基于单片机的万年历加温度显示设计

1、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 摘摘 要要 本设计将制作一种基于单片机控制的带实时温度显示、具有定时功能的电 子万年历。传统的电子日历大都体积大，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 时间进行准确记时，同时可设置定时时间，实现定时功能。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大都采用放大、调理、A/D 转换， 转换后的数字信号送入计算机处理，处理电路复杂、可靠性相对较差，占用计 算机的资源比较多。本设计将采用 DS18B20 一线制数字温度

2、传感器，可将温度 信号直接转换成数字信号送给微处理器，电路简单，成本低，实现了时间温度 同时显示的效果。最后，温度和时间都将通过 12864 液晶显示器进行显示。测 试表明系统达到了设计要求的各项功能，各部分工作正常。 关键词 时钟/温度检测/单片机/温度 MICROCONTROLLER-BASHED CALENDER AND TEMPERATURE DISPLAY DESIGN ABSTRACT This design creates an electronic calendar with real-time temperature display and timing function b

3、ased on single chip control. Most of traditional calendars are characterized by large size, high power consumption and inaccurate display. In order to reduce volume and power consumption and make calendars become small and exquisite, the design adds a clock chip DS1302, which can accurately record t

4、he time and set a regular time to achieve timing function. In addition, this design displays real-time temperature function. Traditional temperature sensor system is mostly amplified, recuperated and A / D converted. The converted digital signal is input the computer to be processed, but the process

5、ing circuit is complicated with relatively poor reliability and occupies more resources of the computer. This design uses the DS18B20 first-line system digital temperature sensor to directly convert the temperature signal into digital signal and send it the microprocessor, whose circuit is simple an

6、d low cost, achieving the displayed effect of time and temperature simultaneously. Finally, the temperature and time will be displayed through the 12864 liquid crystal display. The test indicates that the system has reached various functions of the design requirements and each part operates smoothly

7、. KEY WORDS clock, temperature detection, SCM, temperature 目 录 中文摘要 .I 英文摘要.II 1 概论.1 1.1 万年历发展背景.1 1.2 电子万年历的特点.1 1.3 国内外现状、发展.1 2 系统基本方案选择和论证.2 2.1 单片机芯片的选择方案和论证.2 2.2 显示模块的选择方案和论证.3 2.3 时钟芯片的选择方案和论证.4 2.4 温度传感器的选择方案和论证.4 2.5 电路设计最终方案确定.5 3 系统硬件电路设计.6 3.1 系统功能模块划分.6 3.2 各单元模块功能分析及模块电路设计.6 3.2.1 时钟

8、模块 .6 3.2.2 温度模块.7 3.2.3 显示模块 .10 3.2.5 独立键盘模块.19 3.2.6 蜂鸣器模块 .20 3.2.7 单片机模块 .21 3.3 电路原理图的绘制和电路的焊接.24 3.3.1 原理图绘制软件 PROTEL .24 3.3.2 PCB 制作.24 3.3.3 元器件的焊接.25 4 系统软件设计.27 4.1 万年历软件系统的流程图.27 4.2 温度信息的采集.28 4.3 时钟的读取.31 4.3.1 DS1302 控制字节的说明.31 4.3.2 DS1302 时间日期寄存器及相应位定义 .32 4.3.3 DS1302 数据的输入和输出 .32

9、 4.3.4 DS1302 读写部分(程序)部分.33 4.4 温度的显示控制.33 4.5 键盘模块.35 4.6 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 1.1 万年历发展背景 随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录。万年历目前已经不再局 限于以书本形式出现。以电脑软件或者电子产品形式出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比，电子万年历得到了越来越广泛的应用，采用电 子时钟作为时间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， 但多数是只针对时间显示，功能单一不能满足人们日常生活需求。 1.2 电子万年

10、历的特点 电子万年历显示功能，包括公历年、月、日，时间、温度、星期、农历等等； 附带功能有：定时闹铃、以及按钮是否可以正常调动。本文提出了一种基于 STC12C5A60S2 单片机的万年历设计方案，采用 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，能显示丰富的信息，根据使用者的需要可以 随时对时间进行校准、时间、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、电路简洁、成本低廉

11、等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势， 具有广阔的市场前景。 1.3 国内外现状、发展 随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路出现，给人类生活带来了 根本性的改变。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 出现给人们的生活带来的诸多方便。 万年历中使用的 LCD 的应用很广泛，如手表上的液晶显示屏，仪表仪器上的液 晶显示器或者是电脑笔记本上的液晶显示器，都使用了 LCD。在一般的办公设备上 也很常见，如传真机，复印机，以及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，

12、它是由若干个 57 或 511 等点阵符位组成。每一个点阵 字符位都可以显示一个字符。点阵字符位之间有一空点距的间隔起到了字符间距和 行距的作用。目前市面上常用的有 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 虽然显示字数各不相同，但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。因此本系统采用了以 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

13、模块使该设计具有现实功能齐全，人机交互，节能的特点。 随着单片机的发展，电子万年历呈现了微型化 ，功能丰富化的趋势，而且价格 在不断下降，考虑到资源问题，现在的设计设计的万年历都采用了节能设计方案， 万年历对人们的生活有着十分重要的作用，所以电子万年历还是有很大的发展前景 的。 2 系统基本方案选择和论证 2.1 单片机芯片的选择方案和论证 方案一： 采用 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，采用 Flash ROM，内部具有 4KB ROM 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 M

14、CS-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 高效微控制器，51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 但是运用于电路设计中时由于不具备在线编程（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 对芯片造成一定的损坏。 方案二： 采用 STC12C5A60S2 单片机，STC12C5A60S2 单片机是宏晶科技生产的单时钟/ 机器周期(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

15、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,针对电机控制，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，所以不会对芯片造成损坏。由于我们设计的万年历 烧写文件大概在 40KB 左右 ，而 STC12C5A60S2 单片机的程序 Flash 为 60KB，我 们就不用在外接程序存储器了。万年历的程序复杂 ，采用 1T 单片机有利于

16、提高运 算速度，使万年历显示更快捷。 经过综合比较最终选择方案二，即选择 STC12C5A60S2 作为主控制器。 2.2 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 12864, 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，可构成全中文人机交互图形界面。 可以显示 84 行 1616 点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一

17、显 著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不 论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格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、星期、和农历。LCD12864 液晶可以 完成设计的要求 。 方案二： 系统采用 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；另外就是 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一定的差距，但就 LED 显示屏而言，中国的设计和生产技 术水平基本与国际同步。LED 显示屏是由发光二极管排列组成的显示器件。它采用 低

18、电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、 可视距离远等特点。采用 LED 数码管动态扫描.价格上比较经济实惠，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说略显繁琐，所以也不用此种作为 显示。 经过综合比较最终选择方案一，即选择 LCD12864 液晶显示屏。 2.3 时钟芯片的选择方案和论证 方案一： 采用单片机定时。单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使 用方便、价格低廉等一系列优点，单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交 通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC 机外围以及 网络通讯等广大领域。 直接采

19、用单片机定时计数器提供秒信号，计数的脉冲由外部提供，定时的脉冲 由外部晶振提供，定时加 1 的周期为一个机器周期；定时时间与初值和晶振频率有 关。使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案减少芯片的 使用，节约成本，但程序复杂度较高。 方案二： 采用 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 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时， 具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。采用双电源供电（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

20、用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现 该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。采用三线接口与 CPU 进行同 步通信，并可采用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 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。采用 DS1302 只需要写出驱 动程序，调用程序读出寄存器内数据经过简单的变换就可以输出万年历的数据。 经过综合比较最终选择方案二，即采用 DS1302 时钟芯片。 2.4 温度传感器的选择方案和论证 方案一： 采用热敏电阻作为温度传感器。热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏 感元器件。热敏电阻

21、由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。热 敏电阻的主要特点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大 10100 倍以上； 工作温度范围宽，常温器件适用于-55315，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-27355；体积小，能够测量其他温度 计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在 0.1100k 间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能 力强。由于半导体热敏电阻有独特的性能，所以在应用方面它不仅可以作为测量元 件（如测量温度、流量、液位等），还可以作为控制元件（如热敏开关、限流器） 和电路补偿元件

22、。热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航 等各个领域，发展前景极其广阔。 使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变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行 A/D 转换。此设计方案需用 A/D 转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性 曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。 方案二： 采用 DS18B20 温度传感器。在应用与高精度、高可靠性的场合时 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

23、更受欢迎。对于我们普通的电 子爱好者来说，DS18B20 的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品 的不二选择。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。信息经过单线接口送入 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 经过综合比较最终选择方案二，即采用采用 DS18B20 温度传感器。 2.5 电路设计最终方案确定 最终选择单片机 STC12C5A60S2 作为主控制器；选择 LCD12864 型液晶

24、作为显 示模块，此模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面 混合显示功能；选择采用 DS1302 时钟芯片,使程序实现年、月、日、星期、时、分、 秒，即农历阳历时间的显示。采用 DS18B20 温度传感器，可以对温度做出比较精确 的测量，而且和单片机通讯只要一个 IO，连接方便。 3 系统硬件电路设计 3.1 系统功能模块划分 根据系统功能要求，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 主控模块采用性价比较高的 STC12C5A60S2 单片机芯片，在其内部烧写好程序， 可通过程序的运行控制测温模块进行测温；测温模块主要是由 DS18

25、B20 构成，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；单片机调用程序，读取 DS1302 内寄存器，可以得到万年历的时间数据，经过程序处理就可以输出在 LCD 上； 键盘电路可对实时日历进行调整；人体红外感应模块可以检测人体，当有人靠近时， 就能打开 LCD 背光；蜂鸣器可以在闹钟定时中，作为声音提醒。 3.2 各单元模块功能分析及模块电路设计 3.2.1 时钟模块 DS1302的工作原理和单片机的接口: DS1302为美国DALLAS公司的一种实时时钟芯片，主要特点是采用串行数据传 输，可为掉电保护

26、电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用 32.768Hz晶振。它可以对年、月、日、星期、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，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录 上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统 结果的分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义。在本设计中，它的实际 电路图如图3-2所示： 图 3-2 DS1302 与单片机的连接 DS1302 需要外接 32.768K 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

27、电源，维持 DS1302 内数据不丢失，这正是时钟芯片所必须的特性。 3.2.2 温度模块 传统的温度传感器系统大都采用放大、调理、A/D 转换，转换后的数字信号送 入计算机处理，处理电路复杂、可靠性相对较差，占用计算机的资源比较多，本设 计测温模块采用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 字信号送给微处理器，电路简单，成本低，其电路原理图如图 3-3 所示： 图 3-3 DS18B20 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 的相连即可实现相互之间的通信。设计中的 测温

28、元件采用的是 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。信息经过单线 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。 3.2.2.1 DS18B20 的主要特征 1）DS18B20 的主要特征： 全数字温度转换及输

29、出； 先进的单总线数据通信； 最高12位分辨率，精度可达土0.5； 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒； 可选择寄生工作方式； 检测温度范围为55+125； 内置EEPROM，限温报警功能； 64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接； 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 3-4 DS18B20 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 P2.2 接口连接,仅此一个连接就能保证 DS18B20 与单片机之间的数据交换；VDD 引脚接电源电压。 3.

30、2.2.2 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分，即温度检测和数据处理。 DS18B20共有三种形态的存储器资源,分别是：ROM 只读存储器，用于存放 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，每个字节为8位。第1、2 个字

31、节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度 报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个 EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度 分辨率而设计的，同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 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，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。我们在每一次读温度之前都必须进行复杂的且精准时序的处理，因 为DS18B20的硬件简单结果就会导致软件的巨大开消。 3.2

32、.3 显示模块 本设计显示模块主要采用 LCD12864 液晶显示器，其电路原理图如下： 图3-5 LCD12864模块 LCD12864 液晶显示器通过数据端口也即端口 714 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，再通过控制端口 RS、RW、EN 也即 端口 46 与主控芯片 P3.6，P3.7，P4.0 端口相接实现对数据和指令传输的控制 。 显示模块采用 12864 液晶显示器可实现对温度和时间的直接显示，清晰明了。 3.2.3.1 LCD12864 的特征 带中文字库的 LCD12864 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3

33、 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 12864, 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，可构成全中文人机交互图形界面。可以 显示 84 行 1616 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。 由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电 路结构或显示程序都要简得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 其基本特性如下： 低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V） 1 显示分辨率

34、：12864 点 2 内置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字（简繁体可选） 3 内置 128 个 168 点阵字符 4 2MHZ 时钟频率 5 显示方式：SIN、半透、正显 6 背光方式：侧部高亮白色 LED,功耗仅为普通 LED 的 1/51/10 7 通讯方式：串行、并行可选 8 内置 DC-DC 转换电路，无需外加负压 9 无需片选信号，简化软件设计 10 工作温度：0-+55，存储温度：-20+60 11 1模块管脚是连接外部电路的纽带 ，在此模块中管脚主要由控制管脚和数据 管脚等构成，现将其组成情况及相关功能介绍如下： 表 3-1 12864 液晶模块接口说明 管脚号管

35、脚名称电平管脚功能描述 1VSS0V电源地 2VCC3.0V/5V电源正 3V0 -对比度（亮度）调整 4RS(CS)H/L RS=“H”,表示 DB7DB0 为显示数据 RS=“L”,表示 DB7DB0 为显示指令数据 5R/WH/L R/W=“H”,E=“H”,数据被读到 DB7DB0 R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0 的数据被写 到 IR 或 DR 6E(SCLK)H/L使能信号 714DB0DB7H/L 三态数据线 15PSBH/LH:8 位或 4 位并口方式，L:串口方式 16NC - 空脚 17RESETH/L复位端，低电平有效 18VOUT - LCD 驱动电压输出端

36、 19AVDD背光源正端 20KVSS背光源负端 2控制器控制着模块内部指令的发出与否，存储器则对指令和数据进行存储与 更换，现将分别介绍控制器各接口及各存储器的功能。 1）RS,R/W 的配合选择决定控制界面的 4 种模式 表 3-2 RS,R/W 配合功能说明 RSR/W功能说明 LLMPU 写指令到指令暂存器（IR） LH读出忙标志（BF）及地址记数器（AC）的状态 HLMPU 写入数据到数据暂存器（DR） HHMPU 从数据暂存器（DR）中读出数据 2）E 信号 表 3-3 E 信号功能说明 E 状态执行动作结果 高低I/O 缓冲DR配合/W 进行写数据或指令 高DRI/O 缓冲配合

37、R 进行读数据或指令 低/低高无动作 忙标志 BF: BF 标志提供内部工作情况。BF=1 表示模块在进行内部操作,此时模 块不接受外部指令和数据。BF=0 时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据。 利用 STATUS RD 指令，可以将 BF 读到 DB7 总线，从而检验模块工作状态。 字型产生 ROM（CGROM）: 字型产生 ROM（CGROM）是用于模块屏幕显示 开和关的控制。DFF=1 为开显示,DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0 为关显示。 DFF 的状态是指令 DISPLAY ON/OFF 信号控制的。 显示数据 RAM（DDRAM ）:模块内部显示数据 RAM

38、提供 642 个位元组的空 间，最多可控制 4 行各 16 字的中文字型显示，当写入显示数据 RAM 时，可分别显 示 CGROM 与 CGRAM 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型 (16*8)、CGRAM 字型及 CGROM 的中文字型。三种字型的选择，由在 DDRAM 中 写入的编码选择，在 0000H0006H 的编码中将选择 CGRAM 的自定义字型， 02H7FH 的编码中将选择半角英数字的字型，至于 A1 以上的编码将自动的结合下 一个位元组，组成两个位元组编码形成中文字型的编码。 字型产生 RAM(CGRAM):字型产生 RAM 提供图象定义(造字)功能,可以提供

39、四 组 1616 点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定 义到 CGRAM 中，便可和 CGROM 中的定义一样地通过 DDRAM 显示在屏幕中。 地址计数器 AC: 地址计数器是用来贮存 DDRAM/CGRAM 之一的地址,可由设 定指令暂存器来改变,之后只要读取或写入 DDRAM/CGRAM 的值时，地址计数器的 值就会自动加一。当 RS =0 且 R/W=1 时，地址计数器的值会被读取到 DB6DB0 中。 光标/闪烁控制电路：此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值 来指定 DDRAM 中的光标或闪烁位置。 3模块控制芯片提供两套控制指令：基本指令和

40、扩充指令，这些由各控制端口 和寄存器组合而成的指令可对液晶显示器自身模式、状态、功能等进行设置，也可 控制与其他芯片进行数据和指令的通信。其指令分别如下： 表 3-4 基本指令集（RE=0） 指 令 码指 令RSR/WD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功 能 清除 显示 0000000001 将 DDRAM 填满20H,并且设定 DDRAM 的 地址计数器(AC)到00H 地址 归位 000000001X 设定 DDRAM 的地址计数器(AC)到00H,并 且将游标移到开头原点位置;这个指令不改变 DDRAM 的内容 显示状 态开/关 0000001DCB D=1: 整体显示 O

41、N C=1: 游标 ON B=1:游标位置反白允许 进入点 设定 00000001I/DS 指定在数据的读取与写入时,设定游标的移动 方向及指定显示的移位 游标或 显示移 位控制 000001S/C R/LXX 设定游标的移动与显示的移位控制位;这个指 令不改变 DDRAM 的内容 功能 设定 00001DLXREXX DL=0/1：4/8 位数据 RE=1: 扩充指令操作 RE=0: 基本指令操作 设定 CGRAM 地址 0001 AC5AC4AC3AC2AC1AC0设定 CGRAM 地址 设定 DDRAM 地址 0010 AC5AC4AC3AC2AC1AC0 设定 DDRAM 地址（显示位

42、址） 第一行：80H87H 第二行：90H97H 读取忙 标志和 地址 01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 读取忙标志(BF)可以确认内部动作是否完成, 同时可以读出地址计数器(AC)的值 写数据 到 RAM 10数据 将数据 D7D0 写入到内部的 RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) 读出 RAM 的 值 11数据 从内部 RAM 读取数据 D7D0 (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM 表 3-5 扩展指令集（RE=1） 指指 令令 码码指指 令令 RSR/WD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功功 能能 待 命 模 式 000000

43、0001 进入待命模式,执行其他指令都棵终止 待命模式 卷 动 地 址 开 关 开 启 000000001SR SR=1：允许输入垂直卷动地址 SR=0：允许输入 IRAM 和 CGRAM 地址 反 白 选 择 00000001R1R0 选择 2 行中的任一行作反白显示，并可决定反 白与否。初始值 R1R000，第一次设定为反白 显示，再次设定变回正常 睡 眠 模 式 0000001SLXX SL=0：进入睡眠模式 SL=1：脱离睡眠模式 扩 充 功 能 设 定 00001CLXREG0 CL=0/1：4/8 位数据 RE=1: 扩充指令操作 RE=0: 基本指令操作 G=1/0：绘图开关 设

44、 定 001 0 AC6 0 AC5 0 AC4 AC3 AC3 AC2 AC2 AC1 AC1 AC0 AC0 设定绘图 RAM 先设定垂直(列)地址 AC6AC5AC0 绘 图 RA M 地 址 再设定水平(行)地址 AC3AC2AC1AC0 将以上 16 位地址连续写入即可 当 IC1 在接受指令前,微处理器先确认其内部处于非忙碌状态,即读取 BF 标志时, BF 需为零方可接受新的指令;如果在送出一个指令前不检查 BF 标志，那么在前一个 指令和这个指令中间必须延长一段较长的时间,即等待前一个指令确实执行完成。 412864 液晶显示器不仅可以显示字符同时也可以图形，因此可以满足不同使

45、 用者更多的要求，如显示一幅图画或者一个曲线图等。使用者在使用时便可根据自 身需求进行不同的显示。 1）字符显示:带中文字库的 128X64-0402B 每屏可显示 4 行 8 列共 32 个 1616 点阵的汉字，每个显示 RAM 可显示 1 个中文字符或 2 个 168 点阵全高 ASCII 码字 符，即每屏最多可实现 32 个中文字符或 64 个 ASCII 码字符的显示。带中文字库的 128X64-0402B 内部提供 1282 字节的字符显示 RAM 缓冲区（DDRAM） 。字符显示 是通过将字符显示编码写入该字符显示 RAM 实现的。根据写入内容的不同，可分别 在液晶屏上显示 CG

46、ROM（中文字库） 、HCGROM（ASCII 码字库）及 CGRAM（自定义字形）的内容。三种不同字符/字型的选择编码范围为： 00000006H （其代码分别是 0000、0002、0004、0006 共 4 个）显示自定义字型， 02H7FH 显示半宽 ASCII 码字符，A1A0HF7FFH 显示 8192 种 GB2312 中文字 库字形。字符显示 RAM 在液晶模块中的地址 80H9FH。字符显示的 RAM 的地址 与 32 个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表所示： 表 3-6 字符 RAM 与显示区域对应关系 80H81H82H83H84H85H86H87H 90

47、H91H92H93H94H95H96H97H 88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH 98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH 2）图形显示：先设垂直地址再设水平地址(连续写入两个字节的资料来完成垂 直与水平的坐标地址)。垂直地址范围 AC5.AC0，水平地址范围 AC3.AC0。绘图 RAM 的地址计数器（AC）只会对水平地址(X 轴) 自动加一,当水平地址=0FH 时会 重新设为 00H 但并不会对垂直地址做进位自动加一，故当连续写入多笔资料时，程 序需自行判断垂直地址是否需要重新设定。GDRAM 的坐标地址与资料排列顺序如 下图： 图 3-6 GDRAM 的坐标地址与资

48、料排列顺序 3.2.4 人体红外感应模块 本设计基于 HC-SR501 的人体红外感应模块，由于该传感器手工制作信号不稳定， 所以我们采用高度集中的成品人体感应模块，它的输入输出结构如下图图 3-7： 图 3-7 人体红外感应模块图 从图中我们可以知道，该模块有 3 个引脚，1 号引脚接电源正极，是我们的电 源正极输入极；3 号引脚为电源负极，在我们的设计里，3 号引脚接地；2 号引脚为 高低电平输出引脚，当有人进入模块的感应区内时，模块会输出持续的高电平 （3.3V），我们可以运用此高电平控制 LCD12864 的背光开关，实现 LCD12864 背 光的只能开关。 3.2.4.1 人体红外

49、模块的技术参数 （1）工作电压：DC5V 至 20V （2）静态功耗：65 微安 （3）电平输出：高 3.3V，低 0V （4）延时时间：可调(0.3 秒18 秒) （5）封锁时间：0.2 秒 （6）触发方式：L 不可重复，H 可重复，默认值为 H （7）感应范围：小于 120 度锥角，7 米以内 （8）工作温度：-15+70 度 3.2.4.2 人体红外模块功能特点 （1）全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自 动延时关闭高电平。输出低电平。 （2）光敏控制：模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 （3）两种触发方式：L 不可重复，H 可重复。可跳线

50、选择，默认为 H。 不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自 1 动从高电平变为低电平。 可重复触发方式： 即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体 2 在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将 高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延 时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。 （4）具有感应封锁时间(默认设置：0.2 秒)：感应模块在每一次感应输出后(高电 平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收 任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作， 可

51、应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干 扰。 （5）工作电压范围宽：默认工作电压 DC5V 至 20V。 3.2.4.3 人体红外模块的外围电路 由于 LCD12864 是 5V 控制的显示器，但红外模块的高电平输出仅为 3.3V，不 符合我们的理想要求，所以本设计中我们采用电压比较器来解决这个问题，原理图 如下图 3-8： 图 3-8 电压比较器 该设计运用电压比较器原理，运用 a741 芯片作为电压比较器的主要芯片， a741 是一款集成运算放大器，8 个引脚，当 2 号引脚（IN-）接一电压时，如果 3 号引脚（IN+，本设计里是人体红外模块的输入输出引脚）的

52、电平高于 2 号引脚的电 平，则 6 号引脚（OUT，本设计里它连接到 LCD12864 的背光开关 19 号引脚）会输 出高电平，从而使 LCD12864 打开背光，方便人们查看万年历。 3.2.5 独立键盘模块 键盘是人与万年历实现信息交互的接口，本设计中，我们采用 7 个独立键盘，电 路原理如下图 3-9： 图 3-9 独立键盘 当按键按下，与主控芯片连接的端口被降为低电平，按键松开则也升为高电平。 按键采用的是 Tack Switch 按钮开关,它具有自动恢复（弹回）的功能。当我们按下按 钮时，其中的接点接通（或切断），放开按钮后，接点恢复为切断（或接通）。按 照尺寸区分，电子电路或微

53、型计算机所使用的 Tack Swith 可分为 8mm、10mm、12mm 等。虽然 Tack Switch 有 4 个引脚，但实际上，其内部只有一 对 a 接点，即其中两个引脚是内部相连通的，而另外两个引脚内部也是相连通的。7 个按键实现了开机模式选择，日期调节等功能，独立按键的引入使得体现了本设计 的人性化，智能化，功能的强大。 3.2.6 蜂鸣器模块 蜂鸣器模块是本设计中体现人机交互的又一大设计亮点，其电路原理图如下图： 图 3-10 蜂鸣器模块 （1）蜂鸣器的介绍 蜂鸣器的作用：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电， 1 广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩

54、具、汽车电子设备、电话机、 定时器等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器的分类：蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两类。 2 蜂鸣器的电路图形符号：蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用 3 “FM”、“LB”、“JD”等）表示。 本设计里，我们采用有源蜂鸣器，由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以至 于单片机的 I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，我们使用三极 管来放大电流，驱动蜂鸣器，此模块只要通过 BELL（连接到到单片机 P0.2）输入 的 PWM 波既可以使蜂鸣器分出声音，我们设计的这款万年历可以再开机时选择按 键声音的有无，以及在闹钟定时中作为声音提醒信号。

55、3.2.7 单片机模块 STC12C5A60S2 单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(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 (250K/S),针对电机控制，强干扰场合，本设计中单片机的引脚连接如图 3-11 所示： 图 3-11 STC12C5A60S2 引脚连接 其主要特性如下： 增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 8051 工作电压： 5.5V- 3.3V 工作频率范围：0

56、 - 35MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz 用户应用程序空间 60K 字节 片上集成 1280 字节 RAM 通用 I/O 口（36/40/44 个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口），可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏， 每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 55mA ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿 真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 有 EEPROM 功能(STC12C5A62S2/AD/PWM 无

57、内部 EEPROM) 看门狗 内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K 电 阻到地） 外部掉电检测电路:在 P4.6 口有一个低压门槛比较器，5V 单片机为 1.32V，误 差为+/-5%,3.3V 单片机为 1.30V，误差为+/-3% 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部 R/C 振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体/时钟，常温下 内部 R/C 振荡器频率为：11MHz15.5MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时 钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 共 4 个 1

58、6 位定时器：两个与传统 8051 兼容的定时器/计数器，16 位定时器 T0 和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器，做串行通讯的波特率发生器，加上 2 路 PCA 模块可再实现 2 个 16 位定时器 2 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 P3.4/T0 输出时钟，可由 T1 的溢出在 P3.5/T1 输出时钟 外部中断 I/O 口 7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中 断的 PCA 模块，Power Down 模式可由外部中断唤，INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过

59、寄存器设置到 P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄 存器设置到 P4.3) PWM(2 路）/PCA（可编程计数器阵列,2 路），也可用来当 2 路 D/A 使用，也 可用来再实现 2 个定时器，也可用来再实现 2 个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均 可分别或同时支持) A/D 转换, 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次) 通用全双工异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定时 器或 PCA 软件实现多串口 STC12C5A60S2 系列有双串口，后缀有 S2 标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通

60、 过寄存器设置到 P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到 P4.3) 工作温度范围：-40 - +85(工业级) / 0 - 75(商业级)21.封装：PDIP-40,LQFP- 44,LQFP-48 I/O 口不够时，可用 2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展 I/O 口, 还可用 A/D 做按键扫描来节省 I/O 口， 或用双 CPU,三线通信，还多了串口。 3.3 电路原理图的绘制和电路的焊接 在硬件的设计前期，根据框图对电路中可能出现的电路，进行了模拟实验，并根 据实验结果对后期的硬件设计进行了合理化的修改完善。在前面已分析