【正文】 單片機 液晶 LCD 時鐘 [摘 要 ] 我們設(shè)計的 LCD 時鐘溫度系統(tǒng)是由中央控制器、溫度檢測器、時鐘系統(tǒng)、報警系統(tǒng) ,顯示器及鍵盤部分組成。控制器采用單片機AT89C52，溫度檢測部分采用 DS18B20 溫度傳感器，時鐘系統(tǒng)用時鐘芯片 DS1302，用 LCD 液晶 12864 作為 顯示器，用蜂鳴器及發(fā)光二極管構(gòu)成聲光報警器。單片機通過時鐘芯片 DS1302 獲取時間數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)處理后顯示時間；溫度傳感器 DS18B20 采集溫度信號送該給單片機處理；單片機再把時間數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)送液晶顯示器 12864F 顯示，12864F 還可以顯 示漢字；鍵盤是用來調(diào)時和溫度查詢的。 [關(guān)鍵字 ]： 單片機 LCD 液晶 DS18B20 DS1302 12864F 一、 引言 隨著人們生活水平的不斷提高 ,單片機控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 本設(shè)計是數(shù)據(jù)采集及處理，鍵盤控制，顯示系統(tǒng)及報警系統(tǒng)與單片機有效結(jié)合，本設(shè)計是通過在“單片機原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識的綜合應(yīng)用，以及查閱資料，培養(yǎng)一種自 學(xué)的能力。并且引導(dǎo)一種創(chuàng)新的思維，把學(xué)到的知識應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。在設(shè)計的過程中，武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 2 不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學(xué)會對常見問題的處理方法，積累設(shè)計系統(tǒng)的經(jīng)驗，充分發(fā)揮教學(xué)與實踐的結(jié)合。全能提高個人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 二、 方案設(shè)計及方案論證 按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，本 時鐘溫度系統(tǒng)的設(shè)計必須采用單片機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，用單片機的自動控制能力配合按鍵 控制，來控制時鐘、溫度的調(diào)整及顯示。 獲得時鐘溫度數(shù)據(jù)信息，單片機對其進行一系列的處理，最后通過液晶顯示出來。 時鐘系統(tǒng)方案選擇 方案 1：通過單片機內(nèi)部的定時器 /計數(shù)器，用軟件實現(xiàn)，直接用單片機的定時器編程以實現(xiàn)時鐘； 方案 2：用專門的時鐘芯片實現(xiàn)時鐘的記時，再把時間數(shù)據(jù)送入單片機，由單片機控制顯示。 雖然用軟件實現(xiàn)時鐘硬件線路簡單，但是程序運行的每一步都需要時間，多一步或少一步程序都會影響記時的準(zhǔn)確度，對定時器定時也不是十分準(zhǔn)確，時鐘精度很低，對于我們實現(xiàn)所需要的功能造成軟 件編程非常復(fù)雜。用專用時鐘芯片硬件成本相對較高，但它的精度武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 3 很高，軟件編程很簡單。綜上所述，選擇方案 2。 單片機的選擇 對于單片機的選擇，如果用 8031 系列，由于它沒有內(nèi)部 RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)，因而不可用； 51 系列單片機的 ROM為 4K，對于我們設(shè)計的系統(tǒng)可能有點??； 54 系列單片機與 51 系列的結(jié)構(gòu)一樣，而 ROM 擴大為 16K，對我們設(shè)計系統(tǒng)提供充足的空間進行功能的擴展。再有 51 系列單片機與 52 系列的單片機價格差不多。因此，我們選擇 52 系列的單片機。 顯示系統(tǒng)的方案比較 方案 1：用數(shù)碼管或 LED 顯示。 方案 2：用液晶 1602 顯示。 方案 3：用液晶 12864 顯示。 時鐘和溫度的顯示可以用數(shù)碼管或 LED，而且價格便宜。但是數(shù)碼管的只能顯示簡單的設(shè)計的系統(tǒng)，與我們設(shè)計要求也不相符。有很多東西需要顯示，還是用顯示功能更好的液晶顯示器比較好，它能顯示更多的數(shù)據(jù)，用 1602 液晶顯示數(shù)據(jù)有限，顯示數(shù)據(jù)的可讀性不好，用可以顯示漢字的 12864 液晶顯示器還可以增加顯示信息的可讀性，讓人看起來會很方便。 報警系統(tǒng)的方案比較 方案 1：用長鳴的蜂鳴器實現(xiàn)鬧鐘鈴聲及 溫度超限報警。 方案 2：用喇叭加語音芯片實現(xiàn)鬧鐘鈴聲及溫度超限報警。 用喇叭加語音芯片成本很高，但聲音還不錯，再有喇叭體積龐大。用蜂鳴器，成本低，電路結(jié)構(gòu)簡單，而且體積小。限于設(shè)計所需要的功能，用蜂鳴器是最佳選擇。所以我們采用方案 1. 溫度系統(tǒng)方案選擇 方案 1： 用熱敏電阻等測溫元件測出電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度。需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。 方案 2：用 DS18B20 直接測溫。 DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器， 它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 4 讀數(shù)方式。 經(jīng)比較，我們選擇方案 2。 溫度實現(xiàn)只能通過外部的溫度傳感器來實現(xiàn)。經(jīng)上網(wǎng)查閱及市場考察， DS18b20 體積小，只有 3 只腳，電路接法簡單。內(nèi)部含有寄存器為我們設(shè)計實現(xiàn)上下限報警功能提供保障。精度為 176。 C，也符合我們設(shè)計的要求。 DS18B20 也是我們通常使用的型號，因此溫度傳感器用 DS18B20。 鍵盤控制方案選擇 方案 1：購買集成鍵盤，采用矩陣形式連接。 方案 2：購買單個復(fù)位開關(guān)做成鍵盤。 雖然集成鍵盤美觀，與 單片機的接口少，但是它的成本比較高。單片機的 IO 口對于我們的設(shè)計綽綽有余。通常我們選用價格便宜單個復(fù)位開關(guān)做成鍵盤。 3. .時鐘溫度系統(tǒng)總體設(shè)計 初步確定設(shè)計系統(tǒng)由單片機主控模塊、時鐘模塊、測溫模塊、報警模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊共 6 個模塊組成，電 路 系 統(tǒng) 框 圖 如 圖 （ 1 ） 所 示 。 二．硬件設(shè)計部分 1單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計 主 控 器 件AT89R54 DB1820 溫度采集系統(tǒng) DS1320 時間采集系統(tǒng) 12864 顯示系統(tǒng) 蜂鳴器 LED 報警系統(tǒng) 鍵盤 控制系統(tǒng) 武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 5 單片機芯片選擇 單片機采用 52系列單片機。由 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具 有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。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 AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 AT89C52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，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個看門狗（ WDT）定時 /計數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會強制整個系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機復(fù)位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護你的硬件電路。 AT89C52 有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī) 編程器。 其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片 外觀及引腳圖如下： 圖 圖 武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 6 單片機管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時，P0 口作 為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出4個 TTL門電流。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示： 管腳 備選功能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） /INT0 （外部中斷 0） /INT1 （外部中斷 1） T0 （記時器 0外部輸入） T1 （記時器 1外部輸入） /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 7 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù) 位器件時，要保持 RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理 器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時，/EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi) 部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路，晶振電路，電源等幾部分組成。 1） 復(fù)位電路 復(fù)位電路有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，我們主要用按鈕復(fù)位方式。如下圖所示： 武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 8 2） 晶振電路 晶振電路原理圖如 32： 32 晶振模塊原理圖 選取原則：電容選取 30pF，晶振為 12MHz。 3） 電源 AT89C52 單片機的供電電源是 5V 的直流電，為了使電源穩(wěn)武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 9 定使用了 7805 穩(wěn)壓芯片是電源穩(wěn)定，主電源電路如下： 考慮到時 鐘的供電問題，應(yīng)用了主電源和備用電源方案，當(dāng)主電源掉電之后，備用電源啟動 ，使時鐘繼續(xù)工作，電路如下： 武漢紡織大學(xué) 電子與電氣工程學(xué)院 電子 91 班 10 4） EA 非 /Vpp 腳 我們沒有用外部擴展 ROM,因此 EA 非 /Vpp 為高電平，即接 +5V電源 或是懸空，為了簡化電路將這個引腳懸空 。 2 時鐘系統(tǒng)電路設(shè)計 時鐘芯片選擇 我們采用 具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實時時鐘電路DS1302。 它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。 它采用主電源和備用電源雙電源供電。它的工作電壓范圍 ~，在 時，小于 300nA。它內(nèi)部含有 31 個字節(jié)的靜態(tài) RAM，可提供用戶訪問。