【正文】 。它的準確度相當高，并且 C語言和匯編 兼容的編程環(huán)境也很方便來實 單 片 機 電 源 時鐘 顯示 鍵盤部分 溫度檢測 淮陰工學院畢業(yè)設計說明書 （ 論文 ） 第 6 頁共 50 頁 現(xiàn)一些遞歸調用。 2 系統(tǒng)設計 系統(tǒng)構成 設計基于單片機的數(shù)字時鐘和數(shù)字溫度計，并將時間和溫度直接的顯示出來。當程序執(zhí)行后，顯示即時時間、年月日、星期、溫度。時鐘已不僅僅被看出一種用來顯示時間的工具，在很多實際應用中它還需要能夠實現(xiàn)更多其它的功能。 綜上所述此基于單片機的數(shù)字時鐘具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成 本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。但是卻很少知道它的內部結構以及工作原理。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC 卡，錄象機、攝象機，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。單片機自誕生以來給全世界人類的生活和工作起到了劇烈的變化，而MCS51 單片 機是我國使用最早、最易掌握和應用的一款單片機。 K4 模塊進行復 位，設置小時和分，輸出整點報時信號和時，分，秒信號。 系統(tǒng)硬件設計主要利用微機實驗平臺上的電路模塊。 時間顯示采用實驗平臺上的 6 個 LED 數(shù)碼管分別顯示時、分、秒，采用動態(tài)掃描方式實現(xiàn)。但目前市場上各式各樣的 LCD 數(shù)字電子鐘大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結構復雜，功率損耗大等缺點，因此有必要對數(shù)字電子鐘進行改進。這種具有人們所需 要的智能化特性的產(chǎn)品減輕了人的勞動，擴大了數(shù)字化的范圍，為家庭數(shù)字化提供了可能。它功能強大，體積小，質量輕，靈活好用，配以適當?shù)慕涌谛酒?，可以構造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品 [2]。數(shù)字鐘成為人們日常生活中不可少的必需品 ,由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用 ,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 [1]。從古代的滴漏更鼓到近代的機械鐘，從電子表到目前的數(shù)字時鐘，為了準確的測量和記錄時間，人們一直在努力改進著計時工具。鐘表的數(shù)字化，大力推動了計時的精確性和可靠性。 在日常生活和工作中，我們常常用到定時控制，如擴印過程中的曝光定時等。 隨著電子技術的飛速發(fā)展，家用電器和辦公電子設備逐漸增多，不同的設備都有自己的控制器，使用起來很不方便。 電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。 數(shù)字時鐘的 發(fā)展現(xiàn)狀 幾種常用數(shù)字時鐘設計方案： a) 基于微機系統(tǒng)的數(shù)字時鐘設計 計時單元由定時 /計數(shù)器 8253 的通道 0 來實現(xiàn)。 校時和鬧鈴定時通過鍵盤電路和單脈沖產(chǎn)生單元來輸入。硬件電路主要由鍵盤電路、單脈沖產(chǎn)生單元、 8253 定時計數(shù)器、 8255 并行接口單元、 8259 中斷控制器、 LED 顯示電路和蜂鳴器電路等等。 單元模塊設計部分分三個部分，介紹數(shù)字鐘選擇顯示數(shù)碼管和對應的數(shù)模塊 CN6,信號選擇模塊 SEL61,七段碼譯碼器模塊 DISP 和復位，秒，分，時顯示，設置模塊。通過該系統(tǒng)的設計，對單片機的原理和功能有個比較系統(tǒng)和全面的掌握，初步學習到有關工程設計的方法和思路。更不用說自動控制領域的機 器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。由單片機作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時鐘信號進行時實現(xiàn)計時功能，將其時間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機輸出，利用顯示器顯示出來。值得我們進行深入的研究和了解。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代時鐘發(fā)展的趨勢。設置 4 個操作鍵： K1：設置鍵； K2：上調鍵； K3：下調鍵； K4：確定鍵。設計初步思路：本設計由單片機、時鐘電路、溫度檢測電路、顯示電路、鍵盤接口 5 個模塊組成。但是，在控制與顯示的結合上有些復雜，顯示模組資源相對有限，而且單片機的穩(wěn)定性不是很高。所以不采用此方案。此設計方案需用 A/D 轉換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。 顯示部分的方案 方案一 采用 LED數(shù)碼管動態(tài)掃描 ,雖然 LED數(shù)碼管價格適中 , LED數(shù)碼管顯示容量有限，且動態(tài)掃描需要占用大量單片機時間，無法做到實時顯示。 3 硬件設計 本電路是以 AT89C52 單片機為控制核心，該芯片具有在線編程功能，功耗低，能在 的超低壓下工作；時鐘芯片采用 DS1302，它是一款高性能、低功耗、自帶 RAM 的實時時鐘芯片，具有使用壽命長，精度高和功耗低等特點，同時具有掉電自動保存功能 ,可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，其工作電壓為 ～ ；溫度檢測模塊由 DS18B20 構成 ,它采用獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊 , 具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點 ,其測溫范圍在 55~+125℃ ,工作電壓為 3v~；顯示部份使用 1602 液晶顯示屏來實現(xiàn) ,該顯示屏具有低功耗、壽命長、可靠性高的特點，其工作電壓為 5v[4]。一個典型的單片機最小系統(tǒng)一般由時鐘電路，復位電路，電源指示燈和尾部擴展接口等部分組成，本系統(tǒng)也不例外，當單片機具備了這些最基本的淮陰工學院畢業(yè)設計說明書 （ 論文 ） 第 8 頁共 50 頁 條件后，就可以正常工作了。復位電路包括復位電容，復位電 阻和復位開關 [5]。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高 。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(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容。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。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在SFR8EH 地址上置 0。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。注意加密方式 1 時，/EA 將內部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。 復位電路的設計 復位電路是使單片機的 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。按鍵復位電路：它不僅具有上電復位電路的功能，同時它的操作比上電復位電路的操作要簡單的多。 圖 復位電路 b）復位電路工作原理 上電復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。 晶振電路的設計 晶振電路 用于產(chǎn)生單 片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關系。 X T A L 1X T A L 212Y112 M H Z30 P FC130 P FC2 圖 時鐘振蕩電路 時鐘電路模塊的設計 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘 芯片， 內含有一個實時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振用來為芯片提供計時脈沖。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 圖 DS1302 的 硬件接線圖 時鐘芯片 DS1302 的工作原理： a) 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 表示要進行寫操作，為 1 表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出 b) 數(shù)據(jù)輸入輸出（ I/O） 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。 “WP”是寫保護位，在任何的對時鐘和 RAM 的寫操作之前， “WP”必須為 0。 DS1302 與 RAM 相關的寄存器分為兩類： 一類是單個 RAM淮陰工學院畢業(yè)設計說明書 （ 論文 ） 第 13 頁共 50 頁 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 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 個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。等效的華氏溫度范圍是 67176。用于單線操作，漏極開路； VCC 接電源正； a) DS18B20 的主要特性 1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 5）溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 8）測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。本設計采用外部電源供電方式（如圖 ）， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，此時 I/O 線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度。 由若干個按鍵組成一個鍵 盤，其電路結構可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式。因此采用獨立式鍵盤。 1602 液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模 塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字 母 “A”。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。當 RS和 R／ W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當 RS為高電平 R／ W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。當 R/W為高電平 ,E 端也為高電平， RS 為低電平時， 液晶顯示屏顯示需要顯示的示數(shù)。主要步驟為： 1）編寫源程序并保存； 2）建立工程并添加源文件； 3）設置工程； 4）編譯 /匯編、連接，產(chǎn)生目標文件； 5）程序調試。流程圖分析：開始進入初始化 DS18B20，就是通過主機拉低單線產(chǎn)生復位脈沖然后釋放該線，如果有應答脈沖，即發(fā)起 ROM命令當成功的執(zhí)行操作命令后，就使用 Convert T 命令即開始溫度轉換，當轉換完后，又初始化 DS18B20 是否有應答脈沖，若有，就發(fā)起 Read Scratchpad（讀取暫存器和 CRC 字節(jié)）命令，既同時讀出第 1， 2 個字節(jié)，即為溫度的數(shù)據(jù)。流程圖分析： DS1302 開始計時時， 首先進行初始化，當有中斷信號時，讀取時鐘芯片的數(shù)據(jù)送入液晶屏顯示。要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿，讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。傳送完成后， RST 置低，禁止字節(jié)的傳送。 當液晶顯示屏的接口電路與單片機系統(tǒng) I/O 按照并行數(shù)據(jù)傳輸方式連接完成以后，即可以對 AT89C52 單片機進行編程。最后調試做出實物，調試，得到正確的實物圖效果。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。目標文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標文件 (.ABS)。 該軟件的特點是： a）全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。 總之，該軟件是一款集單片機和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真 ARM、 5 AVR、 PIC。 然后選擇菜單 ProjectNew Project… ，建立新工程并保存（保存時無需加擴展名，也可加上擴展名 .uv2），工程保存后會立即彈出一個設備選擇對話框，選擇 CPU 后點確定返回主界面。工程設置后按 F7 鍵（或點擊編譯工具欄上相應圖標）進行編譯 /匯編、連接以及產(chǎn)生目標文件。對于一些必須滿足一定條件（如按鍵被按下等）才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進行調試的程序行，可采用斷點設置的方法處理（ DebugInsert/Remove Breakpoint 或 DebugBreakpoints… 等）。 包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形淮陰工學院畢業(yè)設計說明書 （ 論文 ） 第 26 頁共 50 頁 編輯窗口。點擊模擬調試按鈕的運行按鈕，進人調試狀態(tài)。 問題： 燒入程序后， LCD 液晶顯示屏不顯示或者亮度不好。 經(jīng)過多次的反復調試試與分析 ,可以對電路的原理及功能更加熟悉 ,同時提高了設計能力與及對電路的分析能力。系統(tǒng)主要由單片機控制電路溫度傳感器電路，顯示電路以及按鍵校正電路。 系統(tǒng)程序采用 C 語言編寫 ,經(jīng) Keil 軟件進行調試后在 Proteus軟件中進行仿真， 能夠準確顯示時間 ， 顯示格式為 ： 年，月，