I多功能筆筒的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：如今，單片機控制技術(shù)已經(jīng)十分成熟，各種電子產(chǎn)品隨著電氣行業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)廣泛展開，智能系統(tǒng)的應(yīng)用，關(guān)鍵在于傳感器以及相關(guān)處理器的軟硬件配合，其不僅能夠便利用戶的操控，更能夠提升用戶生活幸福感，對其開展研究是進一步開展相關(guān)研究的基礎(chǔ)。本文設(shè)計了一款多功能筆筒，該筆筒除了基本的筆筒功能之外，還要求用LCD實時顯示時間、日期、星期、溫度、濕度等參數(shù)，并能對時間、日期、星期等參數(shù)進行校正。首先進行了硬件方案的討論，選擇了一套可行的設(shè)計方案，在此基礎(chǔ)上，進行了硬件設(shè)備的對比選型，從位數(shù)、存儲容量、I/O引腳數(shù)量、定時器個數(shù)等方面進行了對比，選定了AT89C51單片機作為控制核心，重點介紹了單片機最小系統(tǒng)、LCD液晶顯示電路等核心電路，在軟件設(shè)計上，對主程序流程圖和LCD液晶顯示子程序流程進行了梳理與介紹，最后通過Proteus中的軟件仿真，證明了多功能筆筒功能可以實現(xiàn)，本文的研究具有一定的理論意義。關(guān)鍵詞：多功能筆筒；設(shè)備選型；軟硬件設(shè)計；軟件仿真IIDesignandrealizationofmulti-functionalpenholderAbstract：Today,single-chipcontroltechnologyhasbeenverymature,avarietyofelectronicproductswiththedevelopmentoftheelectricalindustry,hasbeenwidelydeveloped,theapplicationofintelligentsystem,thekeyliesinthesensorandrelatedprocessorhardwareandsoftwarecooperation,whichcannotonlyfacilitatetheuser'scontrol,butalsoimprovetheuser'shappinessoflife,theresearchonitisthebasisforfurtherresearch.Inthispaper,amultifunctionalpenholderisdesigned.Besidesthebasicpenholderfunctions,thepenholderalsorequiresLCDtodisplaytime,date,week,temperature,humidityandotherparametersinrealtime,andcancorrectthetime,date,weekandotherparameters.Firstofall,thehardwareschemeisdiscussed,andasetoffeasibledesignschemeisselected.Onthisbasis,thehardwareequipmentiscomparedandselectedfromtheaspectsofbits,storagecapacity,I/Opinnumber,timernumber,etc.AT89C51singlechipmicrocomputerisselectedasthecontrolcore.Afterthat,thehardwareandsoftwarestructureofthesystemisintroducedrespectively,thehardwarecircuitisdesignedindetail,andthecorecircuitsuchastheminimumsystemofsingle-chipmicrocomputerandLCDliquidcrystaldisplaycircuitisemphasized.Intermsofsoftwaredesign,themainprogramflowchartandLCDliquidcrystaldisplaysubroutineflowaresortedoutandintroduced.Finally,thesoftwaresimulationinProteusisadopted.Itisprovedthatthefunctionofmulti-functionpenholdercanberealized,andtheresearchofthispaperhascertaintheoreticalsignificance.Keywords:multi-functionalpenholder;Equipmentselection;Softwareandhardwaredesign;Softwaresimulation目錄第1章緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.4設(shè)計方案的創(chuàng)新點 31.5主要內(nèi)容 4第2章方案設(shè)計與硬件選型 52.1總體設(shè)計方案 52.2單片機設(shè)備選型 52.3計時芯片選型 82.4傳感器選型 92.5顯示屏選型 10第3章硬件設(shè)計 123.1硬件電路總原理圖 123.2單片機最小系統(tǒng) 123.3LCD液晶顯示電路 133.4溫濕度測量模塊 143.5時鐘模塊 153.6鍵盤輸入模塊 153.7聲音模塊 16第4章軟件設(shè)計 174.1軟件簡介 174.1.1Proteus 174.1.2Keiluversion軟件 174.2主程序流程及相關(guān)說明 184.3各硬件模塊驅(qū)動程序流程及相關(guān)說明 204.4.1溫濕度檢測模塊 204.4.2時鐘模塊 214.4.3鬧鐘設(shè)置模塊 214.4.4LCD液晶顯示模塊 224.4.5蜂鳴報警模塊 23第5章測試結(jié)果與分析 255.1軟件測試 255.2仿真測試 255.2.1時間設(shè)置測試 265.2.2鬧鐘模塊測試 275.2.3溫濕度測試 28結(jié)論 30致謝 32參考文獻 33附錄 35第1章緒論1.1研究背景如今，國家提出“碳達峰”、“碳中和”戰(zhàn)略，節(jié)能減排在各行各業(yè)都十分重要，如何能夠在滿足日常功能的情況下，降低能耗，是所有電氣設(shè)備都應(yīng)該思考的問題。筆筒憑借其精度高、能耗低、工作穩(wěn)定、使用壽命長的特點，已經(jīng)成為計時設(shè)備的主流，與傳統(tǒng)機械鐘表相比，筆筒確實能夠在精度上提升許多，但如何在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)降低其能耗，豐富其功能，是目前制造行業(yè)的研究方向。本文結(jié)合本科期間所學，利用單片機、電路理論、電力電子技術(shù)等課程的基礎(chǔ)知識，設(shè)計了一款多功能筆筒，該課題能夠?qū)⒃趯W校期間所學的知識進行實際應(yīng)用，能夠為鬧鐘的創(chuàng)新應(yīng)用提供一個新的解決思路，具有一定理論意義；能夠了解電氣項目的全流程，鍛煉自己的軟硬件設(shè)計能力、信息檢索能力以及論文撰寫能力，具有一定實際意義。1.2研究意義隨著人們生活水平的提高，越來越多的人不再局限于衣食住行的安樂，希望享受更高級的馬斯諾需求。而且，現(xiàn)代社會人們的生活壓力日益增加，生活節(jié)奏緊張，具有萬年歷與鬧鐘功能的智能筆筒能夠極大的便利用戶，減少筆筒的占位的空間，因此，具有萬年歷與鬧鐘功能的智能筆筒具有廣泛的市場需求。對其開展研究對我國的小商品產(chǎn)業(yè)具有一定實際意義。具有萬年歷與鬧鐘功能的智能筆筒從其本質(zhì)上看，是一種電氣控制系統(tǒng)，單片機構(gòu)成的控制系統(tǒng)，對其開展研究，能夠豐富單片機控制系統(tǒng)研究，具有一定的理論意義。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀根據(jù)近年來的數(shù)據(jù)顯示,2017年智能家居設(shè)備市場僅占1.1億，智能家居出貨量在全國范圍內(nèi)快速增長。目前，智能家居已成為全球最具發(fā)展?jié)摿妥钣星熬暗漠a(chǎn)業(yè)之一。2019年中國智能家居市場的出貨量突破2億大關(guān)，達到2.1億臺，較2018年上升33.5%。隨著智能終端、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷成熟，未來幾年，我國智能家居產(chǎn)品市場規(guī)模將會持續(xù)擴大。受疫情影響,2020年國內(nèi)智能家居設(shè)備市場出貨量可達2.2萬臺。隨著人們生活水平提高和對美好生活追求的提升，智能家居產(chǎn)品也越來越多地被消費者接受。預(yù)計2022年我國智能家居設(shè)備的發(fā)貨量將達2.4億臺。隨著人們對生活品質(zhì)要求的提升和智能家電技術(shù)發(fā)展，智能家居行業(yè)也進入快速發(fā)展期，并逐漸形成了以智能硬件為主導(dǎo)、以軟件服務(wù)為輔的產(chǎn)業(yè)格局。隨著近年來我國人均可支配收入的不斷增加，人們對品質(zhì)生活的渴望越來越強烈，中國智能電子設(shè)備行業(yè)獲得了一個很好的發(fā)展機遇。目前，好太太在國內(nèi)智能電子設(shè)備行業(yè)中占據(jù)了81%的主要市場。從需求方面看，電子設(shè)備使用期限為5-8年不等，購買需求主要來自新房裝修、電子設(shè)備更換更新等。目前，智能家居已成為全球最具發(fā)展?jié)摿妥钣星熬暗漠a(chǎn)業(yè)之一。受國家房地產(chǎn)調(diào)控政策影響，新房裝修造成電子設(shè)備購買需求發(fā)展緩慢，而相對穩(wěn)定的存量房電子設(shè)備換洗更新需求，占據(jù)電子設(shè)備市場需求較大份額。智能家居企業(yè)和房地產(chǎn)商之間的合作也在逐漸增加，今后精裝房智能電子設(shè)備的配置率有提升的空間。所以在一國知識之家求學的歷程是分如下時間進行的:萌芽時期：國內(nèi)的家電企業(yè)與研究人員對于智能建筑的了解尚處于起步階段，對于目前的智能建筑的了解還不太成熟，對于該設(shè)備的原理尚不清晰，且目前國內(nèi)企業(yè)還沒有專門的制造商。波動成長時期：在這一階段，眾多家電制造企業(yè)對于智能家居的發(fā)展開始關(guān)注，并著手嘗試自行研發(fā)相關(guān)設(shè)備，盡管我們能夠看到智能家居的相關(guān)產(chǎn)品在市場上不斷。但是其能夠提升生活水平的功能卻略有夸大。在此背景下。各個企業(yè)競爭劇烈，處于行業(yè)的藍海期。合并期：近年來，知識家庭經(jīng)濟學進入了一個迅速發(fā)展和融合的時期，研發(fā)及批量生產(chǎn)正逐步產(chǎn)業(yè)化、正?；?，價格漸漸向老百姓能接受的區(qū)間靠攏，并且持續(xù)得到政府有關(guān)政策扶持，知識產(chǎn)權(quán)逐漸步入快速發(fā)展的時期，并且開始沿著真正知識產(chǎn)權(quán)之路向前發(fā)展有關(guān)家。由此展開，我們會發(fā)現(xiàn)，在這個階段，國家智能住房還處在發(fā)展期，智能住房的程度甚至要低得多，由于智能家居普遍集成與集成不完善，但是我們還能發(fā)現(xiàn)，智能家居經(jīng)濟學在我國還有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，和商業(yè)有關(guān)的智能家居對于發(fā)展來說是非常重要的，華山、楚米扎等，一些知名公司，如海樂，已獲得巨大成功。同時也會構(gòu)成對國內(nèi)智能家居知識產(chǎn)權(quán)方面研究的繼續(xù)深入。中國生產(chǎn)的智能家居產(chǎn)品，要立足世界智能住宅產(chǎn)業(yè)。近年來，國內(nèi)外研究人員對多功能筆筒的研究充滿熱情。我國對多功能筆筒的研究起步較晚，與國際先進水平仍有一定差距。但在相關(guān)科學機構(gòu)的大力支持下，它發(fā)展迅速。文獻[1]基于51單片機制造了一種多功能筆筒表。電子時鐘使用MedWinV3.0進行軟件編程，并使用Proteus進行仿真。電子手表可以精確顯示一個月、一天和一周的小時、分鐘和秒。但該設(shè)備功能不全，無法設(shè)置報警。文獻[2]采用MSP430G2系列單片機設(shè)計電子手表，可實現(xiàn)基本的時間、分鐘和秒顯示，并可在LED數(shù)碼管上顯示鬧鐘、報告時間，感謝您提供的文獻參考。這些文獻都描述了基于單片機的多功能電子手表或電子時鐘的設(shè)計和實現(xiàn)。文獻[3]使用了AT89C51單片機作為控制核心，通過DS1302手表芯片和DHT11溫濕度傳感器，實現(xiàn)了一種智能多功能電子手表。該手表具有簡單的電路、低功耗、低成本和易于實施等優(yōu)點。它能夠精確顯示月、日、時、分和秒，能計算閏年，并提供鬧鐘功能。文獻[4]設(shè)計了一款基于單片機的電子時鐘。該時鐘使用單片機控制基本數(shù)字電路，并擴展了4×4鍵盤和4位LED數(shù)碼顯示器。它能夠顯示小時和分鐘，并通過按鍵實現(xiàn)鬧鐘、整點報時、分校時等功能。文獻[5]使用AT89C51單片機作為主控芯片，通過時鐘芯片DS1302實現(xiàn)了實時時鐘功能。該設(shè)計可以提供精確的實時時鐘功能。這些文獻的設(shè)計和實現(xiàn)都為基于單片機的多功能電子手表或電子時鐘提供了有價值的參考。您可以根據(jù)自己的需求和具體情況，結(jié)合相關(guān)技術(shù)和設(shè)計思路，進行自己的項目實現(xiàn)。通過八位數(shù)碼管顯示實時時鐘的具體時間，并通過獨立按鍵實現(xiàn)時鐘和鬧鐘的調(diào)時功能，通過溫度傳感器DS18B20檢測當前的環(huán)境溫度。文獻[6]基于74LS90計數(shù)器，利用Multisim14.0進行仿真并焊接調(diào)試電路，設(shè)計由秒脈沖電路、計數(shù)電路、譯碼顯示電路、校時電路和整點報時電路組成的數(shù)字電子鐘，實現(xiàn)計時顯示、校時、整點報時的功能。文章旨在分析數(shù)字電子鐘的結(jié)構(gòu)原理，展示數(shù)字電子技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用，并通過硬件電路的焊接調(diào)試過程，為數(shù)字電子鐘的手工制作提供經(jīng)驗參考。文獻[7]選用STC89C52單片機為核心元件，結(jié)合DS12C887時鐘芯片、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器和LCD1602液晶顯示屏等電子器件，采用模塊化設(shè)計方法，完成整體功能設(shè)計。利用Proteus仿真軟件和Keil編譯軟件進行仿真，實現(xiàn)了集年、月、日、時、分、秒、農(nóng)歷、星期、溫度、濕度、鬧鐘功能于一體的電子萬年歷。總之，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，單片機技術(shù)和傳感器控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟。有些功能可以在程序員手中實現(xiàn)。同時，電子產(chǎn)品在充分考慮用戶使用習慣的基礎(chǔ)上，采用低功耗8位單片AT89C51作為主芯片，結(jié)合DS1302時鐘芯片，使用提供精確的同步功能。此外，使用DS18B20溫度傳感器監(jiān)測設(shè)置位置的溫度完全降低了系統(tǒng)的整體功耗，大大提高了設(shè)計的實用性和可靠性。1.4設(shè)計方案的創(chuàng)新點(1)為了能夠有效降低設(shè)備成本，使用高性能單片機AT89C51作為多功能筆筒的控制芯片，節(jié)約了外設(shè)成本。(2)將部分硬件功能轉(zhuǎn)由軟件程序?qū)崿F(xiàn)，從而進一步壓縮了系統(tǒng)的硬件成本支出，提高了市場的競爭力，降低了設(shè)備的制造成本。(3)軟件程序使用C語言進行編寫，做好注釋使其便于移植、閱讀，方便后續(xù)版本迭代升級時對程序進行修訂，減少了在軟件設(shè)計上的投入。(4)由于硬件模塊的簡化，降低了系統(tǒng)遭受電磁干擾的可能，從而使得設(shè)備能夠適用于更加復(fù)雜的環(huán)境。1.5主要內(nèi)容本文主要從以下方面開展研究工作首先，通過收集單片機控制系統(tǒng)的相關(guān)文獻，綜述了課題的研究背景、意義、創(chuàng)新點與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對本文的主要研究內(nèi)容進行闡述；其次，根據(jù)任務(wù)書及開題報告，對本文的設(shè)計任務(wù)進行了分解，闡述了系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的各個功能，并制定了系統(tǒng)功能框圖，以此為基礎(chǔ)進行了主控設(shè)備的選型，對比了單片機、傳感器。顯示屏等元器件，奠定了硬件設(shè)計基礎(chǔ)；再次，對本文的硬件電路進行了介紹，主要包括了單片機最小系統(tǒng)、按鍵電路模塊、溫濕度傳感模塊、LCD液晶顯示模塊、蜂鳴器電路、時鐘電路；第四章在前文基礎(chǔ)上針對硬件電路，開展了對應(yīng)的軟件設(shè)計，介紹了幾個重要的功能函數(shù)，通過軟件設(shè)計，能夠?qū)⒋饲坝布O(shè)計的功能充分發(fā)揮，軟硬件配合，實現(xiàn)設(shè)計的功能。最后，在Proteus中搭建了仿真模型，并且進行了功能測試，證明了設(shè)計的可行性。并且總結(jié)全文。

第2章方案設(shè)計與硬件選型2.1總體設(shè)計方案基于單片機的多功能筆筒可以分為硬件電路和軟件設(shè)計兩部分。硬件電路方面，主要使用DS1302計時芯片來進行時間設(shè)計，系統(tǒng)可以從該芯片中讀取年、月、日、時、分、秒等信息，從而解放單片機內(nèi)部緊張的硬件資源。為了實現(xiàn)良好的人機交互，還增加了4個按鍵，分別是“上”、“下”、“+”和“-”，用戶可以按照LCD液晶顯示屏實時顯示的內(nèi)容來進行選擇，以實現(xiàn)時間設(shè)置、鬧鐘定時、音樂播放和電子書瀏覽等功能。此外，系統(tǒng)還增加了溫濕度檢測功能，使用DS18B20作為溫度傳感器。LCD液晶顯示屏作為人機交互的界面，用于顯示溫度測量結(jié)果。單片機與LCD液晶顯示屏之間通過并行數(shù)據(jù)傳輸，并通過上拉電阻將單片機的I/O引腳與LCD連接起來。綜上所述，硬件電路部分主要包括DS1302計時芯片、按鍵和LCD液晶顯示屏。這些組件和功能的結(jié)合可以實現(xiàn)時間設(shè)置、鬧鐘定時、音樂播放、電子書瀏覽和溫濕度檢測等功能。利用煙霧傳感器實現(xiàn)對環(huán)境煙霧進行檢測，在觸發(fā)時，能夠發(fā)出燈光告警。整個基于單片機的多功能筆筒的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。獨立按獨立按鍵操作電路電源蜂鳴報警時鐘電路顯示模塊電路溫度檢測主控模塊AT89C51圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖2.2單片機設(shè)備選型綜合了多功能筆筒所預(yù)實現(xiàn)的功能，以及各類單片機的基本特點，本設(shè)計對比了四種單片機方案：（1）AT89C51單片機這一款單片機經(jīng)過了近50年的市場選擇，依然能夠具有較好的市場競爭力，究其原因，性價比高是其保持長盛不衰的秘訣，內(nèi)部的8位Flash，6K的SRAM能夠保證一般應(yīng)用的使用需要，同時32個I/O引腳也能夠滿足與其他外設(shè)的并行連接，2個16位的獨立定時器依然能夠保證穩(wěn)定的工作，最后，其通過調(diào)整外接晶振以及單片機內(nèi)部的倍數(shù)關(guān)系，可以實現(xiàn)40MHz的最大工作頻率，即便在現(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)場，這樣的頻率，依然能夠滿足大部分工業(yè)設(shè)備的控制需要[8]。其基本參數(shù)如下表2-1所示。表2-1AT89C51單片機的基本參數(shù)表額定電壓5VADC/FLASH4KIO引腳32個定時器2個16位定時器最大工作頻率40MHz（2）MSP430F249單片機STM32單片機的基本型雖然能夠滿足基本應(yīng)用，但是，其功耗較高，所以在使用時對于電源要求較高，針對這一痛點，TI公司推出了MSP430單片機，該單片機最大的特點就是低功耗，同時對CPU進行了升級，其內(nèi)置位數(shù)為16位，定時器數(shù)量也增加到4個，能夠?qū)崿F(xiàn)更大的設(shè)計靈活性，內(nèi)置了2個12位ADC，此外，該單片機充分考慮了與外設(shè)的連接，引腳數(shù)量是單片機中最高的48路，因此，在硬件設(shè)計時，擁有較多的選擇性。在工作頻率上，內(nèi)置一塊32MHz晶振，因此，可以實現(xiàn)最高16MHz的工作頻率，最需要注意的是，該單片機在不同的低功耗模式下，能夠使用不同的系統(tǒng)時鐘，即ACLK、MCLK、SMCLK，這三個始終輸出給不同的系統(tǒng)模塊，從而可以更加合理的利用系統(tǒng)電源，在最低功耗情況下，僅位0.3uA。其參數(shù)如下表2-2所示。表2-2MSP430F249單片機的基本參數(shù)額定電壓1.8-3.6VADC8通道12位ADCFLASH64KIO引腳48個定時器4個16位定時器最大工作頻率16MHz（3）DSP數(shù)字信號處理器單片機硬件的不斷發(fā)展后，工程師們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)單片機架構(gòu)已經(jīng)無法支持硬件性能的大幅增長，此時，DSP應(yīng)運而生，以工業(yè)應(yīng)用中使用最多的C2000系列為例，其內(nèi)部的定時器位數(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)32位，同時，由于架構(gòu)的改進，定時器可以實現(xiàn)聯(lián)用，也可以實現(xiàn)單獨運行，十分靈活，內(nèi)部的CPU運行速度也得到了大幅提升，其每秒處理的任務(wù)指令在理想狀態(tài)下高達150萬條。其程序和數(shù)據(jù)的存儲空間也提升至256K的FLASH，同時，在設(shè)備引腳上，116個引腳能夠滿足設(shè)計師各類天馬行空的設(shè)計想法，這里需要注意，DSP的部分引腳采用的功能復(fù)用，通過軟件寄存器定義，引腳可作為基本I/O口，也可以作為特殊功能引腳存在，本文使用TMS320F2407的基本參數(shù)如下表2-3所示。表2-3TMS320F2407的基本參數(shù)表額定電壓3-3.6VADC10通道16位ADCFlash64KIO引腳116個定時器三個32位定時器最大工作頻率30MHz（4）AVR單片機AVR單片機是ATMEL公司推出的一款8位單片機，該單片機對指令集進行了精簡，同時，對單片機的硬件結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，通過精簡指令集，能夠使得單片機的運行速度更快，故障率更低，其指令最高運行速度可以達到1Mips/MHz，內(nèi)部的Flash能夠支持串行、并行通信，EPROM64K，另外，為了方便使用，AVR單片機的I/O線設(shè)置了上拉電阻，且其值可調(diào)，這樣，在進行電路設(shè)計時，就不需要額外增加硬件電路，從而降低硬件設(shè)計成本。針對電機控制應(yīng)用，AVR單片機設(shè)置了一個定時器雙向計數(shù)模式，通過與比較寄存器的配合，可以實現(xiàn)脈寬調(diào)制PWM控制。本文以AT90S1200為例，其基本參數(shù)如下表2-4所示。表2-4AT90S1200的基本參數(shù)表額定電壓3VADC10通道16位ADCFlash1KIO引腳15個定時器1個8位定時器最大工作頻率8MHz（5）綜合分析綜合對比以上四種控制器，其各有優(yōu)勢，所以，梳理其基本參數(shù)，可以得到如下表2-5所示的性能比較情況，主要從最大工作頻率、使用難度、采購成本、ADC、存儲空間大小等方面展開。表2-54種控制核心的性能比較表類型存儲空間ADC采購成本最大工作頻率使用難度TMS320F240764K10通道16位ADC高40MHz較難AT89C514K無低24MHz簡單MSP430F24964K8通道12位ADC低16MHz較難AT90S120064K無低8MHz簡單從上表中可以看出，從存儲空間上看，AT89C51最小，其余三者一致，因此，AT89C51單片機可能在大型編程時，存在存儲空間不足的情況，需要外擴存儲器；從ADC上看，AT89C51單片機無ADC，其余三者均由內(nèi)置ADC，不過，考慮到目前的單片機控制系統(tǒng)，通常采用傳感器接入，而常用傳感器均能夠完成信號轉(zhuǎn)換，無需另設(shè)傳感器；從成本上看，AT89C51單片機便宜實惠，而DSP價格較高，MSP430F249也是另一個經(jīng)濟實惠的選擇，同時其低功耗模式在后續(xù)投入使用時，也具有很強的吸引力；從最大工作頻率上看，幾款控制核心各有特色，需要結(jié)合產(chǎn)品的使用需要具體分析；最后從使用難度上看，MSP430F249等三款都不同程度的具備引腳復(fù)用功能，所以編程難度較高，AT89C51則相對簡單?？紤]到本設(shè)計的功能相對簡單，沒有復(fù)雜的功能需要實現(xiàn)，同時，TMS320F2407和AVR單片機的使用難度較高，對程序新手來說，需要花費較長時間進行程序設(shè)計的學習，另外，MSP430F249的工作頻率較低，AVR單片機則因為硬件過于簡單，針對本應(yīng)用，引腳數(shù)量較少，即使采用并行通信方式，也需要在軟件設(shè)計上精打細算，同時，因為引腳數(shù)量小，也會導(dǎo)致項目的未來擴展空間不足。所以，本設(shè)計選擇簡單使用的AT89C51單片機，這一款單片機是入門級單片機，也是學校單片機技術(shù)的研究對象，因此，對于該單片機較為熟悉，容易上手。2.3計時芯片選型對于基于單片機的多功能筆筒項目，準確的時間是必需的。鑒于單片機內(nèi)部資源有限，不適合提供基準時鐘，因此需要選擇一款計時芯片。經(jīng)過查詢相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)市場上主流的計時芯片有兩款，分別是Maxim公司的DS3231和DALLAS公司的DS1302。DS3231是一款廣泛應(yīng)用的計時芯片，由Maxim公司生產(chǎn)。它具有高測量精度，同年誤差約為1分鐘。當月份時間少于31天時，它能自動調(diào)整日期，并能實現(xiàn)閏年補償?shù)裙δ埽?100年之前）。此外，DS3231通過串口傳輸時間數(shù)據(jù)，可以節(jié)約微控制器的I/O引腳。其額定工作電壓在3.3V-5V之間。DS1302是DALLAS公司制造的計時芯片。它提供12小時和24小時兩種時間格式，并內(nèi)置31字節(jié)的RAM用于數(shù)據(jù)存儲。額定工作電壓范圍為2V-5.5V。此外，DS1302還具備雙電源供電模式，在主電源與備用電源電壓相比超出0.2V時，會自動切換至主電源供電，反之，則由備用電源供電。表2-6計時芯片參數(shù)對比項目DS3231DS1302工作電壓3-5V2.0-5.5V工作電流/可小于300nA測量范圍2cm-500cm100-550cm規(guī)格尺寸38*22*14mm35*22.5*15mm通訊速率400kHz20kHz根據(jù)上表，我們可以發(fā)現(xiàn)DS1302和DS3231的基本參數(shù)非常相似。值得注意的是，在相同的工作電壓條件下，DS1302具有更低的工作電流，因此功耗更低。此外，DS1302的尺寸更小，更輕便。盡管其通信速率較低，但考慮到其主要用于時間設(shè)置，20kHz的通信速率完全能夠滿足系統(tǒng)的需求。此外，DS1302具有更寬的工作電壓范圍。即使在使用電池驅(qū)動時，即使電池因為使用時間過長導(dǎo)致輸出電壓降低，DS1302的性能仍然能夠保持。因此，本文選擇DS1302作為本文的計時芯片。2.4傳感器選型（1）SHT10溫濕度傳感器瑞士Sensirion公司出品的SHT10溫濕度傳感器是目前工業(yè)現(xiàn)場常見的一款高性能溫濕度傳感器，就工業(yè)級傳感器而言，該款傳感器的的諸多優(yōu)點使得其在一眾競爭對手脫穎而出，其具有比較廣的測量范圍（-55-128℃），能夠覆蓋日常生活中的各種極端溫度范圍，此外，尤其在-10~82℃之間，其精度可以達到0.5℃，由于內(nèi)置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，所以SHT10可以直接輸出與單片機相連的數(shù)字信號，其構(gòu)成的電路，無需增設(shè)AD轉(zhuǎn)換裝置，可以降低電路規(guī)模，其具體參數(shù)如下表2-7所示。表2-7SHT10傳感器的基本參數(shù)額定電壓濕度范圍測濕精度2.4-5.5V0-100%±4.5%測溫范圍測溫精度響應(yīng)時間-40-123.8℃±0.5℃8s（2）DHT11型溫濕度傳感器DHT11溫濕度傳感器是由廣州奧松有限公司生產(chǎn)的一種，高性價比的溫濕度傳感器，其溫濕度分辨率分別是1℃/1%，且在正常情況下，溫度可以實現(xiàn)在0-50℃范圍內(nèi)測量，濕度可以實現(xiàn)20%-90%的測量，其基本參數(shù)如下表2-8所示。表2-8DHT11溫濕度傳感器的基本參數(shù)額定電壓濕度范圍測濕精度3.3-5.5V20%-90%±5%測溫范圍測溫精度響應(yīng)時間0-50℃±2℃8s考慮到本文僅僅需要進行簡單的溫濕度測量，因此，從成本角度考慮，無需選用兼具高精度的溫濕度傳感器SHT10，所以本文選用簡單的DHT11作為本設(shè)計的溫濕度傳感器。2.5顯示屏選型（1）LCD液晶顯示屏作為目前在中低端應(yīng)用最為廣泛的顯示屏，LM041L甫一推出，便受到了市場的歡迎，其憑借穩(wěn)定的運行工況，良好的顯示效果，占有了大量的市場，即便在其上市近40年后，因為其可以供用戶實現(xiàn)并聯(lián)、串聯(lián)通信，所以，其在與單片機的通信時，占用的引腳數(shù)量比較靈活，為工程設(shè)計人員提供了很多選擇，所以，在今天，其依然擁有很強的市場競爭力。（2）OLED液晶顯示屏OLED液晶顯示屏，憑借近幾年蘋果手機的熱賣成功“出圈”，其顯示效果比傳統(tǒng)的LCD顯示屏更適合人體的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，顏色更加逼真，同時，其顯示原理是通過微笑的半導(dǎo)體材料發(fā)光，所以，在體積上，也能夠保持的很好，在一些高端的應(yīng)用場合，其能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的顯示效果，不過，以上的諸多優(yōu)點帶來了價格的高企，而價格則限制了OLED顯示屏在一些簡單應(yīng)用場合的使用，使其應(yīng)用廣度上遭受了限制，同時，該器件在控制上比較繁瑣，使其顯示一個特定字符需要比較多的程序量，所以對于新手而言，其不算友好，需要花費較多時間，學習程序編制。（3）TFT彩屏TFT彩屏即所謂的薄膜晶體管型液晶顯示器，此類顯示器相對較于傳統(tǒng)液晶顯示器來說，其色彩顯示與現(xiàn)實更加接近，其顯示的本質(zhì)在于每一個像素都對應(yīng)了一個半導(dǎo)體開關(guān)，可以通過連續(xù)發(fā)射電子脈沖控制開關(guān)，這樣就能夠任意顯示不同色階的色彩，其具有高對比度、高亮度、色彩鮮艷的特點，是目前手機等電子產(chǎn)品的首選顯示裝置。其缺點主要是能耗較高，成本較高。在對比三種顯示器后，本設(shè)計決定選擇LCD液晶顯示器作為設(shè)計的主顯示器，這是充分考慮了本設(shè)計的功能后進行的選擇，因為僅有測距距離需要進行顯示，同時較小的屏幕占用的空間也較小，方便安裝，此外，在價格上經(jīng)過查詢，LCD液晶顯示器也相較OLED更有性價比。

第3章硬件設(shè)計3.1硬件電路總原理圖基于單片機的多功能筆筒系統(tǒng)主要由單片機最小系統(tǒng)、電源電路、LCD液晶顯示電路、DS1302時鐘電路、溫濕度傳感器以及鍵盤驅(qū)動電路等部分組成。其整體電路如圖3-1所示。圖3-1硬件系統(tǒng)總電路圖3.2單片機最小系統(tǒng)本文的單片機選擇AT89C51單片機，其是STC公司推出的新一代功耗低，速度快，抗干擾能力強的單片機。單片機最小系統(tǒng)的電路如下圖3-2所示。圖3-2單片機最小系統(tǒng)參考單片機芯片手冊，搭設(shè)了典型的最小系統(tǒng)電路，其中主要包括了晶振電路于復(fù)位電路，AT89C51內(nèi)置晶振可能存在誤差，所以，通常來說，都采用外置晶振源，這樣能夠為系統(tǒng)提供精準的系統(tǒng)時鐘，本文的系統(tǒng)時鐘為1kHz，外置晶振12MHz，電容為30PF，晶振源與單片機的XTAL1、XTAL2相連，并盡可能靠近，這樣能夠最大程度的避免電磁干擾，保證時鐘穩(wěn)定。此外，AT89C51的RST引腳外界復(fù)位按鍵，這是為了防止系統(tǒng)跑入死循環(huán)，通過該引腳，能夠使系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，將內(nèi)部的各個寄存器清空。根據(jù)芯片手冊，當該引腳收到一個24周期以上的高電平時，系統(tǒng)將自動復(fù)位。3.3LCD液晶顯示電路本設(shè)計中使用LM041L進行顯示，其采用并行接口進行信息通信，P0.0-P0.7引腳用于數(shù)據(jù)傳輸，而P2.0、P2.1、P2.2用于功能命令控制，另外LM041L的3引腳接一個變阻器，從而可以方便的調(diào)節(jié)LM041L的顯示亮度，這里的LM041L采用5V直流供電。其具體電路如下圖3-3所示。圖3-3LCD液晶顯示電路3.4溫濕度測量模塊本設(shè)計中，需要對室內(nèi)的溫濕度進行精確測量，所以需要設(shè)計溫濕度檢測電路，根據(jù)上一章的設(shè)備選型，采用溫濕度傳感器DHT11進行溫度測量。其在日常使用的室溫范圍（0-30℃）內(nèi)的工作精度較高。這里，引腳2是與微控制器引腳p1.0交換數(shù)據(jù)以傳輸掃描獲得的溫濕度信息的數(shù)據(jù)傳輸引腳。引腳2確保溫度數(shù)據(jù)快速可靠地傳輸?shù)轿⒖刂破?。根?jù)芯片手冊，可以建立一個如圖3-4所示的典型電路。圖3-4溫度測量電路3.5時鐘模塊在功能設(shè)計中，需要使用時鐘模塊提供本設(shè)計的計時功能，而根據(jù)DS1302的芯片手冊，其需要外接晶振以提供穩(wěn)定晶振脈沖，這里選用的外接晶振為32KHz，按照典型電路連接，由單片機的P3.0、P3.1、P3.2引腳分別與RST、SCK和I/O相連，接3.3V電源，數(shù)據(jù)通過串行方式進行通訊，其電路如下圖3-5所示。圖3-5時鐘模塊電路圖3.6鍵盤輸入模塊配置單一按鍵的原理圖非常簡單。按鍵的軟件識別程序相對簡單。但是硬件是電路需要一一對應(yīng)。如果按鍵數(shù)量較大，可以采用行列方式進行組合，這樣能夠很大程度的減少引腳開銷。綜合判斷本文的具體功能，因此，采用獨立式的4個按鍵實現(xiàn)。為方便用戶在使用時進行人機交互，提升用戶體驗，本系統(tǒng)增加了手動控制功能。為了方便調(diào)節(jié)時間的增減，所以設(shè)置了時間“+”、“-”調(diào)節(jié)按鈕，可以人為地對系統(tǒng)的各種功能檔位進行調(diào)整，此外還設(shè)置了功能按鈕“Start”、“NEXT”。其具體電路如圖3-6所示。將P1.1、P1.3、P1.5、P1.6引腳連接按鍵，另一端接地，即可實現(xiàn)該功能。圖3-6鍵盤輸入模塊電路圖3.7聲音模塊當鬧鐘模塊達到定時時間時，需要播放聲音進行告警，這里簡單的通過單片機直接空外蜂鳴器實現(xiàn)該功能，單片機的P2.3引腳置1，此時蜂鳴器導(dǎo)通，發(fā)出報警聲。同時，為了防止蜂鳴器故障時，電源直接接入單片機燒壞引腳，在單片機與蜂鳴器之間串聯(lián)一個100Ω的限流電阻。其電路如下圖3-7所示。圖3-7聲音模塊電路圖

第4章軟件設(shè)計在基于單片機的多功能筆筒設(shè)計中，硬件結(jié)構(gòu)主要包括單片機最小系統(tǒng)、時鐘模塊電路、LCD顯示電路、聲音模塊、溫濕度檢測電路以及鍵盤輸入電路。為了確保各個硬件模塊的功能正常實現(xiàn)，控制系統(tǒng)的軟件需要具備以下主要功能：1.環(huán)境溫度采集：軟件需要實現(xiàn)對當前環(huán)境溫度的采集。溫度采集模塊可以直接將采樣到的溫度信息傳送至單片機存儲器，無需通過AD轉(zhuǎn)換器。軟件需要讀取采集到的信號，并實時在LCD液晶顯示屏上顯示當前環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)。2.DS1302時鐘模塊調(diào)用：軟件需要調(diào)用DS1302時鐘模塊，讀取其中存儲的時間值，并在液晶屏上顯示當前時間。3.鍵盤輸入檢測：軟件需要檢測鍵盤輸入的命令。根據(jù)按鍵輸入的命令，軟件可以跳轉(zhuǎn)至不同的函數(shù)，以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。4.LCD液晶顯示：軟件需要控制LCD液晶顯示屏，將溫度數(shù)據(jù)和時間值顯示在屏幕上。5.MP3播放：軟件需要控制聲音模塊，實現(xiàn)MP3的播放功能。6.電子書顯示模塊：軟件需要控制電子書顯示模塊，實現(xiàn)電子書的閱讀功能。通過以上功能的實現(xiàn)，整個控制系統(tǒng)可以正常工作，并具備多種功能，如環(huán)境溫度采集、時鐘調(diào)用、鍵盤輸入檢測、LCD液晶顯示、MP3播放和電子書顯示。4.1軟件簡介4.1.1Proteus軟件的版本很多，現(xiàn)在最新版是8.15，這個版本大大地擴展了元件庫，能為電路測試提供更多測試信號。同時，該軟件應(yīng)用靈活方便，能夠根據(jù)需要進行擴展和修改。本軟件在教學，實驗教學，課設(shè)，畢設(shè)等方面都有著廣泛的應(yīng)用、及電子產(chǎn)品初代發(fā)展過程。在此基礎(chǔ)上還設(shè)計并實現(xiàn)了一個虛擬示波器和一個虛擬電子技術(shù)實驗室。此版軟件內(nèi)包含電機、各種虛擬儀器，如發(fā)光二極管，顯示器等等，能使用戶更容易地觀察仿真運行效果。4.1.2Keiluversion軟件美國Keil軟件公司推出了51系列與微控制器相容C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)——Keiluvision軟件，它是采用了與傳統(tǒng)C語言相近的語法而研制出來，本實用新型可讀性好，便于維修，結(jié)構(gòu)簡單、功能簡單的優(yōu)點，方便易學，將提高效率，縮短項目開發(fā)周期。同時，該軟件應(yīng)用靈活方便，能夠根據(jù)需要進行擴展和修改。其功能如下：全面支持Cortex-R4,ARM7等產(chǎn)品、微控制器系列ARM9裝置、行業(yè)領(lǐng)先ARMC/C編譯工具鏈,μvision4IDE等、調(diào)試器和仿真環(huán)境。同時也具備多種高級語言和匯編語言接口，可滿足不同用戶在編程時對編程語言的需求?？梢哉f,Keiluversion現(xiàn)在是最流行的編譯器之一，它的人性化截面可以滿足用戶設(shè)計需求，另外，最新版的Keiluversion5增加幾十種單片機，它可以涵蓋大部分市場上主流的控制芯片，因此，本次設(shè)計采用軟件為程序編譯器。4.2主程序流程及相關(guān)說明主程序流程如圖4-1所示?；趩纹瑱C的多功能筆筒的主程序采用面向過程的設(shè)計方法，使用C語言進行程序設(shè)計，整個程序首先對文中所使用的函數(shù)進行聲明，然后對全局中使用的變量進行定義，主程序主要使用while函數(shù)構(gòu)成的主循環(huán)，在主循環(huán)中通過對函數(shù)的引用實現(xiàn)各個功能，此外，對于鍵盤輸入模塊，采用中斷方式進行，通過中斷服務(wù)子程序，在滿足觸發(fā)條件時，進行處理，擱置此前運行程序，在完成中斷程序后，再返回此前運行程序。主函數(shù)的作用是構(gòu)成了系統(tǒng)軟件程序的骨架，在這個骨架上，各個子函數(shù)用于實現(xiàn)具體功能，類似具體的肌肉，實現(xiàn)各種功能。圖4-1主程序流程圖4.3各硬件模塊驅(qū)動程序流程及相關(guān)說明4.4.1溫濕度檢測模塊溫度傳感器對環(huán)境中的溫度進行檢測，將收集到的溫度信息傳送到單片機中，單片機根據(jù)輸入信號與設(shè)定值之間的差異做出回應(yīng)。本設(shè)計中的溫度采集子程序需要首先對采樣芯片DHT11進行初始化，在收到其初始應(yīng)答脈沖后，在依次發(fā)出掃描命令和轉(zhuǎn)換命令，之后等待DHT11完成溫度轉(zhuǎn)換并返回應(yīng)答脈沖，這時單片機將DHT11傳輸?shù)男盘栠M行讀取，在換算為10進制溫度值進行輸出。其軟件流程圖如圖4-2所示。圖4-2溫度傳感模塊功能流程圖4.4.2時鐘模塊本研究的核心是時鐘模塊，其工作時序圖如圖4-3所示[10]。首先，需要使能端CE保持高電平。然后，在時鐘的上升沿寫入一個字節(jié)。值得注意的是，DS1302在工作時需要一次性讀寫兩個字節(jié)。第一個字節(jié)是控制命令，用于指示器件此次操作是讀取還是寫入；第二個字節(jié)是相應(yīng)的讀寫數(shù)據(jù)。最后，在將CE置為1之前，必須保持SCLK引腳處于低電平狀態(tài)。因此，在初始化時，需要先將SCLK置為0，然后將CE置為1，并隨后發(fā)送控制命令與數(shù)據(jù)。圖4-3DS1302工作時序圖4.4.3鬧鐘設(shè)置模塊鬧鐘時間的設(shè)置是本設(shè)計的核心功能，其可以通過鍵盤輸入電路與LCD液晶顯示屏的配合實現(xiàn)，這里將其軟件控制流程做出說明，如下圖4-4所示。圖4-4鬧鐘設(shè)置模塊流程圖由上圖可見，鬧鐘設(shè)置模塊的流程簡單直接，完成鬧鐘時間設(shè)置后，若當前主時鐘與鬧鐘設(shè)置時間一致，則觸發(fā)鬧鈴，播放音樂。4.4.4LCD液晶顯示模塊本設(shè)計中需要使用LCD液晶顯示屏顯示其功能數(shù)據(jù)，此外，本設(shè)計中，液晶顯示器的作用除了顯示溫濕度外，與鍵盤電路聯(lián)動，能夠為用戶調(diào)節(jié)鬧鐘時間、溫度報警上限提供指引，從而實現(xiàn)較好的人機互動。LCD液晶顯示子程序流程圖如圖4-5所示。在開始數(shù)據(jù)顯示前，需要進行初始化，之后，檢測該芯片是否處于忙的狀態(tài)，即其BF引腳是否為0，若芯片不忙，則在獲得其RAM地址后可以向該地址寫入數(shù)據(jù)，此外，需要注意，LM041L內(nèi)部的字符庫使用的ASCⅡ碼，所以，只能顯示英文和數(shù)字字符。開始開始設(shè)置光標調(diào)用顯示子程序？初始化顯示位置和內(nèi)容NY設(shè)置輸入方式清屏結(jié)束數(shù)據(jù)處理參數(shù)顯示的地址顯示處理后的一位數(shù)據(jù)源圖4-5LCD液晶顯示流程圖4.4.5蜂鳴報警模塊蜂鳴報警電路的控制邏輯設(shè)計并不復(fù)雜，只需要簡單的實現(xiàn)對圖3-7中三極管的開斷控制即可，這里，在C程序設(shè)計中，需要簡單的if語句就可以實現(xiàn)該功能。蜂鳴報警電路的啟動流程以邏輯判斷為基礎(chǔ)，當當前時間達到鬧鐘時間時，觸發(fā)蜂鳴報警模塊，此時軟件中內(nèi)置全局變量flag=1，其邏輯判斷為真，則通過P2.3引腳置1，從而直接啟動蜂鳴電路，如果flag未觸發(fā)，邏輯判斷為假，則將P2.3引腳置0，不啟動蜂鳴電路，其軟件邏輯流程如圖4-6所示。圖4-6蜂鳴控制邏輯流程圖

第5章測試結(jié)果與分析5.1軟件測試如果程序完成之后，編譯時出現(xiàn)錯誤，然后說明在程序編制時存在邏輯錯誤，這時，從編譯器底端的錯誤提示中可以檢測出問題所在，此外，為了防止程序在后續(xù)運行過程中出現(xiàn)不可預(yù)料的問題，應(yīng)該盡可能的解決調(diào)試過程中出現(xiàn)的“warning”項目，這些項目可能在后續(xù)運行中爆發(fā)問題，應(yīng)該盡力解決。在軟硬件聯(lián)調(diào)時，由于驅(qū)動程序中的RS與RW引腳接反會導(dǎo)致引腳邏輯錯誤，這樣通電后也找不出問題來，系統(tǒng)沒有報錯所以，再調(diào)換一下這引腳，系統(tǒng)重新恢復(fù)正常。以顯示器為輸出端口，以避免整個過程出錯。在軟件方面對各電路做相應(yīng)修改后再運行。最后，實現(xiàn)了系統(tǒng)的總體目標，實現(xiàn)了本設(shè)備的總體功能，本文也對系統(tǒng)總體情況做了測試。5.2仿真測試系統(tǒng)上電后，LCD液晶顯示如下圖5-1所示，其中，LCD的第一行顯示“Date”，此時顯示內(nèi)容為20-01-01，第二行為“Time”，此時間為00：00：00，與當前北京時間不一致，所以在開始測試前，需要進行時間的設(shè)置。第三行為“Week”星期，以及當前的鬧鐘時間。第四行為溫濕度情況，從圖鐘可見此時的濕度為85%，溫度為44℃，檢查與此時的DHT11顯示情況一致。圖5-1系統(tǒng)上電后的初始化圖5.2.1時間設(shè)置測試為了能夠?qū)ο到y(tǒng)時間設(shè)置進行測試，首先將“Start”斷開，然后摁下一次“NEXT”按鈕，此時，液晶顯示界面如下圖5-2所示。修改的順序依次為：Date->Week->Time->Alarm，可以通過“+”、“-”修改數(shù)值大小。圖5-2時間設(shè)置界面通過“+”、“-”按鈕可以將時間設(shè)置到正確的時間后，按下“Next”按鈕，就可以得到如下圖5-3所示測試圖。已經(jīng)與目前的時間一致。a）時間設(shè)置測試圖1b)時間設(shè)置測試圖2圖5-3時間設(shè)置測試圖為了對本設(shè)計中的時間模塊進行時間測試，將程序啟動后，對其進行了不同長度的測試，以觀察其是否存在時間上的偏差，分別設(shè)置了30分鐘，1小時，12小時以及24小時4個時間段，并將測量結(jié)果編制如下圖5-1所示。表5-1時間模塊測試結(jié)果表實際時間測量時間誤差08:0008:00008:3008:30009:0009:00020:0020:00008:00（次日）08:00（次日）0從上表中可以看出，本文的時間計時相當準確，在仿真系統(tǒng)中，由于沒有外界因素干擾，DS1302處于理想的工作模式下，因此可以保證計時的準確性。5.2.2鬧鐘模塊測試在時間設(shè)置完后，可以通過摁壓一次“Next”按鈕，就可以將工作模式調(diào)整到鬧鐘設(shè)置模式，其設(shè)置方法與設(shè)置方法一致，切在系統(tǒng)到達鬧鐘時間時會觸發(fā)蜂鳴報警器報警，提醒時間，如下圖5-4所示。:圖5-4鬧鐘模塊測試圖5.2.3溫濕度測試調(diào)整DHT11的溫濕度值，將溫度調(diào)節(jié)到50℃，濕度值調(diào)節(jié)到80%，可以看到系統(tǒng)也能夠?qū)崟r的實現(xiàn)調(diào)整，并且在LCD上正確的顯示，結(jié)果如下圖5-5所示。圖5-5溫濕度測試圖結(jié)論本研究以DHT11溫度傳感器、DS1302時鐘模塊和AT89C51單片機為基礎(chǔ)，旨在設(shè)計一種基于單片機的多功能筆筒系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用DS1302時鐘模塊提供準確的時間基準，借助DHT11傳感器實時監(jiān)測環(huán)境溫度，并通過鍵盤輸入電路與LCD液晶顯示屏進行人機交互。此外，該多功能筆筒不僅具備精確計時、定時和鬧鈴功能，還可播放MP3和閱讀電子書。整個多功能筆筒系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計思路，具體設(shè)計包括時鐘模塊、溫濕度檢測模塊、單片機最小系統(tǒng)、鍵盤輸入模塊和LCD液晶顯示屏。由于采用了模塊化設(shè)計，系統(tǒng)的設(shè)計變得更加簡單、易于實施和清晰易懂。該系統(tǒng)不僅滿足了設(shè)計要求，也實現(xiàn)了智能化和可擴展性，且無需改變硬件配置即可改變系統(tǒng)功能。與市場上的產(chǎn)品相比，該設(shè)計具有低成本、良好性能和良好擴展性的優(yōu)勢，因此未來具有廣闊的應(yīng)用前景。智能化，電氣化時代，人對于美好生活的憧憬，常常能催生出很多的商品，現(xiàn)在，電力電子技術(shù)等，人工智能技術(shù)蓬勃發(fā)展，還在推動這類產(chǎn)品持續(xù)迭代。其中，智能筆筒作為一種新的家電產(chǎn)品，已經(jīng)越來越受到廣大用戶的關(guān)注，并成為智能家居領(lǐng)域中