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基于51单片机万年历时钟设计

news 2025/8/15 10:31:13

1 系统功能介绍

本设计是一套基于 51 单片机 的万年历时钟系统，能够精确显示年、月、日、星期、时、分、秒，还支持温度显示、整点报时、闹钟、农历显示、平年/闰年判断等功能。系统采用 USB 供电，配合掉电保持电路，能够在断电情况下保持时间继续运行。用户可通过按键进行时间、闹钟等参数的设置，具有良好的人机交互体验。

主要功能如下：

时间显示功能
- 显示年、月、日、星期、时、分、秒。
- 时间连续运行，即使关闭显示，内部时钟仍保持工作。
温度显示功能
- 实时采集环境温度并显示，可用于室内温度监测。
农历显示功能
- 按键切换可查看当前农历日期，并同步显示平年或闰年的信息。
整点报时功能
- 整点触发蜂鸣器提示，可由用户开启或关闭。
闹钟功能
- 支持设置闹钟时间，到点蜂鸣器自动响铃提醒，可开关控制。
掉电保持
- 系统掉电后时间数据不会丢失，来电后自动恢复运行。

2 系统电路设计

本系统主要由 51 单片机最小系统、DS1302 实时时钟模块、DS18B20 温度传感器、LCD1602 液晶显示模块、按键输入电路、蜂鸣器电路、电源电路 组成。

2.1 51 单片机最小系统

核心器件：AT89C52 单片机，兼容 MCS-51 指令集，内置 8KB Flash、256B RAM，具备 4 个 8 位 I/O 口，满足多外设接口需求。
时钟电路：使用 12MHz 晶振，配合两个 30pF 电容构成振荡电路，保证 MCU 正常运行。
复位电路：采用上电复位与按键复位相结合的设计，上电时由 RC 延时产生复位信号，手动复位通过按键触发。

2.2 DS1302 实时时钟模块

功能：提供年、月、日、星期、时、分、秒的精确计时功能，并可判断平年/闰年。
接口：通过三线串行接口（CE、SCLK、IO）与单片机通信，传输效率高。
掉电保持：内置可充电纽扣电池接口，掉电后仍能计时，确保时间数据不丢失。
工作原理：内部采用分频器将 32.768kHz 晶振频率分频得到 1Hz 时钟信号驱动计数寄存器。

2.3 DS18B20 温度传感器

功能：采集环境温度，分辨率可设为 9~12 位，测量范围 -55℃ ~ +125℃。
接口：单总线通信，仅需一个数据线与单片机相连，节省 I/O 资源。
应用：在 LCD1602 上实时显示温度，便于用户掌握环境状况。

2.4 LCD1602 液晶显示模块

功能：显示年、月、日、星期、时、分、秒、温度等信息。
接口模式：采用 4 位数据总线模式（D4~D7），减少 I/O 占用。
优点：字符清晰，功耗低，适合持续显示。

2.5 按键输入电路

按键分配：
1. set（设置键）：进入设置模式或切换设置项。
2. add（加键）：在设置模式下增加参数值。
3. dec（减键）：在设置模式下减少参数值。
4. seeNL_NZ（查看农历闹钟键）：在显示模式下查看农历与闹钟时间。
电路结构：独立按键上拉至 VCC，按下时接地，单片机检测低电平。
防抖：通过软件延时消除按键抖动。

2.6 蜂鸣器电路

类型：有源蜂鸣器，直接接单片机 I/O 控制。
应用：
- 整点报时：响一声表示开启，两声表示关闭。
- 闹钟提示：按设定时间响铃提醒。

2.7 电源电路

供电方式：USB 5V 输入，经过稳压模块提供稳定的 5V 给系统工作。
滤波设计：电解电容+陶瓷电容组合滤波，降低电源噪声对时钟与显示的干扰。

3 程序设计

系统程序分为 初始化模块、时间读取与显示模块、温度读取模块、按键处理模块、农历计算模块、闹钟与整点报时模块。

3.1 主程序框架

#include <reg52.h>
#include "ds1302.h"
#include "lcd1602.h"
#include "ds18b20.h"
#include "key.h"
#include "buzzer.h"
#include "lunar.h"void main(void) {Init_All();while(1) {Read_DS1302_Time();Read_DS18B20_Temp();Display_All();Key_Scan();Alarm_Check();Hourly_Chime_Check();}
}

3.2 初始化模块

void Init_All(void) {LCD1602_Init();DS1302_Init();DS18B20_Init();Key_Init();Buzzer_Init();
}

初始化 LCD1602、DS1302、DS18B20、按键与蜂鸣器。

3.3 时间读取与显示模块

void Read_DS1302_Time(void) {DS1302_Read_Time(&time); // 读取年、月、日、星期、时、分、秒
}

void Display_All(void) {LCD_Show_Date(time.year, time.month, time.day);LCD_Show_Week(time.week);LCD_Show_Time(time.hour, time.min, time.sec);LCD_Show_Temp(temperature);
}

每秒刷新显示，保证时间、日期与温度实时更新。

3.4 温度读取模块

void Read_DS18B20_Temp(void) {temperature = DS18B20_Read_Temp();
}

调用 DS18B20 驱动读取温度值，并转换为可显示格式。

3.5 按键处理模块

void Key_Scan(void) {uint8_t key = Get_Key();switch(key) {case KEY_SET:Enter_Set_Mode();break;case KEY_ADD:Increase_Value();break;case KEY_DEC:Decrease_Value();break;case KEY_SEE_NL_NZ:Show_Lunar_Or_Alarm();break;}
}

支持进入设置模式、调节参数、查看农历与闹钟。

3.6 农历计算模块

根据公历日期计算农历日期，考虑闰月情况，并判断平年/闰年。
计算方法采用农历数据表+月份天数表的结合方式，提高运算效率。

3.7 闹钟与整点报时模块

void Alarm_Check(void) {if(alarm_on && time.hour == alarm.hour && time.min == alarm.min && time.sec == alarm.sec) {Buzzer_On();}
}void Hourly_Chime_Check(void) {if(chime_on && time.min == 0 && time.sec == 0) {Buzzer_Beep();}
}