【正文】 多功能時(shí)鐘程序 .................................................................................. 34 心得與感悟 .................................................................................................................. 54 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 54 頁(yè) 摘要 本文介紹了基于 AT89S52 單片機(jī)的多功能電子萬(wàn)年歷的硬件結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計(jì)方法。 本設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)顯示模塊、溫度采集模塊、時(shí)間處理模塊和調(diào)整設(shè)置模塊四個(gè)模塊組成。 系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為控制器，以串行時(shí)鐘日歷芯片 DS1302 記錄日歷和時(shí)間， 它可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，還具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。 溫度采集選用 DS18B20 芯片， 萬(wàn)年歷采用直觀的數(shù)字顯 示， 數(shù)據(jù)顯示采用 1602 液晶顯示模塊， 可以 在 LCD 上 同時(shí)顯示年、月、日、周日、時(shí)、分、秒，還具有時(shí)間校準(zhǔn)等功能。此萬(wàn)年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡(jiǎn)潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 關(guān)鍵字 ：時(shí)鐘顯示 調(diào)整 溫度計(jì) 液晶顯示 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 54 頁(yè) ABSTRACT This paper introduces the based on AT89S52 multifunction electronic calendar of the hardware structure and software and hardware design method. This design by data display module, temperature acquisition module, time processing module and set module four modules. With AT89S52 singlechip microputer system for the controller to serial clock calendar chip DS1302 record calendar and time, it can be to date and time, minutes and seconds for the time, also has a leap year pensation and other functions. Temperature gathering choose DS18B20 chip, calendar by using object digital display, data showed that the 1602 liquid crystal display module, can be in the LCD shows at the same time year, month, day, Sunday, when, minutes and seconds, still have time calibration etc. Function. This calendar has read the convenient, direct display, functional diversity, simple circuit, low cost, and many other advantages, has a broad market prospect. Key words： The clock display adjustment thermometer LCD display 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 54 頁(yè) 1. 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與論證 單片機(jī)電子萬(wàn)年歷的制作有多種方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有很多種。所以，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單使用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選 用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。 系統(tǒng)的功能往往決定了系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)成本，性能，功耗等多方面的考慮決定用三個(gè) 8 位 74LS164 串行接口外接 LED 顯示器， RESPACK8 對(duì)單片機(jī)AT89S52 進(jìn)行供電，時(shí)間芯片 DS1302 連接單片機(jī) AT89S52。從而實(shí)現(xiàn)電子萬(wàn)年歷的功能。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，初步確定系統(tǒng)由電源模塊、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)接口模塊、溫度測(cè)量模塊和鬧鐘模塊共六個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。 圖 1 硬件電路框圖 AT 89 S 52電源模塊溫度模塊獨(dú)立按鍵時(shí)鐘模塊顯示模塊鬧鐘模塊南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 54 頁(yè) 單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)與 論證 方案一 : 采用 AT89C51 芯片作為硬件核心，采用 Flash ROM，內(nèi)部具有 4KB ROM 存儲(chǔ)空間 ,能用于 3V 的超低電壓工作 ,而且與 MCS51系列單片機(jī)完全兼容 ,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備 ISP 在線編程技術(shù) , 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。 方案二 : 采用 AT89S52 芯片作為硬件核心 ,采用 Flash ROM，能以 3V的超低電壓工作，而且與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容，該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為 8KB ROM 存儲(chǔ)空間。同樣具有 AT89S52 的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。 由于 AT89S52 內(nèi)部具有 8KBROM 存儲(chǔ)芯片并且支持 ISP在線編程 ，因此采用AT89S52 作為主控芯片。 按鍵控制模塊設(shè)計(jì)與論證 方案一： 采用矩陣鍵盤(pán)，由于按鍵多可實(shí)現(xiàn)數(shù)值的直接鍵入，但在系統(tǒng)中需要 CPU 不間斷的對(duì)其端口掃描。 方案二：采用獨(dú)立按鍵，查詢簡(jiǎn)單，程序處理簡(jiǎn)單 ,可節(jié)省 CPU 資源。 因系統(tǒng)中所需按鍵不多，為了釋 放更多的 CPU占有時(shí)間，操作方便，故采用方案二。 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)與論證 方案一 ：直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大。 方案二 ：采用 DS1302 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、年以及閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)，而且精度高 ,位的 RAM 作為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓 ～ 范圍內(nèi)， 時(shí)耗電小于 300nA. 由于 DS1302 時(shí)鐘芯片計(jì)數(shù)時(shí)間精度 高，而且具有閏年補(bǔ)償功能等優(yōu)點(diǎn)， 故采用方案二。 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 54 頁(yè) 溫度采集模塊設(shè)計(jì)與論證 方案一 ： 采用溫度傳感器（如熱敏電阻或 AD590），再經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，精度較準(zhǔn)，但價(jià)格昂貴，電路較復(fù)雜。 方案二 ： 采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20， 它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，但準(zhǔn)確度不高，誤差最大達(dá) 2 度。 因?yàn)橛?DS18B20 溫度芯片， 采用單總線訪問(wèn)，降低成本、降低制作難度且可節(jié)省單片機(jī)資源，故采用方案二。 溫度測(cè)量的步驟 (1).Read ROM（ 33 h），每次對(duì) DS1820 進(jìn)行操作之前都要對(duì)它進(jìn)行初始化，主要目的在于確定傳感器已經(jīng)連接到單總線上。 (2).Search ROM（ F0h），這條指令使處理器用排除的方法去辨別總線上的DS1820。 (3).Match ROM（ 55h），只有準(zhǔn)確的符合 64 位 ROM 序列的 DS1820 才能響應(yīng)其后的指令，當(dāng)然，單點(diǎn)測(cè)溫時(shí)可以使用 Skip ROM（ CCh）指令來(lái)跳過(guò)這一步。 (4).Convert T（ 44h），發(fā)完指令后應(yīng)查詢總線上的電平，當(dāng)電平位高時(shí)溫度轉(zhuǎn)換完成。 (5).Read Scratchpad（ BEh），將讀指令發(fā)出后，就可從總線上讀得表示溫度的 2字節(jié)二進(jìn)制數(shù)。 DS18B20 的操作時(shí)序 由于采用單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線完成，因此，對(duì)讀寫(xiě)的操作時(shí)序要求嚴(yán)格。它的各種時(shí)序如圖 25所示 為了保證 DS18B20 的嚴(yán)格 I/O 時(shí)序。需要做較精確的延時(shí)。在 DS18B20 操作中，用到的延時(shí)有 15μS， 90μS， 270μS， 540μS 等。因這些延時(shí)均為 15μS 的整倍，因此在程序中可以編寫(xiě)一個(gè)以 15μS為基準(zhǔn)的延時(shí)函數(shù)。 圖 26溫度采集電路 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 54 頁(yè) 顯示模塊模塊設(shè) 計(jì)與論證 方案一：采用靜態(tài)顯示方法，靜態(tài)顯示模塊的硬件制作較復(fù)雜及功耗大，要用到多個(gè)移位寄存器，但不占用端口，只需兩根串口線輸出。 方案二：采用動(dòng)態(tài)顯示方法，動(dòng)態(tài)顯示模塊的硬件制作簡(jiǎn)單，段掃描和位掃描各占用一個(gè)端口，總需占用單片機(jī) 14 個(gè)端口，采用間斷掃描法功耗小、硬件成本低及整個(gè)硬件系統(tǒng)體積相對(duì)減小。 方案三 :采用 LCD 的方法 ,具有硬件制作簡(jiǎn)單可直接與單片機(jī)接口 ,顯示內(nèi)容多 ,功耗小 ,成本低等優(yōu)點(diǎn) ,LCM1602 可顯示 32 個(gè)字符 ,采用 LCD 的缺點(diǎn)是亮度不夠。 比較以上三種方案：方案一硬件復(fù)雜體積大、功耗大；方 案二硬件簡(jiǎn)單、功耗小；方案三硬件簡(jiǎn)單，顯示內(nèi)容多 ,功耗小 ,成本低等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求達(dá)到功耗小、體積小、成本低，顯示信息多等要求，權(quán)衡三種方案，選擇方案三。 1602 字符型 LCD 簡(jiǎn)介 字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，本設(shè)計(jì)采用 16列 *2行的字符型 LCD1602帶背光的液晶顯示屏。 1602LCD主要技術(shù)參數(shù)： 0. 顯示容量 :162 個(gè)字符 1. 芯片工作電壓 :— 3. 工作電流 :() 4. 模塊最佳工作電壓 : 5. 字符尺寸 :(W H)mm 1602 引腳功能說(shuō)明 各引腳接口說(shuō)明如表所示 : 表 21 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫(xiě)選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 54 頁(yè) 表 21：引腳接口說(shuō)明： 第 1腳： VSS為 地電源。 第 2腳： VDD接 5V正電源。 第 3腳： VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第 5腳： R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS和 R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第 6腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高 電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15腳：背光源正極。 第 16腳：背光源負(fù)極。 1602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11條控制指令，如表 22所示： 表 22 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開(kāi) /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫(xiě)數(shù)到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從