 年。 由于本系統(tǒng)對(duì) 算速度要求很高，需要執(zhí)行很復(fù)雜的運(yùn)算，方案一成本比較低，適合做設(shè)計(jì)，方案二運(yùn)算速度高，性能好，所以兩種方案都有可取之處。選用方案一作為主方案，方案二作為備用方案。 3、時(shí)鐘模塊的選擇 2 方案一：用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生 1S 的時(shí)基信號(hào)，然后用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)，同時(shí)用程序來(lái)產(chǎn)生年、月、日。該方 案優(yōu)點(diǎn)是減少使用外設(shè)芯片；缺點(diǎn)是用單片機(jī)模擬時(shí)鐘，使編程量增大，且用定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)基信號(hào)，精度不高。 方案二：使用時(shí)鐘芯片 點(diǎn)是 8 位數(shù)據(jù)線并行控制，控制簡(jiǎn)單；自帶有鋰電池，外部掉電時(shí)，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保持 10 年之久。缺點(diǎn)是并行控制，占用太多的 價(jià)格很高，不適合一般的電子制作。 方案三： 采用 鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， 片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高，位的 作電壓 圍內(nèi)， 耗電小于 300僅使用 3 個(gè) ，占用最少的單片機(jī)資源；其內(nèi)部功能強(qiáng)大。更重要的是其價(jià)格便宜，具有非常高的性價(jià)比。缺點(diǎn)是串行通信，控制比較復(fù)雜。 綜上，由于本設(shè)計(jì)對(duì)時(shí)間要求較精準(zhǔn)，且具閏年計(jì)算功能，因此本設(shè)計(jì)選擇方案三，采用時(shí)鐘芯片 4、 顯示模塊的選擇 方案一：采用 于顯示數(shù)字最合適，而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)相連接時(shí)，占用的單片機(jī)口線少，但所需要的數(shù)碼管數(shù)量太多，焊接困難極易出 錯(cuò)，所以不采用 方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較合適，如果用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi)，且價(jià)格也相對(duì)較高，所以也不用此種作為顯示。 方案三：采用 晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見(jiàn)，但是價(jià)格昂貴，需要的接口線多。 本設(shè)計(jì)所需顯示較多且需要文字，又 基于設(shè)計(jì)要求， 所以在本次設(shè)計(jì)中采用方案三，使用晶顯示屏。 5、溫度檢測(cè)模塊的選擇 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/設(shè)計(jì)方案需要 A/加了硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴(yán)格性的，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。 方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器 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)行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機(jī)連接，可以去除 A/低了硬件成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路。另外，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)。 3 根據(jù)上述論述，本設(shè)計(jì)采用方案二，選擇數(shù)字式溫度傳感 器 6、 設(shè)置模塊的選擇 在對(duì)日期、溫度和鬧鐘進(jìn)行切換，對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)校準(zhǔn)過(guò)程中，系統(tǒng)需要產(chǎn)生激勵(lì)電流，因此需要用按鍵。 方案一：使用獨(dú)立式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤是指直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 方案二：使用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤是由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行線、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單且不增加成本，這種鍵盤適合按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。 根據(jù)以上的論述，因本系統(tǒng)需要的按鍵不多，日期加加減，月數(shù)加減，年數(shù)加減， 分?jǐn)?shù)加減，時(shí)數(shù)加減，設(shè)置切換鍵，要求簡(jiǎn)單，只需要四個(gè)按鍵即可滿足要求。所以采用方案一獨(dú)立式鍵盤。 7、鬧鐘模塊 此模塊采用無(wú)源蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，只要編寫(xiě)相應(yīng)的程序即可實(shí)現(xiàn)發(fā)出不同頻率的聲音。 8、最終方案決定 綜上各方案所述 ,對(duì)此次設(shè)計(jì)的方案選定：采用 為主控制系統(tǒng)； 供時(shí)鐘； 晶顯示器作為顯示；以 為檢測(cè)溫度的傳感器；用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)鬧鐘響鈴。 二、仿真系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1、電路設(shè)計(jì)框圖 圖（ 1） 總體設(shè)計(jì)框圖 2、單片機(jī)控制系統(tǒng) 單片機(jī)中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，選用 圖（ 2）所示。該單片機(jī)除了擁有 列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)外，內(nèi)部還具有 8功耗的空閑和掉電模式，極大的降低了電路的功耗，還包含了定時(shí)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 等硬件，其硬件能符合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲(chǔ)器芯片和定時(shí)器件，方便地構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高。 控制模 塊 設(shè)置模塊 1602 液晶顯示模塊 鬧鐘模塊 4 3、 鐘電路 時(shí)鐘電路主要由時(shí)鐘芯片 振等幾部分組成，如下圖所示。 用 3線串行接口，占用引腳少，內(nèi)部集成了可編程日歷時(shí)鐘，用戶可以根據(jù)需要通過(guò)單片機(jī)的控制來(lái)自行設(shè)置，支持雙電源供電，可以使用外部主電源和備用電源，備份電源能夠使時(shí)鐘芯片繼續(xù)工作。 圖（ 3） 圖（ 4） 引腳的功能為： 8: 用電池端； 1: 5 由 =0123456789; /數(shù)字代碼 H,N,TD,0,2,2,1,1,10; /11; / 12; /14; /15; /增加 16; /減小 17; ; i)/1 毫秒延時(shí) j,k; j=76;j1; k=29;k1; n) /延時(shí)若干微秒 17 i; i=0;i0; _; n) x,i; i=0;i=1; ; ; ; ); ; ; i,); i=0;i=1; 1) 0; ); ; ); ; ; ; ); ; ; ; 19 if( /判斷時(shí)鐘芯片是否關(guān)閉 /根據(jù)寫(xiě)狀態(tài)寄存器命令字，寫(xiě)入不保護(hù)指令 (0/10)4)*10+(; (4)*10+(; (4)*10+(; (4)*10+(; (4)*10+(; (4)*10+(; ); ); /*時(shí)間調(diào)整部分 */ 25 /調(diào)時(shí) 00); /防止多 次觸發(fā) ，確保能正常將調(diào)整后的數(shù)值寫(xiě)入 /讀取此時(shí)的數(shù)值 (4)*10+(; ) 0) 0); 0) ; 00); 0); 0) 0); 0) 00); if(0) 3; 0); (10)=24) ; ); 0) ; 0) 26 /調(diào)分 00); (4)*10+(; ) 0) 0); 0) ; if(60) ; 0); 0) 0); 0) 00); if(0) 9; 0); (0)=60) ; ); 0) ; 27 0) /秒歸零 00); ) 0) 0); 0) ; 0); ); ); 0) ; 0) /調(diào)年 00); (4)*10+(; ) 0) 28 0); 0) ; 0); 0) 0); 0) 00); 0); (0)4)*10+(; ) 0) 0); 29 0) ; if(2) ; 0); 0) 0); 0) 00); if(0) 2; 0); (0)4)*10+(; ) 0) 0); 30 0) ; if(1) ; 0); 0) 0); 0) 00); if(0) 1; 0); (0)99) ; 0); 0) 0); 0) if(0) ; 0); 0) 00); /鬧鐘調(diào)月 ) 0) 0); 0) ); ; if(2) ; 0); 0) 32 0); 0) if(0) 2; 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