基于LCD1602液晶显示屏的电子万年历设计(两个C程序)

基于LCD1602液晶显示屏的电子万年历设计基于LCD1602液晶显示屏的电子万年历设计摘要现在是一个知识爆炸的新时代，新产品、新技术层出不穷，电子技术的发展更是日新月异。可以毫不夸张的说，电子技术的应用无处不在，电子技术正在不断地改变我们的生活，改变着我们的世界。在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人，而数字化的钟表给人们带来了极大的方便。由于单片机具有灵活性强、成本低、功耗低、保密性好等特点，所以电子日历时钟一般都以单片机为核心，外加一些外围设备来实现。本设计是一种基于液晶显示屏的电子万年历，该系统结合了LCD显示技术，断电时间保护技术和语音录放技术，系统用点阵式液晶显示时间和日期，具有人性化和美观的页面效果，除具备传统的万年历所具有的时间显示和调整功能之外，该系统还兼有语音报时，闰年补偿等功能；以单片机的C51语言进行软件设计，增加了程序的可读性和可移植性,为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。实际使用中该设计能准确地显示时间和日期，能准确清晰地完成语音报时功能。关键词:单片机,LCD,语音报时,万年历引言万年历是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，但是所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究万年历及扩大其应用，有着非常现实的意义。市场上有许多电子钟的专用芯片如：LM8363、LM8365等，但它们功能单一，电路连接复杂，不便于调试制作！但是考虑到用单片机配合时钟芯片，可制成功能任意的电子钟，而且可以做到硬件简单、成本低廉。所以本系统采用了以广泛使用的单片机AT89C51技术为核心，配合时钟芯片DS1302。软硬件结合，使硬件部分大为简化，提高了系统稳定性，并采用LED显示电路、键盘电路，使人机交互简便易行，此外结合音乐闹铃电路、看门狗和供电电路。本方案设计出的数字钟可以显示时间、设置闹铃功能之外。本设计中我重点研究实现了单片机+时钟芯片这种模式的万年历，从原理上对单片机和时钟芯片有了深一步的认识，这些基本功能完成后，在软件基础上实现世界时，农历功能。本设计在很多场合都能用到，可以把此万年历装在镜框中或其它工艺品中，以便更加实用。第一章概论1.1系统总体框图本设计的核心部分为单片机控制器，系统的各项功能由其它各部分单元电路来完成，单元电路主要包括：时钟电路部分、显示部分、语音部分、人机交互控制接口部分等，单片机通过程序来控制其它各部分统一协调地来完成系统的各项功能，本设计硬件电路较简单，但软件部分较复杂，所有功能都要通过软件来实现，系统总体设计如图1-1所示。SHAPE\*MERGEFORMAT图1-1系统总体设计框图1.2主控制器单片机的选择采用比较流行的AT89S52作为电路的控制核心，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程(具有ISP功能)，亦适于常规编程器。在单芯上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。采用AT89C55，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含20kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和256*8bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C55单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。虽然AT89S52的ISP下载功能非常优秀，但它只有8KROM，由于本设计的程序代码比较多，所以选用AT89C55（具有20KROM）。1.3时钟电路的选择采用时钟芯片DS1302，DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三根口线：⑴RES(复位)，⑵I/O(数据线)，⑶SCLK(串行时钟)。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW[1]。DS1302是由DS1202改进而来的，增加了以下的特性：双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。●实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年自动调整和补偿的能力；●31×8位RAM；●串行I/O口方式使得管脚数量最少；●宽范围工作电压：2.0－5.5V；●工作电流：2.0V时，小于300nA；●读/写时钟或RAM数据时，有两种传送方式：单字节传送和多字节传送（字符组方式）；●8脚DIP封装或可选8脚SOIC；●简单3线接口；●与TTL兼容（Vcc=5V）；●可选工业级温度范围：-40℃－+85℃；●与DS1202兼容。1.4语音报音电路的选择直接使用语音芯片，语音芯片具有使用方便，外围元件少，只需少量元件就可以组成一个功能齐全的固体录放机，重放时音质好，没有常见的背景噪音，提供零功率信息存储，无需备用电源，掉电后录音内容可永久保留等优点。ISD1420P语音芯片采用CMOS技术，单片录放时间20秒，音质好，内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM阵列。最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。在录放操作结束后，芯片自动进入低功耗节电模式、功耗仅0.5uA，芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调等各种效果，避免了一般固体录音因电路量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率从5.3，6.4到8.0KHz，对音质仅有轻微影响。片内信息可保存100年（无需电源），EEPROM单片可反复录音十万次，能直接驱动16Ω以上的喇叭[2]。1.5显示电路和键盘的选择显示采用1602液晶屏，它能显示2行，每行显示16个数字或字母（5*7字型），也可显示一行，每行16个字（5*10字型），可显示的内容比较多（包括数字，字母和很多符号），采用并行数据传送，这样1602LCD共占用单片机11个口线，相对于数码管，占用口线少，电路简单，无需外围驱动电路，占用PCB面积也较少；但对于编程来说，液晶显示的编程比较复杂，而且亮度也比较差，只能在近距离看到时间和日期，能见度不如数码管好。键盘部分比较简单，只用到4个按键，采用独立式非编码键盘。第二章系统硬件电路设计2.1系统整体硬件电路设计本设计采用时钟芯片作为时钟的基准，并且该芯片具有断电保护时间功能（断电后采用3.5v电子供电），显示部分采用LCD显示，可以显示年月日时分秒星期等等，该万年历具有随时可调整时分秒年月日的功能，最明显的功能是具有语音报时的功能，比已有的单调的闹钟声音更具有亲和力，具体的调整，录音和功能设置采用4个按键和LCD显示屏共同来实现。总体硬件设计框图如图2-1所示：SHAPE\*MERGEFORMAT图2-1语音万年历系统原理框图2.2硬件单元电路设计单元电路主要由单片机最小系统、时钟芯片电路、LCD显示电路、功能键电路、语音电路等组成。2.2.1单片机最小系统设计AT89C55单片机有40脚PDIP、42脚PDIP等，本系统采用40脚PDIP的封装，其引脚如图2－2所示，AT89C55是AT89C5×系列单片机中性能居中、很有代表性的产品，其主要特性如下：（1）兼容MCS–51产品；（2）20K字节可擦写1000次以上FlashROM；（3）工作电压为+4V～+5.5V；（4）有256*8字节RAM；（5）32个可编程I／O口；（6）3个16位定时/计数器；（7）8个中断源；（8）一个全双工UART串行通信口；（9）静态工作频率在0～33Mhz；（10）休眠和节电保持两种省电模式；（11）中断唤醒省电模式功能；（12）看门狗定时器；（13）双数据指针（DPTR）；（14）电源关闭标志。它相对AT89C51、89C52增加了ROM空间，内部看门狗定时器、双数据指针，全新的加密算法等功能，但价格基本不变，甚至更低。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。电路如图2-3所示。图2-2AT89C55单片机引脚图图2-3AT89C55单片机最小系统图2.2.2时钟电路设计一、DS1302的管脚排列及描述管脚描述:（管脚排列如图2-4所示）图2-4DS1302管脚配置图Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电；SCLK：串行时钟输入；I/O：双向数据线；RST：复位信号，在读、写数据期间，必须为高；X1,X2：晶振输入端二、DS1302的内部原理图DS1302的内部原理图如图2-5所示，主要由电源控制、晶体振荡、输入移位寄存器、通讯与控制逻辑和RAM组成，晶体振荡负责产生最小时钟单位，输入移位寄存器负责数据的输入与输出，RAM用来存储数据。SHAPE\*MERGEFORMAT图2-5DS1302的内部原理图2.2.3语音电路设计一、ISD1420P的内部结构及管脚排列ISD1420P内部结构图如图2-7所示，主要由时钟发生器（InternalClock）、定时器(Timing)、取样信号发生器（SarnplingClock）、话筒前置放大、自动增益控制（AGC）、防混淆滤波器、平滑滤波器、电源调节器（PowerConbltlonlng）、地址缓冲器(AddressBuffers）、扬声器驱动（Amp）及EEPROM阵列几部分组成.图2-7ISD1420P内部结框图管脚排列如图2-8所示；A0～A7：地址输入端；VCCA，VSSA：分别为模拟电路正，负电源端；VCCD，VSSD：分别为数字电路正，负电源端；SP+，SP-：分别为喇叭正，负端，能驱动16Ω以上的喇叭；XCLK：外部时钟；ANAIN，ANAOUT：分别为模拟输入，模拟输出；MIC：驻极体话筒输入；MICREF：驻极体话筒参考输入；AGC：自动增益控制；/REC：录音触发（低电平有效）；/PLAYE：边沿触发放音，此端出现下降沿时，芯片开始放音；图2-8ISD1420P引脚图[11]/PLAYL：电平触发放音，此端出现下降沿时，芯片开始放音；/RECLED：录音指示，处于录音状态时，此端为低，可驱动LED[4]。图2-8ISD1420P引脚图二，ISD1420P与单片机的连接ISD1420P的电路图如图2-9所示，图中LED用做录音和放音的指示灯；R8、R10和C6起到上拉的作用；通过R14和C11的时间常数来决定自动增益控制的释放时间，470KΩ和4.7uF的标称值