【正文】 鐘模塊鍵盤控制模塊溫度采集模塊圖 1 硬件電路設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)硬件概述本電路以 AT89C52 單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在 3V 的超低壓下工作；時(shí)鐘電路由 DS1302 提供，它是一種高性能、高精度、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，并具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為，采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(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)，同時(shí)具有掉電自動(dòng)保存功能；溫度采集電路由 DS18B20 構(gòu)成；顯示部分由液晶顯示器 LCD1602構(gòu)成。 主要單元電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì)AT89C52 為 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xC52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào) IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和 XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振；RST/VPD（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路；VCC（40 腳）和 VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V 電源的正負(fù)端；P0P3 為可編程通用 I/O 口，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（3239 腳）定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為 IR 輸入端，10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口，分別連接 N1 的 SDAS（18 腳）和 SCLS（19 腳）端口，12腳、27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。圖 2 AT89C52 主控制系統(tǒng)AT89C52 單片機(jī)為 40 引腳雙列直插芯片，有四個(gè) 8 位 I/O 口PPP3 和 P4，每一條 I/O 線都能獨(dú)立地作為輸出或輸入。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如上圖所示，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，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2 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。第 9 引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電阻及開關(guān)構(gòu)成上電復(fù)位電路，20 引腳為接地端，40 引腳為電源端。 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì) 圖 3 DS1302 引腳連線圖圖 3 表示出 DS1302 的引腳排列，其中 VCC1 為后備電源，VCC2 為主電源。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。DS1302由 VCC1 和 VCC2 兩者中的較大者供電。當(dāng) VCC2 大于 VCC1+ 時(shí)，VCC2 給 DS1302 供電；當(dāng) VCC2 小于 VCC1 時(shí)，DS1302 由 VCC1 供電。X1 和 X2 為振蕩源，外接 晶振。RST 是復(fù)位/片選線，通過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)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(guò)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)。上電運(yùn)行時(shí)，在 VCC 大于等于 之前，RST 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，I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向）。SCLK 始終為輸入端。 溫度采集模塊的設(shè)計(jì)圖 4 DS18B20 溫度采集引腳連線圖如圖 4 所示，采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測(cè)量精度高，電路連接簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用 與 DS18B20 的 I/O 口連接，加上一個(gè)上拉電阻，VCC 接電源，GND 接地。 顯示模塊的設(shè)計(jì)如下圖 5 所示，使用液晶顯示器 LCD1602 作為顯示模塊，VDD 接+5V 電源驅(qū)動(dòng)，VSS 接地，D0D7 分別接 10K 的上拉電阻，并與單片機(jī)接口中的 P0 口對(duì)應(yīng)連接。RS、RW、E 分別與單片機(jī)接口中的、 連接。此外，VEE 接一個(gè) 10K 的滑動(dòng)變阻器，這樣就可以對(duì)液晶顯示器的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖 5 LCD1602 顯示電路連接圖 相關(guān)電路原理及說(shuō)明（1）時(shí)鐘芯片 DS1302 的工作原理DS1302 在每次進(jìn)行讀、寫程序前都必須初始化先把 SCLK 端置“0”，接著把 RST 端置“1”，最后才給予 SCLK 脈沖。讀、寫時(shí)序如下圖 6 所示。表 1 為 DS1302 的控制字。表 2 為 DS1302 的日歷、時(shí)間寄存器內(nèi)容。（2）DS1302 的控制字節(jié)DS1302 的控制字如表 1 所示。此控制字的位 7 必須置“1”，若為“0”，則不能對(duì) DS1302 進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對(duì)于位 6，若對(duì)程序進(jìn)行讀、寫時(shí)，RAM=1；對(duì)時(shí)間進(jìn)行讀、寫時(shí)，CK=0。位 1 至位 5 指操作單元的地址。位 0 是讀、寫操作位，進(jìn)行讀操作時(shí)，該位為“1”；進(jìn)行寫操作時(shí)，該位為“0”?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。 RAM RD1 A4 A3 A2 A1 A0 /CK /WR表 1 DS1302 的控制字格式（3）數(shù)據(jù)輸入與輸出（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。同時(shí)，在緊跟 8 位的控制指令字節(jié)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。如下圖 6 所示。圖 6 DS1302 讀/寫時(shí)序圖（4）DS1302 的寄存器DS1302 有 12 個(gè)寄存器，其中 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)間寄存器及控制字見下表 2。其中“CH”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。表 2 DS1302 的日歷、時(shí)間寄存器此外，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之外的所有寄存器內(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 COHFDH，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）。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，軟件程序編寫的好壞直接影響著系統(tǒng)運(yùn)行情況的良好。因本程序涉及的模塊較多，所以程序編寫也采用模塊化設(shè)計(jì)，C 語(yǔ)言具有編寫靈活、移植方便、便于模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)的軟件采用 C51 編寫。 主程序流程框圖開始初始化讀 / 寫日期 、 時(shí)間和溫度分離日期 / 時(shí)間 / 溫度顯示顯示子程序日期 、 時(shí)間修改程序返回圖 7 主程序流程圖 陽(yáng)歷顯示程序設(shè)計(jì)因?yàn)槭褂昧藭r(shí)鐘芯片 DS1302，陽(yáng)歷程序只需從 DS1302 各寄存器中讀出年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等數(shù)據(jù)，再處理即可。在首次對(duì) DS1302 進(jìn)行操作之前，必須對(duì)它進(jìn)行初始化，然后從 DS1302 中讀出數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)處理，送給顯示緩沖單元。陽(yáng)歷顯示流程圖如下圖 8所示。開始初始化 D S 1 3 0 2D S 1 3 0 2 開始振蕩從 D S 1 3 0 2 中讀出年 、 月 、日 、 星期 、 時(shí) 、 分 、 秒讀出的數(shù)據(jù)都為 B C D 碼 ， 將其高低位分離 ， 送顯示緩沖單元圖 8 陽(yáng)歷顯示流程圖 時(shí)間調(diào)整程序設(shè)計(jì)調(diào)整時(shí)間使用 4 個(gè)調(diào)整按鈕，1 個(gè)作為進(jìn)入設(shè)置、移位、控制使用，2 個(gè)作為加、減使用，還有 1 個(gè)作為退出設(shè)置使用，分別定義為控制按鈕、加按鈕、減按鈕、退出按紐。在調(diào)整時(shí)間過(guò)程中，要調(diào)整的位與別的位應(yīng)該有區(qū)別，所以增加了閃爍功能，即調(diào)整的位一直在閃爍，直到調(diào)整下一位。閃爍原理就是，讓要調(diào)整的一位每隔一定時(shí)間熄滅一次，比如說(shuō) 50ms。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到 50ms 溢出時(shí)，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時(shí)，再送正常顯示的值，不斷交替，直到調(diào)整該位結(jié)束。此時(shí)送正常顯示值給該位，再進(jìn)入下一位調(diào)整閃爍程序。時(shí)間調(diào)整程序流程圖如下圖 9 所示。圖 9 時(shí)間調(diào)整程序流程圖 溫度數(shù)據(jù)采集與顯示程序設(shè)計(jì) 此程序主要包括基本功能實(shí)現(xiàn)程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、溫度計(jì)算子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序。 基本功能實(shí)現(xiàn)程序 此段程序的主要功能是實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20 的測(cè)量溫度值，溫度測(cè)量每 1s 進(jìn)行一次。程序流程圖如下圖10 所示。 初 始 化 調(diào) 用 顯 示 子 程 序 1S到 ？ 初 次 上 電 ？ 讀 出 溫 度 值 溫 度 計(jì) 算 處 理 顯 示 數(shù) 據(jù) 刷 新 發(fā) 溫 度 轉(zhuǎn) 換 開 始 命 令 N Y Y N 圖 10 基本功能實(shí)現(xiàn)流程圖 圖 11 讀出溫度子程序流程圖 讀出溫度子程序 此段程序的主要功能讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行 CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。程序流程圖如上圖 11 所示。 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序此段程序主要功能是發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換開始命令。當(dāng)采用 12 位分辨率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為 750ms。在本程序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。程序流程圖如下圖 12 所示。 開 始 溫 度 零 下 ？ 溫 度 值 取 補(bǔ) 碼 置 “—”標(biāo) 志 置 “+”標(biāo) 志 結(jié) 束 計(jì) 算 小 數(shù) 位 BCD值 計(jì) 算 整 數(shù) 位 BCD值 N Y 圖 12 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖 圖 13 溫度計(jì)算子程序流程圖 溫度計(jì)算子程序 此段程序主要功能是將 RAM 中的讀取值進(jìn)行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定。程序流程圖如上圖 13 所示。 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 此段程序主要功能是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為“0”時(shí)，將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如下圖 14 所示。圖 14 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 系統(tǒng)仿真本設(shè)計(jì)使用的仿真軟件為 PROTEUS 軟件和 Keil C51 軟件。PROTUES 軟件是由英國(guó) LabCenter Electronics 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件，由 ISIS 和 ARES 兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中 ISIS 是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件，通過(guò) PROTEUS ISIS 軟件的 VSM（虛擬仿真技術(shù)），用戶可以對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路，以及基于微控制器的系統(tǒng)連同所有外圍接口電子元器件一起仿真；ARES 是一款高級(jí)的布線編輯軟件，它集成了高級(jí)原理布線圖、混合模式 SPICE 電路仿真、PCB 設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)。Keil C51 軟件是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。首先，按設(shè)計(jì)方案在 ISIS 軟件中連接好電路，如下圖 15 所示。圖 15 系統(tǒng)總體電路然后，使用 Keil C51 軟件對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行編譯和查錯(cuò)。系統(tǒng)程序見附錄 2。經(jīng)檢查無(wú)誤之后，對(duì)程序進(jìn)行編譯、連接、運(yùn)行，生成.hex 文件。最后，在 ISIS 文件加載進(jìn)單片機(jī)中，對(duì)系統(tǒng)總體電路進(jìn)行仿真調(diào)試，檢查各按鍵是否有效、查看顯示結(jié)果是否與實(shí)際相符。如有不相符的結(jié)果，則再返回 Keil C51 軟件中對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)，直到顯示結(jié)果正確無(wú)誤。 硬件制作與調(diào)試 硬件制作（1）整理元器件，重點(diǎn)辯別認(rèn)清電阻器阻值及相應(yīng)代號(hào)，對(duì)電阻、電容等要用萬(wàn)用表一一檢測(cè)。（2）按照系統(tǒng)仿真電路圖對(duì)硬件電路進(jìn)行安裝焊接時(shí)，電阻器采用臥式插裝，并近貼電路板；瓷介電容器、電解電容器等采用立式插裝，也要近貼電路板。其余元件必須按正確的極性插裝，否則電路不會(huì)正常工作。 （3）焊完元器件后，在覆銅面剪掉多余元器件的引線,工具最好用斜口鉗，可防止因剪線而使覆銅皮損壞。 （4）焊接完后，再認(rèn)真對(duì)照電路原理圖、安裝圖檢查電路板上有無(wú)漏焊、錯(cuò)焊、短路、斷路等錯(cuò)誤現(xiàn)象，確認(rèn)無(wú)誤后才能通電。 硬件調(diào)試硬件電路檢查無(wú)誤后，使用單片機(jī)開發(fā)板將系統(tǒng)程序下載到單片機(jī)中