單片機芯片的方案選擇和論證

淮陰工學院畢業(yè)設計說明書（論文）第15頁共15頁緒論1.1研究的意義萬年歷在古代被稱為實用的書或歷書，并按照一個特定的日歷年計算規(guī)則，安排日、月。萬年歷不僅在人類生產(chǎn)、生活中必不可少,而且其內(nèi)容與形式也越來越豐富了?，F(xiàn)如今，由于時代發(fā)展的腳步不斷前進，人類對高科技的向往使得傳統(tǒng)的只用于計時的萬年歷已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人的需求，在此背景下，具有多種功能的數(shù)字萬年歷應運而生。數(shù)字萬年歷不再只局限于對日期、時間的計時，它還能智能化的判斷當前年份是否是閏年,同時它還能夠顯示農(nóng)歷日期，這樣更方便了人們對節(jié)氣的把握。并且它還能夠準確的測量當前的溫度與濕度并在LCD數(shù)字顯示屏上顯示出來[2]。它還具備整點提示、時間校準、節(jié)日提示等許多人性化的設置于功能。與傳統(tǒng)萬年歷相比，多功能數(shù)字萬年歷不但計時精準，同時攜帶方便，功能多樣。多功能數(shù)字萬年歷的使用成為了一種主流。1.2設計的思路多功能數(shù)字萬年歷具有準確顯示時間日期、設置鬧鐘以及實時顯示環(huán)境溫度、濕度的功能。設計結構模塊化管理,包含了主控模塊、時鐘模塊、鍵盤掃描模塊、溫濕度傳感器模塊和顯示模塊[4]。設計系統(tǒng)采用keilc51軟件系統(tǒng)[5]?？刂茊卧捎肅語言編程[6],此計算機可移植性強,便于后期擴展,并且各硬件模塊成本低廉,適合廣泛使用。1.3設計的目標本設計的目的在于設計一個結構簡單，功耗小，實用性強的多功能數(shù)字萬年歷。該萬年歷不僅結構簡單，功耗小，同時它具有實時計時、整點鬧鈴、閏年與非閏年判斷的功能。其特色是能顯示陰歷日期，并對中國傳統(tǒng)的幾大節(jié)日進行設置提醒，同時它采用24h格式進行計時；它還能夠實時的記錄下當前天氣的溫度和濕度數(shù)值，這些數(shù)據(jù)都會在LCD顯示屏上面顯示出來[10]；它還具有記憶功能，即使在突發(fā)情況下，例如突然斷電，系統(tǒng)不能正常運作時也可以計時，這樣就避免了由于突發(fā)事件而產(chǎn)生的時間不準確的情況?；谖宜鶎W的專業(yè)和多功能萬年歷的市場前景，我打算設計一個基于單片機的多功能萬年歷作為我的畢業(yè)設計。這樣既能鞏固我在大學所學的知識，設計出來的作品又能為大眾所用，一舉兩得。系統(tǒng)的總體設計由于通過單片機實現(xiàn)數(shù)字萬年歷的方法有很多種，同時單片機的類型同樣具有很多選擇，所以在做此設計之前需要明確選擇的方案。選擇了正確的方案不僅可以節(jié)約成本，同時還可以使我們的設計結果更加準確，操作更加方便。減少了開發(fā)的難度，也縮短了開發(fā)的時間。系統(tǒng)基本方案選擇和論證單片機芯片的方案選擇和論證方案一：采用傳統(tǒng)的AT89C51單片機芯片， AT89C51是由Atmel公司開發(fā)的，它是一種自帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM-FlashProgrammableErasableReadOnlyMemory)且具有低電壓、高性能的8位微處理機，俗稱單片機。它能夠與MCS-51兼容。但是其存儲空間較小，所以不采用此芯片。方案二：采用AT89S52芯片，AT89S52同樣是Atmel公司的，它是一種低功耗，高性能CMOS8位微處理機，具有8K的Flash存儲器。AT89S52具有支持ISP下載、使用方便，可靠性好、在線編程可擦除等優(yōu)點。在本次設計中由于需要我們編寫的程序代碼多，為防止4K字節(jié)的存儲器的存儲空間不夠，所以我們選擇具有自帶8K字節(jié)只讀存儲器的AT89S52單片機芯片。同時在線編程可擦除的優(yōu)點也方便我們對編寫的代碼隨時進行修改。經(jīng)過論證我選擇AT89S52芯片作為主控制系統(tǒng)。2.1.2時鐘芯片的方案選擇和論證方案一：采用DS12C887時鐘芯片，DS12C887時鐘芯片采用直插式，內(nèi)部集成可充電鋰電池，同時內(nèi)部還集成了32.768kHz的標準晶振，使用方便。但是它的體積相對較大，同時它的引腳相較于DS1302也較多，所以不采用它。方案二：直接利用軟件編程控制定時器來實現(xiàn)計時功能，雖然通過其定時功能能夠實現(xiàn)對時間、日期的計時和計數(shù)，但是用到的晶振不同等因素會使其產(chǎn)生很大的誤差，所以不采用此方案。方案三：采用DSLLAS公司生產(chǎn)的DS1302時鐘芯片，DS1302時鐘芯片是一種體積非常小的表貼式元件，它具有計時精準、高性能、引腳少、操作簡單等優(yōu)點。經(jīng)過論證我選擇DS1302時鐘芯片。顯示模塊的方案選擇和論證方案一：采用LCD1602液晶顯示器，LCD1602液晶顯示器采用并行操作方式居多，每行能夠顯示16個字符，一共可以顯示兩行，只能顯示ASCII碼字符，如數(shù)字、大小寫字母、各種符號等，但是不能顯示漢字，同時其顯示的字符少，不能完全滿足本次設計的要求，所以不選擇LCD1602液晶顯示器。方案二：采用LCD12232液晶顯示器，了、LCD12232采用5V電壓驅動，它由122列和32行組成，不僅可以顯示ASCII碼字符，還可以顯示圖形和漢字。但是它只能顯示7.5*2個漢字，而我在本次設計中需要很多的漢字顯示，所以它也不能完全滿足設計的要求，所以不選擇LCD12232液晶顯示器。方案三：采用LCD12864液晶顯示器，LCD12864液晶顯示器可以顯示大量的字符，顯示多樣，可以調(diào)節(jié)清晰度，能夠滿足本次設計中要求，經(jīng)過論證我選擇LCD12864作為本次設計的顯示模塊。溫濕度傳感器的選擇與論證方案一：采用DS18B20溫度傳感器，DS18B20溫度傳感器具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力，精度高的優(yōu)點，但是在本次設計中，我需要對溫濕度進行測量，而不單單只對溫度進行測量，所以DS18B20溫度傳感器不滿足本次設計的要求，所以不采用。方案二：采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，確保產(chǎn)品的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。具有品質卓越、響應快速、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點，經(jīng)過論證，我選擇DHT11傳感器作為測量溫濕度模塊。電路設計最終方案經(jīng)過論證方案所得，最終選用的方案為：采用AT89S52作為主控制系統(tǒng)，采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，通過DHT11傳感器實現(xiàn)實時溫濕度的測量。最后通過LCD12864液晶顯示器來將數(shù)據(jù)實時顯示出來。系統(tǒng)的硬件設計系統(tǒng)硬件的整體設計在進行本次設計之前，我們需要先畫出系統(tǒng)的結構框圖，這樣不僅讓我們對設計成果有個大概的印象，同時也方便了我們的設計，為我們的設計提供參考，系統(tǒng)的結構框圖如下：圖1系統(tǒng)結構框圖系統(tǒng)硬件介紹3.2.1AT89S52本系統(tǒng)采用美國Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機作為主控制系統(tǒng)，其中AT表示Atmel公司生產(chǎn)的，8表示該芯片為8051內(nèi)核芯片，9代表內(nèi)部是Flash存儲器的，S表示可下載的Flash，即支持ISP下載的Flash，52表示其型號。可能AT89S52后面會加24PC后綴，即AT89S5224PC，24表示最快的晶振頻率，P表示其封裝形式，C表示商用。AT89S52單片機的引腳及其功能AT89S52單片機的引腳說明如圖2所示：圖2AT89S52引腳圖按照引腳的功能，可以將其分為三類。電源和時鐘引腳。如Vcc、GND、XTAL1、XTAL2。Vcc（40腳）、GND（20腳）是單片機的電源引腳，不同型號的單片機接入對應電壓電源，XTAL1（19腳）、XTAL2（18腳）是外接時鐘引腳。XTAL1為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，XTAL2為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。編程控制引腳。如RST、PSEN、ALE/PROG,EA/VppI/O口引腳。如P0、P1、P2、P3，四組8位I/O口P0口（39腳~32腳）是雙向8位三態(tài)I/O口，每個口可獨立控制。51單片機P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，為高阻狀態(tài)，所以不能正常地輸入高/低電平，因此該組I/O口在使用時務必要外接上拉電阻，一般選擇接入10K歐姆的上拉電阻。P1口（1腳~8腳）是準雙向8位I/O口，每口可獨立控制，內(nèi)帶上拉電阻，這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，所以不是真正的雙向I/O口。對52單片機P1.0引腳的第二功能為T2定時器/計數(shù)器的外部輸入。P2口（21腳~28腳）也是準雙向8位I/O口，每個口可獨立控制，內(nèi)帶上拉電阻，與P1口相似。P3口（10腳~17腳）也是準雙向8位I/O口，每個口可獨立控制，內(nèi)帶上拉電阻，作為第一功能使用時就當做普通I/O口，與P1口相似。作為第二功能使用時，如下表所示：表1P3口各引腳的第二功能定義標號引腳第二功能說明P3.010RXD串行輸入口P3.111TXD串行輸出口P3.212INT0外部中斷0P3.313INT1外部中斷1P3.414T0定時器/計數(shù)器0外部輸入端P3.515T1定時器/計數(shù)器1外部輸入端P3.616WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖P3.717RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖（2）AT89S52單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)應包含：電源電路：向單片機供電，工作電壓范圍為4.0V-5.5V。時鐘電路：單片機工作的時間基準，決定單片機的工作速度。時鐘電路就是振蕩電路。復位電路：確定單片機的工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。AT89S52單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示：圖2單片機最小系統(tǒng)3.2.2DS1302時鐘芯片介紹DS1302時鐘芯片是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片。附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，時鐘芯片可提供秒、分、時、日、星期、月、年，一個月小于31天可以自動調(diào)整，具有閏年補償功能。采用雙電源供電（主電源和備用電源），即在突然斷電情況下，由備用電源供電，提供斷電保護。時鐘芯片的引腳及其功能DS1302時鐘芯片的引腳圖如下：圖3DS1302引腳圖引腳的功能，Vcc2為備用電源，Vcc1為主電源，SCLK是串行時鐘輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出，CE為輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。X1和X2為時鐘引腳，需外接32.768KHZ晶振。3.2.3DHT11溫濕度傳感器介紹DTH11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數(shù)字模塊采集技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕原件和一個NTC感溫元件。（1）DHT11傳感器引腳及其功能DHT11傳感器的引腳功能，如下表所示：表2DHT11傳感器引腳功能Pin名稱注解1VDD供電2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，懸空4GND接地，電源負極3.2.4LCD12864液晶顯示器介紹LCD12864液晶顯示器帶有中文字庫，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)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊。其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。[1]LCD12864液晶顯示器引腳機器功能LCD12864引腳圖如下：圖4LCD12864引腳圖LCD12864各引腳的功能。Vss（編號1）：電源地，接地。Vdd(編號2)：電源正極，提供電源。VO（編號3）：液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端，調(diào)節(jié)液晶顯示的清晰度。RS(編號4)：數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平為數(shù)據(jù)選擇端，低電平為命令選擇端。R/W（編號5）：讀/寫選擇端，高電平為讀選擇端，低電平為寫選擇端。E（編號6）：使能信號，當E為高電平時使能。D0-D7（編號7-14）：數(shù)據(jù)口。PSB（編號15）：并/串選擇，高電平時為并行，低電平為串行。NC（編號16、18）：空腳。RST（編號17）：復位，低電平有效。BLA（編號19）：背光電源正極。BLK（編號20）：背光電源負極。3.2.5鍵盤模塊介紹鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號或鍵值的成為編碼鍵盤，而靠軟件編程來識別的鍵盤稱為非編碼鍵盤，本設計采用非編碼鍵盤中的彈性小鍵盤。彈性小鍵盤被按下時閉合，松手后自動斷開。按鍵輸入部分的作用是進行時間、日期和星期的調(diào)整、鬧鐘的設置以及查詢農(nóng)歷日期，最終確定由四個按鍵來實現(xiàn)上敘功能，四個鍵的功能包括鬧鐘時間設定、時間數(shù)值的增加、時間數(shù)值的減小和取消設置。3.2.6鬧鈴模塊介紹本設計采用的鬧鈴方式很簡單，通過蜂鳴器來實現(xiàn)。蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，用作發(fā)聲器件。蜂鳴器在電路中用字母H或HA表示。系統(tǒng)硬件介紹小結本章主要介紹了本次設計需要的系統(tǒng)硬件，介紹了AT89S52單片機，DS1302時鐘芯片，DHT11溫濕度傳感器，LCD12864液晶顯示器，并且也介紹了按鍵模塊和鬧鈴模塊。4系統(tǒng)的軟件設計多功能數(shù)字萬年歷的功能是在程序控制下實現(xiàn)的。為了方便編寫和增加可讀性，本設計的軟件部分采用C語言進行編寫。該系統(tǒng)的軟件設計方法與硬件設計相對應，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設計和編程，最后通過主程序將各程序模塊連接起來。這樣有利于程序修改，增強了程序的可移植性。4.1系統(tǒng)流程圖在編寫軟件代碼之前，需要先列出整體的流程圖，這樣既讓我們有了初步的概念，同時在編程的時候也有了一個清晰的思路。系統(tǒng)的流程圖如圖所示：4.2公歷計算顯示程序設計本次設計采用DS1302時鐘芯片對時間進行實時獲取，將獲取數(shù)值通過程序代碼在LCD12864液晶顯示器上進行顯示，通過時鐘芯片我們可以準確的讀取當前時間。4.2.1讀取公歷時間初始化流程圖4.2.2DS1302時鐘芯片內(nèi)部寄存器介紹對DS1302時鐘芯片的操作其實就是對它內(nèi)部寄存器的操作，DS1302時鐘芯片內(nèi)部包括12個寄存器，其中有7個與日歷、時鐘有關，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。7個與日歷、時鐘有關的寄存器分別為秒寄存器、分寄存器、小時寄存器、日寄存器、月寄存器、星期寄存器和年寄存器。下表將主介紹7個寄存器。表4.2.2日期、時鐘寄存器介紹寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210秒寄存器80H81H00-59CH10SECSEC分鐘寄存器82H83H00-59010MINMIN小時寄存器84H85H01-12或00-2312/240APHRHR日期寄存器86H87H28,29,30,310010DATEDATE月份寄存器88H89H01-1200010MMONTH周日寄存器8AH8BH01-0700000Week年寄存器8ＣＨ８DH00-9910YEARYEAR4.2.3DS102讀寫時序說明DS1302采用SPI總線驅動，不僅需要從內(nèi)部讀取需要的日期、時間等數(shù)據(jù)，同時也需要向內(nèi)部寫入控制字。想要和DS1302實現(xiàn)通信，需要先了解它的控制字.DS1302的控制字如表所示：表4.2.3DS1302控制字765432101RAMA4A3A2A1A0RD位7必須輸入高電平1，如果它為低電平0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6：如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位5至位1（A4～A0）：指示操作單元的地址。位0（最低有效位）：如為0，表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作。4.2.4公歷時間讀取程序設計首先我們先定義DS1302使用到的I/O口，即sbitDS1302_CLK=P1^1，定義實時時鐘時鐘線引腳，sbitDS1302_IO=P1^2，定義實時時鐘數(shù)據(jù)線引腳，sbitDS1302_RST=P1^3，定義實時時鐘復位線引腳。根據(jù)需要，可分為對DS1302進行初始化，讀取數(shù)據(jù)等操作。4.3公歷轉農(nóng)歷程序設計市面上的許多普通萬年歷沒有對農(nóng)歷日期進行顯示，所以在做本次設計時，我打算完善本次萬年歷的設計，在現(xiàn)實公歷時間的基礎上，對中國傳統(tǒng)的農(nóng)歷日期也進行顯示。4.3.1公歷轉農(nóng)歷算法研究農(nóng)歷又稱作陰歷或夏歷，以月亮的圓缺為計月單位，其以逢朔為初一，以月望為十五（大月為十六日）。每月只有29天或者30天，小月為29天。經(jīng)過計算這樣每年只有354天，2×××××××（不換頁，作為正文第2章標題，用小3號黑體，加粗，并留出上下間距為：段前0.5行，段后0.5行）×××××××××（小4號宋體）×××××××××××××××××××××××××××××××××××………注：1．正文中表格與插圖的字體一律用5號宋體；2．正文各頁的格式請以此頁為標準復制，頁眉中的頁碼用阿拉伯數(shù)字表示（本文檔的頁碼已設置成自動格式）；3．為保證打印效果，學生在打印前，請將全文字體的顏色統(tǒng)一設置成黑色。

（本頁為獨立頁，空2行）結論（小3號黑體，居中）×××××××××（小4號宋體，1.5倍行距）×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………說明：結論是文章的最終的、總體的結論。應當準確、完整、明確、精練。如不可能導出應有的結論，也可以沒有結論而進行必要的討論?？梢栽诮Y論或討論中提出建議、研究設想、對儀器設備的改進意見、尚待解決的問題等等。

（本頁為獨立頁，空2行）致謝（小3號黑體，居中）×××××××××（小4號宋體，1.5倍行距）×××××××××××××