多功能电子万年历设计

刘秀娟　李朋龙　邵娟　王雪娜　梁莉莉　逯玉兰

摘  要： 选用STC89C52单片机为核心元件，结合DS12C887时钟芯片、DHT11数字温湿度传感器和LCD1602液晶显示屏等电子器件，采用模块化设计方法，完成整体功能设计。利用Proteus仿真软件和Keil编译软件进行仿真，实现了集年、月、日、时、分、秒、农历、星期、温度、湿度、闹钟功能于一体的电子万年历。

关键词： 电子万年历; STC89C52单片机; 时钟芯片; 温湿度传感器

中图分类号：TP368.1          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2022）05-73-03

Design of multi-function electronic calendar

Liu Xiujuan， Li Penglong， Shao Juan， Wang Xuena， Liang Lili， Lu Yulan

Abstract： In this system， STC89C52 microcontroller was selected as the core component. Combined with electronic devices such as DS12C887 clock chip， DHT11 digital temperature and humidity sensor and LCD1602 liquid crystal display screen， the overall functional design was completed in the modular design method. Using Proteus simulation software and Keil compilation software for simulation， an electronic calendar with year， month， day， hour， minute， second， lunar calendar， week， temperature， humidity， and alarm clock functions was realized.

Key words： electronic calendar; STC89C52 microcontroller; clock chip; temperature and humidity sensor

引言

近年來微电子技术发展迅速，以单片机为核心的智能电子产品层出不穷。人们在日常生活中对智能家居要求越来越高，而电子万年历恰是一种适用于各种场合的小型智能家居电子产品，为人们生活带来便利[1-7]。本文以STC89C52单片机为总控元件设计了一款电子万年历，该电子万年历能够显示年、月、日、时、分、秒、农历、星期、温度和湿度，并具有闹钟功能，时间读取方便、日期显示直观、温湿度测量准确、功能多、成本低、市场前景广阔。

1 系统总体设计

本系统以STC89C52单片机为主控制元件，主要包括电源模块、LCD显示模块、DS12C887时钟模块、DHT11数字温湿度采集模块。整个系统的工作过程是：①接通电源后，时钟芯片、温湿度传感器、显示屏全部初始化等待载入信息;②时钟程序和传感器程序分别被读入DS12C887时钟芯片并且DHT11温湿度传感器读取时间和温湿度信息;③把读取到的数据信息传送到液晶显示屏显示;④通过按键可进入设置时间模式重新设置时间，也可通过按键进入设置闹钟模式，设置提醒闹钟;⑤设置完成后，在显示屏显示，可直观看到数据。系统总体结构图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 STC89C52主控制元件

STC89C52单片机作为一种低功耗且高性能的微型控制器，使用的是经典的MCS-51内核，内部有8位CPU，有着8KB的程序存储空间以及512B数据的存储空间，并且该单片机有32位I/O口线，三个16位计数器，MAX810复位电路，四个外部中断，内带4KB EEPROM存储空间，可直接使用串口下载，能灵活、高效地满足本系统设计。故本系统采用STC89C52单片机作为主控元件[8-10]。

2.2 DS12C887时钟芯片

美国DALLAS公司推出的DS12C887时钟芯片将晶体振荡、振荡电路、充电电路和可充电锂电池等一起封装在芯片上。DS12C887时钟芯片采用石英晶体的振荡器和锂离子电池，即使在停电状态下，也可以保持有关信息和状态不丢失，并利用后备的电池供电，因此它在没电源供电的情况下仍可继续工作10年[11]。时标可选择二进制或BCD码表示，计时更准确;采用24小时制计时，有时钟、闹钟和日历（至2100年），有星期，闰年自动补偿功能;工作电压4.5～5.5V，电流范围7～15mA，温度0～70℃;14个时钟控制寄存器，其内部含有专用接口电路，简化了对外部电路的时序要求[12-13]。时钟模块电路原理图如图2所示。

2.3 LCD1602显示模块

本设计选用LCD1602显示屏显示万年历的年、月、日、时、分、秒、星期、农历及温、湿度信息，因为需要显示的信息较多，如果选择使用数码管则单个无法显示所需信息，多个又会占用较多的单片机输入/输出资源，综合考虑，选择液晶显示屏更为恰当。因LCD1602液晶显示屏内置192种字符，可操作性强、性价比高、使用简单，故本设计选择1602液晶显示屏显示所需的信息。

LCD1602液晶显示模块应用5V驱动电压，有背光，可调节对比度;内建复位电路，有16×2个字符显示容量;外部CPU接口采用并行或者串行两种控制方式[14]。液晶显示模块与单片机的连接方式也同样有两种，分别为直接访问方式和间接访问方式。直接访问方式是将I/O设备直接连接到电脑总线上或者将液晶显示模块的接口作为存储器的操作。而通常在液晶模块的控制时使用的便是间接访问方式，是指将单片机的并行接口与液晶显示模块的终端连接后通过控制并行接口来实现液晶显示的操作。显示模块电路图如图3所示。

2.4 DHT11数字温湿度采集模块

本文的温湿度采集模块采用了DHT11数字温湿度传感器，这种传感器是一种含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它使用了专用的温湿度传感技术和数字模块采集技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性[15]。湿度的测量范围：5～95%RH，温度的测量范围：-20～+60℃;湿度的测量精度±5%RH，温度的测量精度：±2℃;湿度的分辨率：1%RH，温度的分辨率0.1℃;供电电压：3.3～5.5V DC;可直接读出温湿度的值。

温湿度传感器DHT11由两个原件组成，分别是电阻式感湿元件和NTC测温元件，它还连接一个高性能8位单片机。因此它的抗干扰性能很强，并且响应超快，有超高的性价比和相对温度和湿度测量功能，运用全部校准，数字输出形式，拥有超强的长期稳定性，不需要其他部件，还具有超长的信号输出距离，低功耗，4引脚安装，可完全互换等特性。温湿度采集模块电路图如图4所示。

3 系统软件设计

系统程序流程图如图5所示。

系统软件部分采用模块化程序设计，包含显示模块、时钟模块、温湿度采集模块和设置时间、设置闹钟两个子程序模块。系统流程是：①主程序首先执行显示模块、时钟模块和温湿度采集模块的初始化;②然后时钟芯片开始计时，温湿度传感器开始采集温度和湿度;③计时和采集完成后传到显示屏显示日期、时间和温湿度;④再通过按键进入键盘函数按键等待，通过按键时长选择所需的按键状态子程序模块;⑤通过设置时间子程序执行年、月、日及时钟设置，平、闰年查询或通过设置闹钟子程序设置提醒时间;⑥最终时间、日期、温湿度等信息直接通过液晶屏显示，设置完成后返回主程序。

4 结论

本文使用STC89C52单片机、时钟日历芯片DS12C887、液晶显示模块LCD1206、温湿度复合传感器DHT11为系统组成部分，设计了一款电子万年歷。在设计过程中结合万年历的特点选择合适的硬件，利用Proteus仿真软件和Keil编译软件进行仿真，实现了集年、月、日、时、分、秒、农历、星期、温度、湿度、闹钟功能于一体的电子万年历，本设计符合电子计时器的发展趋势，具有广阔的市场前景。

参考文献（References）：

[1] 谭健胜.浅析智能家居的发展状况[J].科技资讯，2012（18）：

214-216

[2] 王锐.基于单片机的万年历设计[J].信息技术，2014：213-216

[3] 翟朝霞，金国华，刘剑桥，等.基于单片机的多功能电子万年历

系统[J].数字技术与应用，2019，37（10）：134-135

[4] 李伟跃.基于单片机的多功能万年历设计[J]. 机械制造与

自动化，2012，41（3）：137-139

[5] 武红玉.基于AT89C51的单片机的电子万年历设计[J].

科技传播，2012（66）：204-205

[6] 许亮，刘通.基于51 单片机的新型万年历设计[J]. 枣庄学院

报，2017（5）：81-85

[7] 张治海.基于单片机的多功能万年历的设计与实现[J].应用

实践，2015（5）：40-42

[8] 朱定华.微机原理、汇编与接口技术[M].北京：清华出版社，

2017

[9] 刘小洋，黄贤英.基于C51单片机课程教学的探索[J].科技

信息，2014（1）：5

[10] 王幸之，钟爱琴，王雷.AT89系列单片机原理与接口技术

（第一版）[M].北京：北京航空航天大学出版社， 2004

[11] 任琴，刘毅，李瑛.基于单片机的可测温笔筒式万年历的系

统设计[J].电脑迷，2017（9）：70-71

[12] 王语园，张鑫.基于51单片机的电子万年历系统的设计[J].

科技创新与应用，2016（19）：51

[13] 兰聪花.基于单片机的多功能数字万年历设计[J].无线互

联科技，2016（7）：21-22

[14] 吴玉玉，杨瑞珍，马得秀，等.基于单片机的电子万年历设计[J].

电子测试，2018（23）：31-32

[15] 脱建智，吴文兵，李东艳.自动控制系统通用万年历电子时钟的

设计与制作[J].电子技术与软件工程，2017（20）：108

收稿日期：2021-07-06

*基金项目：甘肃农业大学学生科研训练项目SRTP（批准号：202116002）

作者简介：刘秀娟（1998-），女，甘肃省崇信县人，本科生，主要研究方向：电子信息工程。

通讯作者：逯玉兰（1986-），女，甘肃天祝人，硕士，副教授，主要研究方向：农业信息技术。