【正文】 過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。特別在軍事方面的應(yīng)用，由于現(xiàn)代科技的限制，我們不能在空間上做手腳，只能智 能化的利用時(shí)鐘這一特點(diǎn)，卻在時(shí)間上做手腳，去創(chuàng)造。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。 方案選擇 在主控芯片上 STC89C52和 51芯片的主要區(qū)別是程序存儲(chǔ)器容量不同 [9]， 51是 4KROM，而 52是8KROM。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 40 頁(yè) 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)（ STCAT89C52)系統(tǒng)為核心，用溫度采集芯片 DS18B20來(lái)采集溫度，用時(shí)鐘芯片 DS1307進(jìn)行掉電檢測(cè)和電池切換，防止在斷電的情況下，時(shí)間數(shù)據(jù)可以保存并且可以繼續(xù)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)還提供時(shí)間信息和及時(shí)調(diào)整，用液晶顯示屏 TS1602來(lái)顯示時(shí)鐘和溫度，并用蜂鳴器報(bào)警當(dāng)作鬧鐘等來(lái)組成電路。 表 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源 共 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 最小系統(tǒng)是指能進(jìn)行正常工作的最簡(jiǎn)單電路。 時(shí)鐘電路如圖 。最常用的是鉑電阻傳感器，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 （ 1） DS18B20的主要特性 [1~6] 適應(yīng)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 ； 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 ；陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 共 40 頁(yè) DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫 。 （ 3） DS18B20工作原理 DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。在DS18B20有關(guān)資料中均未提及 DS18B20數(shù)量問題 ， 容易使人誤認(rèn)為可以 使用 任意多個(gè) DS18B20， 在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。它是 是一款低功耗，具有 56字節(jié)非失性 RAM 的全 BCD碼時(shí)鐘日歷實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，地址和數(shù)據(jù)通過兩線雙向的串行總線的傳輸，芯片可以提供秒，分，小時(shí)等信息，每一個(gè)月的天數(shù)能自動(dòng)調(diào)整。這樣蜂鳴器報(bào)時(shí)時(shí)就可以聽到不同音調(diào)的報(bào)時(shí)聲。 S 1S 2S 3 K e y A d d 加K e y S e t 位移K e y C o n 模式 圖 鍵盤電路 在實(shí)際的 電路 中采用了三 個(gè)上拉電阻 ， 可以保證在沒有按鍵輸入時(shí)，進(jìn)入單片機(jī) 的三 個(gè) I/O接口的按鍵狀態(tài)均為高電平，防止干擾產(chǎn)生 ， 進(jìn)而產(chǎn)生一定的錯(cuò)誤 ；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的 單片機(jī)接 口線被拉低。如圖 所示 [15~17]。 另外還可以對(duì)鬧鈴時(shí)間的設(shè)置，調(diào)整鬧鈴的時(shí)間，如果時(shí)鐘運(yùn)行到達(dá)設(shè)定鬧鈴時(shí)間就可以調(diào)用鬧鈴程序，從而控制蜂鳴器發(fā)出響聲，使發(fā)光二極管發(fā)出燈光。之后就可以進(jìn)行對(duì)正常顯示的設(shè)置了。當(dāng)鍵盤的硬件電路對(duì)鍵盤有操作時(shí)，就可以啟動(dòng)主程序?qū)︽I盤子程序的調(diào)用了。 在采用溫度采集模塊當(dāng)中，使用了 數(shù)字式傳感器 DS18B20 作為溫度傳感器，它無(wú)需其它外加電路，直接輸出數(shù)字量。 我在完成軟件調(diào)試 [12~13]的過程當(dāng)中就遇到了一些很低級(jí)的錯(cuò)誤，比如忘記在程序結(jié)尾處加上大括號(hào)，或者單詞輸入錯(cuò)誤等，這些都是很常見的一些問題，但是我們都應(yīng)該注意到，盡可能避免這些小問題的出現(xiàn)。 Proteus 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 及分析 在使用 Proteus 進(jìn)行仿真時(shí)，仿真圖需要從各個(gè)元件庫(kù)調(diào)出各個(gè)元件，并按照已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電路圖進(jìn)行連接，在繪制仿真圖之后，要向單片機(jī)裝入程序，從而使單片機(jī)開始工作并帶動(dòng)整個(gè)電路工作，裝入過程為：點(diǎn)擊單片機(jī)，選擇所編譯程 序的輸出 hex文件，確定即可。如果想要對(duì)年月日進(jìn)行調(diào)整則可以 按鍵移位，進(jìn)行選擇年、月、日以及時(shí)間，星期，當(dāng)液晶屏幕上的數(shù)字閃動(dòng)時(shí)，就可以 進(jìn)行日期的調(diào)整時(shí)，每按動(dòng)一下所對(duì)應(yīng)的按鍵，現(xiàn)實(shí)的 時(shí)間日期 依次加一，并且 LED 顯示 屏上的數(shù)字 隨著按鍵的動(dòng)作而跳動(dòng)。這時(shí)程序載入了芯片中，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能了。 調(diào)試過程當(dāng)中主要存在系統(tǒng)時(shí)鐘誤差， 時(shí)間是一個(gè)基本物理量，具有連續(xù)、自動(dòng)流逝、不重復(fù)等特性。 通過對(duì)自己在大學(xué)四年時(shí)間里所學(xué)知識(shí)的回顧，并充分發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書面表達(dá)能力，加上老師的指導(dǎo)和同學(xué)的 幫助最終完成了。 本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)電子鐘系統(tǒng)中，其誤差主要來(lái)源包括晶體頻率誤差，定時(shí)器溢出誤差，延遲誤差。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁(yè) 共 40 頁(yè) 調(diào)試結(jié)果及分析 實(shí)驗(yàn) 調(diào)試結(jié)果， 實(shí)物顯示圖如圖 . 圖 實(shí)物顯示圖 在通上電后，單片機(jī)工作液晶顯示屏 能夠進(jìn)行時(shí)鐘顯示 和溫度顯示 ，并 且 能夠 通過按鍵 進(jìn)行 時(shí)間 快速校準(zhǔn) 。 在根據(jù)電路圖搭接好各個(gè)器件后，一個(gè)很重要的問題就是檢 查各器件是否完全工作。 此電子鐘也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鬧鈴的定時(shí)功能，如果時(shí)間到達(dá)時(shí)就可以發(fā)出提示聲。相信在 以后 單片機(jī) 方面的相關(guān)領(lǐng)域 開發(fā) 及 應(yīng)用中 ， Proteus 會(huì)在很多的方面領(lǐng)域里 也茯得 越來(lái)越多 的應(yīng)用。 Proteus是世界上著名的 仿真軟件 ，從原理圖布圖 到 代碼調(diào)試 ， 再 到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從 思想 概念到 實(shí)物 產(chǎn)品 設(shè)備 的完整設(shè)計(jì)。 判斷是否到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)間設(shè)置返回開始LED 燈發(fā)亮是否 圖 自動(dòng)定時(shí)開關(guān)設(shè)計(jì)圖 子程序控制開始，按鍵模式選擇，時(shí)間設(shè)置，判斷是否到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)，用于定時(shí)開關(guān)家用電器，本次設(shè)計(jì)用 LED燈代替家用電器，到 達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間點(diǎn)之后， LED燈發(fā)亮，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)出亮光，按鍵隨意按鍵，即可關(guān)閉燈。 對(duì)于鍵盤確認(rèn)這一塊可以實(shí)現(xiàn)三種功能的實(shí)現(xiàn)：一是對(duì)時(shí)間的調(diào)整；二是對(duì)日期的調(diào)整；三是實(shí)現(xiàn)對(duì)鬧鈴時(shí)間的調(diào)整。之后就是年月日的更新了：每隔 24 小時(shí)就使日進(jìn)一；實(shí)現(xiàn)日的更新；每隔 30日就使月進(jìn)一，實(shí)現(xiàn)月的更新；每隔 12個(gè)月就使年進(jìn)一，實(shí)現(xiàn)年的更新。 主程序主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)各個(gè) 子 程序的連接和分配，可以從主程序中看到整個(gè)程序的工作過程 ，陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁(yè) 共 40 頁(yè) 各個(gè)子程序的工作 步驟 ,則子程序主要就是對(duì)于各個(gè)模塊之間的設(shè)計(jì)，把各個(gè)模塊的主要程序根據(jù)系統(tǒng)需要，和電路需要設(shè)計(jì)出來(lái)，從而根據(jù)模塊框圖設(shè)計(jì)程序。通過對(duì)各個(gè)模塊的調(diào)用可以使各個(gè)模塊按照合理的要求進(jìn)行工作，各自實(shí)現(xiàn)各模塊的功能。 LCD1602與單片機(jī) 的接口電路如圖 所示： D7D6D5D4D3D2D1D0ERWRSVEEVDDVSSL C D 1 6 0 2X T A L 1X T A L 2R S TP S E NA L EE AP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 / A D 6P 0 . 7 / A D 7P 2 . 0 / A 8P 2 . 1 / A 9P 2 . 2 / A 1 0P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 7 / A 1 5P 3 . 0 / R X DP 3 . 1 / T X DP 3 . 2 / I N T 0P 3 . 3 / I N T 1P 3 . 4 / T 0P 3 . 5 / T 1P 3 . 6 / W RP 3 . 7 / R D 1 91 892 93 03 1123456783 93 83 73 63 53 43 33 22 22 32 42 52 62 72 82 11 11 21 31 41 51 61 71 01 k * 81 0 kSTC89C52 圖 LCD1602 與單片機(jī)的接口電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁(yè) 共 40 頁(yè) 系統(tǒng)中采用 LCD1602作為顯示器件輸出信息。 當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定好時(shí)間點(diǎn)，之后， 單片機(jī)工作當(dāng)時(shí)間到達(dá)所設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)，蜂鳴器發(fā)出響聲， LED燈亮起，持續(xù)亮，按隨意鍵，燈熄滅。電路連接如 圖 。 本文以廣泛應(yīng)用的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20為例 ， 說明了總線的操作過程和基本原理。 斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。 DS18B20的外形及管腳排列如圖 ，圖 。 本次 系統(tǒng)采用 DS18B20作為溫度傳感器 ,如圖 。隨著電容 C1充電，它兩端電壓上升使得 RST電位下降，最終使單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 40 頁(yè) 3 73 63 53 43 33 23 12 12 22 33 93 82 72 81 01 11 21 31 41 51 61 72 42 53456782 93 03 11291 81 9 X T A L 1X T A L 1R S TP S E NA L EE AP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 3 . 0P 3 . 3P 3 . 1P 3 . 2P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7P 2 . 0P 2 . 3P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7P 0 . 0P 0 . 3P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7STC89C5210k*82 2 p F2 2 p F1 0 u F1 0 k1 2 M H z 圖 (1)電源電路 芯片引腳 VCC 一般接上直流穩(wěn)壓電源 +5V，引腳 GND 接電源 +5V 的負(fù)極，電源電壓范圍在 4~之間，可保證單片機(jī)系統(tǒng)能正常工作。 AT89C52有 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16位可編程 定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 (S系列的才支持在線編程 )。 綜上各方案所述 ,對(duì)此次作品的方案選定 方案二 : 采用 STC89C52 單片機(jī)作為主控制系統(tǒng) ； 采用DS1307作為時(shí)鐘芯片 ； 采用 1602 LCD液晶作為顯示器件。 STC 89 S 52多路傳感器 溫度傳感器復(fù)位電路時(shí)鐘電路按鍵調(diào)節(jié) 液晶顯示屏 蜂鳴器整點(diǎn)報(bào)時(shí)電源轉(zhuǎn)換電路SKT 500 編程口實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘 圖 方案二 設(shè)計(jì)框圖 用 STC89C52單片機(jī)作為主控制系統(tǒng) ， AT89S52片內(nèi)具有 8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間， 256字節(jié)的 數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)空間沒有 EEPROM 存儲(chǔ)空間，也與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容， 具有在線編程可擦除技術(shù) [7]。 方案設(shè)計(jì) ⑴ 方案一 本方案 以 51 芯片為主控制系統(tǒng)， 采用 Dallas 公司的專用時(shí)鐘芯片 DS12887A[8]。溫度實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，比如空調(diào)遙控器上當(dāng)前室溫的顯示、熱水器溫度的顯示等等。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能 用單片機(jī)通過軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)了。通過擴(kuò)展還可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子鐘所在地點(diǎn)的溫度顯示和智能鬧鐘功能，廣泛應(yīng)用于車站、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、廁所等公共場(chǎng)所的時(shí)間顯示。如定時(shí) 自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、定時(shí)電氣的自動(dòng)啟動(dòng)等，所有這些，都是也鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的 [5]。多功能數(shù)字鐘不管在性能 上， 還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，有電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等等。忘記了