智能定时闹钟 毕业设计.doc

.毕业论文（设计） 智能定时闹钟 -温度、定时硬件设计 院系：工程学院 年级专业：电气工程及其自动化0801 提交日期： 答辩日期： 答辩委员会主席（签名）： 评阅人（签名）： 年 月 日精选word范本！摘 要随着科技的快速发展和生活水平的不断提高，人们对时钟的精确度和实用性要求越来越高。本文采用宏晶单片机STC10F08XE，通过DS1302时钟芯片进行定时，并通过LCD 1602字符液晶显示器显示。采用C语言程序编写，将设计出更准确定时、更省电的数字时钟。单片机数字时钟具有设置时间、日期、星期的基本功能，并且能够显示年、月、日、时、分、秒、星期，温度。单片机数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，实践证明单片机数字时钟具有更加准确性、精密性等功能。本设计是定时闹钟的设计,由单片机 AT89C51 芯片和宏晶单片机STC10F08XE为核心，辅 以必要的电路，构成的一个单片机智能定时闹钟。用单片机来设计制 作完成,由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,那么就降低了硬件电路的 复杂性,而且其成本也有所降低,所以在该设计中采用单片机利用 AT89C51,它是 低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位单片机。 关键字：数字时钟；DS1302；LCD1602;STC10F08XEAbstractIn daily life, time is science, technology and everyday life is one of the most basic physics, we often deal with temporal clocks, such as hand watch, wall clock, even on a computer program, the clock on the phone can be generalized a clock display on the clock, along with the rapid development of technology and the continuous improvement of living standards, people on the clocks accuracy and practical demand is higher and higher. Based on the single chip microcomputer principle, USES the monolithic integrated circuit STC10F08XE series, through the hardware circuit and software production procedure formulation, will design a more accurate timing, electricity -saving digital clock, SCM in performance or digital clock no matter in style have undergone a qualitative change, digital clock has proved microcontroller more accuracy, precision sex etc. Function. This design is the design of timing alarm clock, the single chip microcomputer AT89C51 single chip microcomputer chip and macro crystal STC10F08XE as the core, with the necessary auxiliary circuit, constitute a single chip microcomputer intelligent timing of alarm clock . By single chip design system to be completed, because its main through the realization of the function of software programming to complete, then reduce the complexity of the hardware circuit, and the cost is reduced, so in this design using AT89C51 single-chip, it is low power, high-performance CMOS type eight microcontroller. Key Words：Digital clock ; DS1302; LCD1602;STC10F08XE设计说明时间，关乎每个人的生命，计时方法的不断创新，特别是近年来科学的飞速发展，社会产生了不同的计时器，计时系统不单单具有计时功能，还带有定时、自动报时、日历显示等等的功能。计时系统已广泛地应用在我们的生活、工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，例如铁路安全日显示屏、生产线看板、体育比赛计时屏、电视台、监控系统等等，而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。本设计智能定时闹钟已成为人们日常生活中必不可少的物品，广泛用于个人家庭、学校生活，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。设计在朱明杰老师指导下完成的，设计任务主要是硬件设计制作协助对软件仿真及其调试。设计达到主要目标：清晰显示年月日时分秒，能进行计时，对温度实行实时监测，并且控制系统要求对各个按键的动作出相应反应。具体内容：(1)硬件系统设计 (2)模拟系统调试 (3)绘制硬件原理图硬件方面：温度检测、 时钟模块、显示模块等。关键字：硬件;时钟;设计精选word范本！. 目 录 1 引言11.1 电子定时闹钟研究现状和发展趋势11.2 设计本电子定时闹钟的目的和意义11.3 本电子闹钟的特点和功能介绍21.3.1 数字钟介绍21.3.2 本电子钟设计特点21.3.3 本电子钟的主要功能22 单片机介绍32.1 单片机的发展历史32.2 单片机的发展趋势42.3 单片机的特点42.4 单片机的应用52.5 单片机的分类53 方案论证与设计63.1 控制芯片63.2 显示部分63.3 检测温度部分64 总体方案设计84.1 工作原理84.2 系统模块图85 原理分析与硬件电路图95.1 DS18B2095.1.1 技术性能描述95.1.2 应用范围95.1.3 DS18B20的外形和内部结构105.1.4 DS18B20工作原理125.2 DS1302S时钟芯片125.2.1 DS1302的结构及工作原理145.2.2 引脚功能及结构145.2.3 DS1302的控制字节165.2.4 数据输入输出(I/O)165.2.5 DS1302的寄存器165.2.6 DS1302实时显示时间的软硬件165.2.7 时钟电路部分设计175.3 1602字符液晶显示器185.3.1 液晶显示器的特点185.3.2 1602字符型LCD简介195.2.3 1602LCD的基本参数及引脚功能196 系统调试和分析226.1 时间显示226.2 精确度226.3 调整时间226.4 计时器226.5 设置闹钟236.6 复位236.7温度调试23结束语24参考文献25致谢26附录27附录127附录2281 引 言1.1 电子定时闹钟研究现状和发展趋势现在是一个高度发达的高科技的时代，目前单片机正朝向高性能和多品种方向发展，而且进一步向低功耗，小体积，大容量，高性能，低价格和外围电路内装化等几个方向发展。单片机的应用还从根本上改变了传统的控制系统设计思想和方法一个世纪以来，单片机技术如今已经受到了迅速的推广及运用。渗透到我们生活的各个领域，在智能仪器，工业控制，家用电器，计算机网络和通信等都得到广泛的应用。世界各大电气厂家，测控技术企业，机电行业大批竞相把单片机应用于产品更新，作为实现数字化，智能化的核心部件。随着集成电路技术的不断发展，单片机的性能也在不断提高，其应用的范围必将越来越宽广。LCD电子定时闹钟使用数字电路技术实现时分秒计时的装置，有更高的准确性和直观性，寿命更长，广泛的应用于家庭，车站，办公室等场所，成为人们日常生活不可缺少的必需品，它给人们带来了很大的方便。由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性，所以，以单片机为核心的数字时钟是很有社会意义和社会价值的。钟表原先的报时功能已经原不能满足人们日益增长的要求，现代的电子时钟多带有类似自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能。现在是高度发达的社会，时间观念很重要，自古以来人们对时间的控制都是十分棘手的问题，俗话说事件就时间就是生命，LCD电子定时闹钟的多功能化必定将一步一步的开拓出来。与时间相关的产品在任何时候都是不可或缺的物质，它的前景一如既往的远大。1.2 设计本电子定时闹钟的目的和意义本设计可以让我对所学过的知识进行系统的回顾和总结。不仅如此，我在主动去找寻找更多的资料的同时，了解了更多的知识，也培养了我的设计能力和解决实际问题的能力，增强了自我的学习能力。通过本LCD电子定时闹钟的设计我也初步掌握了组成系统、编程、调试等能力应用，并且初步了解了单片机应用系统开发研制过程，软件和硬件设计的方法。1.3 本电子闹钟的特点和功能介绍1.3.1 数字钟介绍时钟是将小时、分钟、秒钟显示于人的肉眼的计时装置。而单片机模块中最常见的正是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。而LCD电子定时闹钟是以单片机为基础的数字电路实现对时、分、秒的数字显示的数字计时装置,它的计时周期为24小时，另外应有校时功能和一些显示日期、闹钟等附加功能。一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”，“星期”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。由于时钟的实用性和在人们生活中的重要性，所以尝试设计以单片机为核心的数字时钟是很有意义的。钟表原先的报时功能已经原不能满足人们日益增长的要求，现代的电子时钟多带有类似自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等功能，本设计中LCD电子时钟采用LCD显示时间和日期年月，直观实用，而且可以方便的校调，附带的万年历和定时功能也是很方便和实用的。1.3.2 本电子钟设计特点本LCD电子定时闹钟是一种基于单片机技术的多功能、多用途的电子产品，有电子时钟、日期显示、定时闹铃等多种功能。本设计产品性能卓越，功能丰富，采用LCD显示更加直观，是一个比较实用的电子产品。1.3.3 本电子钟的主要功能（1）可以显示24小时制“时时-分分-秒秒”，LCD显示。（2）可以显示日期，具有万年历功能。（3）可以方便的设定定时时间、修改定时时间，闹铃功能，预设定时时间到将发出闹铃声。（4）能够修改时钟时间的时、分、秒，能够修改日期的年月日。2 单片机介绍2.1 单片机的发展历史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了探索-完善-MCU化-百花齐放四个阶段。（1）芯片化探索阶段：20世纪70午代，美国的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款单片机F8，随后Intel公司推出了影响面大、应用更广的MCS48单片机系列。MCS48单片机系列的推出标志着在工业控制领域，进入到智能化嵌入式应用的芯片形态计算机的探索阶段。参与这一探索阶段的还有Motorola、Zilog和Ti等大公司，它们都取得了满意的探索效果，确立了在SCMC的嵌入式应用中的地位。这就是Single Chip Microcomputer的诞生年代，单片机一词即由此而来。这一时期的特点是:嵌入式计算机系统的芯片集成设计；少资源、无软件，只保证基本控制功能。（2）结构体系的完善阶段：在MCS-48探索成功的基础上很快推出了完善的、典型的单片机系列MCS-5l。MCS-51系列单片机的推出，标志着Single Chip Microcomputer体系结构的完善。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机的体系结构。完善的总线结构：并行总线：8位数据总线、16位地址总线及相应的控制总线，两个独立的地址空间；串行总线：通信总线，扩展总线。完善的指令系统：具有很强的位处理功能和逻辑控制功能，以满足工业控制等方面的需要；功能单元的SFR(特殊功能寄存器)集中管理。完善的MCS-51成为SCMC的经典体系结构：日后，许多电气商在MCS-51的内核和体系结构的基础上，生产出各具特色的单片机。（3）从SCMC向MCU化过渡阶段：Intel公司推出的MCS96单片机，将一些用于测控系统的模数转换器(ADC)、程序运行监视器(WDT)、脉宽调制器(PWM)、高速I/O口纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。由于MCS-51单片机系列向各大电气商的广泛扩散，许多电气商竞相使用80C51为核，将许多在测控系统中使用的电路技术、接口技术、可靠性技术应用到单片机中；随着单片机内外围功能电路的增强，进一步强化了智能控制器的特征。微控制器(Microcontrollers)成为单片机较为准确表达的名词。其特点是：满足嵌入式应用要求的外围扩展，如WDT、PWM、ADC、DAC、高速I/0口等。众多计算机外围功能集成，如：提供串行扩展总线：SPI、I2C、BUS、Microwire；配置现场总线接口：CAN BUS。CMOS化，提供功耗管理功能。提供OTP供应状态，利于大规模和批量生产。（4）MCU的百花齐放阶段单片机发展到这一阶段，表明单片机已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具-小到玩具、家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、金融电子、商用电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域。为满足不同的要求，出现了高速、大寻址范围、强运算能力和多机通信能力的8位、16位、32位通用型单片机，小型廉价型、外围系统集成的专用型单片机，以及形形色色各具特色的现代单片机。可以说，单片机的发展进入了百花齐放的时代，为用户的选择提供了广阔的空间。2.2 单片机的发展趋势当前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展。预计，单片机将进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方向发展。2.3 单片机的特点（1）性能价格比高。（2）集成度高、体积小、可靠性高。由于单片机将各功能部件集成在一块芯片上，且内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，从而大大提高单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，因其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。（3）控制功能强。为满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O接口的逻辑操作极为处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算机。（4）低能耗、低电压，便于生产便携式产品。（5）外部总线增加了I2C及SPI等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。（6） 单片机的系统扩展和系统配置较经典、规范，易于构成各种规模的应用系统。2.4 单片机的应用目前单片机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。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。2.5 单片机的分类单片机按照其用途可分为通用型和专用型两大类：（1）通用型单片机具有比较丰富的内部资源，性能全面且适应性强，能覆盖多种应用需求。（2）专用单片机是专门针对某个特定产品的，例如，专用于电机控制的单片机、车载电子设备、语音信号处理和家用电器中的单片机等。3 方案论证与设计3.1 控制芯片方案一：采用Atmel单片机AT89S51作为总的控制元件。方案二：采用宏晶单片机STC10F08XE作为总的控制元件。比较论证：方案一Atmel单片机AT89S51功能较少，P0口输出指令时要求接上拉电阻，使电路复杂化,精确度不高。而方案二简化了电路，增加了系统稳定性，宏晶单片机STC10F08XE运行速度快，超强抗干扰，在设计方面提供了极大的方便， IO口状态可以设置为标准输入输出，推挽输出，弱输入，高阻四种状态，P0口无须接上拉电阻，因此可以可采用独立式键盘，Atmel芯片要用专用的ISP线，而STC的可以用串口进行ISP下载程序，提供了便利的编程环境。方案选定：采用方案二宏晶单片机STC10F08XE作为总控制中心。3.2 显示部分方案一：采用多位数码管显示。方案二：采用LCD 1602字符液晶显示器显示。比较论证：数码管显示内容单一,不生动具体，且要求数量多。而1602字符液晶显示器给我们提供了更大的发挥空间,看起来舒服自然,而且能增加显示的美观性与直观性。最重要的是提供了友好的人机界面。方案选定：采用方案二1602字符液晶显示器显示。3.3 检测温度部分方案一：采用PT100对温度信号进行采集。优点：(1)测量精度高。(2)测量范围大。缺点：输出值是模拟。方案二：采用DS18B20对温度信号进行采集。 优点：(1)可防水。 (2)自带A/D转换。缺点：输出精度不够高。方案选定：最终选择的是DS18B20，首先作为太阳能热水器的温度检测模块，对温度的精度要求并不高，使用DS18B20能够满足需要。其次，带防水的DS18B20能很好的完成水箱内进行温度检测的任务。最后，DS18B20的输出值直接就是数字量，可以为后续的编程节省不少工作量。4 总体方案设计4.1 工作原理本定时闹钟，是以单片机及外围接口电路为核心硬件，辅以其他外围硬件电路，用C语言设计的程序来实现的。根据C51单片机的外围接口特点扩展相应的硬件电路，然后根据单片机的指令设计出数字钟相应的软件，再利用软件执行一定的程序来实现数字钟的功能。由于采用集成芯片性的单片机来制作电子钟，这样设计制作简单而且功能多、精确度高，也可方便扩充其他功能，实现也十分简单。利用宏晶单片机STC10F08XE作为本系统的中控模块。单片机可把由DS1302时钟芯片传来的数据，经过转换，写入显示模块，实现日历、时钟显示。在显示电路中，主要靠按键来实现调时，计时器，闹钟等功能。4.2 系统模块图系统模块图如图1所示。 图1 系统模块5 原理分析与硬件电路图5.1 DS18B20DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。5.1.1 技术性能描述 (1) 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 (2) 测温范围 55+125，固有测温分辨率0.5。 (3) 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 (4) 工作电源: 35V/DC。(5) 在使用中不需要任何外围元件。(6) 测量结果以912位数字量方式串行传送。(7) 不锈钢保护管直径6。(8) 适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温。 (9) 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选。 (10) PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。5.1.2 应用范围(1) 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域 。(2) 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。 (3) 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。 (4) 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。 5.1.3 DS18B20的外形和内部结构DS18B20的外形及管脚排列如下图所示。 图2 DS18B20外形及管脚图DS18B20温度传感器特性：(1) 适应电压范围宽，电压范围在3.05.5，在寄生电源方式下可由数据线供电。(2) 独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。(3) 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。(4) 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路中。(5) 测温范围55+125，在10+85时精确度为0.5。(6) 可编程分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5，0.25，0.125和0.0625，可实现高精度测温。(7) 在9位分辨率时，最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时，最多在750ms内把温度值转换为数字，显然速度更快。(8) 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。(9) 负压特性。电源极性接反时，芯片不会因为发热而烧毁，但不能正常工作。DS18B20引脚介绍,DS18B20实物如图3和图4所示。 图3 DS18B20实物图 图4 DS18B20引脚图DS18B20引脚定义： (1)I/O为数字信号输入/输出端； (2)GND为电源地； (3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，如图5所示。 图5 DS18B20内部结构该装置信号线高的时候，内部电容器 储存能量通由1线通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 DS18B20的电源也可以从外部3V-5 .5V的电压得到。 DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一： (1) ROM； (2) ROM匹配； (3) 搜索ROM； (4) 跳过ROM； (5) 报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。 若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读，写都是从最低位开始。5.1.4 DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图4中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 5.2 DS1302S时钟芯片DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路.提供秒分时日日期.月年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式.DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:1 RES 复位,2 I/O 数据线,3 SCLK串行时钟.时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信.DS1302 工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于1mW.DS1302 是由DS1202 改进而来,增加了以下的特性.双电源管脚用于主电源和备份电源供应Vcc1,为可编程涓流充电电源附加七个字节存储器.它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域.独特的一线接口，只需要一条口线通信，多点能力，简化了分布式温度传感应用,无需外部元件,可用数据总线供电,电压范围为3.0 V至5.5 V,无需备用电源,测量温度范围为-55 至+125 ,华氏相当于是-67 F到257华氏度-10 至+85范围内精度为0.5 。温度传感器可编程的分辨率为912位,温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置,应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统。 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。该装置信号线高的时候，内部电容器,储存能量通由1线通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。DS18B20的电源也可以从外部3V-5.5V的电压得到。 DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1）读ROM；2）ROM匹配；3）搜索ROM；4）跳过ROM；5）报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。 若指令成功地使DS18B20完成温度测量，数据存储在DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有的数据都读，写都是从最低位开始。 DS18B20有4个主要的数据部件： （1）光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 （2） DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。 DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和可电擦除RAM，可电擦除RAM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄存器。存储器能完整的确定一线端口的通讯，数字开始用写寄存器的命令写进寄存器，接着也可以用读寄存器的命令来确认这些数字。当确认以后就可以用复制寄存器的命令来将这些数字转移到可电擦除RAM中。当修改过寄存器中的数时，这个过程能确保数字的完整性。 高速暂存器RAM是由8个字节的存储器组成；第一和第二个字节是温度的显示位。第三和第四个字节是复制TH和TL，同时第三和第四个字节的数字可以更新；第五个字节是复制配置寄存器，同时第五个字节的数字可以更新；六、七、八三个字节是计算机自身使用。用读寄存器的命令能读出第九个字节，这个字节是对前面的八个字节进行校验。 5.2.1 DS1302的结构及工作原理DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。5.2.2 引脚功能及结构 DS1302 的引脚功能排列及描述如下图6所示。 图6 DS1302引脚图 管脚描述： X1 X2 32.768KHz 晶振管脚。 GND 地。 RST 复位脚。 I/O 数据输入/输出引脚。 SCLK 串行时钟。 Vcc1,Vcc2 电源供电管脚。DS1302 串行时钟芯片8 脚DIP。DS1302S 串行时钟芯片8 脚SOIC 200mil。DS1302Z 串行时钟芯片8 脚SOIC 150mil。DS1302 内部寄存器：CH: 时钟停止位 存器2 的第7 位12/24 小时标志。CH=0 振荡器工作允许 bit7=1,12 小时模式。CH=1 振荡器停止 bit7=0,24 小时模式。WP: 写保护位 寄存器2 的第5 位:AM/PM 定义。WP=0 寄存器数据能够写入 AP=1 下午模式。WP=1 寄存器数据不能写入 AP=0 上午模式。TCS: 涓流充电选择 DS: 二极管选择位。TCS=1010 使能涓流充电 DS=01 选择一个二极管。TCS=其它 禁止涓流充电 DS=10 选择两个二极管。DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充电功能也被禁止。DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。 5.2.3 DS1302的控制字节 控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 5.2.4 数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 5.2.5 DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见。 此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 5.2.6 DS1302实时显示时间的软硬件 DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。 实际上，在调试程序时可以不加电容器，只加一个32.768kHz 的晶振即可。只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。另外，还可以在上面的电路中加入DS18B20，同时显示实时温度。只要占用CPU一个口线即可。 LCD还可以换成LED，还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的10位多功能8段液晶显示模块LCM101，内含看门狗(WDT)/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并有内置显示RAM，可显示任意字段笔划，具有34线串行接口，可与任何单片机、IC接口。功耗低，显示状态时电流为2A (典型值)，省电模式时小于1A，工作电压为2.4V3.3V，显示清晰。 DS1302 存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。 时钟工作原理如图7所示。图7 时钟工作原理图 5.2.7 时钟电路部分设计AT89C51系列的单片机的时钟方式分为内部方式和外部方式。内部方式就是在单片机的XTAL1和XTAL2的两引脚外接晶振，就够成了自激振荡器在单片机内部产生时钟脉冲信号。外部时钟方式是把外部已经有的时钟信号引入到单片机内部。时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中，时钟有两方面的含义：一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢；二是指系统的标准定时时钟，即定时时间。本LCD电子闹钟设计是采用内部时钟方式，用一个12MHz晶振和两个30Pf瓷片电容组成，为单片机提供标准时钟，其中两个瓷片电容起微调作用.其电路图见图8。之所以采用高性能的振荡电路，因为：（1）单片机电子钟的计时脉冲基准是由外部晶振的频率经过12分频后提供，采用内部的定时/计数器来实现计时功能。所以，外接晶振频率精确度直接影响电子钟计时的准确性。 （2）单片机电 子钟利用内部定时/计数器溢出产生中断（12M晶振一般为50ms）再乘以相应的倍率来实现秒、分、时的转换。大家都知道从定时/计数器产生中断请求到响 应中断需要3-8个机器周期，定时中断子程序中的数据入栈和重装定时/计数器的初值还需要占用数个机器周期，还有从中断入口转到中断子程序也要占用一定的机器周期。图8 时钟电路5.3 1602字符液晶显示器5.3.1 液晶显示器的特点在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单，在前面章节已经介绍过，在此不作介绍，本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：（1）显示质量高，由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。（2）数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。（3）功耗低，相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。5.3.2 1602字符型LCD简介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*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图9和图10所示。图9 字符液晶屏幕图10字符型液晶显示器实物图5.2.3 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图11所示。图11 1602LCD尺寸图1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明:1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表1所示。表1 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。6 系统调试和分析6.1 时间显示第一行分别为年、月、日、星期（星期一Mon、星期二Tue、星期三Wed、星期四Thu、星期五Fri、星期六Sat、星期天Sun）；第二行为时、分、秒、温度，如图12所示。图12 时间显示6.2 精确度利用秒表的精确记时与实时时钟的时间相比较，结果相差无几，计时精确度调试测量如表2所示。表2 计时精确度调试测量测试次数12345秒表/s300096231290132128046157003实时时钟/s300623901128015706.3 调整时间按下“调时键”，进入调时状态，光标闪烁，此时按“设时加键”或“设时减键”进行时加或时减，再按“调时键”依次循环，直至调时结束。如图13所示。图13 时间调整光标闪烁显示6.4 计时器按下“计时键”打开计时器，此时按“计时开始、暂停键”进行开始或暂停计时器，再次按下“计时键”，退出计时器，如图14所示。图14 秒表计时6.5 设置闹钟按下“设置闹钟键”，进入设闹钟状态，光标闪烁，此时按“设时加键”或“设时减键”进行时加或时减，再按“设置闹钟键”依次循环，直至设置闹钟结束，如图15所示。图15 设置闹钟光标闪烁显示6.6 复位在DS1302副电源掉电，或多次乱按键盘造成系统出错时，按下“复位键”，将“2012/04/30 Mon 00:00:01”写入DS1302，然后由液晶显示，再进行调整正确时间。6.7温度调试连接好DS18B20电路，根据参考时序图，编写程序，修改延时程序和显示参数至符合时序要求，将读到温度显示在数码管上，记录数据，如表3所示。表3 温度测量测量温度普通温度计测量28.530.327.825.824.826.6DS18B20测量28.030.127.525.024.226.4结束语经过近3个月的努力，我们的毕业设计完成了。在这设计的日子里，我们分工合作，一起讨论、研究。正因为有了团队精神，使得我们的毕业设计进行的比较顺利。虽然在设计的过程中出现了很多问题，但是我们经过思考和讨论，最终都把问题解决了。 这次设计，我们结合课堂所学知识，同时也在网上充电，自学所需的知识。在和搭档讨论中，有些本来模糊的东西变清晰了，一些电路的工作原理更加明白。在不断的尝试后，功能做出来了。每一次改进和成功都使我们很受鼓舞并且有所收获。 最终我们的设计做出来了，功能也达到当初的设计要求。 毕业设计是对大学四年学习成果的一次大检阅，通过本次毕业设计，让我们平时课堂上的知识得到了进一步的巩固，通过毕业设计基本可以将平时所学的一些知识应用到实际的设计中。 在这次设计中，我不仅收获了专业知识，还在 与同学的沟通交流方面有了很大的提高，为未来踏上社会、步入工作岗位打下了良好基础。 毕业设计的完成标志着大学生活的结束，今后迎接我们的是更多的挑战，但是通过毕业设计的磨练，我相信我能够更好的面对这些，把握机遇。在大学里我们得到了最好的锻炼，我们要将学到的知识转换成力量，为了自己的梦想而努力。参考文献1 童百石,华成英.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2006:93-99.2 孙江宏,李良玉.Protel99电路设计与应用M.北京:机械工业出版社,2004:35-47.3 阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,1988:63-76.4 谢宜仁.单片机实用技术问答M.北京:人民邮电出版社,2003:85-96.5 杨西明,朱骐.单片机编程与应用入门M.北京:机械工业出版社,2004:58-75.6 何宏.单片机原理与接口技术M.北京:国防工业出版社,2006:123-128.7 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