【導(dǎo)讀】電子萬年歷越來越普遍，功能也越來越多。人們根據(jù)日常的需求，設(shè)計(jì)出一種能夠?qū)崿F(xiàn)測溫、語音報(bào)警、秒表、鬧鐘等一系列功能的電子萬年歷。本文詳細(xì)介紹了單片機(jī)的可測溫式電子萬年歷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)STC89C52 的可測溫式電子萬年歷，能實(shí)時地將當(dāng)前時間和周圍的環(huán)境溫度顯示出來，并具有鬧鐘、秒表、語音報(bào)時的功能。萬年歷主要使用溫度傳感器DS18B20 采集溫度信息，與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向通信；時鐘芯片DS1302 實(shí)現(xiàn)時鐘，準(zhǔn)確計(jì)時；并通過語音芯片完成整點(diǎn)報(bào)時和溫度報(bào)警功能。該萬年歷電路結(jié)構(gòu)簡單，具有時間精確、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
該可測溫式電子萬年歷主要由STC89C52、時鐘芯片、溫度采集、顯示電路、語音報(bào)警等組成。按鍵可以實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的切換、時間的調(diào)整以及語音報(bào)警的設(shè)置。
1 硬件電路的設(shè)計(jì)
該可測溫式電子萬年歷工作時，首先初始化時鐘芯片，單片機(jī)從時鐘芯片讀取時間和日期等信息，同時又從溫度傳感器采集當(dāng)前環(huán)境溫度，經(jīng)過驅(qū)動電路送給液晶顯示屏，顯示相關(guān)的信息。其中，按鍵可以對時間、日期、星期和溫度進(jìn)行調(diào)整，并控制鬧鐘和秒表的功能。萬年歷又加入了語音芯片，可以實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時和溫度報(bào)警的功能。
（1）時鐘芯片DS1302
DS1302 在時間顯示方面應(yīng)用非常普遍，可以對年、月、日、周、時、分、秒進(jìn)行計(jì)時，并且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V ～ 5.5V。采用三線接口與單片機(jī)進(jìn)行同步通，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM 數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個用于臨時性放數(shù)據(jù)的RAM 寄存器，具有主電源和后備電源兩個引腳，并且具有對后備電源進(jìn)行電流充電的能力。DS1302 與單片機(jī)之間采用串行數(shù)據(jù)傳輸，控制液晶屏顯示時間信息。
圖1 DS1302 引腳圖
DS1302 的引腳圖如圖1 所示, 其中Vcc2 為主電源，Vcc1 為后備電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。X1、X2 是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST 是復(fù)位/ 片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302 進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時，在Vcc > 2.0V 之前，RST 必須保持低電平。只有在SCLK 為低電平時，才能將RST 置為高電平。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端( 雙向) ；SCLK 為時鐘輸入端。
（2）溫度傳感器DS18B20
溫度傳感器DS18B20 直接與單片機(jī)連接，避免A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。DS18B20 的電壓范圍為：3.0 ～ 5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電，采用獨(dú)特的單線接口方式。DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。測量溫度的范圍為－ 55℃～＋ 125℃之間，測溫精度可以達(dá)到0.5℃。測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，串行傳送給單片機(jī)的CPU，同時可傳送CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力。
DS18B20 與單片機(jī)的連接方式有兩種：寄生電源連接方式和外部電源連接方式。該可測溫式電子萬年歷采用外部電源連接方式。連接方法即DS18B20 的1 腳接地,2 腳(DQ 引腳) 與單片機(jī)的一根I/O口線連接（P3.2 腳），3 腳接電源+5V。在STC89C52 的I/O 口線與+5V 之間連接一4.7K 的上拉電阻，以保證數(shù)據(jù)采集的正常進(jìn)行。
（3）LCD1602 溫度顯示的設(shè)計(jì)
該室溫報(bào)警裝置液晶顯示屏采用LCD1602，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。
在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口體積小、重量輕、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。LCD1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160 個不同的點(diǎn)陣字符圖形，每一個字符都有一個固定的代碼，與單片機(jī)連接后通過C 語言編程就可以工作。在正常工作狀態(tài)下，電子萬年歷的設(shè)計(jì)連接圖如圖2 所示。
圖2 LCD1620 與單片機(jī)的連線圖
[page] 2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
該萬年歷的程序流程圖如圖3 所示，具體流程如下：首先，接通電源，上電工作，DS1302、DS18B20、LCD1602 進(jìn)行初始化，通過單片機(jī)控制液晶屏顯示“時分秒”、“溫度”、“年月日”、“星期”，并伴隨整點(diǎn)報(bào)時的功能；然后，進(jìn)入功能設(shè)置，第一次按下按鍵K4 可以調(diào)整“時分秒”和“年月日”，此時K1、K2 和K3 分別對應(yīng)時間和日期“加”、“減”和“移位選擇”的功能，日期發(fā)生變化相應(yīng)的“星期”也會跟著變化；第二次按下按鍵K4 可以設(shè)置鬧鐘的功能，此時K1、K2 和K3 分別對應(yīng)時間和日期“關(guān)閉”、“開啟”和“移位選擇”的功能；第三次按下按鍵K4 可以設(shè)置秒表的功能，此時K1、K2 和K3 分別對應(yīng)時間和日期“復(fù)位”、“暫停”和“計(jì)時”的功能；第四次按下按鍵K4 可以退出設(shè)置功能，因?yàn)樵撊f年歷加入了語音芯片，此時按下K2 鍵具有語音報(bào)時的功能。
由于DS18B20 具有溫度采集檢測的功能，所以液晶屏顯示的溫度會隨著周圍環(huán)境溫度的變化而變化。該萬年歷設(shè)置有復(fù)位電路，連接一個按鍵K 可以自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。
圖3 可測溫式電子萬年歷程序流程圖
3 調(diào)試和分析
待該可測溫式電子萬年歷焊接和軟件編程完成后，進(jìn)入調(diào)試環(huán)節(jié)，將keil4 中C 語言程序生成的hex 文件燒入到STC89C52 芯片中，連接電源后將萬年歷放入模擬環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如圖4 所示。液晶顯示屏顯示“時間”、“溫度”、“日期”和“星期”信息，同時可以整點(diǎn)報(bào)時，如圖4 中A 圖所示。
圖4 可測溫式電子萬年歷調(diào)試結(jié)果圖
第一次按下K4 進(jìn)入時間和日期的設(shè)置，調(diào)試結(jié)果如圖4 中B 圖所示；第二次按下K4 進(jìn)入鬧鐘的設(shè)置，“Y”為開啟鬧鐘，“N”為關(guān)閉鬧鐘，調(diào)試結(jié)構(gòu)如圖4 中C圖所示；第三次按下K4 進(jìn)入秒表的設(shè)置，調(diào)試結(jié)構(gòu)如圖4 中D 圖所示；第四次按下K4 退出功能設(shè)置，此時按下K2 具有語音報(bào)時功能。
結(jié)語
電子萬年歷在生活中日益普遍，該設(shè)計(jì)主要利用時鐘芯片DSl302、溫度傳感器DS18B20 和液晶屏LCD1602 構(gòu)建了一個可測溫式萬年歷裝置，電路結(jié)構(gòu)簡單，具有語音報(bào)時功能，適用于家庭生活，使用價值高，具有較好的應(yīng)用前景。
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