【多功能電子表的設(shè)計11000字（論文）】

第一章緒論1.1課題研究的意義當(dāng)今社會已經(jīng)行走在信息多元化和技術(shù)多樣化的路途上，而我們不斷創(chuàng)新的單片機在這條高速進(jìn)步和發(fā)展的大路上持續(xù)發(fā)光發(fā)熱，隨著科技的日新月異，微型計算機的應(yīng)用已經(jīng)在我們生活當(dāng)中的各種領(lǐng)域大放光彩，無論在哪個領(lǐng)域沒，都有使用單片機的蛛絲馬跡。貨輪的導(dǎo)航系統(tǒng)，精密器械上儀表的控制，計算機的通信技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸，汽車的報警系統(tǒng)，手機、電視機、遙控器等等，這些都離不開單片機。古有地漏更鼓計時，如今，機械鐘走入了我們的視野，從電子表到目前的數(shù)字電路時鐘，科技進(jìn)步的浪潮不可阻擋，人類乘上這波濤洶涌的浪潮，迎來了一次又一次的技術(shù)革命。在這個進(jìn)程中，數(shù)字化已然成為新一代科研產(chǎn)品的必然趨勢，與模擬信號相比，數(shù)字信號有不可言喻的優(yōu)點。在萬物皆數(shù)字化過程中，時鐘在其中促使計時器的精度和準(zhǔn)確度發(fā)展到了史無前例的高度，現(xiàn)在數(shù)字時鐘年誤差僅在0.5ms左右。數(shù)字時鐘的外觀制作技術(shù)也趨向成熟，通過使用最小的體積，最簡約而又符合人們審美的外觀，實現(xiàn)最強大的功能。隨著科技的進(jìn)步，時鐘也被賦予了新的內(nèi)容和含義。數(shù)字時鐘是以數(shù)字電路為原理構(gòu)建相關(guān)功能，綜合了模擬電路和電路基礎(chǔ)設(shè)計出來的一種對時間進(jìn)行顯示的時鐘。該時鐘設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性強，以各種不同的計數(shù)器為小型單元。給人們的生活帶來了翻天覆地的大變化，如手機中的時間顯示，跑1000m時的讀秒計時器，微波爐的定時工作模式，相機的延時拍攝模式，熱水器的熱量補償功能，家用的水表電表儀器，工廠的配電箱上的表盤等等。這些生活中的例子無一不證明數(shù)字鐘表比老式鐘表更常見地融入了我們的生活工作中，不但提升了工作效率，改善了生活質(zhì)量，還極大的擴展了鐘表原有的基礎(chǔ)功能。由于當(dāng)下環(huán)境對信息交換的需求與日俱增以及高新技術(shù)的飛速迅猛發(fā)展，促使at系列電子表的產(chǎn)品發(fā)展十分迅速，早期就投入市場并得到了大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。該設(shè)計通過單片機作為主控，用時鐘芯片進(jìn)行時間實時輸出，外帶溫濕度檢測和光強檢測功能，最后使用液晶顯示器顯示各模塊運行結(jié)果。電子表可應(yīng)用于家庭，也可應(yīng)用于政局、郵政、酒店、學(xué)校、大型企業(yè)、大工廠等場所的大廳，以及單位的辦公室、保衛(wèi)科等地點。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和水平隨著世界各國經(jīng)濟的勢如破竹的發(fā)展和信息化新時代的降臨，目不暇接的高新技術(shù)產(chǎn)品在我們的生活中嶄露頭角。我設(shè)計的電子表就屬其中。而處于如今當(dāng)下社會，大部分人家仍然用的是舊式歷本，這不但造成大量浪費，還經(jīng)常疏于更換，給人們的生活帶來不便；由于數(shù)字電子表并沒有普及，它的許多技術(shù)還沒有成熟，許多旁系的功能沒有開發(fā)出來，可以看出電子表依舊有廣泛的開發(fā)前景與商業(yè)價值。就目前國內(nèi)外已存在的電子時鐘研究而言，本設(shè)計無疑開辟了一條新的道路。國內(nèi)外的成果有使用VHDL語言編寫模塊程序的單片機及其時鐘程序；也有用匯編語言編程的數(shù)碼管顯示電子表。為了滿足人們?nèi)沼玫男枨?，設(shè)計出更加多元化的程序和功能，相關(guān)工作者一直在為此不斷進(jìn)步，不斷刷新人們對時鐘二字的認(rèn)知。相比于國外單片機水平，中國單片機技術(shù)還在發(fā)展中，很多技術(shù)的發(fā)展相較于發(fā)達(dá)國家都比較落后，因此，看清行業(yè)的國際發(fā)展?fàn)顩r，研究國際市場的成熟技術(shù)與經(jīng)驗，對于國產(chǎn)企業(yè)中的大部分來說，都具有重要的意義和價值。1.3課題的基本內(nèi)容此課題是在對時鐘芯片和8952系列單片機認(rèn)知的基礎(chǔ)上，對單片機系統(tǒng)功能的使用與調(diào)試，對1302時鐘芯片內(nèi)部時鐘信息的讀取與應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上還有通過按鍵對單片機實現(xiàn)操作功能。在條件允許的情況下，盡可能增添附加模塊給該設(shè)計增加多余功能?；救缦拢骸蛉掌诘哪暝氯招瞧诤蜁r間的時分秒的顯示；◎?qū)σ陨巷@示內(nèi)容的調(diào)整；◎用時分信息進(jìn)行鬧鐘設(shè)定；◎農(nóng)歷的月份和日期顯示；◎不同月份、閏年時的每月最大日期調(diào)整。后期制作時發(fā)現(xiàn)，所附加的功能有溫度、濕度和光照強度顯示。溫度和濕度使用一個溫濕度傳感器，它將溫濕度信息傳給主控芯片，光照強度用光敏電阻和AD轉(zhuǎn)換芯片組合而成的感光模塊實現(xiàn)功能。第二章系統(tǒng)方案選擇系統(tǒng)的方案選擇應(yīng)該要盡可能的滿足更多的條件，盡可能多的實現(xiàn)預(yù)設(shè)計的功能，并且因地制宜，要將工作環(huán)境也一并考慮進(jìn)去。電路構(gòu)成要簡潔明了、更改方便，元器件的應(yīng)當(dāng)盡量選取更合適的模塊參數(shù)、更加穩(wěn)定的系統(tǒng)、更加高的能量利用率以及可以接受的制作成本。該設(shè)計最終成品使用單片機AT89S52的三個串行接口接直流LED液晶顯示器；使用小電池座作為供電設(shè)備對微型計算機提供供電支持；時間芯片DS1302外接蜂鳴器，對單片機提供時間信息與設(shè)定鬧鈴信息；AD采集芯片ADC0832接光敏電阻并將得到的信息傳輸給單片機芯片，DHT11將溫濕度信息傳輸給該單片機芯片；通過對這些模塊具體操作，從而達(dá)成了我設(shè)計中預(yù)實現(xiàn)的各種功能。依照我想要實現(xiàn)的功能，選擇相應(yīng)的模塊，并思考每一種模塊的最優(yōu)選擇方案，該次設(shè)計預(yù)實現(xiàn)的功能由電源、溫濕度、感光、操作、時鐘、顯示和鬧鐘模塊來完成，該設(shè)計的總設(shè)計模塊框圖如圖2-1所示。圖2-1總設(shè)計模塊框圖2.1單片機芯片的選擇方案一：以傳統(tǒng)的AT89C51芯片為核心搭建設(shè)計框架，該芯片具有4KB的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲空間,可在低電壓下（3V）運行、同時具有高性能的微處理器,但是不能使用ISP（在線編程）技術(shù),需要拔出該單片機并進(jìn)行程序的修改，在單片機芯片的重復(fù)使用過程中會損耗芯片。方案二：使用AT89S52芯片為核心搭建設(shè)計框架，該芯片基本具有C51的所有優(yōu)點，并且同樣能在低電壓（3V）下工作，在需要進(jìn)行相關(guān)調(diào)試時，可直接用ISP在線修改程序，不需要對芯片進(jìn)行多余操作因此不會對芯片耗損。因為8952單片機相較于8951來說，它的存儲芯片多出4KB內(nèi)存，并且可以通過ISP對事先設(shè)定的各種程序進(jìn)行在線修改，所以使用8952單片機作為核心組件。2.2按鍵控制模塊方案的選擇方案一：矩陣鍵盤，該鍵盤的可取之處是可以將大部分的數(shù)值直接進(jìn)行輸入，但在實際上的操作中單片機需要重復(fù)不斷地對該鍵盤的自設(shè)電路進(jìn)行掃描，電路設(shè)計極其繁瑣。方案二：選擇多個單控按鍵，優(yōu)點是檢查方式比較簡單，程序編寫和電路設(shè)計簡潔明了，可以盡量降低對單片機的負(fù)擔(dān)。因為最后發(fā)現(xiàn)本設(shè)計只需要用到5個按鍵，為了釋放更多的CPU空間占用，同時操作便捷、電路簡潔明了，所以選用獨立按鍵對單片機進(jìn)行操作。2.3時鐘模塊方案的選擇方案一：使用定時計數(shù)器的自動計數(shù)功能來發(fā)出秒信號，依照已設(shè)定的內(nèi)部程序依次實現(xiàn)年、月、日、時、分、秒這種方式的計數(shù)。本方案比較節(jié)約資金。但在實際上，測試出的結(jié)果存在不小的誤差。方案二：選擇DS1302時鐘芯片，通過它內(nèi)部的時鐘振蕩來模擬時鐘的正常運行，此芯片耗能低、運行速度快，而且可直接與單片機進(jìn)行信息交換，通過單片機的反饋它就可以實現(xiàn)自設(shè)鬧鈴，從而完成相應(yīng)功能。它還可以自行實現(xiàn)年、月、日、時、分、秒的時間記錄，并且它能夠根據(jù)不同月份、是否閏年檢索該月最大日期，精度較高。因為DS1302時鐘芯片的讀秒更為精確，同時具有本月最大日期檢索，而且價格相對親民，所以選擇前者在本模塊中進(jìn)行應(yīng)用。2.4溫濕度采集模塊方案的選擇方案一：工業(yè)級溫濕度傳感器，采集對應(yīng)信號后，通過復(fù)雜的內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換電路得到數(shù)字信號，具有精度較準(zhǔn)的優(yōu)點，但是所用經(jīng)費相對偏高，電路不太好實現(xiàn)。方案二：數(shù)字式溫濕度傳感器（DHT11），通過簡易的程序設(shè)計來實現(xiàn)數(shù)字的直接讀出，該模塊可以將被測溫濕度直接讀取并傳輸給單片機，缺點是準(zhǔn)確度相對較低，根據(jù)不同環(huán)境可能會存在2度的溫度出入。因為用方案二的電路容易實現(xiàn)和進(jìn)行調(diào)整，并且所選取元器件價格親民，還可以可讓單片機開銷降低，所以選用該傳感器來實現(xiàn)我所需功能。2.5感光模塊方案的選擇方案一：直接使用數(shù)字光強度光照傳感器，將該傳感器所提取光強信息直接傳輸給單片機，具有精度高，電路連接簡單的優(yōu)點，但是使用成本較高，對電路電壓有一定要求。方案二：使用光敏電阻和ad芯片組合電路，將電信號傳輸給ADC0832芯片處理，再將結(jié)果光照信息反饋給單片機，以實現(xiàn)設(shè)計功能。相對來說價格更為實惠，電路要求更能符合本設(shè)計。因為方案二的組合電路的電路要求更貼合本設(shè)計，并且使用價格親民，所以選擇該組合電路來實現(xiàn)本模塊功能。2.6顯示模塊方案的選擇方案一：數(shù)碼管作為顯示器，通過單片機I/O端口驅(qū)動不同碼段，點亮不同碼段從而形成所需的各種數(shù)字。具有堅固耐用、花費成本低、使用壽命長和顏色豐富的優(yōu)點；但是顯示內(nèi)容比較單一，如果要顯示漢字會大大增加電路的復(fù)雜程度。方案二：液晶屏作為顯示器，利用液晶分子的旋光效應(yīng)實現(xiàn)顯示功能。優(yōu)點是顯示內(nèi)容極為豐富，無論是漢字還是符號都能較為簡單的顯示出來，而且屏幕上所能展示的信息也比數(shù)碼管多。因為液晶屏顯示內(nèi)容更豐富，電路連接起來簡單，結(jié)合我所設(shè)計的需求需要展示較多功能。因此選用液晶屏作為顯示器。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計在以上模塊方案的選擇后，根據(jù)方案的對應(yīng)特點，考慮到電路的合理性和可行性，對需要的各個模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，不同模塊所使用的主要元件如圖3-1系統(tǒng)具體設(shè)計所示。小電池座DS1302AT89S52小電池座DS1302AT89S52單片機DHT11DHT11LCD12864LCD12864ADC0832ADC0832獨立按鍵蜂鳴器獨立按鍵蜂鳴器圖3-1系統(tǒng)具體設(shè)計3.1AT89S52單片機接口設(shè)計3.1.1AT89S52主要功能列舉◎有靈活的8位CPU和可以在系統(tǒng)在線編程的Flash◎芯片內(nèi)含高頻（12MHz）時鐘振蕩器◎內(nèi)部程序存儲器為8KB◎內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器為256字節(jié)◎擁有32個可編程I/O口線◎有8個中斷向量源◎擁有三個16位定時器/計數(shù)器◎內(nèi)含三級加密程序存儲器◎使用全雙工通信方式◎內(nèi)含UART串行通道3.1.2AT89S52單片機各引腳功能介紹如圖3-2AT89S52單片機引腳圖所示。它顯示了40個8952的引腳信息，下面進(jìn)行功能介紹。圖3-2AT89S52引腳圖

Vcc：作為AT89S52高電位輸入端，接+5V工作電源。Vss：作為AT89S52低電位輸出端，進(jìn)行接地。XTAL1：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：反相放大的輸出端，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。有時在兩個端口與接地端之間放置一個20PF的固定電容，使得電路更加穩(wěn)定，避免因為不同干擾而停止單片機運行。3.1.3AT89S52單片機原理圖經(jīng)過對本單片機的一系列了解，根據(jù)引腳的不同功能特性，決定該單片機的引腳使用。再結(jié)合我所需要的模塊功能，設(shè)計最終決定如圖3-3單片機主控電路原理圖所示，圖3-3單片機主控電路原理圖此芯片的XTAL1，XTAL2兩個引腳功能特殊，它們被當(dāng)做外部的振蕩源給晶片內(nèi)的單片機時鐘電路充當(dāng)信號源。AT89S52有兩種時鐘電路可供選擇，一種是提供外部時鐘信號，另一種是利用內(nèi)部時鐘，本設(shè)計使用的是內(nèi)部時鐘作為本電路設(shè)計單片機時鐘信號。當(dāng)作為內(nèi)部時鐘使用時，XTAL兩引腳外接一個石英晶體和兩個微調(diào)電容，其電路設(shè)計如圖3-4內(nèi)部時鐘電路所示。圖3-4內(nèi)部時鐘電路該單片機的XTAL1和XTAL2兩個引腳內(nèi)部有一片內(nèi)振蕩器結(jié)構(gòu)，但仍需在XTAL1和XTAL2引腳電路之間連接一個晶振（石英晶體）才能組成內(nèi)部時鐘電路，大多數(shù)時候會在引腳電路上增加一個20PF的電容，用來增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2時鐘芯片DS1302接口設(shè)計3.2.1DS1302基本介紹DS1302是一款性能高、耗能低、擁有片內(nèi)RAM的涓流時鐘芯片，用時電壓寬達(dá)2.55.5V。它可以為本模塊提供最重要的時間日期的數(shù)據(jù)信息，不同月份和特殊情況下（閏月）的最大天數(shù)可以自行調(diào)整。它內(nèi)部有自動走時電路，可以自行模擬時鐘走時。還有一個31×8的用于臨時存儲數(shù)據(jù)的寄存器，可以讓用戶自行查詢。該芯片小時制可以通過AM/PM來決定是采用24H還是12H的時值。該芯片的工作電流小，在他兩端的電壓為2.0V時，系統(tǒng)內(nèi)部電流小于300mA。時鐘內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀/寫有兩種方式（單/多字節(jié)傳送）。工作電壓為5V。它對溫度的要求低，在正常氣壓下，工業(yè)使用的溫度范圍低至零下40°C，高至85°C。同時可以涓流充電，涓流芯片因此得名。如圖3-5所示為1302芯片的引腳。圖3-51302芯片的引腳1302芯片引腳說明：有著兩個高電平輸入(內(nèi)部備用電源和外部主電源)，5、6、7引腳充當(dāng)SPI總線VCC1端口慢速充電引腳VCC2端口電源引腳SCLK端口串行時鐘端口X12端口32.768kHz晶振引腳GND端口地線RST端口復(fù)位端I/O端口數(shù)據(jù)輸入/輸出端口3.2.2DS1302電路原理圖（1）時鐘芯片DS1302的電路原理圖：上圖3-6為本模塊的電路原理圖，DS1302使用3根數(shù)據(jù)線與單片機進(jìn)行信息交換，X1，X2接一個晶振作為脈沖源，VCC1和VCC2分別接備用電池和主電源。圖3-6電路原理圖如下圖3-7為時鐘芯片典型工作電路。DS1302有兩個高電位輸入，一個來備用電池，另一個來自主控單片機主電源。X1和X2之間接一個晶體振蕩器用于生成所需頻率。與單片機的接口部分，DS1302的復(fù)位引腳和串行時鐘引腳與微控制器連接。圖3-7時鐘芯片典型工作電路（2）數(shù)據(jù)的輸入與輸出（I/O）在控制指令字輸入后的下一個時鐘脈沖開始時，將數(shù)據(jù)寫入1302芯片，數(shù)據(jù)輸入從低位即0開始。在8位控制指令字命令之后，下一個脈沖的結(jié)束時將1302的數(shù)據(jù)讀出，將這些得到的數(shù)據(jù)從低到高，0位到7位依次讀出，讀/寫時序圖如下圖3-8所示。圖3-8讀/寫時序圖3.3DHT11傳感器模塊設(shè)計3.3.1DHT11傳感器簡介DHT11傳感器實物圖如下3-9所示：圖3-9DHT11傳感器實物圖（1）引腳介紹：Pin1端口，接高電平，工作電壓在3-5.5V。Pin2端口，串行數(shù)據(jù)傳輸，單總線傳輸。Pin3端口，置空。Pin4端口，接地，作電源負(fù)極。（2）接口說明：當(dāng)接線長度較短（20m以下）時，可以接一個5KΩ的電阻；當(dāng)連接線較長（20m以上）時，按照需求的不同，使用不同型號的電阻。下圖3-10為DHT11典型應(yīng)用電路。VDD通常接5V電源，T為常溫25℃。圖3-10DHT11典型應(yīng)用電路3.3.2DHT11傳感器模塊電路設(shè)計在此對該傳感器連接主控單片機的電路進(jìn)行介紹，8952系列單片機的P3.1口可以用來接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，因此用來連接傳感器的DOUT（單總線，串行數(shù)據(jù)）口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。傳感器的電源端VCC接該單片機的VDD端，共用一個電源，接地端GND接該單片機的GND端，傳感器的NC引腳保持不動，置空。傳感器電路圖如下圖3-11所示：圖3-11傳感器電路圖3.4顯示模塊3.4.1LCD12864的特性及使用說明（1）LCD12864的接口說明如表3-1：表3-1LCM12864的接口說明序號符號功能說明序號符號功能說明1VSS接地9D2傳輸數(shù)據(jù)2VDD高電平輸入接VCC10D3傳輸數(shù)據(jù)3VO偏壓信號(灰度調(diào)節(jié))11D4傳輸數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5傳輸數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6傳輸數(shù)據(jù)6E14D7傳輸數(shù)據(jù)7D0傳輸數(shù)據(jù)15BLA背光正極8D1傳輸數(shù)據(jù)16BLK背光負(fù)極（2）基本操作時序如下：讀：RS接低電平輸入，RW接高電平輸入，E接高電平輸入寫：RS接低電平輸入，RW接低電平輸入，D0-D7輸入指令代碼，E接高電平輸入讀DATA：RS接高電平輸入，RW接高電平輸入，E接高電平輸入寫DATA：RS接高電平輸入，RW接低電平輸入，D0-D7輸入數(shù)據(jù)，E接高電平輸入3.4.2LCD12864的電路設(shè)計該液晶顯示器的DB0～DB7這8個數(shù)據(jù)接口分別接MCU的的P0.0-P0.7口；分別接P2.5-P2.7端口；該顯示器的VO引腳接VCC和一個滑動變阻器用來調(diào)節(jié)顯示屏的灰度功能；BLK、BLA為背光燈的接地端和接電源正極端，在BLA管腳上接VCC(同VDD)就可以將背光燈開啟。顯示模塊電路如圖3-12所示。圖3-12顯示模塊電路3.5感光模塊設(shè)計本系統(tǒng)使用的感光系統(tǒng)是由一個光敏電阻和一個AD采集芯片組合而成。其中光敏電阻一端接adc0832的CH0引腳，并在它與接地端間借一個2K歐姆的電阻。Ad采集芯片的CLK引腳接單片機P2.0，5號引腳和6號引腳一起接單片機P2.1,該芯片1號引腳接單片機P2.2，如圖3-13感光模塊電路圖所示。圖3-13感光模塊電路圖3.6按鍵模塊設(shè)計本系統(tǒng)總共使用5個功能按鍵，分別是1個復(fù)位鍵和4個獨立按鍵，這種按鍵模塊設(shè)計編程內(nèi)容簡潔明了，程序運行十分容易，可以大量減少對單片機處理器的占用。4個獨立按鍵一端為接地端，另一端與MCU的P3.3、P3.4、P3.5、P3.6口一一對應(yīng)。如下圖3-14所示為按鍵電路圖。圖3-14按鍵電路圖對這4個按鍵進(jìn)行一定程度上的說明：S4為功能鍵，S3為加鍵，S2為減鍵，S5為退出鍵。功能鍵：按下功能鍵切換系統(tǒng)工作模式，將顯示器主面板切換為設(shè)置面板，按一次進(jìn)入年調(diào)整，按兩次月調(diào)整，依此類推，可進(jìn)行各年、月、日、時、分、秒、星期的調(diào)整；加鍵：按下功能鍵后，顯示器顯示設(shè)置面板，此時按下加功能鍵對光標(biāo)選定項執(zhí)行加1操作；減鍵：按下功能鍵后，顯示器顯示設(shè)置面板，此時按下減功能鍵對光標(biāo)選定項執(zhí)行減1操作；退出鍵：按下退出鍵后，顯示器從設(shè)置面板返回主面板。3.7復(fù)位電路的設(shè)計常用的復(fù)位操作有兩種：分別是上電復(fù)位和手動復(fù)位。本設(shè)計使用的是上電復(fù)位操作，如圖3-15所示為復(fù)位電路。通電一段時間后，電容進(jìn)入飽和狀態(tài)，RST引腳可以短暫作為電源使用。即使單片機已經(jīng)啟動并運行相關(guān)程序，按下復(fù)位鍵也能使RST工作，從而實現(xiàn)電路復(fù)位的功能。圖3-15復(fù)位電路3.8總體電路設(shè)計本設(shè)計電路模塊包括了顯示功能、溫濕度檢測、感光功能、鬧鐘功能、時鐘功能和調(diào)節(jié)設(shè)置功能一共七個模塊。顯示部分所使用的是LCD（12864），該元件使用起來電路簡單、其顯示內(nèi)容多樣。溫濕度模塊所使用的是DHT11。感光模塊所使用的是光敏電阻和ad采集芯片的復(fù)合電路，光敏電阻提取光照信息，ad采集芯片使該信息轉(zhuǎn)換為單片機可識別內(nèi)容。時鐘模塊所使用的是1302時鐘芯片；鬧鐘模塊使用的是常見蜂鳴器電路。設(shè)定模塊有四個按鍵：控制鍵、退出鍵、加鍵、減鍵，通過這四個按鍵可以實現(xiàn)對電子表的一系列操作。在正常工作狀態(tài)下，LCD顯示內(nèi)容一共有四行，液晶顯示器上第1行顯示的內(nèi)容是溫度和濕度，第2行顯示的內(nèi)容為陽歷的年、月、日，第3行顯示的內(nèi)容為農(nóng)歷和星期，第4行顯示的內(nèi)容為時間的時、分、秒和光照強度。若是想要將時間和日期等信息自定義，可以通過按鍵模塊的調(diào)節(jié)設(shè)置功能來實現(xiàn)。當(dāng)按下功能鍵（S2）時，系統(tǒng)將切換工作模式，LCD顯示內(nèi)容從主面板切換到設(shè)置面板。此時液晶器顯示當(dāng)前時間日期和鬧鐘功能，通過再次按下S2（功能鍵）可以切換所調(diào)節(jié)單位，按下S3/S4（加/減鍵）可以調(diào)節(jié)時間日期。如果要使用鬧鐘功能，多次按下S2將光標(biāo)調(diào)至鬧鐘開關(guān)，按下S3/S4（加/減鍵）可以切換鬧鐘開關(guān)模式，按下S2（功能鍵）切換到鬧鐘時間設(shè)定，按下S3/S4（加/減鍵）可以設(shè)定鬧鈴時間。設(shè)定完成后，按下S5（退出鍵）可讓液晶顯示器內(nèi)容從設(shè)置面板返回主面板。在確定各模塊設(shè)計后，通過參考各種文獻(xiàn)，對相應(yīng)模塊電路的學(xué)習(xí)比對后，最終設(shè)計出總電路圖，系統(tǒng)總設(shè)計圖如圖3-16所示。圖3-16系統(tǒng)總設(shè)計電路圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)程序的設(shè)計總體程序流程圖如圖4-1所示，系統(tǒng)啟動后，不同模塊各自進(jìn)行初始化，該步驟完成后，蜂鳴器響起一次，表示系統(tǒng)開機，先讀取已保存的時間和日期，再用溫濕度模塊和感光模塊進(jìn)行相關(guān)信息的采集，將上述這些信息讀取并寫入顯示模塊的LCD液晶顯示器，開始執(zhí)行顯示子程序；并依此執(zhí)行開關(guān)控制、鬧鈴、時間日期修改、農(nóng)歷自動更新和閏月補償這五個子程序。各子程序執(zhí)行完成后，同時在液晶顯示器上顯示各內(nèi)容。圖4-1總體程序流程圖4.2時鐘程序的設(shè)計如圖4-2所示為時鐘程序流程圖。系統(tǒng)通電啟動后，芯片初始化完成后，等待單片機提供初始時間設(shè)置命令。收到命令后，該芯片根據(jù)內(nèi)部存儲的時間信息執(zhí)行時間數(shù)據(jù)的寫操作，并依照新時間開始走時；同時將即時時間數(shù)據(jù)傳輸給單片機以便單片機后續(xù)執(zhí)行顯示時間程序。待收到時間、日期調(diào)整命令后，重新執(zhí)行時間數(shù)據(jù)的寫操作，寫入新的時間和日期數(shù)據(jù)，并依照之前步驟持續(xù)工作下去。通過1302芯片的這種循環(huán)工作，實現(xiàn)本設(shè)計的實時時鐘功能。圖4-2時鐘程序流程圖4.3顯示子程序的設(shè)計顯示程序是LCD12864芯片自帶的一個程序，并且該芯片不是本次設(shè)計的主要研究對象，因此這里只做簡單介紹。該芯片的顯示程序流程圖如圖4.3所示。顯示模塊初始化后，分別對左屏和右屏進(jìn)行設(shè)置。首先是起始頁設(shè)置，設(shè)置了起始頁的各種參數(shù)，即構(gòu)建了液晶顯示器所顯示的主面板環(huán)境；之后進(jìn)行顯示漢字的設(shè)定，取得需要漢字的碼值，并保存在芯片內(nèi)部；最后運行調(diào)用漢字子程序，計算出所需漢字碼值的初始地址并寫入LCD12864，再通過12864芯片自帶的調(diào)用寫入數(shù)據(jù)子程序?qū)⒅付h字顯示在顯示器對應(yīng)位置上，從而實現(xiàn)顯示功能。圖4-3顯示程序流程圖4.4開關(guān)控制子程序的設(shè)計開關(guān)控制子程序流程圖如圖4-4所示。系統(tǒng)初始化后，檢查控制按鍵是否按下，若測到該開關(guān)按下，則顯示器當(dāng)前顯示面板從主面板切換到設(shè)置面板；若沒檢測到按鍵按下，則繼續(xù)顯示主面板。同樣，在顯示器內(nèi)容切換到設(shè)置面板后，繼續(xù)檢查控制按鍵是否按下，若測到該開關(guān)按下，則顯示器當(dāng)前顯示面板從設(shè)置面板切換到主面板；若沒檢測到按鍵按下，則繼續(xù)顯示設(shè)置面板。圖4-4開關(guān)控制子程序流程圖4.5定時鬧鈴子程序的設(shè)計定時鬧鈴程序流程圖如上圖4-5所示。系統(tǒng)先檢測液晶顯示器面板顯示內(nèi)容是否為主面板，檢測結(jié)果為是時，再檢測鬧鐘功能是否開啟，檢測結(jié)果為是時，最后在實際時、分信息與鬧鐘設(shè)定時、分信息相等且實際秒信息顯示為0時，將蜂鳴器標(biāo)志位置1。8952單片機內(nèi)部程序檢測蜂鳴器標(biāo)志位信息，當(dāng)檢測到標(biāo)志位為1時，蜂鳴器長鳴，此時按任意鍵可將標(biāo)志位再次置0，結(jié)束蜂鳴器長鳴。當(dāng)上述檢測顯示器面板內(nèi)容是否為主面板和檢測鬧鐘功能是否開啟時檢測結(jié)果為否時，結(jié)束定時鬧鈴程序。圖4-5定時鬧鈴程序流程圖4.6時間日期修改子程序的設(shè)計如圖4-6所示為時間日期修改程序單元流程圖。系統(tǒng)啟動后，按下控制鍵，先進(jìn)入年調(diào)節(jié)程序，即進(jìn)入下圖所示單元。此時如果按下加/減鍵，即執(zhí)行年調(diào)整程序并使其加/減一；如果按下退出鍵，即返回主面板，單片機執(zhí)行主程序；如果再次按下功能鍵，即切換時間日期修改程序單元，此時切換到月調(diào)整程序，再次完成下一個完整的程序單元。后續(xù)程序單元切換以此類推，順序是年、月、日、時、分、秒、星期、鬧鐘開關(guān)、鬧鐘設(shè)定時、鬧鐘設(shè)定分，到鬧鐘設(shè)定分調(diào)整程序時按下功能鍵，時間日期修改程序單元切換回年調(diào)整程序，以此構(gòu)成了一個循環(huán)。若要退出這個循環(huán)（時間日期修改程序），可以使用退出鍵或者復(fù)位鍵，此時時間日期修改程序設(shè)置的時鐘信息寫入單片機片內(nèi)RAM。退出時間調(diào)整程序后，系統(tǒng)再次執(zhí)行主程序，從上述RAM中讀取時鐘信息，以達(dá)到更改時間日期的目的。圖4-6時間日期修改程序單元流程圖4.7農(nóng)歷自動更新子程序的設(shè)計如圖4-7所示為農(nóng)歷自動更新程序流程圖。啟動該子程序后，首先根據(jù)內(nèi)存中公歷年份信息，算出存放數(shù)據(jù)的實際地址，通過計算即時日期和春節(jié)到元旦的天數(shù)差值，從而計算出即時日期到春節(jié)一共差幾天，并判斷出此公歷日是否位于春節(jié)之后。在此進(jìn)入兩個農(nóng)歷算法，通過這個算法的循環(huán)計算，在結(jié)束算法循環(huán)后，可以通過計算得到農(nóng)歷的年、月、日的數(shù)值。把這些數(shù)值提供給LCD顯示模塊，以實現(xiàn)農(nóng)歷的自動更新功能。圖4-7農(nóng)歷自動更新程序流程圖由于液晶顯示器顯示范圍有限，考慮到在有限范圍內(nèi)盡可能顯示更多有效內(nèi)容，本設(shè)計只取農(nóng)歷的月和日的數(shù)值進(jìn)行顯示。第五章系統(tǒng)功能測試第五章系統(tǒng)功能測試在完成本設(shè)計的全部硬件設(shè)計和軟件設(shè)計后，按照設(shè)計需求，購買對應(yīng)元器件并焊接成成品，接下來開始進(jìn)行功能測試，檢測各個功能是否能按照設(shè)計正常運行。5.1顯示功能將所得元器件組裝并焊接好后，給單片機的主電源進(jìn)行供電（備用電源已經(jīng)裝上），將電源線另一端的USB接口接到+5V電源上，并按下電源控制開關(guān)，LCD顯示器亮起，伴隨蜂鳴器“嘀”一聲響起，開機完成，LCD顯示器所顯示內(nèi)容如圖5-1主面板內(nèi)容展示所示。圖5-1主面板內(nèi)容展示可以看出，LCD液晶顯示器上的信息有溫度、濕度、陽歷日期、陰歷日期、星期、時分秒、光強。與設(shè)計預(yù)期相符，對應(yīng)功能都能正常運行。5.1.1溫濕度顯示功能系統(tǒng)開機后，開始檢測溫濕度顯示功能，由圖5-1可看出環(huán)境溫度為29℃，環(huán)境濕度為58%。由于本系統(tǒng)采用的是DHT11來讀取環(huán)境溫濕度，我們用手捏住DHT11兩端，并持續(xù)五分鐘。如圖5-2溫濕度功能測試所示。圖5-2溫濕度模塊功能測試五分鐘后，發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度上升到了34℃，環(huán)境濕度上升到了62%，在此期間，溫度持續(xù)緩緩上升，最終在34℃保持不變，濕度在開始一分鐘上升迅速，升到了70%左右，隨后又緩緩降至62%，總體來說濕度還是上升的。由此可見，溫濕度顯示功能工作正常。5.1.2感光顯示功能系統(tǒng)開機后，開始檢測感光模塊顯示功能，由圖5-1可看出環(huán)境光強為75，本系統(tǒng)感光模塊的工作原理是使用光敏電阻采集光強信息，交給AD采集芯片測得實際光照強度。因此用手指輕按住光敏電阻感光端，如圖5-3為感光模塊功能測試。圖5-3感光模塊功能測試按住光敏電阻后，光刺激減弱，光敏電阻所傳遞的光照信息發(fā)生變化，LCD液晶顯示器所示光強迅速降低至30，反應(yīng)靈敏，由此可見感光模塊及其顯示功能工作正常。5.2時間日期調(diào)節(jié)功能顯示功能測試完成后，接下來進(jìn)行時間日期調(diào)整功能進(jìn)行測試。將成品開機后，通過控制鍵進(jìn)入設(shè)置面板，如圖5-4設(shè)置面板切換所示。再次使用控制鍵可以切換調(diào)整單位，使用加/減按鍵可以對年、月、日、時、分、秒和星期進(jìn)行設(shè)置。如圖5-5時間日期設(shè)置所示。圖5-4設(shè)置面板切換圖5-5時間日期設(shè)置設(shè)置完成后，按退出鍵返回主面板，如圖5-6返回主面板所示。發(fā)現(xiàn)主面板所顯示信息已經(jīng)隨圖5-5設(shè)置信息而對應(yīng)改變，并且農(nóng)歷日期隨著陽歷日期的改變而自動修改。這些主面板信息寫入AT89S52單片機的片內(nèi)RAM，在再次開機或者復(fù)位后，顯示信息從本次保存信息的地址處讀出。圖5-6返回主面板將成品開機后，通過控制鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)面板，使用加/減按鍵對年月日進(jìn)行調(diào)節(jié)，將日期調(diào)到能顯示的最大日期和最小日期，在此過程中，農(nóng)歷日期隨著陽歷日期變化而自動調(diào)節(jié)，由此檢測出DS1302的陰歷補償功能運作正常。如圖5-7所示為本設(shè)計電子表可顯示最小日期，如圖5-8所示為電子表可顯示最大日期。發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)只能顯示從2000年開始的100年內(nèi)的日期，這是因為DS1302芯片只能輸出2000年到2099年的時間，因此本電子表的顯示時間范圍只有100年。圖5-7電子表可顯示最小日期圖5-8電子表可顯示最大日期5.3鬧鐘功能將成品開機后，通過控制鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)面板，再次使用控制鍵切換到鬧鐘設(shè)置，通過使用加/減鍵，將鬧鐘啟動并設(shè)置一個需要的鬧鈴時間。如圖5-9鬧鐘設(shè)定功能所示。設(shè)置完成后按返回鍵返回主面板，等到主面板顯示時、分信息達(dá)到設(shè)定值，蜂鳴器開始持續(xù)性工作，此時按任意鍵停止蜂鳴器報警。由此測試出鬧鐘模塊功能正常運行。圖5-9鬧鐘設(shè)定功能5.4復(fù)位功能無論是主面板還是設(shè)置面板，按下復(fù)位鍵，LCD液晶顯示器迅速閃爍一下，單片機復(fù)位并重新讀取各模塊信息，重新進(jìn)入主面板顯示界面。如圖5-10復(fù)位功能展示所示，由此可見復(fù)位電路功能工作正常。圖5-10復(fù)位功能展示第六章結(jié)論第六章