【正文】 系統(tǒng)加上溫度測(cè)量顯示模塊，能夠方便人們的生活，使該設(shè)計(jì)具有人性化。方案一：采用熱敏電阻，可滿(mǎn)足40攝氏度至90攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)小于1攝氏度的信號(hào)是不適用的。方案二：采用溫度傳感器DS18B20。DS18B20是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器芯片，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)（葉鋼，2007）。它的ROM中存有其芯片的唯一標(biāo)識(shí)碼，即任意兩個(gè)DS18B20的標(biāo)識(shí)碼是不同的，特別適合于微處理芯片構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)。它支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，使用戶(hù)可以輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。其內(nèi)部采用在板溫度測(cè)量專(zhuān)利技術(shù)，測(cè)量范圍為55~+125℃，℃。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的穩(wěn)定報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器?；贒S18B20的以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選取DS18B20來(lái)測(cè)量溫度。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的功能要求，基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案要運(yùn)用集成時(shí)鐘芯片，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。實(shí)時(shí)時(shí)鐘的要求：a) 具有年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等功能；b) 具備年、月、日、星期、時(shí)、分、秒校準(zhǔn)功能；c) 重要日期提醒；d) 定時(shí)鬧鐘報(bào)警。 系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制模塊。時(shí)鐘芯片采用DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM和實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302。用DS1302作為主要計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。系統(tǒng)由主控制器AT89S5時(shí)鐘芯片DS130LCD液晶顯示電路、鍵掃描電路和通信系統(tǒng)模塊電路組成。單片機(jī)可把由DS18BDS1302中的數(shù)據(jù)利用軟件來(lái)進(jìn)行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實(shí)現(xiàn)溫度、日歷和鬧鈴的顯示。以L(fǎng)CD液晶顯示器為顯示模塊，把單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，并且顯示多樣化。在顯示電路中，主要靠按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。AT89S52主控電路模塊蜂鳴器指示燈時(shí)鐘電路后備電池DS18B20LCD液晶顯示按鍵電路圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖 主控制模塊的方案選擇與設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，也可以采用單片機(jī)來(lái)完成。若用數(shù)字電路完成，所設(shè)計(jì)的電路相當(dāng)復(fù)雜，大概需要十幾片數(shù)字集成塊，其功能也主要依賴(lài)數(shù)字電路的各功能模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。若用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)完成，由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么就降低了硬件電路的復(fù)雜性，所以在該設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)作為主控模塊。另外這個(gè)課題設(shè)計(jì)的軟件程序比較簡(jiǎn)單，不需要很強(qiáng)大的單片機(jī)，只要用簡(jiǎn)單的單片機(jī)就可以滿(mǎn)足要求，因此我選用了性?xún)r(jià)比比較高的低端AT89S52單片機(jī)。 單片機(jī)AT89S52簡(jiǎn)介單片機(jī)又稱(chēng)為微控制器，是指在一塊芯片上集成了中央處理器CPU(Central Processing Unit)、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)、程序存儲(chǔ)器ROM(ReadOnly Memory)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行I/O(Input/Output)接口等部件，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)（王衛(wèi)星，2008）。目前，新型單片機(jī)內(nèi)還有A/D(Analog to Digital)和D/A(Digital to Analog)轉(zhuǎn)換器、高速輸入輸出部件、DMA(Direct Memory Access)通道、浮點(diǎn)運(yùn)算等特殊功能部件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適用于工業(yè)控制及其數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合。單片機(jī)AT89S52，如圖4所示，是ATMEL 所生產(chǎn)一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。圖4 AT89S52單片機(jī)芯片 主控制模塊電路（1）復(fù)位電路，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，主要功能是把程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容初始化為0000H，同時(shí)使CPU以及其他功能部件從一個(gè)確定的初始狀態(tài)開(kāi)始工作。在RST端出現(xiàn)高電平的第二個(gè)機(jī)器周期，執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位。以后每周期重復(fù)一次，直至RST端變?yōu)榈碗娖健纹瑱C(jī)AT89S52是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，本設(shè)計(jì)采用的是按鈕復(fù)位電路。按鍵復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電源接通通過(guò)按鈕就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位電路如圖5所示。圖4 復(fù)位電路（2）單片機(jī)的第18引腳和19引腳接時(shí)鐘電路，XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。時(shí)鐘電路如圖6所示。圖5 時(shí)鐘電路（3）單片機(jī)最小系統(tǒng)，由主控器AT89S5時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成。單片機(jī)AT89S52作為核心控制器控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作，而時(shí)鐘電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位電路使得單片機(jī)能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。20引腳為接地端，40引腳為電源端。/EA端（31引腳）接+5V電壓，如圖7所示。圖6 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)鐘電路的芯片介紹及電路設(shè)計(jì) DS1302簡(jiǎn)介DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，～。時(shí)鐘可工作在24小時(shí)格式或12小時(shí)（AM/PM）格式。 DS1302與單片機(jī)的接口使用同步串行通信，僅用3條線(xiàn)與之相連接?？刹捎靡淮蝹魉鸵粋€(gè)字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的引腳功能如表1所示，外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。表1 DS1302引腳功能引腳號(hào)引腳號(hào)稱(chēng)功能1VCC2主電源3XX2 振蕩源，外接32768Hz晶振4GND地線(xiàn)5RST復(fù)位/片選線(xiàn)6I/O串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端7SCLK串行時(shí)鐘輸入端8VCC1后備電源圖7 DS1302管腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS1302的控制字節(jié)如表2所示。控制字節(jié)的最高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位5至位1指示操作單元的地址。最低有效位（位0）如為0表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸出。表2 DS1302的控制字節(jié)D7D6D5D4D3D2D1D01 RAMA4A3A2A1A0RAMDS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被訪(fǎng)問(wèn)到。在開(kāi)始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫(xiě)操作時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8，在多字節(jié)方式下為8+字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。如果在傳送過(guò)程中置RST腳為低電平，則會(huì)終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥，RST腳必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表3。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器分為兩類(lèi)，一類(lèi)是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字尾COH—FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作；再一類(lèi)為突發(fā)方式下得RAM寄存器，次方式可一次性讀寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字尾FEH（寫(xiě)）、FFH（讀）。表3 DS1302的日歷、時(shí)鐘寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫(xiě)操作讀操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN時(shí)寄存器84H85H0112或002312/24010HRHR日寄存器86H87H01310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫(xiě)操作讀操作76543210周寄存器8AH8BH01070 0000DAY年寄存器8CH8DH009910YEARYEAR時(shí)鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時(shí)鐘暫停位。當(dāng)它為1時(shí)，DS1302停止振蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式，通常在對(duì)DS1302進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)（如進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整程序）,停止振蕩。當(dāng)它為0時(shí)，時(shí)鐘將開(kāi)始啟動(dòng)。 AMPM/1224小時(shí)方式：小時(shí)寄存器的位7定義為12或24小時(shí)方式選擇位。它為高電平時(shí)，選擇12小時(shí)方式。在此方式下，位5為第二個(gè)10小時(shí)位（20～23h）。DS1302的晶振選用32768Hz，電容推薦值為6pF。因?yàn)檎袷庮l率較低，也可以不接電容，對(duì)計(jì)時(shí)精度影響不大。 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘芯片DS1302與單片機(jī)AT89C51的接口是由3條線(xiàn)來(lái)完成的，,。DS1302與單片機(jī)的接口電路如圖9所示。圖8 時(shí)鐘電路接口 溫度測(cè)量芯片介紹及電路設(shè)計(jì) DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)提供 9 位溫度讀數(shù),指示器件的溫度。信息經(jīng)過(guò)單線(xiàn)接口送入 DS18B20或從DS18B20送出，因此從中央處理器到DS18B20僅需連接一條線(xiàn)（和地）。讀、寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供，而不需要外部電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20 有唯一的系列號(hào)（silicon serial number），因此多個(gè)DS18B20可以存在于同一條單線(xiàn)總線(xiàn)上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件，此特性的應(yīng)用范圍包括 HVAC環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè)，以及過(guò)程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè)。 DS18B20的特性如下：（1）獨(dú)特的單線(xiàn)接口，只需1個(gè)接口引腳即可通信 （2）多點(diǎn)（multidrop）能力使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化（3）不需要外部元件（4）可用數(shù)據(jù)線(xiàn)供電（5）不需備份電源（6）測(cè)量范圍從55 至+125，增量值為 （7）以9位數(shù)字值方式讀出溫度 （8）在1秒內(nèi)把溫度變換為數(shù)字 （9）用戶(hù)可定義的非易失性的溫度告警設(shè)置 （10）告警搜索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況） （11）應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng) 溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)DS18B20的ROM中存有其芯片的唯一標(biāo)識(shí)碼，即任意兩個(gè)DS18B20的標(biāo)識(shí)碼是不同的，特別適合于微處理芯片構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)。它支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，使用戶(hù)可以輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。其內(nèi)部采用在板溫度測(cè)量專(zhuān)利技術(shù)，測(cè)量范圍為55~+125℃，℃。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的穩(wěn)定報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20與單片機(jī)的接口電路如圖10所示： 圖9 溫度測(cè)量電路 按鍵電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的按鍵電路用4個(gè)按鍵進(jìn)行對(duì)時(shí)間的調(diào)整，按鍵就采用最簡(jiǎn)單的點(diǎn)動(dòng)式按鈕，由單片機(jī)的I/O進(jìn)行掃描，來(lái)實(shí)現(xiàn)掃描按鍵功能。其中，其功能是當(dāng)按下此鍵時(shí)，開(kāi)始調(diào)整年、月、日、星期、時(shí)、分、秒，沒(méi)按一次就改變一個(gè)相應(yīng)的要改變的位；，其功能是當(dāng)按下此鍵時(shí)開(kāi)始進(jìn)行鬧鐘調(diào)整，并且每按一次就改變一次要調(diào)整的位；，其功能是每按一次此鍵就將相應(yīng)的要改變的位的數(shù)值加一；，其功能是每按下一次此鍵就將要改變的位的數(shù)值減一電路圖如圖11所示。圖10 按鍵設(shè)置電路 顯示模塊電路設(shè)計(jì) 圖形點(diǎn)陣液晶顯示器12864簡(jiǎn)介點(diǎn)陣LCD的顯示原理:在數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的，對(duì)LCD控制器進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結(jié)果。對(duì)于顯示英文操作，由于英文字母種類(lèi)很少，只需要8位（一字節(jié)）即可。而對(duì)于中文，常用卻有6000以上，于是我們的DOS前輩想了一個(gè)辦法，就是將ASCII表的高128個(gè)很少用到的數(shù)值以?xún)蓚€(gè)為一組來(lái)表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼。那么，得到了漢字的內(nèi)碼后，還僅是一組數(shù)字，那又如何在屏幕上去顯示呢？這就涉及到文字的字模，字模雖然也是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有了根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來(lái)記載英文或漢字的形狀。12864是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及12864全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示84個(gè)(1616點(diǎn)陣)漢字。12864LCD的引腳說(shuō)明如表4所示。表4 12864的管腳說(shuō)明管腳號(hào)管腳名稱(chēng)LEVER管腳功能描述1VSS0