多功能電子萬年歷設(shè)計(jì)

劉秀娟　李朋龍　邵娟　王雪娜　梁莉莉　逯玉蘭

摘? 要： 選用STC89C52單片機(jī)為核心元件，結(jié)合DS12C887時(shí)鐘芯片、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器和LCD1602液晶顯示屏等電子器件，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，完成整體功能設(shè)計(jì)。利用Proteus仿真軟件和Keil編譯軟件進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了集年、月、日、時(shí)、分、秒、農(nóng)歷、星期、溫度、濕度、鬧鐘功能于一體的電子萬年歷。

關(guān)鍵詞： 電子萬年歷; STC89C52單片機(jī); 時(shí)鐘芯片; 溫濕度傳感器

中圖分類號(hào)：TP368.1? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2022）05-73-03

Design of multi-function electronic calendar

Liu Xiujuan， Li Penglong， Shao Juan， Wang Xuena， Liang Lili， Lu Yulan

Abstract： In this system， STC89C52 microcontroller was selected as the core component. Combined with electronic devices such as DS12C887 clock chip， DHT11 digital temperature and humidity sensor and LCD1602 liquid crystal display screen， the overall functional design was completed in the modular design method. Using Proteus simulation software and Keil compilation software for simulation， an electronic calendar with year， month， day， hour， minute， second， lunar calendar， week， temperature， humidity， and alarm clock functions was realized.

Key words： electronic calendar; STC89C52 microcontroller; clock chip; temperature and humidity sensor

引言

近年來微電子技術(shù)發(fā)展迅速，以單片機(jī)為核心的智能電子產(chǎn)品層出不窮。人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)智能家居要求越來越高，而電子萬年歷恰是一種適用于各種場(chǎng)合的小型智能家居電子產(chǎn)品，為人們生活帶來便利[1-7]。本文以STC89C52單片機(jī)為總控元件設(shè)計(jì)了一款電子萬年歷，該電子萬年歷能夠顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、農(nóng)歷、星期、溫度和濕度，并具有鬧鐘功能，時(shí)間讀取方便、日期顯示直觀、溫濕度測(cè)量準(zhǔn)確、功能多、成本低、市場(chǎng)前景廣闊。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為主控制元件，主要包括電源模塊、LCD顯示模塊、DS12C887時(shí)鐘模塊、DHT11數(shù)字溫濕度采集模塊。整個(gè)系統(tǒng)的工作過程是：①接通電源后，時(shí)鐘芯片、溫濕度傳感器、顯示屏全部初始化等待載入信息;②時(shí)鐘程序和傳感器程序分別被讀入DS12C887時(shí)鐘芯片并且DHT11溫濕度傳感器讀取時(shí)間和溫濕度信息;③把讀取到的數(shù)據(jù)信息傳送到液晶顯示屏顯示;④通過按鍵可進(jìn)入設(shè)置時(shí)間模式重新設(shè)置時(shí)間，也可通過按鍵進(jìn)入設(shè)置鬧鐘模式，設(shè)置提醒鬧鐘;⑤設(shè)置完成后，在顯示屏顯示，可直觀看到數(shù)據(jù)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 STC89C52主控制元件

STC89C52單片機(jī)作為一種低功耗且高性能的微型控制器，使用的是經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，內(nèi)部有8位CPU，有著8KB的程序存儲(chǔ)空間以及512B數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，并且該單片機(jī)有32位I/O口線，三個(gè)16位計(jì)數(shù)器，MAX810復(fù)位電路，四個(gè)外部中斷，內(nèi)帶4KB EEPROM存儲(chǔ)空間，可直接使用串口下載，能靈活、高效地滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。故本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為主控元件[8-10]。

2.2 DS12C887時(shí)鐘芯片

美國(guó)DALLAS公司推出的DS12C887時(shí)鐘芯片將晶體振蕩、振蕩電路、充電電路和可充電鋰電池等一起封裝在芯片上。DS12C887時(shí)鐘芯片采用石英晶體的振蕩器和鋰離子電池，即使在停電狀態(tài)下，也可以保持有關(guān)信息和狀態(tài)不丟失，并利用后備的電池供電，因此它在沒電源供電的情況下仍可繼續(xù)工作10年[11]。時(shí)標(biāo)可選擇二進(jìn)制或BCD碼表示，計(jì)時(shí)更準(zhǔn)確;采用24小時(shí)制計(jì)時(shí)，有時(shí)鐘、鬧鐘和日歷（至2100年），有星期，閏年自動(dòng)補(bǔ)償功能;工作電壓4.5～5.5V，電流范圍7～15mA，溫度0～70℃;14個(gè)時(shí)鐘控制寄存器，其內(nèi)部含有專用接口電路，簡(jiǎn)化了對(duì)外部電路的時(shí)序要求[12-13]。時(shí)鐘模塊電路原理圖如圖2所示。

2.3 LCD1602顯示模塊

本設(shè)計(jì)選用LCD1602顯示屏顯示萬年歷的年、月、日、時(shí)、分、秒、星期、農(nóng)歷及溫、濕度信息，因?yàn)樾枰@示的信息較多，如果選擇使用數(shù)碼管則單個(gè)無法顯示所需信息，多個(gè)又會(huì)占用較多的單片機(jī)輸入/輸出資源，綜合考慮，選擇液晶顯示屏更為恰當(dāng)。因LCD1602液晶顯示屏內(nèi)置192種字符，可操作性強(qiáng)、性價(jià)比高、使用簡(jiǎn)單，故本設(shè)計(jì)選擇1602液晶顯示屏顯示所需的信息。

LCD1602液晶顯示模塊應(yīng)用5V驅(qū)動(dòng)電壓，有背光，可調(diào)節(jié)對(duì)比度;內(nèi)建復(fù)位電路，有16×2個(gè)字符顯示容量;外部CPU接口采用并行或者串行兩種控制方式[14]。液晶顯示模塊與單片機(jī)的連接方式也同樣有兩種，分別為直接訪問方式和間接訪問方式。直接訪問方式是將I/O設(shè)備直接連接到電腦總線上或者將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器的操作。而通常在液晶模塊的控制時(shí)使用的便是間接訪問方式，是指將單片機(jī)的并行接口與液晶顯示模塊的終端連接后通過控制并行接口來實(shí)現(xiàn)液晶顯示的操作。顯示模塊電路圖如圖3所示。

2.4 DHT11數(shù)字溫濕度采集模塊

本文的溫濕度采集模塊采用了DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，這種傳感器是一種含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它使用了專用的溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性[15]。濕度的測(cè)量范圍：5～95%RH，溫度的測(cè)量范圍：-20～+60℃;濕度的測(cè)量精度±5%RH，溫度的測(cè)量精度：±2℃;濕度的分辨率：1%RH，溫度的分辨率0.1℃;供電電壓：3.3～5.5V DC;可直接讀出溫濕度的值。

溫濕度傳感器DHT11由兩個(gè)原件組成，分別是電阻式感濕元件和NTC測(cè)溫元件，它還連接一個(gè)高性能8位單片機(jī)。因此它的抗干擾性能很強(qiáng)，并且響應(yīng)超快，有超高的性價(jià)比和相對(duì)溫度和濕度測(cè)量功能，運(yùn)用全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出形式，擁有超強(qiáng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，不需要其他部件，還具有超長(zhǎng)的信號(hào)輸出距離，低功耗，4引腳安裝，可完全互換等特性。溫濕度采集模塊電路圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示。

系統(tǒng)軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)，包含顯示模塊、時(shí)鐘模塊、溫濕度采集模塊和設(shè)置時(shí)間、設(shè)置鬧鐘兩個(gè)子程序模塊。系統(tǒng)流程是：①主程序首先執(zhí)行顯示模塊、時(shí)鐘模塊和溫濕度采集模塊的初始化;②然后時(shí)鐘芯片開始計(jì)時(shí)，溫濕度傳感器開始采集溫度和濕度;③計(jì)時(shí)和采集完成后傳到顯示屏顯示日期、時(shí)間和溫濕度;④再通過按鍵進(jìn)入鍵盤函數(shù)按鍵等待，通過按鍵時(shí)長(zhǎng)選擇所需的按鍵狀態(tài)子程序模塊;⑤通過設(shè)置時(shí)間子程序執(zhí)行年、月、日及時(shí)鐘設(shè)置，平、閏年查詢或通過設(shè)置鬧鐘子程序設(shè)置提醒時(shí)間;⑥最終時(shí)間、日期、溫濕度等信息直接通過液晶屏顯示，設(shè)置完成后返回主程序。

4 結(jié)論

本文使用STC89C52單片機(jī)、時(shí)鐘日歷芯片DS12C887、液晶顯示模塊LCD1206、溫濕度復(fù)合傳感器DHT11為系統(tǒng)組成部分，設(shè)計(jì)了一款電子萬年歷。在設(shè)計(jì)過程中結(jié)合萬年歷的特點(diǎn)選擇合適的硬件，利用Proteus仿真軟件和Keil編譯軟件進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)了集年、月、日、時(shí)、分、秒、農(nóng)歷、星期、溫度、濕度、鬧鐘功能于一體的電子萬年歷，本設(shè)計(jì)符合電子計(jì)時(shí)器的發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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收稿日期：2021-07-06

*基金項(xiàng)目：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目SRTP（批準(zhǔn)號(hào)：202116002）

作者簡(jiǎn)介：劉秀娟（1998-），女，甘肅省崇信縣人，本科生，主要研究方向：電子信息工程。

通訊作者：逯玉蘭（1986-），女，甘肅天祝人，碩士，副教授，主要研究方向：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)。