【正文】 ay 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 54 頁(yè) 1. 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與論證 單片機(jī)電子萬(wàn)年歷的制作有多種方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有很多種。 由于 AT89S52 內(nèi)部具有 8KBROM 存儲(chǔ)芯片并且支持 ISP在線編程 ，因此采用AT89S52 作為主控芯片。 方案二 ： 采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20， 它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，但準(zhǔn)確度不高，誤差最大達(dá) 2 度。它的各種時(shí)序如圖 25所示 為了保證 DS18B20 的嚴(yán)格 I/O 時(shí)序。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求達(dá)到功耗小、體積小、成本低，顯示信息多等要求，權(quán)衡三種方案，選擇方案三。 第 6腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高 電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。 指令 10：寫(xiě)數(shù)據(jù)。其電路如圖 211所示： 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 211 1602的電路連接 1. 6 蜂鳴器鬧鈴電路 當(dāng)單片機(jī)給蜂鳴器一個(gè)低電平時(shí)，三極管導(dǎo) 通驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音作為定時(shí)鬧鈴，其電路圖如圖 212所示： 圖 212 蜂鳴器連接電路 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 54 頁(yè) 2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 根據(jù)上述所確定的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)在下面會(huì)詳細(xì)介紹。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P2 亦接收低高位地址和其他控制信號(hào)。 DISRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打開(kāi)狀態(tài)。 ? PSEN：程序存儲(chǔ)允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。 AT89S52 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 54 頁(yè) 單片機(jī)與 MCS51 完全兼容 ? 看門(mén)狗（ WDT）： WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。 AT89S52系列單片機(jī)的串行通信口可以工作 于同步和異步通信方式。 ? 振蕩電路： AT89S52系列單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器，由一個(gè)單極反相器組成。為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，定時(shí)器中含有 3種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。如對(duì)這些單元進(jìn)行讀操作，得到的是一些隨機(jī)數(shù)，而寫(xiě)入則無(wú)效，所以在編程時(shí)不應(yīng)該將數(shù)據(jù)寫(xiě)入這些未確定的地址單元中，特殊功能寄存器主要有累加器 ACC、 B寄存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW、堆棧指針 SP、數(shù)據(jù)指針 DPTR、 I/O端口、串行口數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF、定時(shí)器寄存器、捕捉寄存器、控制寄存器。其工作過(guò)程可概括為：首先系統(tǒng) RST 引腳驅(qū)動(dòng)至高電平，然后在 SCLK 時(shí)鐘脈沖的作用下，通過(guò) I/O 引腳向 DS1302 輸入地址 /命令字節(jié)，隨后再在 SCLK 時(shí)鐘脈沖的配合下，從 I/O 引腳寫(xiě)入或讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)。表 1 為DS1302 的控制字，此控制字的位 7必須置 1，若為 0則不能對(duì) DS1302 進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。 DS1302 的控制字 DS1302 的控制字如表 2 所示。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS18B20 測(cè)溫原理如圖 5 所示。 按鍵模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)用到了 5 個(gè)按鍵，其中一個(gè)用作系統(tǒng)手動(dòng)復(fù)位，另外 4 個(gè) 采用獨(dú)立按鍵，該種接法查詢(xún)簡(jiǎn)單，程序處理簡(jiǎn)單 ,可節(jié)省 CPU 資源，按鍵電路如圖 15 所示， 4個(gè)獨(dú)立按鍵分別與 AT89S52 的 、 、 、 接口相連。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間，參數(shù)漂移，晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素，必須有足夠的余量。通常選擇 C=10~30μF，本設(shè)計(jì)采用的電容值為 10μF 的 電 容 和 電 阻 為 的電阻。主程序流程圖如圖 31所示： 圖 31主程序流程圖 時(shí)間設(shè)置子程序流程 通過(guò)單片機(jī)判斷 S1按下的次數(shù)來(lái)設(shè)置，由 s1num標(biāo)志位來(lái)記錄次數(shù)，用 if語(yǔ)句判斷執(zhí)行命令。當(dāng) s1=5時(shí)，地址指針指向 day顯示位置，變量最大值為 31。北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [15] 楊立民，單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 .西安：西安電子科技大學(xué)出版社 ,～ 12。 void Disp_mod0(void)。 void Set(uchar,uchar)。 //閃爍標(biāo)志位 //初始化后設(shè)置為： 04 年 12 月 2 日星期 4 0 點(diǎn) 0 分 0 秒 unsigned char inittime[7]={0x00,0x00,0x00,0x10,0x05,0x04,0x12}。 void W1302(uchar, uchar)。 sbit T_IO =P3^5。 //是否需要清屏標(biāo)志位 “1”為需要 “0”為不需要 bit flag,sflag。在開(kāi)始時(shí)間設(shè)置之前程序會(huì)關(guān)閉全局中斷，直至設(shè)置結(jié)束，中斷又會(huì)重新開(kāi)啟，進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)。當(dāng) s1=2時(shí)，地址指針指向 fen顯示位置處，變量最大值為 59。 本系統(tǒng)的軟件部分主要要進(jìn)行公歷計(jì)算程序設(shè)計(jì)，溫度測(cè)量程序設(shè)計(jì)，按鍵的掃描輸入等。在單片機(jī)每次初始加電時(shí)，首先投入工作的功能部件是復(fù)位電路。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 當(dāng) AT89S52 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST（全稱(chēng) RESET）出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的 高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重新開(kāi)始對(duì)低 溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品等。同樣，在緊跟 8 位的控制指令字后的下一個(gè) SCLK脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位 0 位到高位 7。控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸入 /輸出的。 DS1302 由 VCC1 或 VCC2 兩者中較大者供電。它通過(guò)串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機(jī)提供包括秒、分、時(shí)、日、月、年等在內(nèi)的實(shí)時(shí)時(shí)間信息，并可對(duì)月末日期、閏年天數(shù)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；它還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳，在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。這樣，雖然高 128字節(jié)區(qū)分與專(zhuān)用寄器 ，即特殊功能寄存器區(qū)的地址是重合的，但實(shí)際上它們是分開(kāi)的。在組成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，多數(shù)采用這種方式，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。如果將數(shù)據(jù)寫(xiě)入 SBUF，數(shù)據(jù)會(huì)被送入發(fā)送寄存器準(zhǔn)備發(fā)送。WDT計(jì)時(shí)周期依賴(lài)于外部時(shí)鐘頻率。需要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端狀態(tài)。 對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，見(jiàn)表 1 所 示： P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。對(duì)端口寫(xiě)“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“ 1”可作為高阻抗輸入端用。 圖 29液晶內(nèi)部顯示地址 例如第二行第一個(gè)字符的地址是 40H，那么是否直接寫(xiě)入 40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷?xiě)入顯示地址時(shí)要求最高位 D7恒定為高電平 1所以實(shí)際寫(xiě)入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 01000000B（ 40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為 4位總線，低電平時(shí)為 8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示 5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示 5x10的點(diǎn)陣字符。 1602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11條控制指令，如表 22所示： 表 22 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 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 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開(kāi) /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 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)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫(xiě)數(shù)到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要寫(xiě)的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM或 DDRAM讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 54 頁(yè) 表 22字符控制命令說(shuō)明： 1602液晶 模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 第 3腳： VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 圖 26溫度采集電路 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 54 頁(yè) 顯示模塊模塊設(shè) 計(jì)與論證 方案一：采用靜態(tài)顯示方法，靜態(tài)顯示模塊的硬件制作較復(fù)雜及功耗大，要用到多個(gè)移位寄存器，但不占用端口，只需兩根串口線輸出。 (3).Match ROM（ 55h），只有準(zhǔn)確的符合 64 位 ROM 序列的 DS1820 才能響應(yīng)其后的指令，當(dāng)然，單點(diǎn)測(cè)溫時(shí)可以使用 Skip ROM（ CCh）指令來(lái)跳過(guò)這一步。 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)與論證 方案一 ：直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，初步確定系統(tǒng)由電源模塊、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)接口模塊、溫度測(cè)量模塊和鬧鐘模塊共六個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。 本設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)顯示模塊、溫度采集模塊、時(shí)間處理模塊和調(diào)整設(shè)置模塊四個(gè)模塊組成。 3．主要參考文獻(xiàn)： [1]李 朝青 . 單片機(jī)原理及接口技術(shù) . 北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 , 2021,5 [3]龔運(yùn)新 . 單片機(jī) C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)技術(shù) . 北京 :清華大學(xué)出版社 , 2021,9 [4]孫涵芳 . MCS51 系列單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]. 北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 1996,4 [5]賈好來(lái) . MCS— 51單片機(jī)原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 年 [6]陳海宴 . 51單片機(jī)原理及應(yīng)用 —— 基于 Keilc與 Proteus北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 2021,7 4．課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃： 序號(hào) 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 1 202196 布置任務(wù)，教師講解設(shè)計(jì)方法及要求 2 202196 至 11 查找閱讀資料，初定方案 ,小組會(huì)議討論并確定方案 3 2021911 至 16 硬件電路設(shè)計(jì)及程序編寫(xiě) 4 2021916 至 19 仿真、實(shí)驗(yàn)并寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，小組討論 5 2021919 答辯 指導(dǎo)教師 汪普林 日期： 2021 年 9 月 19 日 南華大學(xué)電氣 工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 54 頁(yè) 前言 隨著科技的快速發(fā)展，從擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類(lèi)不斷研究，不斷創(chuàng)新紀(jì)錄。 （ 2）擴(kuò)展功能 a 定時(shí)控制； b 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 。因?yàn)樗挠泻芎玫拈_(kāi)放性和可發(fā)揮性，因此對(duì)作者的要求比較高，不僅考察了對(duì)單片機(jī)的掌握能力更加強(qiáng)調(diào)了對(duì)單片機(jī)擴(kuò)展的應(yīng)用 ， 而且在操作的設(shè)計(jì)上要力求簡(jiǎn)潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色 ， 數(shù)字顯示的時(shí)鐘已經(jīng)越來(lái)越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會(huì)議室、車(chē)站和廣場(chǎng)等使用，壁掛式 LED 數(shù)碼管顯示的日歷鐘逐漸受到人們的歡迎。所以，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單使用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選 用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。 按鍵控制模塊設(shè)計(jì)與論證 方案一： 采用矩陣鍵盤(pán)，由于按鍵多可實(shí)現(xiàn)數(shù)值的直接鍵入，但在系統(tǒng)中需要 CPU 不間斷的對(duì)其端口掃描。 因?yàn)橛?DS18B20 溫度芯片， 采用單總線訪問(wèn)，降低成本、降低制作難度且可節(jié)省單片機(jī)資源，故采用方案二。需要做較精確的延時(shí)。 1602 字符型 LCD 簡(jiǎn)介 字符型液晶顯示模塊是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)