【正文】 傳統(tǒng)的的時鐘功能簡單，無法滿足人們的需求，因此，人們開始研究多功能數(shù)字鐘的目的是為了更好地滿足人們生活需求。而在現(xiàn)實(shí)生活中，時間對于人們來說很重要，在火車站、汽車站以及工業(yè)生產(chǎn)車間等地方。而在生產(chǎn)車間里，生產(chǎn)的東西各不相同，因此有些特別的技術(shù)需求。例如：有的產(chǎn)品生產(chǎn)是量化的，因此人們需要一個能計數(shù)的工具，這里我們可以在時鐘的基礎(chǔ)上加上計數(shù)功能。因此，根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境來研究不同功能的數(shù)字鐘，這樣才能使其更好的滿足人們生活及生產(chǎn)的需要。因此，多功能數(shù)字鐘的各種功能還待研究，使其在生活及生產(chǎn) 的各方面得到人們的認(rèn)可，真正成為人們的小吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 助手。 論文的主要內(nèi)容 論文研究的是多功能數(shù)字鐘的設(shè)計，使得數(shù)字鐘具有走時、預(yù)置時間和日期、整點(diǎn)報時、自動區(qū)分瑞年是大小月、鬧鈴、生日提醒以及測溫等功能。 論文設(shè)計中，利用溫度傳感器 DS18B20 對溫度進(jìn)行檢測，通過時鐘芯片中的數(shù)據(jù)對時間進(jìn)行更新。 AT89C51 單片機(jī)利用程序來讀取溫度傳感器和時鐘芯片內(nèi)的寄存器數(shù)據(jù)，通過程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點(diǎn)陣字模，然后傳輸給 LCD1602 液晶顯示器，利用其內(nèi)部的點(diǎn)陣將其顯示在屏幕上。 鬧鈴功能則由蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，而時間及日期的更改可通過按鍵模 塊實(shí)現(xiàn)。 吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 第 2章 多功能數(shù)字鐘的總體設(shè)計 多功能數(shù)字鐘的組成模塊 多功能數(shù)字鐘的硬件部分由五個模塊組成，溫度采集模塊采集外部溫度，時鐘模塊更新時間，顯示模塊則是將溫度傳感器采集到的溫度以及時鐘芯片的時間日期顯示出來，方便觀察，按鍵模塊設(shè)置時間日期以及鬧鈴，發(fā)聲模塊則是由蜂鳴器組成，利用其發(fā)聲的特點(diǎn)達(dá)到鬧鈴的目的。這五個硬件模塊通過核心控制器單片機(jī)的控制有效的結(jié)合起來，通過單片機(jī)內(nèi)部程序的調(diào)節(jié)，將五個硬件模塊有效的結(jié)合在一起，從而達(dá)到時鐘的顯示、溫度的采集與顯示以及鬧鈴等目的。 多功能數(shù)字鐘的功能介紹 多功能 數(shù)字鐘是通過硬件電路搭建和軟件配合顯示時間的裝置。硬件部分利用DS1302 時鐘芯片作為時鐘模塊，通過軟件設(shè)定和讀取芯片里的時間，是時間得到更新，然后通過軟件將讀取的時間通過顯示模塊 LCD1602 液晶顯示器上顯示出來。通過DS18B20 的溫度感應(yīng)部分將溫度數(shù)據(jù)采集到，然后經(jīng)過程序讀取出來，再經(jīng)過程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為點(diǎn)陣字模在液晶顯示器上顯示。通過按鍵模塊設(shè)置時間以及鬧鈴。當(dāng)時間達(dá)到設(shè)定值時，利用蜂鳴器發(fā)聲，告訴人們設(shè)置的時間已到，該做自己安排的事情了。 時間和日歷的顯示 在顯示模塊的設(shè)計過程中，我考慮了兩種方案：第 一、通過八段數(shù)碼管顯示，在這種顯示方案中，采用動態(tài)顯示的方法點(diǎn)亮數(shù)碼管，利用 74HC138 譯碼器控制數(shù)碼管的八個筆端，然而考慮到 年、月、日、星期、時、分、秒以及溫度全部顯示需要的數(shù)碼管太多，如果采用此方案，硬件電路將會很復(fù)雜，因此放棄這種方案；第二、通過LCD1602 液晶顯示器顯示，利用每個點(diǎn)陣的亮與不亮來顯示需要顯示的內(nèi)容。LCD1602 是指顯示器上可以顯示兩行，每行為十六個字符。這個方案相對于第一種方案來說使用更加方便，多種控制指令可以控制顯示器的各種顯示功能：光標(biāo)的左右移動以及清屏等。 于是我采用了第 二種方案，通過 LCD1602 進(jìn)行顯示，在程序復(fù)雜一些的情況下簡化了硬件電路的設(shè)計。 時間和日期的手動設(shè)置 按鍵的變化通過電路轉(zhuǎn)換成高低電平的變化，單片機(jī)通過引腳電平的高低來判斷按鍵是否按下。 腳到 腳為按鍵引腳，四個按鍵的功能為設(shè)置鍵，加數(shù)鍵，減數(shù)鍵以及以為鍵。在程序中判斷哪個按鍵按下，然后實(shí)現(xiàn)對應(yīng)按鍵的功能，從而達(dá)到設(shè)置時間和日期的目的。但是， 按鍵按下的時候會有抖動，因此在程序中要進(jìn)行按鍵去抖操作。 溫度的采集及顯示 溫度傳感器內(nèi)部有兩個溫度系數(shù)晶振，它們分別為提供脈沖，讓溫度傳感器 內(nèi)部的兩個減計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。在閥門打開時開始計數(shù)，兩個減數(shù)計數(shù)器的預(yù)置值同時開始減1。當(dāng)減數(shù)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 的時候，溫度寄存器內(nèi)的值將自動加 1，預(yù)置值重裝，重新開始計數(shù)；而當(dāng)減數(shù)計數(shù)器 2 的預(yù)置值減到 0 的時候，停止計數(shù)。此時溫度寄存器內(nèi)的值就是當(dāng)前測得的溫度值。這樣就完成了測溫的過程。 吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 然后單片機(jī)通過程序?qū)y得的溫度讀取出來，經(jīng)過程序的轉(zhuǎn)化變化為點(diǎn)陣字模，讓其可以在 LCD1602 上顯示出來。這樣就完成了溫度的顯示過程。 鬧鐘的設(shè)置 到 四個端口為按鍵端口，在按鍵沒動作的時候，四個端口的電平 都為高，而在按鍵有動作時，對應(yīng)的端口電平就會被拉低。 因此，在判斷是否有按鍵按下時，我們只需判斷每個端口的電平即可，十分方便。然而，在按鍵閉合和釋放的過程中，都要經(jīng)過一定的時間才能達(dá)到穩(wěn)定，在這段時間內(nèi)，端口電平會在高、低電平之間處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)我們稱為抖動。為了消除因抖動而帶來的影響，在程序中需要一個去抖操作，就是在按鍵電平變化時加上一個 10ms 左右的延時。 由于本系統(tǒng)中按鍵較少，因而沒有采用矩陣按鍵二十采用了獨(dú)立按鍵，這樣每個按鍵占用一個 I/O 口線，每個按鍵工作時都是互不影響的。 吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 第 3章 多功能數(shù)字 鐘電路的硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件總圖X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1X1CR Y S T A LC11nFC21nFC31uF2 5 .0DQ2V C C3G ND1U2DS 1 8 B 2 0D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 L234567891R P 1RE S P A C K 850%R V 11kL S 1S P E A K E RRS T5S CL K7I/O6X12X23V CC 18V CC 21U3DS 1 3 0 2X2CR Y S T A LB A T 11 .5 VB A T 21 .5 VR11 0 k 圖 31 多功能數(shù)字鐘電路圖 AT89C51 的介紹 圖 32AT89C51 引腳 圖 如圖 32 所示為單片機(jī)的 40 個引腳，各引腳功能如下： VCC： AT89C51 電源正端輸入，接 +5V。 GND：電源地端。 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路雙向 I/O 口。在數(shù)據(jù)輸出時，外接上拉電阻才能使“ 1”信號正常輸出。 P1 口： P1 口是準(zhǔn)雙向口，它只能作為通用 I/O 接口使用。 P2 口： P2 口是準(zhǔn)雙向口，兩種用途：通用 I/O 接口和高八位地址線。 P3 口： P3 口除了作為準(zhǔn)雙向 通用 I/O 接口使用外，它的每根線都具有第二功能。 XTAL1：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端。在 XTAL1 和 XTAL2 之間接上一個晶振就可以運(yùn)行了。為了系統(tǒng)更加穩(wěn)定，且避免因噪聲干擾而容易死機(jī)，可以用一個小電容將兩個引腳與地連上。 A T 89 C 51吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 RESET：復(fù)位輸入引腳。 EA/VPP：片外程序存儲器選用端。 ALE/PROG：地址鎖存信號輸入端。 P3 口各引腳的第二功能： ： RXD，串行通信輸入。 ： TXD，串行通信輸出。 ： INT0，外部中斷 0 輸入。 ： INT1，外部中斷 1 輸入。 ： T0，計時計數(shù)器 0 輸入。 ： T1，計時計數(shù)器 1 輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 時鐘模塊的介紹 DS1302 的性能特性 ? 實(shí)時時鐘，擁有對年、月、日、時、分、秒計時的功能，同時還具有對閏年 補(bǔ)償?shù)墓δ埽? ? 用于存放臨時數(shù)據(jù)的 RAM； ? 最少引腳的串行 I/O； ? ～ 電壓工作范圍； ? 當(dāng)在 電壓下工作時，每小時的耗電量小于 300nA； ? 具有便捷 多樣的傳輸方式； ? 3 線接口簡單； ? 可選的慢速充電的能力。 DS1302 時鐘芯片供電方式有兩種：一種是主電源供電，而在主電源掉電的情況下，則由備用電源為其供電，使其能夠繼續(xù)工作。而在備用電源供電 的情況下，時鐘芯片只有走時的功能，而不能進(jìn)行讀寫操作。當(dāng)兩個電源同時供電時， DS1302 會選擇電壓較高的那個為電源，而拒絕電壓較小的電源為其供電。 DS1302 時鐘芯片的引腳示意圖如圖 33 所示。 圖 33 DS1302 引腳示意圖 如圖 33 所示， VCC1 為主電源引腳， VCC2 為備用電源引腳， X1 與 X2 外接晶振， RST 為復(fù)位 /片選線， I/O 引腳為串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（雙向）， SCLK 引腳為串行數(shù)據(jù)輸入端。 DS1302 數(shù)據(jù)操作原理 時鐘芯片與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，時鐘芯片的動作由單片機(jī)控制。單片機(jī)通過向時鐘芯片發(fā)送控制字來控制時鐘芯片的動作。如果控制字節(jié)的第八位是邏輯 0，就不能往時鐘芯片 寫入數(shù)據(jù)。 如果第七位是 0 ，就可以對日歷時鐘數(shù)據(jù)進(jìn)行存取。第六位到第二位是操作單元的地址。第一位控制讀寫操作，為 1 進(jìn)行讀操作，為 0 進(jìn)行寫操作。 總是從第一位開始輸出控制字節(jié)。 暫停時鐘：當(dāng)我們在進(jìn)行時鐘調(diào)整的時候，需要對時鐘芯片進(jìn)行時鐘暫停操作。而在時鐘的秒寄存器的控制位中，其第八位就是時鐘暫停位。要想時鐘暫停，將時鐘暫停位置 1 即可。當(dāng)其為 0 時，時鐘將開始啟動。 吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 1224/AMPM 記時方式： 12 或者 24 小時方式定義位為小事寄存器的第八位，當(dāng)其為高電平時，選擇的是 12 小時制，為低電平時，選擇的是 24 小時制。 溫度模塊介紹 溫度傳感器 DS18B20 有三個引腳，分別是電源正，地以及數(shù)據(jù)傳輸端。其測溫范圍在 55176。 C 到 +125176。 C 之間，為其 3 到 5V 電壓就能正常工作。它支持“一線總線”接口，這種方式能大大挺高系統(tǒng)的抗干擾性。 圖 34DS18B20 接線圖 如圖 34 所示為 DS18B20 的接線圖，它的 1,3 腳分別是電源地和電源正，中間的2 腳是 DS18B20 的數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，單片機(jī)正是通過這個引腳與 DS18B20 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹? LCD 顯示模塊的介紹 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量： 16 2 個字符。 芯片 工作電壓： 。 工作電流： ()。 模塊最佳工作電壓： 。 字符尺寸： （ W H） mm。 引腳功能說明： 第 1 腳： VSS 為電源地。 第 2 腳： VDD 為電源正。 第 3 腳：液晶顯示器對比度調(diào)整端。接地時對比度最高。 第 4 腳：寄存器選擇。置高選擇數(shù)據(jù)寄存器，否則選擇指令寄存器。 第 5 腳：讀寫信號線。置高進(jìn)行讀操作，否則進(jìn)行寫操作。 第 6 腳：使能端。當(dāng)其產(chǎn)生下降沿時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 714 腳： 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。 其接線如圖 35 所示： 吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 圖 35 液晶顯示模塊的硬件接線圖 晶振電路和復(fù)位電路的介紹 晶振電路 單片機(jī)的運(yùn)行速度由其內(nèi)部時鐘頻率決定，而