基于单片机的万年历加温度显示设计毕业设计.docx

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基于单片机的万年历加温度显示设计毕业设计

本科毕业论文（设计）

题目基于单片机的万年历加温度显示设计

基于单片机的万年历加温度显示设计

摘要

本设计将制作一种基于单片机操纵的带实时温度显示、具有按时功能的电子万年历。

传统的电子日历多数体积大，功耗大，显示不准确等特点。

为了缩小体积，减小功耗，使其变得小巧灵敏，本设计加入了时钟芯片DS1302，可对时刻进行准确记时，同时可设置定不时刻，实现按时功能。

另外本设计具有显示实时温度的功能。

传统的温度传感器系统多数采纳放大、调理、A/D转换，转换后的数字信号送入运算机处置，处置电路复杂、靠得住性相对较差，占用运算机的资源比较多。

本设计将采纳DS18B20一线制数字温度传感器，可将温度信号直接转换成数字信号送给微处置器，电路简单，本钱低，实现了时刻温度同时显示的成效。

最后，温度和时刻都将通过12864液晶显示器进行显示。

测试说明系统达到了设计要求的各项功能，各部份工作正常。

关键词时钟/温度检测/单片机/温度

mICROCONTROLLER-BASHED

CALENDERANDTEMPERATUREDISPLAYDESIGN

ABSTRACT

Thisdesigncreatesanelectroniccalendarwithreal-timetemperaturedisplayandtimingfunctionbasedonsinglechipcontrol.Mostoftraditionalcalendarsarecharacterizedbylargesize,highpowerconsumptionandinaccuratedisplay.Inordertoreducevolumeandpowerconsumptionandmakecalendarsbecomesmallandexquisite,thedesignaddsaclockchipDS1302,whichcanaccuratelyrecordthetimeandsetaregulartimetoachievetimingfunction.Inaddition,thisdesigndisplaysreal-timetemperaturefunction.Traditionaltemperaturesensorsystemismostlyamplified,recuperatedandA/Dconverted.Theconverteddigitalsignalisinputthecomputertobeprocessed,buttheprocessingcircuitiscomplicatedwithrelativelypoorreliabilityandoccupiesmoreresourcesofthecomputer.ThisdesignusestheDS18B20first-linesystemdigitaltemperaturesensortodirectlyconvertthetemperaturesignalintodigitalsignalandsenditthemicroprocessor,whosecircuitissimpleandlowcost,achievingthedisplayedeffectoftimeandtemperaturesimultaneously.Finally,thetemperatureandtimewillbedisplayedthroughthe12864liquidcrystaldisplay.Thetestindicatesthatthesystemhasreachedvariousfunctionsofthedesignrequirementsandeachpartoperatessmoothly.

KEYWORDSclock,temperaturedetection,SCM,temperature

中文摘要I

英文摘要II

1概论1

万年历进展背景1

电子万年历的特点1

国内外现状、进展1

2系统大体方案选择和论证2

单片机芯片的选择方案和论证2

显示模块的选择方案和论证3

时钟芯片的选择方案和论证4

温度传感器的选择方案和论证4

电路设计最终方案确信5

3系统硬件电路设计6

系统功能模块划分6

各单元模块功能分析及模块电路设计6

时钟模块6

温度模块7

显示模块10

独立键盘模块19

蜂鸣器模块20

单片机模块21

电路原理图的绘制和电路的焊接24

原理图绘制软件PROTEL24

PCB制作24

元器件的焊接25

4系统软件设计27

万年历软件系统的流程图27

温度信息的搜集28

时钟的读取31

DS1302操纵字节的说明31

DS1302时刻日期寄放器及相应位概念32

DS1302数据的输入和输出32

DS1302读写部份（程序）部份33

温度的显示操纵33

键盘模块35

蜂鸣器模块35

5设计总结36

致谢37

参考文献38

附录39

1概论

万年历进展背景

随着电子技术的进展，人类不断研究，不断创新纪录。

万年历目前已经再也不局限于以书本形式显现。

以电脑软件或电子产品形式显现的万年历被称为电子万年历。

与传统书本形式的万年历相较，电子万年历取得了愈来愈普遍的应用，采纳电子时钟作为时刻显示已经成为一种时尚。

目前市场上各式各样的电子时钟数不胜数，但多数是只针对时刻显示，功能单一不能知足人们日常生活需求。

电子万年历的特点

电子万年历显示功能，包括公历年、月、日，时刻、温度、礼拜、农历等等；附带功能有：

按时闹铃、和按钮是不是能够正常调动。

本文提出了一种基于STC12C5A60S2单片机的万年历设计方案，采纳LCD显示。

本方案以STC12C5A60S2单片机作为主控核心，与时钟芯片DS1302、温度芯片DS18B20、人体红外感应模块、闹钟模块、按键、LCD显示等模块组成硬件系统。

在硬件系统中设有7个独立按键和一个LCD显示器，能显示丰硕的信息，依照利用者的需要能够随时对时刻进行校准、时刻、温度显示等，综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简练、本钱低廉等诸多优势，符合电子仪器仪表的进展趋势，具有广漠的市场前景。

国内外现状、进展

随着电子技术的迅速进展，专门是随大规模集成电路显现，给人类生活带来了全然性的改变。

尤其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户。

电子万年历的显现给人们的生活带来的诸多方便。

万年历中利用的LCD的应用很普遍，如腕表上的液晶显示屏，仪表仪器上的液晶显示器或是电脑笔记本上的液晶显示器，都利用了LCD。

在一样的办公设备上也很常见，如机，复印机，和一些娱乐器材玩具等也常常见到LCD的足迹。

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母，数字，符号等的点阵式液晶显示模块。

在显示器件上的设计，它是由假设干个5×7或5×11等点阵符位组成。

每一个点阵字符位都能够显示一个字符。

点阵字符位之间有一空点距的距离起到了字符间距和行距的作用。

目前市面上经常使用的有16字×1行，16字×2行，20字×2行和40字×2行等的字符模块组。

这些LCD尽管显示字数各不相同，可是都具有相同的输入输出界面。

市场上有许多电子万年历的专用芯片，如：

LM8363、LM8365等，但它们功能单一，电路连接复杂，不便于调试制作。

因此本系统采纳了以STC12C5A60S2单片机技术为核心，配合DS18B20温度测量模块，DS1302时钟模块，人体感应模块，LCD显示模块，键盘模块使该设计具有现实功能齐全，人机交互，节能的特点。

随着单片机的进展，电子万年历呈现了微型化，功能丰硕化的趋势，而且价钱在不断下降，考虑到资源问题，此刻的设计设计的万年历都采纳了节能设计方案，万年历对人们的生活有着十分重要的作用，因此电子万年历仍是有专门大的进展前景的。

2系统大体方案选择和论证

单片机芯片的选择方案和论证

方案一：

采纳89C51芯片作为硬件核心，89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，采纳FlashROM，内部具有4KBROM存储空间，能于3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼容，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，89C51是一种高效微操纵器，51单片机为很多嵌入式操纵系统提供了一种灵活性高且价廉的方案可是运用于电路设计中时由于不具有在线编程（ISP）技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插可能对芯片造成必然的损坏。

方案二：

采纳STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机械周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机操纵，强干扰场。

STC12C5A60S2单片机内部有60KB的程序Flash存储器，1KB的数据Flash存储器，具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，因此可不能对芯片造成损坏。

由于咱们设计的万年历烧写文件可能在40KB左右，而STC12C5A60S2单片机的程序Flash为60KB，咱们就不用在外接程序存储器了。

万年历的程序复杂，采纳1T单片机有利于提高运算速度，使万年历显示更快捷。

通过综合比较最终选择方案二，即选择STC12C5A60S2作为主操纵器。

显示模块的选择方案和论证

方案一：

中文字库的LCD12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。

利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可组成全中文人机交互图形界面。

能够显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。

由该模块组成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相较，不论硬件电路结构或显示程序都要简练得多，且该模块的价钱也略低于相同点阵的图形液晶模块。

万年历要求显示年月日、时分秒、礼拜、和农历。

LCD12864液晶能够完成设计的要求。

方案二：

系统采纳LED显示。

LED应用可分为两大类：

一是LED单管应用，包括背光源LED，红外线LED等；另外确实是LED显示屏，目前，中国在LED基础材料制造方面与国际还存在着必然的差距，但就LED显示屏而言，中国的设计和生产技术水平大体与国际同步。

LED显示屏是由发光二极管排列组成的显示器件。

它采纳低电压扫描驱动，具有：

耗电少、利用寿命长、本钱低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。

采纳LED数码管动态扫描.价钱上比较经济实惠，但不能显示文字，性价比不是很高，操作起来比较液晶显示来讲略显繁琐，因此也不用此种作为显示。

通过综合比较最终选择方案一，即选择LCD12864液晶显示屏。

时钟芯片的选择方案和论证

方案一：

采纳单片机按时。

单片机集成度高、功能强、靠得住性高、体积小、功耗低、利用方便、价钱低廉等一系列优势，单片机的应用领域已从面向工业操纵、通信、交通、智能仪表等迅速进展抵家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围和网络通信等广大领域。

直接采纳单片机按时计数器提供秒信号，计数的脉冲由外部提供，按时的脉冲由外部晶振提供，按时加1的周期为一个机械周期；定不时刻与初值和晶振频率有关。

利用程序实现年、月、日、礼拜、时、分、秒计数。

采纳此种方案减少芯片的利用，节约本钱，但程序复杂度较高。

方案二：

采纳DS1302时钟芯片。

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实不时钟电路，它能够对年、月、日、礼拜、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为～。

采纳双电源供电（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。

DS1302用于数据记录，专门是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与显现该数据的时刻同时记录，因此普遍应用于测量系统中。

采纳三线接口与CPU进行同步通信，并可采纳突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。

DS1302内部有一个31×8的用于临时性寄存数据的RAM寄放器。

采纳DS1302只需要写出驱动程序，挪用程序读出寄放器内数据通过简单的变换就能够够输出万年历的数据。

通过综合比较最终选择方案二，即采纳DS1302时钟芯片。

温度传感器的选择方案和论证

方案一：

采纳热敏电阻作为温度传感器。

热敏电阻是开发早、种类多、进展较成熟的灵敏元器件。

热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引发电阻转变。

热敏电阻的要紧特点是：

灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上；工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃）低温器件适用于-273℃～55℃；体积小，能够测量其他温度计无法测量的间隙、腔体及生物体内血管的温度；利用方便，电阻值可在～100kΩ间任意选择；易加工成复杂的形状，可大量量生产；稳固性好、过载能力强。

由于半导体热敏电阻有独特的性能，因此在应用方面它不仅能够作为测量元件（如测量温度、流量、液位等），还能够作为操纵元件（如热敏开关、限流器）和电路补偿元件。

热敏电阻普遍用于家用电器、电力工业、通信、军事科学、宇航等各个领域，进展前景极为广漠。

利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转变而转变的特性，搜集这两个电阻转变的分压值，并进行A/D转换。

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

方案二：

采纳DS18B20温度传感器。

在应用与高精度、高靠得住性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。

超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。

关于咱们一般的电子爱好者来讲，DS18B20的优势更是咱们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不贰选择。

这是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

DS18B20数字温度计提供9位（二进制）温度读数，指示器件的温度。

信息通过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从单片机到DS18B20仅需一条线连接即可。

它可在1秒钟（典型值）内把温度变换成数字

通过综合比较最终选择方案二，即采纳采纳DS18B20温度传感器。

电路设计最终方案确信

最终选择单片机STC12C5A60S2作为主操纵器；选择LCD12864型液晶作为显示模块，此模块能够显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有画图及文书画面混合显示功能；选择采纳DS1302时钟芯片,使程序实现年、月、日、礼拜、时、分、秒，即农历阳历时刻的显示。

采纳DS18B20温度传感器，能够对温度做出比较精准的测量，而且和单片机通信只要一个IO，连接方便。

3系统硬件电路设计

系统功能模块划分

依照系统功能要求，可大致画出系统所需硬件结构框图如图3-1所示：

图3-1系统功能模块图

主控模块采纳性价比较高的STC12C5A60S2单片机芯片，在其内部烧写好程序，可通进程序的运行操纵测温模块进行测温；测温模块主若是由DS18B20组成，将其与所测对象进行接触即可获取被测对象的温度数据，而所测得的温度和时钟芯片测得的实时日历将通过显示模块的液晶显示器以数字形式显示；单片机挪用程序，读取DS1302内寄放器，能够取得万年历的时刻数据，经进程序处置就能够够输出在LCD上；键盘电路可对实时日历进行调整；人体红外感应模块能够检测人体，当有人靠近时，就能够打开LCD背光；蜂鸣器能够在闹钟按时中，作为声音提示。

各单元模块功能分析及模块电路设计

时钟模块

DS1302的工作原理和单片机的接口:

DS1302为美国DALLAS公司的一种实不时钟芯片，要紧特点是采纳串行数据传输，可为掉电爱惜电源提供可编程的充电功能，而且能够关闭充电功能。

采纳晶振。

它能够对年、月、日、礼拜、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。

DS1302用于数据记录，专门是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与显现该数据的时刻同时记录。

这种记录对长时刻的持续测控系统结果的分析和对异样数据显现的缘故的查找有重要意义。

在本设计中，它的实际电路图如图3-2所示：

图3-2DS1302与单片机的连接

DS1302需要外接的晶振，1号引脚接主电源VCC（5V）电源，8号引脚接备用电池（3V），当主电源掉电后，备用电源为DS1302提供电源，维持DS1302内数据不丢失，这正是时钟芯片所必需的特性。

温度模块

传统的温度传感器系统多数采纳放大、调理、A/D转换，转换后的数字信号送入运算机处置，处置电路复杂、靠得住性相对较差，占用运算机的资源比较多，本设计测温模块采纳一线制总线数字温度传感器DS18B20，可将温度信号直接转换成数字信号送给微处置器，电路简单，本钱低，其电路原理图如图3-3所示：

图3-3DS18B20温度模块

从图中可看出，将温度传感器的一线制总线通过端口2与本设计主控芯片STC12C5A6S2的端口标号为DS18B20的相连即可实现彼此之间的通信。

设计中的测温元件采纳的是DS18B20测温元件,DS18B20是由DALLAS（达拉斯）公司生产的一种温度传感器。

超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20很受欢迎。

这是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

DS18B20数字温度计提供9位（二进制）温度读数，指示器件的温度。

信息通过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从单片机到DS18B20仅需一条线连接即可。

它可在1秒钟（典型值）内把温度变换成数字。

DS18B20的要紧特点

1）DS18B20的要紧特点：

①全数字温度转换及输出；

②先进的单总线数据通信；

③最高12位分辨率，精度可达土℃；

④12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒；

⑤可选择寄生工作方式；

⑥检测温度范围为–55℃——+125℃；

⑦内置EEPROM，限温报警功能；

⑧64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接；

⑨多样封装形式，适应不同硬件系统。

2）DS18B20芯片其封装结构如下：

图3-4DS18B20芯片封装图

由其引脚可看出，其3个引脚:

GND为电压地直接接地；DQ为单数据总线用来与单片机相连接,本系统中DS与单片机接口连接,仅此一个连接就能够保证DS18B20与单片机之间的数据互换；VDD引脚接电源电压。

DS18B20的工作原理

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。

一个工作周期可分为两个部份，即温度检测和数据处置。

DS18B20共有三种形态的存储器资源,别离是：

ROM只读存储器，用于寄存DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的CRC码（冗余校验）。

数据在出产时设置不由用户更改。

DS18B20共64位ROM，RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每一个字节为8位。

第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（经常使用于温度报警值贮存）的镜像。

在上电复位时其值将被刷新。

第5个字节那么是用户第3个EEPROM的镜像。

第6、7、8个字节为计数寄放器，是为了让用户取得更高的温度分辨率而设计的，一样也是内部温度转换、计算的暂存单元。

第9个字节为前8个字节的CRC码。

EEPROM非易失性经历体，用于寄存长期需要保留的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。

咱们在每一次读温度之前都必需进行复杂的且精准时序的处置，因为DS18B20的硬件简单结果就会致使软件的庞大开消。

显示模块

本设计显示模块要紧采纳LCD12864液晶显示器，其电路原理图如下：

图3-5LCD12864模块

LCD12864液晶显示器通过数据端口也即端口7～14与主控芯片STC12C5A60S2的I/O端口P2相连接实现数据与指令的传输，再通过操纵端口RS、RW、EN也即端口4～6与主控芯片，，端口相接实现对数据和指令传输的操纵。

显示模块采纳12864液晶显示器可实现对温度和时刻的直接显示，清楚明了。

LCD12864的特点

带中文字库的LCD12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII字符集。

利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可组成全中文人机交互图形界面。

能够显示8×4行16×16点阵的汉字,也可完成图形显示。

低电压低功耗是其又一显著特点。

由该模块组成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相较，不论硬件电路结构或显示程序都要简得多，且该模块的价钱也略低于相同点阵的图形液晶模块。

其大体特性如下：

低电源电压（VDD:

++）

显示分辨率：

128×64点

内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字（简繁体可选）

内置128个16×8点阵字符

2MHZ时钟频率

显示方式：

SIN、半透、正显

背光方式：

侧部高亮白色LED,功耗仅为一般LED的1/5—1/10

通信方式：

串行、并行可选

内置DC-DC转换电路，无需外加负压

无需片选信号，简化软件设计

工作温度：

0℃—-+55℃，存储温度：

-20℃—+60℃

1．模块管脚是连接外部电路的纽带，在此模块中管脚要紧由操纵管脚和数据管脚等组成，现将其组成情形及相关功能介绍如下：

表3-112864液晶模块接口说明

管脚号

管脚名称

电平

管脚功能描述

1

VSS

0V

电源地

2

VCC

5V

电源正

3

V0

-

对比度（亮度）调整

4

RS（CS）

H/L

RS=“H”,表示DB7～DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7～DB0为显示指令数据

5

R/W

H/L

R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7～DB0R/W=“L”,E=“H→L”,DB7～DB0的数据被写到IR或