【正文】 ..................................................................... 29 附錄 C ................................................................................................................................. 30 欽州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 1 前言 時(shí)代在變化， 科學(xué)技術(shù)不斷地 融入人們的生活中 ， 因此 單片機(jī) 的應(yīng)用越來(lái)越 廣泛。單片機(jī)常作為一個(gè)核心部件使用 ，特別是在自動(dòng)控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)檢測(cè) 系統(tǒng)中 [1]。 數(shù)字溫度計(jì)和數(shù)字鐘 便是其中的代表 之一 ，把單片機(jī)結(jié)合到溫度計(jì)和時(shí)鐘的設(shè)計(jì)中，使他們實(shí)現(xiàn)數(shù)字化， 大大 方便了人們對(duì)溫度的測(cè)量和時(shí)間的記錄。 科學(xué)技術(shù)能夠讓舊的東西煥發(fā)新的活力，從而改變?nèi)藗兊纳罘绞健? 溫度 是常用到的一個(gè)物理量， 特別 是 在石油、化工、環(huán)境 保護(hù) 、醫(yī)學(xué)、工業(yè) 等領(lǐng)域 更是作為 必測(cè)參數(shù) [2]。 對(duì)溫度的測(cè)量就必須用 到溫度計(jì) ， 傳統(tǒng)的溫度計(jì)有 酒精溫度計(jì)、 水銀玻璃溫度計(jì)、熱電偶 和 熱電阻溫度計(jì)等。傳統(tǒng)的溫度計(jì)反應(yīng)速度慢、讀數(shù)麻煩等缺點(diǎn)，因此應(yīng)用起來(lái)比較麻煩，在一些領(lǐng)域，傳統(tǒng)的溫度計(jì)往往達(dá)不到測(cè)量要求 [34]。 時(shí)代在進(jìn)步 ， 科學(xué)技術(shù)也快速發(fā)展，新技術(shù)推動(dòng)了溫度測(cè)量方式的變化， 無(wú)需人員參與就 能夠 自動(dòng)檢測(cè)的測(cè) 溫系統(tǒng) 被 廣泛應(yīng)用 。 本 設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì) 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，使得讀數(shù)變得更加方便快捷 ， 同時(shí)也能夠達(dá)到比較高的測(cè)量精度 。 本 設(shè)計(jì) 中采用 8 位 單片機(jī) 作為 主控制器件 ， 添加了 8 管腳封裝的時(shí)鐘芯片，以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。測(cè)溫 元件 選用的 是 一種封裝類(lèi)似于三極管的溫度傳感器 ， 此 溫度 傳感器具備把模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的功能 ， 大大簡(jiǎn)化了本設(shè)計(jì) 的 電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也降低了設(shè)計(jì)成本 。 為了具備比較好的顯示界面， 顯示器件采用的是 LCD 液晶 屏 ， 1 方案論證與系統(tǒng)總體框圖 方案論證 方案一 感溫 器件選用的是日常生活中比較常見(jiàn)的熱敏電阻 ，溫度 與 時(shí)間 的數(shù)字 則用 LED數(shù)碼管顯示 。本系統(tǒng)的測(cè)溫電路 利 用熱敏電阻 的 感溫效應(yīng)， 采集 隨被測(cè)溫度變化的 電流值 或者 電壓值， 然后 經(jīng)過(guò) A/D 芯片把模擬量 轉(zhuǎn)換 成 單片機(jī) 可以處理的數(shù)字量， 然后用 LED 數(shù)碼管將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。這 樣的 設(shè)計(jì)方案 需 用到 比較繁雜 的 A/D 轉(zhuǎn)換電路， 要比較完整的顯示所有內(nèi)容 需用到多 位數(shù)碼管，電路 比較 繁雜。 方案二 選擇 DS18B20 作為 測(cè) 溫器件 ， 把測(cè)得的 溫度和同步的時(shí)間日歷 顯示在 LCD 液晶黃日剛 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 2 里 。本系統(tǒng) 僅使用一只 DS18B20 傳感器 ， DS18B20 不僅可以直接讀取被測(cè)溫度值進(jìn)行顯示，而且溫度傳感器 DS18B20 具有 獨(dú)特的 單總線(xiàn) 接口 方式 ， 與 單片機(jī) 連接時(shí)僅需要一條線(xiàn)既可實(shí)現(xiàn)通訊 ，無(wú)需 太多 外部元件，簡(jiǎn)化了 外圍電路 [5]。 1602 液晶的 顯示 空 間大，完全滿(mǎn)足 溫度和日歷 的顯示要求 ，電路簡(jiǎn)單， 顯示信息 完整 ，可以很好的 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 綜上所述，方案一 中的電路比較復(fù)雜，器件多，不便于調(diào)試 ；方案二 的 電路 相對(duì) 簡(jiǎn)單， 器件消耗少 ，并且 程序編寫(xiě) 也比較簡(jiǎn)單，所以本 設(shè)計(jì) 選用方案二。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 主控 器 模塊、 顯示模塊、測(cè)溫模塊 和 時(shí)鐘模塊 是本系統(tǒng)的主要部分，另外還加有一些簡(jiǎn)單電路，例如復(fù)位電路、報(bào)警電路和按鍵等 。 測(cè)溫模塊 的核心器件是 DS18B20溫度傳感器，其應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，方便使用。 計(jì)時(shí)芯片 使用的是 DS1302， 它 能夠精準(zhǔn)計(jì)時(shí) ，而且 能夠 在失去主電源的情況下由后備 電源對(duì)它供電，以保證芯片的正常工作。顯示模塊 采用液晶顯示屏 LCD1602，簡(jiǎn)潔美觀(guān) 。 主控芯片使用 STC 公司生產(chǎn)的 RC系列 STC89C52RC 單片機(jī)。 具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖 所示。 2 主要器件功能介紹 STC89C52RC 單片機(jī) LCD顯示屏 時(shí)鐘 溫度傳感器 報(bào)警電路 按鍵 復(fù)位電路 主控制器 圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 欽州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 3 STC89C52RC 單片機(jī) 是國(guó)內(nèi) 公司生產(chǎn)的 一種 8 位 單片機(jī) ， 屬于 RC 系列單片機(jī) 中的一種。 這種 系列單片機(jī) 在 出廠(chǎng)時(shí)就已 經(jīng)被 完全加密， 不可能被 解密 ， 用戶(hù)程序 可以用 ISP/IAP 機(jī)制寫(xiě)入 。 它分 有 DIP40， PLCC44， PQFP44 三種封裝 類(lèi)型，第一種封裝類(lèi)型是最普遍的，也是最常用的，所以此系統(tǒng)選擇了第一種封裝類(lèi)型 。 此單片機(jī)的功耗比較很低，運(yùn)行速度也比較快，內(nèi)部帶有 多達(dá) 8K 容量 的 可編程存儲(chǔ)器 ，完全滿(mǎn)足了本設(shè)計(jì)的控制要求 。芯片 中 包含著 非常 靈巧的 8 位 處理器 和 大容量 的 可編程 存儲(chǔ)器 ， 這 特性 加快了 此單片機(jī) 在 很多 不同 控制 領(lǐng)域 的 使 用。此單片機(jī)具有這樣的一些標(biāo)準(zhǔn)功能，如 32 位 I/O 口線(xiàn)， 512 字節(jié) 隨機(jī)存儲(chǔ)器 ， 8k 字節(jié) 可編程存儲(chǔ)器 ， 三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 內(nèi)部 復(fù)位電路， 內(nèi)置 4KB 帶電可擦寫(xiě)可編程只讀存儲(chǔ)器 ， 掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失， 可 以同時(shí)接收與發(fā)送數(shù)據(jù)的 串行口。另外 它 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作， 有兩 種軟件節(jié)電模式 可選擇 ?？臻e模式下， CPU 不 工作， 但串口、 RAM、 中斷、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 仍然 工作 [6]。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容 不丟失 ，振蕩器 不工作 ， 因此 單片機(jī)停止 所有工作 ， 當(dāng)新 中斷或硬件復(fù)位 時(shí)，單片機(jī)又開(kāi)始工作 。 在 此 采用 的 STC 公司 生產(chǎn) 的 STC89C52RC 單片機(jī)，它 不僅 價(jià)格便宜 ，而且 焊接簡(jiǎn)單 方便 ， 并有著比較大 的存儲(chǔ)空間 [7]。其管腳圖如下圖 所示。 圖 STC89C52 單片機(jī)管腳圖 STC89C52RC 各個(gè)管腳的功能如下 [89]： （ 1） 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接 正五 伏 電源 ； GND(Pin20)：接地 。 黃日剛 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 4 （ 2） 外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 ； XTAL2(Pin18)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 。 （ 3） 控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位 用的 引腳， 高電平有效， 當(dāng)高電平持續(xù)的時(shí)間為 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位操作，如果高電平的持續(xù)時(shí)間過(guò)短將不能復(fù)位成功 。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào) ； PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 。 EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的 選擇腳 ， 當(dāng)這個(gè)管腳 接 到 高電平 時(shí)指令 被 從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀取 ， 當(dāng)這個(gè)管腳 接 到 低電平 時(shí)指令被 從外部程序存儲(chǔ)器讀 取 。 （ 4） 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） 這種類(lèi)型的 單片機(jī) 中共 32 個(gè) 可編程 的 I/O 引腳 ， 每 8 位 作為一個(gè)口，共分為 4 組，分別 為 P0、 P P P3 口。 P0 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 引腳 ，名稱(chēng)為 ～ ； P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 引腳 ，名稱(chēng)為 ～ ； P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 引腳 ，名稱(chēng)為 ～ ； P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 引腳 ，名稱(chēng)為 ～ 。 LCD1602 顯示屏 LCD1602 液晶屏 ，可以顯示兩行的內(nèi)容，共有 32 小格 ，每個(gè)字符占用一個(gè)小格子 的空間 。 可以拿來(lái)顯示符號(hào)、數(shù)字、字母等的點(diǎn)陣型液晶模塊， 也可以顯示漢字，但是實(shí)現(xiàn)的過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜， 1602 液晶也 常常被 叫 為 1602 字符型液晶，它 由 若干個(gè) 5 7 或者 5 11 等點(diǎn)陣字符位組成，字符 可以顯示在任何一個(gè) 點(diǎn)陣字符位 上 。 這種液晶有不少的優(yōu)點(diǎn)， 例如 超薄 而 輕巧、體積 較 小、顯示 的 內(nèi)容 比較豐富 和 微功耗 等 ，所以比較受歡迎， 它被 越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 到 袖珍式儀表 以及 低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中[10]。 比傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示 它的顯示界面有了很大的 改善 ， 雖然它的價(jià)格高點(diǎn)，但是它顯示的效果好 也 很 耐用 。與數(shù)碼管相比，它 接線(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單， 容易焊接， 而且它的顯示程序相對(duì)數(shù)碼管 的顯示程序 來(lái)說(shuō) 也比較短 ， 容易編寫(xiě)和調(diào)試。 LCD1602 可以 能讓系統(tǒng)的顯示模塊 能夠 可以顯示比較多的信息，該器件采用并行接口，傳送數(shù)據(jù)的效率欽州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 5 也 比較 好。 LCD1602 的 管腳圖和接口信號(hào)說(shuō)明分別如圖 和表 所示。 圖 LCD1602 的 管腳圖 表 LCD1602 的接口 信號(hào)說(shuō)明 引腳號(hào) 標(biāo)識(shí) 說(shuō)明 PIN1 GND 接 0V PIN2 VCC 接 PIN3 V0 對(duì)地接電阻 4702K PIN4 RS RS=0，指令寄存器； RS=1，數(shù)據(jù)寄存器 PIN5 R/W R/W=0，寫(xiě)； R/W=1，讀 PIN6 E 允許信號(hào) PIN7 D0 數(shù)據(jù) 0 PIN8 D1 數(shù)據(jù) 1 PIN9 D2 數(shù)據(jù) 2 PIN10 D3 數(shù)據(jù) 3 PIN11 D4 數(shù)據(jù) 4 PIN12 D5 數(shù)據(jù) 5 PIN13 D6 數(shù)據(jù) 6 PIN14 D7 數(shù)據(jù) 7 PIN15 LED+ 背光正極，接 5V PIN16 LED 背光負(fù)極，接 0V 使用 指令 可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 1602 屏的操作 ， 例如讀、寫(xiě)、顯示地址等。 使用這類(lèi)型的液晶前要了解相關(guān)指令的作用以及指令的設(shè)置方法， 只有在完成相關(guān)指令 的 設(shè)置 的情況下 ，才能在屏幕上顯示所需 的 效果， 這種液晶 總 共有 11 條指令 ， 如表 所示 。 黃日剛 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 6 表 LCD1602 指令表 指令 RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清屏 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 輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo) /字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L 6 功能 0 0 0 0 1 DL N F 7 置字符發(fā)生器地址 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)志和地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫(xiě)數(shù)據(jù)到指令 1 0 要 寫(xiě)的數(shù)據(jù) 11 從指令 1 1 讀出的數(shù)據(jù) DS1302時(shí)鐘芯片 DS1302芯片 是 由 國(guó)外 公司 研制 生產(chǎn)的， 一般為 8管腳封裝， 它作為 一種 自 帶 隨機(jī)存儲(chǔ)器 、 運(yùn)行 功耗 低 、 運(yùn)行速度快 的適時(shí)時(shí)鐘芯片 ,它的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路提供 了年 、 月 、日 、 星期 、 時(shí) 、 分還有秒 的信息 。這種時(shí)鐘芯片可以自動(dòng)調(diào)整閏年的天數(shù)和 每月的天數(shù)， 改變 了 以往只能 靠 人工進(jìn)行調(diào)整的情況 ， 時(shí)鐘操作 能以 指令設(shè)定為 12或 24小時(shí)格式 [1112]。 它 與 主控制器 之間 的通信方式為 同步串行 方式，節(jié)省了主控制器的 I/O資源，也簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的電路設(shè) 計(jì)結(jié)構(gòu) 。 DS1302管腳圖及內(nèi)部結(jié) 構(gòu) 圖如下圖 。 （ 1） 1腳 VCC1為后備電源引腳； （ 2） 2和 3腳 X X2是晶振引腳； （ 3） 4腳 GND作 為接地 引 腳； （ 4） 5腳 RST作 為復(fù)位 引 腳； （ 5） 6腳 I/O作 為數(shù)據(jù)輸入、輸出引腳； （ 6） 7腳 SCLK作 為串行時(shí)鐘引腳； （ 7）