摘要：由于信息时代的革新，较为明显电子产品的采用给我们的生活增添了极大的便利,电子万年历的使用不仅让我们知道时间也让我们得到一些别的想要的信息，比如温度。我觉得设计一个根据单片机的电子器件日历系统软件控制板，是用51系列产品单片机设计的。设计出一款智能化电子万年历控制系统。
本设计的完整的系统主要包括AT89C51单片机最小系统、时钟电路、蜂鸣器电路、温度检验电源电路、功能键电源电路、液晶显示屏显示电源电路和开关电源变换电源电路。根据液晶显示屏即时显示时间格式和温度。其中通过按键给系统修改时间和闹钟。
关键词：单片机；时钟电路；液晶显示；温度；系统测试
一、绪论
（一）本文研究背景和意义
长久以来，大家在平常生活和工作上必须牢牢把握时长。与此同时，因为高科技的发展，电子台历也正式成为大家必不可少的专用工具。如今的电子台历不但显示时长，还显示许多其他信息，例如农历、温度这些。很受我们热烈欢迎。现阶段市面上的电子台历，外型愈来愈简约，应用愈来愈便捷，行业前景非常好[1]。
21时代是智能技术有很大突破的时期，而单片机在智能化迅速进步阶段起着非常重要的功效。电子台历的开发设计和探讨也是当下网络时代的重中之重，因为它运用于XX部门、公司和军队的食堂、训练场地、课堂教学室、公共场合等场地。并且可以说已经涌向了我们日常生活的每个角落里。因而，电子台历的发展趋势是我国、社会发展和人民的都想要看到的[2]。
在现如今繁忙的工作生活中，时间与大家每一个人都有着十分紧密的关联，每个人都会或多或少的想把握自身的全部时间。为了更好地能够更好地利用自身的时长，大家必须一个灵便、平稳、功能齐全的全自动按时控制系统来调节本部门的作息时间表或按时控制一些机器设备。现阶段市面的一些时长控制设备，要不作用单一，要不容积巨大，要不应用下去价格不菲，但总会有一些不尽人意的方面[3]。大家务必要有一个精确测量时间的单位，因此钟表就成了。时钟的技术进步特别快速。17新世纪中期，荷兰人Chuggens创造发明的第一个摇摆钟比过去的一切记时设备都精准数百倍。之后他创造发明了螺旋式电子电源，进一步精准。变小了容积，造成了怀表的产生。殊不知再好的摇摆钟，其精密度也只能做到一秒内的年偏差。[4]。1939年，应用结晶震动适度的石英钟，每日的偏差仅有千分之二秒。在二战后，30年精密度前进了一秒。当时代测量技术性进步到了分子等级。利用Cs133分子结构的当然工作频率来记时，如今的精度达到每日十亿分之一秒。
万年历是我国神话传说中最历史悠久的公历。为了更好地留念电子万年历编纂者的成就，这类历法被取名为“万年历”[5]。如今的电子万年历实际上是另一种历法，纪录了特殊公历或农历在一定时间段内(例如100年以上)的日期，供给有须要的人查看和应用，与初始农历历法并没有可以直接联络。伴随着电子信息技术的发展趋势，大家用于记录的专用工具也在飞速发展，而单片机技术性的发明，让电子万年历拥有新的发展前景。单片机技术已经变成电子信息技术、电气设备、通讯、自动化技术、机电一体化等行业专业技术人员务必把握的技术[6]。用很少的处理器完成强劲的功用是将来电子设备的未来方位，它将逐步替代别的其他行业。
（二）智能化台历控制系统的发展前景
从20世纪初到21世际初，很多大中型生产商慢慢进军智能化台历控制领域。这种公司将智能化台历控制系统的科学研究视作最有前途的分析新项目。例如Revolv、NEYWELL、JDS等科技公司和通讯生产商也慢慢投放到智能化台历控制商品的研制中。
按照目前发展情况，现阶段智能台历控制系统分为下面3个阶段[7]。
电子设备：电器产品的电子线路慢慢丰富多彩，但全是单独个人，并没有产生互联网；
商品自动化技术：产品功能慢慢丰富多彩，基本上完成自动控制系统，产生简易的数字化操纵；
智能化产品系统软件：根据互联网技术将家中组合成互联网，互相通讯，集中化控制。
向继文，廖立新利用AT89S51单片机和DS1643设计了一个电子时钟系统软件。实时时钟处理芯片DS1643，DS1643是8k*8非易失性SRAM，具备多功能实时时钟，根据字节数的多少来使用，DS1643具备强有力的记录作用，与单片机插口简易方便使用，能有效地考虑各种各样按时规定。该操作系统已经交付使用，非常好地达到了使用者的日常要求。[8]
选用AT89S52单片机做为关键控制板，具备显示时长、日期、礼拜、温度、12/24钟头变换、整点报时、设定闹钟铃声等作用。具备较强的使用价值。可以显示2001年到2049年的阳历日历，星期几能做到全自动匹配。平年、大月、小月能做到自动匹配：12/24时长系统调节；全自动温度显示；可以做到在一天内随意设置4次闹铃，铃响时要做到汉语语音报时；8:00-21:00，敲钟整点报时；自动亮度级别显示，即从夜里22:00到早晨7:00，减少显示屏的显示亮度，使显示温和不晃眼。时钟精度小于等于正负0.2秒/天。钟表要做到在没电源的情形下运作十几年。与此同时可以完成功能键和红外信号的双向操纵。电子器件日历的外界控制面板显示年、月、日、钟头、周、温度和12/24钟头变换显示灯、秒显示灯、闹钟设置功能和时长显示灯[9]。
（三）本设计主要研究工作
文中设计的智能化台历控制系统综合了现阶段控制系统的长处，设计方案了一种具有安全性、可拓展、成本低的控制系统。全部控制系统选用模块化观念，减少了系统结构的难度系数。开发出一类智能台历控制系统，是利用核心芯片AT89C51为开发平台，硬件系统设计方案包括了其最小系统和外围电路，系统软件主要包含最底层驱动软件和应用软件。
二、控制系统设计方案确定
（一）控制系统功能分析
本文中设计的智能化台历控制系统主要是将当代互联网技术、通讯技术、无损检测技术和智能化控制水准融进到这一产品设计中。这一科学研究的准侧是“聪慧、绿色、安全性为本”，即把客户的感受摆在首位，让客户按照自身的要求达到对应的控制规定[10]。文中所探讨的智能化控制器系统软件是依据设备必须完成的作用而制定的。全部控制系统主要完成下述作用。
系统软件选用LCD1602液晶显示屏即时展示现在时间、环境温度，并可设定铃响时长。
可以人工设定振铃时间，也可以用功能键改动显示时间。
（二）系统组成框架设计
本文中探讨的自动控制系统主要选用机器设备集成化的方式进行设计，主要是将整体的机器设备分成各个部分操纵部分、收集数据部分和传输数据部分，各部分完成后，再组成一个完全的自动控制系统，最终开展综合能力测试。从自动控制系统的基本功能和硬件配置设计的整体考虑，确立了探究目标的整体框架图。实际框架图2.1如所显示。
图2.1系统组成框图
如上图2.1所显示，本设计选用AT89C51单片机做为核心，DS1302将收集到的实时时间传递给51单片机，根据单片机计算将数据信息显在LCD1602上。根据DS18B20获得即时工作温度，将测出的数据信息传递给51单片机，随后根据对应的按钮将数据显示在LCD1602上。功能键拥有可以调节LCD1602上的对应值的功能。
三、系统整体框架平台设计
（一）单片机最小系统
AT89C51是一种低压性能卓越的CMOS 8位单片机。该处理芯片包括一个4字节数可重新写过闪存芯片ROM和一个128字节数随机存取数据存储器(RAM)。该机器设备由ATMEL的密度高的非易失性存储器技术性生产制造，并与标准规定的MCS-51计算机指令兼容。AT89C51与功能齐全的微型机一起，可以发现一种低成本的解决方法。[11,12]。
单片机最小原理图如图3.1所示。
图3.1单片机最小系统
单片机最小系统说明：
最少MCU系统就是指用至少的元器件数就能使MCU正常的作业的电源电路。最少的操作系统一般包含单片机、开关电源电路、晶振电源电路和复位电路。[13]
51系列产品单片机内部结构有ROM和RAM储存器，因此这一系列产品单片机构成的系统软件是一个十分小而简洁的系统。如图3.2所示。工作性能稳定，安全，性价比极高。利用51系列产品单片机组成最小系统，不用外界繁杂的电源电路，只需将最小系统需要的RST电源电路与时长电路联接就可以。
图3.2 MCU系统原理图
1.复位电路
在自动控制系统运行以前，通常会系统对开展一次校准，以保证体系的任何控制模块都修复到初始情况。假如复位电路设计有缺陷，开发设计的编码会通过软件检测，但在现场运作时有可能会发生“卡死”或“程序流程偏瘫”等问题。因而，复位电路在最小系统中起着关键功效，自动控制系统选用差动保护复位电路。[14-16]。如图3.3所示。
图3.3单片机复位电路
2.晶振电路
带控制处理芯片的数字电路设计必须使时长电源电路能够正常的工作中，晶振电路必须自动传出时间才可以使控制处理芯片正常的工作中。通常这类工作模式被称作“拍”，以保证操纵处理芯片正常的作业的时钟信号。晶振电路由信号源、电容器、晶振电路电阻器和上拉电阻构成[17]。为了确保自动控制系统的正常的专业能力，大家常常应用11.0592MHZ的晶振电路和30PF的电容器来组成。为了更好地使体系的配电更为平稳，而且电容器可以达到数据控制板通电后可以正常的作业的规定，因此设计了下图3.4晶振电路接线图[18]。
图3.4晶振电路接线图
（二）LCD1602显示电路设计
显示器是最经常使用的外部设备，类型许多。殊不知，在单片机系统设计中，通常选用LED和液晶显示屏。[19-20]。这二种显示器因为构造简易、低成本、插口便捷而被普遍应用。如图3.5所示。
图3.5LCD1602显示屏接线图
系统软件选用5V工作电压，因此可以立即给LCD1602配电，不用另外的开关电源变换电源电路。除此电路外，显示器对比度还根据10K(PR1)传感器展开调整。当电阻器调整到接线端子1时，对比度最少，调整到接线端子3时，对比度最大。在上面中，引脚4、5、6为载入液晶显示屏内部结构存储器数据信息的信号线，引脚7-14为操纵显示具体内容的双重信号线。
（三）温度采集电路设计
在该体系中，温度感应器DS18B20用以即时收集和转化环境温度的数据。它具备体型小、功能损耗低、抗干扰性强等优势。它可以立即将温度换算成模拟信号，并送往单片机使用。因而省去了数据信号变大、过滤、A/D变换等传统式外围电路。DS18B20属于系统总线的解决处理芯片，只必须一根端口线就可以进行与单片机的通讯。如下图3.6所显示，通信口为单片机P3.7口。[21]
温度测量控制模块选用英国DALLAS企业生产制造的数字化温度感应器(DS18B20)。DS18B20价格低，应用极为简易，抗干扰性强，可用以严酷条件下的温度测量。并且DS18B20选用特有的总线结构接口方式，只有一个端口号可以向单片机传送数据，不易发生布线不正确。除此之外，DS18B20具备灵敏的配电方法，在达到时钟频率规定的情形下，可以根据本身内部结构电源电路配电。
图3.6 DS18B20简略图
DS18B20的管脚介绍：
引脚1：GND为接地引脚，使用时接地。
引脚2:I/O是一个模拟信号导入和导出引脚。
引脚3:UDD为外置电源引脚；
（四）时钟电路设计
本设计系统软件选用DS1302解决芯片，包含即时时钟、日历和星期，是一个32位数字信号导出构件。它包括31字节数的静态数据随机存取储存器，关键运用串口通信的基本原理。实际电路如下图3.7所显示。这一时钟芯片可以即时表明年、月、日和时长。您可以根据软件设置显示时间方式是24小時制或是12钟头制。设置年代后，系统软件会全自动明确平年。
图3.7时钟电路图
从以上可以看得出，DS1302解决芯片与51单片机的三个引脚相接，在其中SCLK和/RST根据I2C串行通信相接，一个是SDA(串口通信手机数据线)，一个是SCL(串口通信时钟线)。引脚2和引脚3联接到32.768KHz晶振电路电源电路，为时钟晶振电路电源电路给予源。为了更好地平稳数据信号传送，引脚5、6和7提升了10K上拉电阻。
（五）报警电路
本设计采用5V蜂鸣器，其发音基本原理是电流经过磁铁线圈的时候会产生磁场，使有源蜂鸣器的振动模式发出声响。因为单片机I/O管脚的输入输出电流量较小，无源蜂鸣器没法造成一定的电磁场，因此务必提升另外的电流运算放大器。因而设计方案了图3.8中的蜂鸣器以及光耦电路，挑选9012三极管光耦电路做为运算放大器。
文中采用的9012三极管关键作为电源开关元器件。三极管的主要特点是以细小的小电流自动控制系统的大电流，进而具有不错的开关功效。操纵基本原理例如共发射极联接(传送主要参数从B极进到，从另一个C极出来，发射极低电频联接)。在这类接口方式下，当B极的工作电压转变很钟头，B电流的改变不大，C电流会由于B电流的功效而产生非常大的转变。假如B极电流变化快，C极电流转变大。另一方面，假如B极电流转变不大，C极电流转变也不大。总结一下。9012电子管的基本工作原理是运用B极电流的变动来操纵C极电流转变的元器件。
图3.8蜂鸣器电路
（六）按键电路设计
本系統使用4脚功能键设计方案，对角引脚互联，因此走线时只要联接对角引脚。功能键的一脚接地，相匹配的对角接单片机的I/O口。使用功能键时，单片机的I/O引脚会降低，类似于单片机管脚的低频率键入。假如在系统中检查到I/O口的低电频键入，会做好相对应的解决。应用该按键时，必须留意的是，按键的轻按时长不可过长也不可以过短，一般在600MS上下；假如过长，程序流程会终断；假如过短，系统软件有可能没法搜集数据信号。
四、系统软件平台设计
在智能化日历系统软件的管理软件中，以51单片机为中心，选用AT89C51处理芯片，C51开发软件的地理环境是Keil uVision4。这一开发环境就是目前时兴的51单片机设计系统软件的pc软件。应用十分普遍。编译环境选择Keil[22,23]，对C语言代码进行编译。该软件程序开发界面如图4.1所示。
图4.1 Keil开发界面
（一）主程序设计
具体程序设计如图4.2图所示。
图4.2程序设计图
（二）LCD1602程序设计
LCD1602作为显示模块。在系统向其发送数据信号或指令以前，LCD1602模块会查看运作情况。仅有当LCD1602模块空余时，系统才可以向其发送数据信号或指令，不然发送的数据信号或指令不容易强制执行。如图4.3所示。
图4.3数码管显示流程图
从上面可以看得出，系统通电后，LCD1602最先复位模块，随后显示固定不动字符；假如LCD空余，它操纵将显示的字符发送到LCD，假如显示的字符合理，LCD1602导出并显示他们。
（三）温度传感器程序设计
文中设计的温度测量系统选用感应器DS18B20。每一个DS18B20都是有唯一的系列号，可以简单完成网络检测。如图4.4所示。
图4.4温度子程序流程图
（四）时钟DS1302程序设计
DS1302芯片的具体原理是，当芯片的RETI/O线和SCLK线各自联接到51单片机的三个引脚处时，依据芯片的内部结构时钟，芯片中包括的静态数据随机存取储存器会不断创新数据信息，数据会以二维数组的方式存放在对应的存储芯片中。具体时间只有根据程序流程启用这一二维数组来表明。模块流程图如图4.5所示。
图4.5模块流程图
（五）按键检测程序设计
当程序流程中界定的I/O端口号管脚检验到低电频时，程序流程进到功能键终断程序处理。延迟1ms后，假如管脚再次检验到低电频，则明确功能键被按住，实行对应的程序段完成作用。重要实行流程表如下图4.6所显示。
图4.6按键执行流程图
当系统软件插电时，系统软件的子程序以50ms的固定时长检查一次功能键。假如功能键被按下，微处理器的I/O管脚检验到低电频。延迟时间后，再度监测到低电频数据信号。随后，功能键按下，程序流程全自动进到功能键终断服务项目程序段。
五、系统仿真
（一）Proteus介绍
Proteus[24]电脑软件是XLabcenter电子科技公司公布的EDA软件工具(此软件在我国的总经销商是广州市风标智能科技有限责任公司)。它不但有着别的EDA专用工具的模拟仿真作用，还能够模拟仿真MCU和外部设备。是现阶段仿真模拟单片机及外部设备最好是的专用工具。现阶段在我国的营销推广刚发展，是得到许多单片机发烧友，从业单片机教学课堂的人，及其致力于单片机开发设计、设计、运用的人的亲睐。Proteus是在地球上极富盛名的EDA专用工具(仿真软件)。完成了从电路原理图合理布局、编码调节到MCU与外围电路的协作模拟仿真、一键变换到PCB设计，从商品理念到详尽设计。其处理器型号适用8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430。2010年，Cortex和DSP产品系列的CPU将在别的系列产品CPU将持续提升。编译程序层面，也适用IAR、Keil、MPLAB等好多个c语言编译器。
1.单片机的模拟仿真与SPICE电路的设计息息相关。仿真软件是按照模拟仿真电路设计的、数据信息电源电路设计、各种各样单片机(51个系列产品、AVR、PIG等普遍MCU)和外围电路(例如发光二极、RAM、ROM、电脑的键盘、lED、D/A…)构成。
2.给予了多种多样单片机应用。如数字示波器、逻辑分析仪、频率计等。调节下去特别便捷。
3.给予软件调节作用，适用第三方软件编译程序调节自然环境，如Keil等电脑软件。
4.它有着强劲的电路原理制做作用。Proteus与别的单片机仿真软件的不同点取决于，它不仅仅可以仿真模拟MCU CPU的运作，还能够仿真模拟MCU外围电路或别的并没有MCU的控制电路的运作。因而，在全部模拟仿真调节历程中，当一些语句在单片机的储存器和运作储存器中实行时，大家不容易注意到具体内容的转变。反而是来自于工程项目。项目的视角立即查验程序执行和电路图运行的流程和结论。这类实验在某种程度上填补了试验与项目运用脱轨的问题和状况。与此同时，当硬件配置调节完成后，根据Proteus ARES软件非常容易获得它的PCB图，为之后的生产给予了便捷。
（二）仿真模型设计
仿真模型如图5.1所示。
图5.1 Proteus仿真效果
1.KEY1（设置键）：点击进入设置模式，再次点击可切换设置参数位；闹钟界面下点击设置闹钟时间。
2.KEY2（参数加键）：点击对当前选中参数进行+1操作。
3.KEY3（参数减键）：点击对当前选中参数进行-1操作。
4.KEY4（切换显示）：点击显示阴历，再次点击显示闹钟。
在上图中可以明显看出本文设计的电子万年历系统的构成，其中主要包括控制中心、按键电路、lcd1602电路、蜂鸣器电路、时钟电路等。
六、总结
详细的自动控制系统开发设计出去后，我对自身的自信心提升了许多。当时自己也感觉假如自身一个人设计一套完善的自动控制系统，是不敢深入分析的，可是如今自身画了电路原理图，写了程序流程，总算认证了操作系统的易用性。通过此次产品研发，我了解了许多书本上压根学不了的专业知识，要我毕业之后能迅速融进办公环境。
在参照和分析剖析现阶段智能化日历科学研究的意义和含义的基础上，选用51单片机做为各组成组件的调节处理器和电源电路，设计了一种智能化智能控制系统计划方案，根据程序流程设计使设计机器设备微型化、模块化设计。智能化日历系统软件在硬件配置设计上采取了实时数据收集、汇报和展示的计划方案。简要说明了本研究思路它包含关键技术和应用平台，包含各种各样系统配置控制器和控制回路的设计。最终，详解了智能化日历的硬件系统，关键讲述了程序的设计。完成了期望的数据采集和处置作用，做到了期望的设计总体目标。
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