【正文】 統(tǒng)硬件概述本電路是以STC89C52單片機(jī)為控制核心，該芯片具有在線編程功能，功耗低，；時(shí)鐘芯片采用DS1302，它是一款高性能、低功耗、自帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，具有使用壽命長(zhǎng)，精度高和功耗低等特點(diǎn)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能,可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，～；溫度檢測(cè)模塊由DS18B20構(gòu)成,它采用獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊, 具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn),其測(cè)溫范圍在55~+125℃,工作電壓為3v~；顯示部份使用1602液晶顯示屏來實(shí)現(xiàn),該顯示屏具有低功耗、壽命長(zhǎng)、可靠性高的特點(diǎn)，其工作電壓為5v。 主要單元電路的設(shè)計(jì) STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介STC89C52是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用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和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 STC89C52引腳圖從引腳功能來看，可將引腳分為三部分：電源及時(shí)鐘引腳VCC：接+5V電源；VSS：接地；XTAL1和XTAL2：時(shí)鐘引腳，外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此兩引腳端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)?？刂埔_RST/VPT：RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，VPT是備用電源輸入端。當(dāng)RST輸入端保持2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)，單片機(jī)完成復(fù)位初始化操作。當(dāng)主電源VCC發(fā)生故障而突然下降到一定低電壓或斷電時(shí)，第2功能VPT將為片內(nèi)RAM提供電源以保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失。ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)輸出端。在存取外存儲(chǔ)器時(shí)，用于鎖存低8位地址信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)正常工作后，ALE端就會(huì)周期性地以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6固定頻率向外輸出正脈沖信號(hào)。此引腳的第2功能PROG是對(duì)片內(nèi)帶有4K字節(jié)EPROM的8751固化程序時(shí)，作為編程脈沖輸入端。PSEN：程序存儲(chǔ)允許輸出端。是片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。CPU從外部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)，PSEN信號(hào)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生負(fù)脈沖，作為外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。EA/VPP：程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。當(dāng)EA為高電平時(shí)，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，但當(dāng)PC中的值超過0FFFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令；當(dāng)EA為低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。對(duì)8031單片機(jī)，EA必須接低電平。在8751中，當(dāng)對(duì)片內(nèi)EPROM編程時(shí)，該端接21V的編程電壓。I/O口引腳～：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用?！篜1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。此外，（）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（）。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)?！?P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高八位地址。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。～：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中單片機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)外設(shè)的控制和各個(gè)功能模塊間的協(xié)調(diào)，沒有復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算，因此，8位的51系列單片機(jī)足以勝任。51單片機(jī)以其低廉的價(jià)格以及較出色的性能成了很多控制系統(tǒng)的首選。它具有豐富的內(nèi)部資源，較大的數(shù)據(jù)、程序存儲(chǔ)區(qū)。一個(gè)典型的單片機(jī)最小系統(tǒng)一般由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源指示燈和外部擴(kuò)展接口等部分組成，本系統(tǒng)也不例外，當(dāng)單片機(jī)具備了這些最基本的條件后，就可以正常工作了。,單片機(jī)的XTAL0和XTAL1引腳用于連接晶振電路。XTAL0接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。RESET為復(fù)位引腳,連接復(fù)位電路，它用于對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化。復(fù)位電路包括復(fù)位電容（C6）、復(fù)位電阻（R3）和復(fù)位開關(guān)（S4）。VSS為電源地,VCC為電源正。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位、晶振電路簡(jiǎn)介復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這上狀態(tài)開始工作。（1）單片機(jī)常見的復(fù)位電路通常單片機(jī)復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位電路，按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位電路：上電復(fù)位是單片機(jī)上電時(shí)復(fù)位操作，保證單片機(jī)上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)。它利用的是電容充電的原理來實(shí)現(xiàn)的。按鍵復(fù)位電路：它不僅具有上電復(fù)位電路的功能，同時(shí)它的操作比上電復(fù)位電路的操作要簡(jiǎn)單的多。如果要實(shí)現(xiàn)復(fù)位的話，只要按下RESET鍵即可。它主要是利用電阻的分壓來實(shí)現(xiàn)的在此設(shè)計(jì)中，采用的按鍵復(fù)位電路。 復(fù)位電路（2）復(fù)位電路工作原理上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位，而且在單片機(jī)運(yùn)行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作晶振電路的設(shè)計(jì)晶振電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地工作。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，、CC2?？梢愿鶕?jù)情況選擇6MHz、12MHz或24MHz等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。 時(shí)鐘振蕩電路 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。，其中VCC1為后備電源，VCC2為主電源。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電。所以在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。X1和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電行動(dòng)時(shí)，RST必須保持低電平。在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平，I/O為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向）。SCLK始終是輸入端。 DS1302的硬件接線圖時(shí)鐘芯片DS1302的工作原理：(1) DS1302的控制字節(jié)DS1302控制字節(jié)的高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果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)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出(2) 數(shù)據(jù)輸入輸出（I/O）在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。(3) DS1302的寄存器DS1302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?！癈H”是時(shí)鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為0時(shí)，時(shí)鐘開始運(yùn)行。“WP”是寫保護(hù)位，在任何的對(duì)時(shí)鐘和RAM的寫操作之前，“WP”必須為0。當(dāng)“WP”為1時(shí)，寫保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫操作。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)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(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)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。數(shù)字溫度傳感器DS18B20是由Dalles半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的，它具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣（），適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20的兩種封裝DS18B20的主要特性 （1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電。 （2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 （3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。 （4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （5）溫范圍－55℃～＋125℃，在10～+85℃時(shí)精度為177?！?。 （6）可編程 的分辨率為9～12位，℃、℃、℃℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 （7）在9位分辨率時(shí)最多在 ，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （8）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一 線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 （9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器（）。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成DS18B20的供電方式有兩種：寄生電源供電方式和外部電源供電方式。本設(shè)計(jì)采用外部電源供電方式（），DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度。外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 DS18B20引腳接線引腳說明：GND為接地引腳；DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出腳。用于單線操作，漏極開路；VCC接電源正；實(shí)現(xiàn)鍵盤控制的方法有多種，它可以用FPGA來進(jìn)行控制，也可以用單片機(jī)來進(jìn)行控制。在本系統(tǒng)中，我們采用了單片機(jī)來進(jìn)行控制，因?yàn)閱纹瑱C(jī)可以很好的解決鍵抖動(dòng)。由若干個(gè)按鍵組成一個(gè)鍵盤，其電路結(jié)構(gòu)可分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。 獨(dú)立式鍵盤每個(gè)鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線上的狀態(tài)，矩陣式鍵盤按鍵排列為行列式矩陣結(jié)構(gòu)，也稱行列式鍵盤結(jié)構(gòu)。4行4列共16個(gè)鍵，只占用8根I/O口線，鍵數(shù)目較多，可節(jié)省口線。本設(shè)計(jì)采用的是獨(dú)立式鍵盤。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式。CPU在一個(gè)工作周期內(nèi)，利用完成其他任務(wù)的空余時(shí)間，調(diào)用鍵盤掃描子程序，經(jīng)程序查詢，若無鍵操作，則返回；若有鍵操作，則進(jìn)而判斷是哪個(gè)鍵，并執(zhí)行相應(yīng)的鍵處理程序。這種方式為編程掃描方式。由于單片機(jī)在正常應(yīng)用過程中，可能會(huì)經(jīng)常進(jìn)行鍵操作，因而編程控制方式使CPU經(jīng)常處于工作狀態(tài)， 在進(jìn)行本次設(shè)計(jì)中，只涉及到了設(shè)置、上調(diào)、下調(diào)三個(gè)功能。因此采用獨(dú)立式鍵盤。如下圖所示： 顯示模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中由于要對(duì)時(shí)間、溫度進(jìn)行顯示，所以選擇液晶顯示屏1602模塊作為輸出。1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。 管腳功能如表41所示：表41 LCD1602引腳功能引腳符號(hào)功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端。4RSRS為寄存器選擇。5R/WR/W為讀寫信號(hào)線。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向