1、 1 毕业设计文献综述 电子信息工程 能准确校时的万年历的设计 前 言 随着信息化的发展和人们生活节奏的提高，为了提高工作效率，大家越来越具有时间观念，一个人的成功与失败在很大程度上与这个人是否有时间观念相关。现在还有许多特殊的日子，如各种各样的节日，假日，纪念日，而全部记住这些特殊日子对我们来说是不可能的，幸好我们有一个好帮手来帮助我们记住这些日子 日历。随着电子技术的发展，人们对万年历的要求也越来越高，要求其不仅计时精度高，而且要具有可靠性好、成本低、功能全，外形美观等特点。目前单片机已经渗透到我们生活的 各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。本设计的目的就是用单片机实现万年历的
2、设计，并用 GPS 对万年历进行准确的校时。通过本设计使学生能综合运用所学的数电、模电和单片机的知识，为毕业后进一步从事相关工作打下初步的基础。 主 题 1. 主要任务 本次设计题目是能准确校时的万年历的设计，因此需要完成的功能： （ 1） 能在 LCD 上准确地显示当前的日期（年、月、日）和时间（时、分、秒），星期； （ 2） 能在 LCD 上显示相应阴历，温度； （ 3） 当前日期、时间和终点日期的调整和设定功能。当系统第一次运行，或需要调整当前日期和时间，能够 采集 GPS 模块的时间，日期等信息用于调时，也可以通过按键手动调整。 2. 主控芯片选择 方法一：基于 FPGA 的串行接口时
3、钟电路的设计。电路结构（图 2.1）。外部信息通过串行接口控制器与内部信息进行交换。其中内部传送为并行方式，外部为串行方式；晶振分频将外部输入的 32 768Hz 的输入时钟分为 1Hz，便于时钟模块进行计数，采用格雷码计数可以大量减少逻辑门的翻转次数；时钟模块对 1Hz 的时钟进行计数，得到年、月、日、周、时、分、秒等，信息可以暂存在 RAM 内，也可以控制器对时钟进行置数，或者把置数暂存于 RAM 内。2 该 设计系统功耗小，精确度高，但是设计成本较高 21。 图 2.1 基于 FPGA 的串行接口时钟电路结构图 方法二：采用 ATmega48 作为主控芯片。该方案的实现成本稍微高一点，但
4、专用实时时钟芯片的集成度高，走时准确，具备自动日历和闰年自动调整等功能，特别是主控芯片与专用实时时钟芯片本身耗电非常小，非常容易实现实时时钟的掉电运行设计，而且程序设计实现简单，其电路如 (图 2.2)所示 8。 图 2.2 ATMEGA48 与 DS1302 的电路连接 方法三：使用 AT89S51 芯片作为主控芯片，该电路能够准确计时，还附加许多其它功能，在掉电时能保存用户设置参数和故障状态参数等重要参数。设计电路如 (图 2.3)所示。 3 图 2.3 DS12887 与 AT89S51 接口电路 上述三块主控芯片都可以用于本次设计中，但是前两种芯片的价格相对较高，且我并不熟悉，而第三种
5、芯片的 89c51 单片机由于内部 ROM 较小，可能 无法存储较大的软件程序，故最后选择了同系列芯片 89c52，他的内存 ROM 是 51 的两倍，且控制上与 51 单片机相同。 3. 时钟芯片选择 目前使用的时钟芯片多为两种： DS1302,DS12887。 DS12887 与单片机为并行接口方式，虽然传输速度较快，但是占用大量接口资源，给其它器件的设计带来诸多不便， AT89C51 的片内存储空间也不是很大。 DS1302 是串口方式，只需要 3 个控制引脚就能完成功能 24。 为此把实时时钟芯片换成 DS1302，把主控芯片换成 AT89C52，该电路不但能准确地计时，而且 ,DS1
6、302 为三线接口可以节省接口资源，在断电后不丢失时间和数据信息。该设计方案的接口电路如 (图 2.4)所示。 图 2.4 AT89C52 与 DS1302 4 4. 显示部份的选择 方案一： LED 显示 用单片机驱动 LED 数码管显示按显示方式分有：静态显示和动态显示。 静态显示就是单片机将所要显示的数 据送出去后，由于显示驱动电路具有输出锁存功能（ 74LS373），数码管始终显示该数据， CPU 不再控制 LED。直到下一次显示时，再传送一次新的显示数据。静态显示的接口电路采用一个并行口接一个数码管，数码管的公共端按共阴极或共阳极分别接地或接 VCC。这种接法，每个数码管都要单独占用
7、一个并行 I/O 口，以便单片机传送字形码到数码管控制数码管的显示。显然其缺点就是当显示位数多时，占用 I/O 口过多。 动态扫描用分时的方法轮流控制每个 LED 数码管的片选端，使每个显示器轮流电亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间极为短 暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。 LED 显示中的动态显示可以满足设计的需求，但是由于本设计要求显示的信息较多，需要较多的 LED，电路复杂又不够美观。 方案二： LCD 1602 显示 LCD1602 字符型液晶显示 模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1， 1
8、6*2， 20*2 和 40*2 行等的模块， LCD 1602 16*2。 LCD1602 也可以用作显示，但是由于是字符型 LCD，所以不能显示汉字和图形，而本设计中将会需要显示阴历， 所以用汉字显示比较漂亮， LCD1602 无法做到。 方案三： LCD Ampire 128*64 Ampire128*64 是 ks0108 驱动的字模显示 LCD，它最多可以显示 32 个 16*16 的汉字，采用列式倒序排序显示。 采用 Ampire128*64 字模液晶显示器，可以很完整地显示本次设计所要显示的数据，而且外部电路连线较少，单片机的端口占用也较少。 5. 温度检测部份 5 图 4.1
9、如图 4-1所示， DS18b20是 3脚温度传感器 ,信息经过单线接口送入 DSl8b20或从 DSl8b20送出，因此从主机 CPU到 DSl8b20仅需一条线 (和地线 )。 DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源 4。 Ds18b20用 12位存贮温值度最高位为符号位，下 (图 4.2)为 18b20的温度存储方式负温度S=1正温度 S=0。 如： 0550H为 +85 ， 0191H为 25.0625 ,FC90H为 -55。 图 4.2 DS18B20温度寄存器 通过以上方案的比较，我选择 AT89C52 作为控制芯片，串行接口时钟芯片 DS1302 作为时钟芯片电
10、路， LCD Ampire128*64 作为显示屏， DS18b20 作为温度检测部分。该设计的硬件电路由主控部分 (单片机 AT89C51)、计时部分（实 时时钟芯片 DS1302）、显示部分（ Ampire128*64）、电源部分几个部分组成。各部分之间相互协作，构成一个统一的有机整体，完成多功能万年历的功能。 6. 公历与农历之间的转换方法 公历年对应的农历数据：每年三字节，格式第一字节 BIT7-4 位表示闰月月份，值为 0 为无闰月 ,BIT3-0 对应农历第 1-4 月的大小，第二字节 BIT7-0 对应农历第 5-12 月大小，第三字节 BIT7 表示农历第 13 个月大小月份对
11、应的位为 1 表示本农历月大 (30 天 )，为 0 表示小(29 天 )，第三字节 BIT6-5 表示春节的公历月份 ,BIT4-0 表示春节的公历日期 19。 这样就可以把公历转阴历的对照表用 3 字节存储，要用到时只要根据公历的年月日，通过查找对应表就可以得到相应的阴历年月日 18。 例如： 2010 年的对应三个字节为 0x0A,0x95,0x4e 表 4.1 阴历存储方式 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 无闰月 大 小 大 小 大 小 小 大 小 大 小 大 0 1 0 0 1
12、 1 1 0 6 闰月为小 公历春节 2 月 公历春节为 14 号 7. 校时的实现方案： 本设计采用按键校时的方式，通过检测相应按键是否被按下来判断时分秒的选择以及加减情况，在本次设计中，我使用了三个按键，分别控制： GPS 接受，时分秒的选择，时分秒的加减。其中涉及到按键的软件设计如（图 4.3）所示 4： 图 4.3 按键程序设计流程图 8. GPS 数据格式 GPRMC（建议使用最小 GPS 数据格式） $GPRMC, 1) 标准定位时间（ UTC time）格式：时时分分秒秒 .秒秒秒（ hhmmss.sss）。 2) 定位状态， A = 数据可用， V = 数据不可用。 3) 纬度
13、，格式：度度分分 .分分分分（ ddmm.mmmm）。 4) 纬度区分，北半球（ N）或南半球（ S）。 5) 经度，格式：度度分分 .分分分分。 6) 经度区分，东（ E）半球或西（ W）半球。 7) 相对位移速度， 0.0 至 1851.8 knots 7 8) 相对位移方向 ， 000.0 至 359.9 度。实际值。 9) 日期，格式：日日月月年年（ ddmmyy）。 10) 磁极变量， 000.0 至 180.0。 11) 度数。 12) Checksum.(检查位 ) 4 总 结 本设计利用单片机 AT89C52控制串行实时时钟芯片 DS1302和温度芯片 DS18b20构成多功能
14、万年历电路，实现实时时间，日期和温度显示以及阴历显示。该电路使用简单的三线接口，为单片机节省大量的接口资源，时钟芯片 DS1302 带有后备电池，具备对后背电源进行涓细充电的能力，保证电路断电后仍保存时 间和数据信息，这些优点解决了目前常用实时时钟占资源多以及计时不可靠以及掉电丢失等缺点。该时钟功能强大，性能优越，能为很多领域， 特别是对时钟工作的精确性和可靠性有较高要求的场合，提供较好的倒计时实时时钟。但是 ，由于 DS1302 易受环境影响，会使该电路出现时钟精度不高、时钟混乱等问题，所以设置为通过按键来读取 GPS 的 OEM 板发出的数据对 DS1302 进行校时。 8 【参考文献】
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