【正文】 0具有溫度指示的數(shù)字萬年歷設(shè)計方案1 緒論隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，給人類生活帶來了根本性的改變。由其是單片機技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)走進了千家萬戶。其中電子萬年歷就是一個典型的例子。而且在萬年歷的基礎(chǔ)上還可以擴展其它的實用功能，比如溫度計。，分，秒. 數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛用于個人家庭，車站， 碼頭辦公室等公共場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度，遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，但是所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究萬年歷及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。市場上有許多電子鐘的專用芯片如：LM8363 、LM8365 等，但它們功能單一，電路連接復(fù)雜，不便于調(diào)試制作。但是考慮到用單片機配合時鐘芯片，可制成功能任意的電子鐘，而且可以做到硬件簡單、成本低廉。所以本系統(tǒng)采用了以廣泛使用的單片機 AT89S52 技術(shù)為核心，配合時鐘芯片 DS1302。軟硬件結(jié)合，使硬件部分大為簡化，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，并采用 LCD 顯示電路、鍵盤電路，使人機交互簡便易行，此外結(jié)合音樂鬧鈴電路、看門狗和供電電路。本方案設(shè)計出的數(shù)字鐘可以顯示時間、設(shè)置鬧鈴功能之外。本文首先描述系統(tǒng)硬件工作原理，并附以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖加以說明，著重介紹了本系統(tǒng)所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個接口模塊的功能及工作過程,其次，詳細闡述了程序的各個模塊和實現(xiàn)過程。本設(shè)計以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)，單片機技術(shù)為核心。本文編寫的主導(dǎo)思想是軟硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來進行各功能模塊的編寫。本設(shè)計中我重點研究實現(xiàn)了單片機+時鐘芯片這種模式的萬年歷，從原理上對單片機和時鐘芯片有了深一步的認識，這些基本功能完成后，在軟件基礎(chǔ)上實現(xiàn)時間顯示。12 總體設(shè)計方案用 AT89S52 處理產(chǎn)生內(nèi)部時鐘數(shù)據(jù)或者讀取外部時鐘數(shù)據(jù)和采集外部傳感器的信息進行處理，并暫時寄存在其內(nèi)部的儲存器中，再通過單片機調(diào)用內(nèi)部RAM 的數(shù)據(jù)并送到 LCD 或者 LED 數(shù)碼管上顯示出來。方案 1：單片機一般的工作頻率在 12MHz 左右，而且內(nèi)部還有定時、計數(shù)器，可以產(chǎn)生精確的 1S 定時，由次可以用定時中斷的方式產(chǎn)生精確的 1S 時間，秒位不斷的加 1，再設(shè)計分、時、星期、日、月、年之間的進制，使產(chǎn)生進位。本方案只需要單片機最小系統(tǒng)加上顯示電路，再設(shè)計簡單的程序算法就可以實現(xiàn)。對于測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理。在顯示電路上，采用數(shù)碼管就可以將年月日星期時分秒和室內(nèi)溫度顯示出來方案 2：萬年歷時鐘采用單片機控制 DS1302 實時時鐘芯片，能達到走時準確且掉電不丟失數(shù)據(jù)的。DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線 1 RES（ 復(fù)位）2 I/O （數(shù)據(jù)線）3 SCLK（串行時鐘）。溫度計要靈敏反映室溫的變化這樣可采用單片機與數(shù)字式溫度傳感器DS18B20 通訊，采集溫度數(shù)字信號進行處理。DS18B20 通過一個單線接口發(fā)送或接受信息，因此在單片機與 DS18B20 之間僅需一條連接（加上地線） 。在顯示電路上，采用 16*2 的 LCD 顯示。 方案比較論證對于方案 1，單片機雖然可以產(chǎn)生精確的秒信號，但是單片機在處理閏年上會比較麻煩，加之一旦單片機斷電后，所有的時間都要重新調(diào)整。對于測溫電路，采用熱敏電阻的輸出電壓溫度特性，要加上 A/D 轉(zhuǎn)換，溫度傳感信息才能被單片機所接受，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。在顯示電路上，采用 LED 數(shù)碼的話要用到單片機的許多 I/O 口，甚至 I/O 不夠用，還需要接上其它芯片大量擴展 I/O 口，這是一個弊處。對于方案 2：單片機不用去產(chǎn)生時鐘的數(shù)據(jù)，時鐘的數(shù)據(jù)由 DS1302 獨立產(chǎn)生，并寄存在其內(nèi)部的寄存器上，單片機可以通過三總線與它通訊，不僅可以對它進行讀取實時時鐘數(shù)據(jù)，還可以對它進行編程，設(shè)置它的工作模式。單片2機只是處理從 DS1302 讀出來的數(shù)據(jù)并送顯示，大大減少了單片機的負擔(dān)。而且DS1302 可以通過后備電池繼續(xù)工作，內(nèi)部的時鐘還在走，下次啟動后不用去調(diào)整時鐘，方便使用?；谕瑯拥脑恚珼S18B20 也是一個獨立的傳感器，只要單片機配置它的工作狀態(tài)后它就可以獨立工作，內(nèi)部已經(jīng)把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并把數(shù)字信號儲存在其內(nèi)部的寄存中。同樣，單片機通過單總線與它通訊，可以處理 9～12 位的溫度數(shù)字數(shù)據(jù)。在顯示電路上，采用 16*2 LCD 液晶顯示器，能容納年月日星期時分秒溫度等信息的顯示。LCD 顯示器只需占用 11個 I/O 口就可以工作了，不用其它擴展芯片，總體上使電路簡單化。 總體設(shè)計方框圖 總體的方框圖如圖 所示，控制器采用單片機 AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，用 16*2 的 LCD 液晶顯示屏實現(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒、溫度的顯示。圖 　總體設(shè)計方框圖AT89S52主控制器DS1302 時鐘芯片DS18B20 溫度傳感復(fù)位按鍵LCD 顯示器鍵盤12MHz 晶振振蕩33 設(shè)計原理與分析 本次設(shè)計的萬年歷系統(tǒng)主要包括單片機主控制器、溫度傳感器芯片、時鐘芯片 DS1302 芯片、16*2LCD 顯示芯片。AT89S52 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。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。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 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。AT89S52 具有以下標(biāo)準功能：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。另外，AT89S52 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。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。（1）AT89S52的簡介AT89S52是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含8k Bytes ISP (Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造,兼容標(biāo)準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S52具有如下特點：40個引腳,8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器,256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗（WDT）電路,片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外,AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時計數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件4復(fù)位。（2）AT89S52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 溫度傳感器芯片(1)單線溫度傳感器DS18B20介紹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，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，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)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；●多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；●無須外部器件；●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～；●零待機功耗；5●溫度以 9 或 12 位數(shù)字；●用戶可定義報警設(shè)置；●報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DSl8B20 數(shù)字溫度計提供 9 位(二進制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入 DSl8B20 或從 DSl8B20 送出，因此從主機 CPU 到 DSl8B20僅需一條線( 和地線 )。DSl8B20 的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。因為每一個 DSl8B20 在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個DSl8B20 可以存放在同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DSl8B20 的測量范圍從55 攝式度到 +125 攝式度，增量值為 攝式度，可在 l s(典型值) 內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。每一個 DSl8B20 包括一個唯一的 64 位長的序號，該序號值存放在 DSl8B20 內(nèi)部的 ROM(只讀存貯器)中。開始 8 位是產(chǎn)品類型編碼(DSl8B20 編碼均為 10H)。接著的 48 位是每個器件唯一的序號。最后 8 位是前面 56 位的 CRC(循環(huán)冗余校驗)碼。DSl8B20 中還有用于存儲測得的溫度值的兩個 8 位存貯器 RAM，編號為 0 號和1 號。1 號存貯器存放溫度值的符號，如果溫度為負(攝式度)，則 1 號存貯器 8位全為 1，否則全為 0。0 號存貯器用于存放溫度值的補碼，LSB(最低位)的 1表示 攝式度。將存貯器中的二進制數(shù)求補再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)并除以 2 就得到被測溫度值(55 攝式度 125 攝式度) 。DSl8B20 的引腳如圖 所示。每只DS18B20 都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導(dǎo)線，但完成溫度測量的時間較長：采取外部供電方式則多用一根導(dǎo)線，但測量速度較快 。(2) DS18B20的測溫原理器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 溫度寄存器中，計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計圖 DSl8B20的引腳圖6數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。DS18B20 采用 3 腳 PR－35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報警上下限。（3）溫度計算DS18B20 用 9 位存貯溫值度，最高位為符號位，如表 為 DS18B20 的溫度存儲方式，負溫度 S=1，正溫度 S=0。如：00AAH 為+85 攝式度,0032H 為 25攝式度，F(xiàn)F92H 為 55 攝式度 表 18B20用 9位的溫度存儲方式DS18B20 用 12 位存貯溫值度，最高位為符號位，如表 為 DS18B20的溫度存儲方式，負溫度 S=1，正溫度 S=0。如：0550H 為+85 攝式度，0191H為 攝式度,FC90H 為55 攝式度。 表 18B20用 12位的溫度存儲方式DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失7性的可電擦除的 EEROM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 所示。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器