【正文】 590 不同的是， DS18B20 數(shù)字溫度傳感器能直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，以供單片機處理，既節(jié)省了硬件，又有效避免了模擬方式的干擾問題。 DS18B20 的引腳分布如圖 ，管腳功能描述參見表 。其對應(yīng)四種分辨率如表 所示，出廠時 R0、 R1 被置為“ 1”，默認設(shè)置是 12 位分辨率，用戶可根據(jù)需要給寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 17 電子保姆機硬件電路設(shè)計 時鐘電路設(shè)計 系統(tǒng)時鐘應(yīng)用了實時時鐘日歷芯片 DS1302，其連接如圖 。選 的電阻作為 DS18B20 的 I/O 口的上拉電阻，在讀數(shù)據(jù)結(jié)束時， I/O 引腳將通過此上拉電阻拉回至高電平。各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下： 表 數(shù)字、 字母與 7 段代碼關(guān)系表 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 單片機與 LED 數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟 件為主的兩種接口方法。為此 ,一般采用查表的方法 ,由待顯示的字符通過查表得到其對應(yīng)的顯示段碼。循環(huán)點亮各個 LED 數(shù)碼管。 當(dāng)此按鍵沒有按下時，顯示小時和分；當(dāng)按下一次按鍵時，顯示月和日，第二次按鍵按下后顯示年 200X； 再次按下按鍵時顯示溫度。 Key14：加 1 按鍵。繼電器型號： HRS4H S DC5V HRS4H S DC5V 特點 最 大通斷電壓： 30VDC/250 VAC 最大通斷電流： 10A 線圈電壓： 5V 工作環(huán)境 .溫度范圍： 40 +85℃ 吸合時間：最大 10 ms 釋放時間：最大 5 ms 當(dāng) PC7引腳輸出“ 1”時， NPN三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，燈泡發(fā)亮。 本設(shè)計使用 C 語言編程。 讀 取 時 鐘 數(shù) 據(jù)將 時 鐘 數(shù) 據(jù) 送入 待 顯 示 數(shù) 組 中進 入 DS1302子 程 序返 回 圖 實時時鐘日歷子程序流程圖 DS1302 每次上電時自動處于暫停狀態(tài)，必須把秒寄存器的位 7 置位 0，時鐘才開始計時。初始化過程如下：主機通過拉低單線 480μ s 以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進入 RX 接收模式。只有序列號完全匹配的 DS18B20 才能響應(yīng)后面的內(nèi)存操作命令，其他不匹配的將等待復(fù)位脈沖。 表 DS18B20 內(nèi)存操作命令 命令類型 命令字節(jié) 功能說明 Write Scratchpad （寫暫存器） 4EH 此命令寫暫存器中地址 2～ 4 的 3 個字節(jié)（ TH、 TL 和配置寄存器）在發(fā)起復(fù)位脈沖之前， 3 個字節(jié)都必須要寫。此重調(diào)操作在 DS18B20 加電時自動產(chǎn)生。如果在此命令后產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進行復(fù)制就會輸出 0，復(fù)制完成后，再輸出 1。 Search Rom （搜索 ROM） F0H 主機調(diào)用此命令，通過一個排除法過程，可以識別出總線上所有器件的 ROM 序列號。 2. ROM 操作命令 一旦總線主機檢測到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起 ROM 操作命令。 源程序見附錄 A。 主程序流程圖如圖 。 N P NV C C2 2 0 V交 流 電 源1 KP C 7家 用電 器 圖 繼電器控制電路 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 22 溫度報警電路設(shè)計 本設(shè)計中溫度報警采用發(fā)光二極管發(fā)光，當(dāng)溫度超過程序設(shè)定值時， PB5 發(fā)出高電平信號，發(fā)光二極管開始閃爍。 鬧鈴電路設(shè)計 鬧鈴電路如圖 所示。 設(shè)定鬧鐘時間和電器開關(guān)時間選擇。 k e y 1 1 k e y 1 2 k e y 1 3 k e y 1 4k e y 2 1 k e y 2 2 k e y 2 3 k e y 2 4P C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5 圖 鍵盤電路 其工作原理：按鍵設(shè)置在行、列線交點上，行、列分別連接按鍵開關(guān)的兩端。 它的優(yōu)點是軟件不必動態(tài)掃描，送出段碼后可鎖存，直到需更改顯示字符，軟件簡單， 占用 CPU 時間較少，工作可靠， 同時由于始終保持顯示而亮度較好 。 對于以軟件為主的接口電路來說 ,其顯示方法有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。 圖 LED 數(shù)碼 管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 LED 數(shù)碼顯示器有兩種連接方法： 共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V,每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。DS1302 采用雙電源供電，平時由 +5V 電源供電，當(dāng) +5V 掉電之后，由圖中 BT1（ +3V備用電池）供電。由于這些是 8 位寄存器，所以 9～ 12 位在比較時忽略。主要由 4 部分組成： 64 位 ROM 溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器 【 6】 。測量范圍為 55～ +125℃，增量值為 ℃。常用的此類溫度傳感器有AD590 和 DS18B20。其具體計算如公式 ： I 充 電 =（ V0VDVE） /R （ ） 式中： V0—— 所接入的 工作電壓； VD—— 二極管壓降，一個按 計算； R—— 慢速充電控制寄存器 0 和 1 位編碼決定的電阻值； VE—— VCC1 腳所接入的電池電壓。 另外，還有慢速充電控制寄存器和 RAM 寄存器如表 。 在 24 小時制式下 ，位 5 是第二個 10 小時位 （ 20～ 23 時） 。對于單字節(jié)操作，包括命令字節(jié)在內(nèi)，每次為 2 個字節(jié)，需要 16 個時鐘；對于時鐘 /日歷多字節(jié)模式操作，每次為 7 個字節(jié)，需要 72 個時鐘；而對于 RAM 多字節(jié)模式操作，每次則為 32 字節(jié)，需要多達 256 個時鐘。每次僅寫入或讀出一個 字節(jié)數(shù)據(jù)稱為單字節(jié)操作，每次對時鐘 /日歷的 8 字節(jié)或 31 字節(jié)RAM 進行全體寫入或讀出的操作，稱其為多字節(jié)操作方式。當(dāng) A4～A0=8，為慢速充電參數(shù)選擇寄存器。要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后 備 電源進行涓細電流充電的能力。每種芯片的主要時鐘功能基本相同，只是在引腳數(shù)量、備用電池的安裝方式、計時精度和擴展功能等方面略有不同。 XTAL2：反向振蕩器放大器的輸出。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使 能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。如果不作為 ADC 的模擬輸入，端口 F 可以作為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩 沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。其輸出緩沖 器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。片內(nèi)程序存儲器采用 Flash 存儲，可反復(fù)編程修改上千次，便于新產(chǎn)品開發(fā)； 程序高度保密，避免非法竊??；速度快，大多數(shù)指令只用 1 個晶振周期，而 MCS51 單片機單周期指令也需 12 個晶振周期；能采用 C 語言編程，從而高效快速的開發(fā)目標(biāo)產(chǎn)品。 整個電路使用了兩種電源， +5V 電源將為整個電路供電。 電子保姆機包括時鐘日歷芯片電路、顯示電路、按鍵電路、供電電源、鬧鈴電路、繼電器控制電路等幾部分。單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思路和設(shè)計方法。由 555 構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器電路見圖 。由于 EDA 技術(shù)擁有系統(tǒng)的模擬和仿真功能，可讀性、可重復(fù)性、可測性非常好，所以利用 EDA 開發(fā) FPGA 是目前比較流行的方式。 如果能夠在電子保姆機上附加溫度采集、時鐘日歷的顯示、鬧鈴功能功能，將使電子保姆機的應(yīng)用更加廣泛。 最早能夠定時、報時的時鐘屬于機械式鐘表，但這種時鐘受到機械結(jié)構(gòu)、動力和體積的限制，在功能、性能以及造價上都沒辦法與電子保姆機相比 【 1】 。 保姆機 對人們來說 越發(fā)的珍貴 ，工作的忙碌性和繁雜容易使人忘記當(dāng)前的時間 ，工作后的疲勞性，使人變得懶惰，回到家中什么都想要做好的如熱水洗澡、吃香噴噴的飯菜等 。本設(shè)計以 Atmega128 單片機為核心，通過繼電器控制家用電器定時工作，利用 DS1302 實時時鐘日歷芯片完成時鐘 /日歷的基本功能，同時利用 DS18B20 溫度傳感器測量環(huán)境溫度，并通過 4 位 LED 數(shù)碼管進行時間和溫度的顯示。 本文利用電子技術(shù)設(shè)計的保姆機具有多功能性。s life and work. Key Word: nanny machine； singleship； temperature sensor； relay； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） III 目錄 摘 要 .........................................................................................................................................I 第一章 引 言 ............................................................................................................................ 1 多功能 電子保姆機研究的背景和意義 ..................................................................... 1 電子保姆機的功能 ..................................................................................................... 2 第二章 電子保姆機設(shè)計方案分析 .......................................................................................... 3 FPGA 設(shè)計方案 ........................................................................................................... 3 NE555 時基電路設(shè)計方案 ......................................................................................... 3 單片機設(shè)計方案 ......................................................................................................... 4 第三章 基于單片機的電子保姆機硬件設(shè)計 .......................................................................... 6 單片機的選擇 ............................................................................................................. 7 AVR 單片機簡介 ............................................................................................. 7 ATMEGA128 特點 .......................................................................................... 7 時鐘日歷芯片 DS1302 ............................................................................................... 9 DS1302 簡介 ................................................................................................... 9 DS1302 引腳說明 ......................................................................................... 10 DS1302 控制字和讀寫時序說明 ................................................................. 10 DS1302 片內(nèi)寄存器 ..........