單片機在萬年歷中的應(yīng)用設(shè)計

摘要：AVR系列ATmega128L單片機作為主控芯片，該芯片可通過ISP接口方便地對其內(nèi)建Flash進行擦除和寫入操作；采用 DALLAS公司的具有涓細電流充電功能的低功耗的DS1302作為實時時鐘芯片，該芯片可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，還具有閏年補償?shù)榷喾N功能，而且其使用壽命長，誤差??；采用DS18B20獲得當前環(huán)境溫度；采用128×64像素的LCD用漢字直觀顯示年月日、時分秒、農(nóng)歷、生肖、室溫等豐富內(nèi)容；采用四顆獨立式按鍵可修改當前時間和設(shè)定鬧鈴時間；采用ISDN110語音模塊和蜂鳴器實現(xiàn)音樂提示定時鬧鈴；通過農(nóng)歷算法，可將公歷日期轉(zhuǎn)換為農(nóng)歷年月日并可獲取天干地支紀年、生肖、節(jié)氣等相關(guān)農(nóng)歷信息。
關(guān)鍵詞：DS1302；DS18B20；單片機；LCD；農(nóng)歷算法

0 引言
    隨著信息技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高電子萬年歷正逐步走進人民大眾的生活，其因壽命長、誤差小而且用漢字直觀顯示年月日、時分秒、農(nóng)歷、生肖、室溫等豐富的內(nèi)容。

1 設(shè)計要求與采用方案
1．1 系統(tǒng)實現(xiàn)功能
    (1)基本功能：a．LCD漢字顯示年月日、時分秒、星期；b．LCD漢字顯示天干地支紀年、農(nóng)歷日期、24節(jié)氣，12生肖；c．LCD顯示室溫；d．整點蜂鳴器報時，定時鬧鈴時間到則蜂鳴器提示；e．通過4個按鍵，用來設(shè)置時間和進行定時設(shè)置。
    (2)創(chuàng)新設(shè)計：a．采用128×64的LCD顯示萬年歷內(nèi)容；b．采用ISD111O語音模塊播放鬧鈴鈴聲。
1．2 系統(tǒng)基本方案選擇
1．2．1 單片機
    系統(tǒng)的單片機采用高性能、低功耗的AVRATmegal28L微控制器。系統(tǒng)利用4個外部中斷接4個獨立式按鍵來進行參數(shù)、功能的設(shè)置，蜂鳴器用來整點提示和鬧鈴提示。程序下載可通過預(yù)留ISP接口方便地對系統(tǒng)軟件進行升級、添加或裁剪系統(tǒng)功能。
1．2．2 顯示模塊
    液晶顯示模塊是128×64點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置國標GB2312碼簡體中文字庫(16×16點陣)、128個字符 (8×16點陣)及64×256點陣顯示RAM(GDRAM)?？膳c單片機直接接口，提供兩種接口來連接微處理機：8-位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。
1．2．3 時鐘芯片
    采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高，工作電壓2．5V～5．5V范圍內(nèi)，2．5V時耗電小于300nA。
1．2．4 溫度傳感器
    采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，其僅需一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機連接，可以去除A／D漠塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)
2．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖


2．2 系統(tǒng)硬件概述
    本電路由AVR ATmegal28L單片機為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；時鐘電路由DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2．5V～5．5V。采用三線接口與單片機進行同步通信，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31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM 寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周日、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能，本設(shè)計中為DS1302增加了備用電池，當主電源掉電時，備用電池自動為其供電；溫度的采集由DS18B20構(gòu)成；顯示部份由128×64點陣的漢字圖形型LCD模塊來完成顯示功能；當鬧鈴時間到時，通過ISD111O語音錄放模塊播放鬧鈴鈴聲。系統(tǒng)硬件實物圖見圖2。


2．3 主要單元電路的設(shè)計
2．3．1 單片機主控制模塊的設(shè)計
    AVR ATmegal28L單片機為64引腳TQFP封裝，系統(tǒng)的ISP下載接口、晶振電路、復(fù)位電路、蜂鳴器電路如圖3所示。


2．3．2 時鐘電路模塊的設(shè)計
    圖4為DS1302的引腳排列，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或 Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1+0．2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32．768 kHz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。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址／命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。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)。上電運行時，在Vcc大于等于2．5V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)輸入端(雙向)。SCLK始終是輸入端。
2．3．3 溫度采集模塊設(shè)計
    如圖5所示。采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它具有測量精度高，電路連接簡單的特點，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，使用PC7與DS18B20的I／O口連接加一個上拉電阻，VCC接電源，VSS接地。
2．3．4 顯示模塊的設(shè)計
    設(shè)計采用128×64漢字圖形顯示LCD模塊，一屏可顯示32個漢字(16×16點陣字庫)，其接口如圖6所示。


2．3．5 語音錄放模塊
    設(shè)計采用ISD1110語音芯片配合相應(yīng)的外圍元件構(gòu)成語音錄放電路，用來實現(xiàn)語音提示功能，其電路如圖7所示。
2．3．6 系統(tǒng)PCB圖
    系統(tǒng)PCB如圖8所示。



3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
3．1 程序流程框圖
    設(shè)計主程序流程圖如圖9所示。


3．2 設(shè)計實現(xiàn)界面
3．2．1 萬年歷主界面
    如圖10所示，第一行顯示公歷的年月日，第二行顯示時分秒和星期，第三行顯示農(nóng)歷的天干地支紀年和農(nóng)歷月日，第四行顯示農(nóng)歷生肖、節(jié)氣以及當前的氣溫。
3．2．2 日期時間設(shè)置界面
    日期時間設(shè)置界面如圖11所示。


3．2．3 鬧鈴設(shè)置界面
    鬧鈴設(shè)置界面如圖12所示。

4 結(jié)論
    本文所介紹的萬年歷的設(shè)計方案已經(jīng)調(diào)試成功，其功能全部實現(xiàn)，本產(chǎn)品成本低、壽命長、誤差小、功能齊全，達到設(shè)計要求。