四川大学锦城学院本科毕业论文 基于单片机电子万年历的设计与实现
友好、可扩展性能强等特点，被广泛应用于生活和工作当中。当今市场上的电子时钟品类繁多，外形小巧别致,倍受人们青睐。也有体型较大的，诸如公共场所的大型电子报时器,家庭较大装饰型电子时钟等。电子时钟首先是数字化了的时间显示器或报时器，在此基础上，人们可以根据不同场合的要求，在时钟上加置其他附加功能，比如定时闹铃、万年历、环境温度、湿度检测、环境空气质量检测、USB扩展口功能等。
本次设计是基于ARM7TDMI2103微处理芯片和DS1302实时时钟芯片完成万年历的电路设计及软件设计。该万年历能够显示阳历的年、月、日、星期、时、分、秒,以及闹钟功能，并且可根据需要对各个位进行调节，能够显示室内温度。
本电子万年历的主要功能为：
1、具有时间显示和手动校对功能，24小时制； 2、具有显示年、月、日和手动校对功能； 3、具有闹铃功能；
4、掉电后无需重新设置时间和日期； 5、室内实时温度显示。
2总体方案设计
2.1总体框图设计
根据设计任务，本设计为电子万年历仪器，以中央处理器与时钟芯片进行交互得到准确的走时为核心；第二，结合输出显示模块，包括输出显示日历及输出闹钟两部分；第三，对万年历进行调整，以及对闹钟的设置需要用到调节模块；第四，温度模块。这样就能完成万年历的总体功能，根据总体方案设计，本设计的系统原理图如图2-1所示。
时钟芯片时基处理ARM处理器驱动处理温度信号处理图2-1万年历总体框图
显示模块喇叭温度传感器 调节晶振按键处理 2
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总体框图中说明的系统功能主要有三个部分，即现实时间显示、闹钟提醒和温度显示。时钟芯片中预存了系统设置的时间信息，系统上电后，ARM处理器即可采集时钟芯片的初始时间和时基显示时间信息；调节模块将调节信息发送至ARM处理器中，ARM处理器综合调节信息和时钟芯片模块上采集的时基信号，这样可以得到现实时钟信号；调节模块还可以设置一个时间，这个时间可以存储在ARM处理器中，只要现实时间和这个设置的时间吻合，就作用于喇叭上，实现闹钟功能；温度模块将温度信号经处理电路后得到ARM处理器能够检测的电平信号，之后传送至ARM处理器上；ARM处理器将检测的时钟信号和温度信号输出至显示模块，即可实现时钟和温度的可视。如此，该系统就成功实现要求的功能。 2.2主要模块分析和选择 2.2.1显示模块
显示模块的功能是显示日历（包括闹钟时间）和温度信息，现在主流的显示主要有液晶显示和LED数码管显示，下面简要说明两种显示技术的各自的优势，而后选择一种作为本系统所用的显示系统。
方案一：使用液晶显示屏（LCD）显示时间数字。 液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。缺点是控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。
方案二：使用传统的LED数码管显示。 数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮[1]、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称重轻，精确可靠，操作简单。数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。缺点是占用引脚多。
就时钟而言，通常采用LCD 显示或者LED显示。对于一般的短时LCD，需要专门的驱动电路，但是电路设计简单，连接方便，数字感应信号强，软件编程简单，节省I/O接口，如图2-2所示。
根据以上的论述，本系统采用方案一，用LCD1602作为显示输出模块。
【1】
王新颖. 单片机原理及应用.北京大学出版社，2008
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图2-2接口电路设计
2.2.2调节模块
调节模块要求能够调整日历的显示日期以及闹钟的报警时间。调整键盘模块在对日期和时间进行切换，对日期和时间进行调节校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要用按键。
现在比较成熟的键盘方案有以下两种：
方案一：使用独立式键盘。独立式键盘是指直接用I/O口线构成的单个按键电路。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。
方案二：使用矩阵式键盘。矩阵式键盘是由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。其特点是简单且不增加成本，这种键盘适合按键数量较多的场合。
比较两种方案，由于本系统中需要的按键只有设置模式选择键、时间/日期切换键、时间加减键和闹钟选定键,所需按键不多,电路要求简单,所以采用方案一所述的独立式键盘作为调节模块。
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2.2.3温度采集模块
温度采集模块的主要功能是采集当前环境的温度，通过信号处理电路转换成ARM处理
器能够识别的电平信号，而后传送给ARM处理器。常用的测温有下面两种方案，下面先介绍两种方案，而后比较选择更适合的温度采集模块。
方案一：采用热电偶或热敏电阻作感温元件，但热电偶需冷端补偿，电路设计复杂，热敏电阻虽然精度较高，但需要标准稳定电阻匹配才能使用，而且重复性、可靠性都比较差。
方案二：采用集成温度传感器DS18B20 。该传感器结构简单，不需外接电路，数据传输稳定，在-10 ℃——+85℃范围内精度为±0.5℃，完全能满足题目±1℃的要求，且分辨率较高，重复性和可靠性好。
由于方案二中的精度要求完全满足本系统需求的温度±1℃的要求, 且分辨率较高，重复性和可靠性好，故采用第二种方案作为温度采集。
3系统的硬件及电路设计
3.1系统的整体硬件原理图
根据设计任务，本设计以LPC2103芯片为内核，连接时钟芯片DS1302进行准确的走时； LPC2103接上LCD1602显示模块，显示日历、时间，并连接蜂鸣器输出闹钟；当基本功能设置好后，再利用键盘模块实现对万年历进行调整，以及对闹钟的设置；本系统另一个附加功能为显示室内温度，利用LPC2103芯片与DS18B20连接可测温，并接上显示器（LCD1602）就可成功显示室内温度。根据总体方案设计，本设计的系统原理图如图3-1所示。
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图3-1整体原理图
3.2 LPC2103
3.2.1 概述
本设计中采用LPC2103微处理器作为内核芯片，LPC2103属于ARM7TDMI-S 处理器系列，是ARM 通用32 位微处理器家族的成员之一。ARM 处理器具有优异的性能，但功耗却很低，使用门的数量也很少。ARM 结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的，指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多，这样的简化实现了高的指令吞吐量，出色的实时中断响应，小的高性价比的处理器宏单元。在万年历设计中，微处理器主要是采集温度传感器输入的温度，DS1302输入的时间及日期信息等，最后通过驱动显示器LCD显示及蜂鸣器，在运行的过程中通过键盘扫描的形式不断的采集按键信息，并通过采集的信号处理并改变相应的功能。其基本电路图如图3-2所示。
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