【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部分源代碼）。 5 溫度系統(tǒng)的比較與選擇 方案一：采用 DS18b20溫度傳感器 DS18b20 數(shù)字溫度計(jì)以 9 位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。 DS18b20 通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和 DS18b20 之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無(wú)需外部電源。 因?yàn)槊總€(gè) DS18b20都有一個(gè)獨(dú)特的片序列號(hào)， 所以多只 DS18b20 可以同時(shí)連在一根單線總線上，這 樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在 HVAC 環(huán)境控制、探測(cè)建筑物、儀器或機(jī)器的溫度以及過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制等方面非常有用。 方案二：采用 DS1620溫度傳感器 DS1620是一種半導(dǎo)體溫度測(cè)控芯片， 9位溫度數(shù)據(jù)值，測(cè)溫范圍55~+125℃， ℃的溫度測(cè)量精度。通過(guò)三線串行接口與 CPU連接，可作為熱傳感器使用；用三個(gè)溫控觸發(fā)端控制加熱或制冷裝置，可用作熱繼電器。DS1620的外圍接線簡(jiǎn)單，使用靈活。 根據(jù)兩方案的比較，從我們的實(shí)際情況出發(fā)，我們采用 DS1620溫度傳 感器。 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片的比較與選擇 方案一：采用 CS7219數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片 6 CS7219是一種串行接口的 8位數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)器。它與通用微處理器只有 3根串行線相連，最多可驅(qū)動(dòng) 8個(gè)共陰數(shù)碼管和 64個(gè)發(fā)光二極管。它內(nèi)部有可存儲(chǔ)顯示信息的 8*8靜態(tài) RAM，動(dòng)態(tài)掃描電路，以及段位驅(qū)動(dòng)器。串行接口的傳輸速率可達(dá) 10MHz，獨(dú)立的發(fā)光二極管段控制，有譯碼非譯碼兩種顯示方式可選，數(shù)字、模擬兩種亮度控制方式，可以級(jí)聯(lián)使用。 方案二：采用 MAX7219數(shù)碼 管驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219是一種串行共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示驅(qū)動(dòng)芯片，其峰值段電流可達(dá) 40mA，最高串行掃描頻率為 100MHz，典型掃描頻率為 。僅使用 3線串行接口傳送數(shù)據(jù)，可直接與單片機(jī)接口。每個(gè)芯片可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8位共陰極LED或 64個(gè)獨(dú)立的 LED，可驅(qū)動(dòng) 8個(gè)數(shù)碼管。該電路與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，不需附加元件，占用很小的印刷板面積，是微處理器儀表理想的顯示電路。 經(jīng)過(guò)兩方案的比較，并且根據(jù)實(shí)際情況，我們采用 MAX7219作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片。 方案 初步 確定 通過(guò)以上兩種方案論 證和比較，從設(shè)計(jì)的實(shí)用性，方便性和成本出發(fā)，選擇了以 AT89S52單片機(jī)作為中央處理器， DS1620溫度傳感器， MAX7219數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片為主要器件進(jìn)行此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。 7 硬件詳細(xì)設(shè)計(jì) 利用單片機(jī)芯片 AT89S52來(lái)控制 數(shù)碼管 顯示模塊 DS1620，通過(guò)軟件編程改變DS1620的工作模式端口及使能端口，從而顯示輸出相應(yīng)的內(nèi)容。 K0鍵用來(lái)設(shè)置時(shí)鐘，當(dāng) K1=1時(shí)，進(jìn)行鬧鐘調(diào)節(jié)， K3鍵用來(lái)移動(dòng)光標(biāo)選擇調(diào)整位置， K4鍵加法調(diào)節(jié)。當(dāng) K1=0時(shí)，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)間， K3鍵用來(lái)移動(dòng)光標(biāo)選擇調(diào)整位置， K4鍵加法調(diào)節(jié)。當(dāng) K2=1時(shí)，鬧鐘開始工作。當(dāng) AT89S52的 ，啟動(dòng)壓電式蜂鳴器，整點(diǎn)報(bào)時(shí)或者鬧鐘報(bào)時(shí)。 AT89S52的 P0口與液晶顯示模塊的 D0～ D7口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸， P2口的 7數(shù)據(jù)位控制 數(shù)碼管 顯示模塊的 E、 RW和 RS。 S鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，晶振頻率選用 12MHZ。 方案的拓展與最終確定： 為實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的要求 還 可以 合理地 采用以下幾種 拓展 方案： 方案 1：采用數(shù)字電路的方法實(shí)現(xiàn)，將用到多級(jí)電路的級(jí)連，需要考慮電路的延時(shí)，如果選擇不當(dāng)，就會(huì)有尖峰脈沖產(chǎn)生，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的功能不能實(shí)現(xiàn)。 方案 2：采用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的元件組成電子鐘。這樣，系統(tǒng)的擴(kuò)展和器件的再利用困難。 8 方案 3：利用單片機(jī)控制液晶顯示模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，不僅具有編程靈活，程序較簡(jiǎn)潔，便于電子鐘功能的擴(kuò)充，精度較高，而且可將其用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，從而應(yīng)用到實(shí)際工作與生產(chǎn)中去。 對(duì)比三種設(shè)計(jì) 拓展 方案，本設(shè)計(jì)采用方案 3。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖 1所示，本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由單片機(jī) AT89S52控制的計(jì)時(shí)電路、復(fù)位等輔助電路，按鍵控制電路， SMC1602A液晶顯示電路，電源系統(tǒng)等組成。該萬(wàn)年歷可以顯示年、月、時(shí)、分、 秒，可以設(shè)置年、月、時(shí)、分；其中計(jì)時(shí)控制電路由 AT89S52單片機(jī)控制，按鍵電路用于時(shí)間設(shè)置及復(fù)位；時(shí)間顯示由 SMC1602A完成；電源系統(tǒng)由小功率整流濾波穩(wěn)壓電路組成，輸出 5V 直流電壓，供各部分使用。 本次設(shè)計(jì)采用圖 1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖；如下圖所示 AT89S52 單片機(jī)控制模塊 電源系統(tǒng) 按鍵控制電路 SMC 1602A 液晶顯示模塊 復(fù)位等輔助電路 T0定時(shí)器 時(shí)鐘處理模塊 圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 9 本次設(shè)計(jì)采用如圖 21 所示系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 ；如下圖所示 圖 21 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖 10 通過(guò)數(shù)字溫度芯片對(duì)外界溫度進(jìn)行讀取，并通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再由數(shù)碼管進(jìn)行直觀的數(shù)字顯示 .同時(shí)設(shè)定溫度比較程序，由單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量溫度與設(shè)定溫度的比較，若不在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，則令蜂鳴器報(bào)警 . 單片機(jī)選用 AT89S52作為溫度測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件 .它是具有高性能的 8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的 MCS— 51的 CMOS產(chǎn)品 .不僅結(jié)合了 HMOS的高速和高密度技術(shù)及 CHMOS的低功耗特征，而且繼承和擴(kuò)展了 MCS— 48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系 統(tǒng) . 數(shù)字溫度芯片采用 DS1620測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化 .便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路 .且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好 .在 0— 100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1攝氏度 .采用 52單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便 .既可以單獨(dú)對(duì)多 DS1620控制工作，還可以與 PC機(jī)通信上傳數(shù)據(jù) . 利用 AT89S52芯片控制溫度傳感器 DS1620進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示，能夠?qū)?現(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度 .利用按鍵來(lái)進(jìn)行調(diào)時(shí)和溫度查詢 . 可以看出此方案測(cè)溫裝置電路簡(jiǎn)單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單 . 主控器件 本設(shè)計(jì)中使用 AT89S52為主控芯片，它是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只 11 讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)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?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保 存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 本設(shè)計(jì)中 AT89S52系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分： [1] 晶振電路 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式是利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，電路圖如圖 2所示。在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振），就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容器 C1和 C2的作用是穩(wěn)定頻率和快 速起振 [12]。選用 C1=C2=30pF，晶振頻率 12MHz。 [2] 復(fù)位電路 復(fù)位是使單片機(jī)處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機(jī)工作從復(fù)位開始，在單片機(jī) RST引腳引入高電平并保持 2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。上電復(fù)位要求接通 12 電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開機(jī)與按鍵均有效的復(fù)位，開機(jī)復(fù)位原理與上電復(fù)位相同，另外，在單片機(jī)運(yùn)行期間，還可以利用按鈕完成復(fù)位操作 [12]。 本設(shè)計(jì)復(fù)位電路如圖 2中所示，上電后，由于電容 C3充電，使 RST持續(xù) 一段高電平時(shí)間。若該高電平能保持足夠 2個(gè)機(jī)器周期，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使 RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位的操作。選用 C3=22uF， R1=10KΩ 。 [3] T0計(jì)時(shí)器 在計(jì)時(shí)過(guò)程中本設(shè)計(jì)利用了 AT89S52計(jì)時(shí)器 T0作為計(jì)時(shí)源，計(jì)時(shí)器中斷的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精度，因此獲取精確的定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)成為該系統(tǒng)的關(guān)鍵。MCS51的單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè) 16位可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用AT89S52的定時(shí)器 T0并工作在方式 1。 AT89S52的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制信號(hào)如圖 3所示 [1]，特殊功能寄存器由TL0（低 8位）和 TH0（高 8位）構(gòu)成，特殊功能寄存器 TMOD控制定時(shí)寄存器的工作方式， TCON則用于控制定時(shí)器 T0和 T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)管理定時(shí)器 T0和 T1的溢出標(biāo)志等。程序開始時(shí)需對(duì) TL0、 TH0、進(jìn)行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制 T0和 T1的計(jì)數(shù)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要求顯示準(zhǔn)確的北京時(shí)間（時(shí)、分、秒）及公歷日期（年、月、日），如果用循環(huán)去做，無(wú)法滿足精度要求。選用 12MHZ的晶體可得到 1us的精度，經(jīng)分析確定使用定時(shí)器 T0的模式 1，這 個(gè)模式下定時(shí)器 T0是 16位定時(shí)器，也就是最大定時(shí)值為 FFFFH， 12MHZ晶體的每個(gè)定時(shí)周期為 1us，最多可以定時(shí) FFFFH*1us=65536us，即使用最大值也無(wú)法一次定時(shí)為 1秒，設(shè)計(jì)中使用一次定時(shí) 20ms， 50次定時(shí)中斷得到 1秒。 20ms定時(shí)中斷的定時(shí)值為： FFFFH－ 20ms/1us=B1DFH[5]。 13 C/ =0 C/ =1 中斷 TH0 TL0 TF0 振蕩器 12 分頻 T0引腳 TR0 GATE ＆ 1 ≥1 鬧鈴電路 整點(diǎn)報(bào)時(shí)或者鬧鐘報(bào)時(shí)出口采用壓電式蜂鳴器，電路如圖 2所示， 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（ ~15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出 ~，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上 14 銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 顯示部分 數(shù)碼管 顯示模塊具有體積小、功耗低、顯 示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)顯示部分采用了液晶顯示器件 DS1620，它可以顯示兩行，每行 16個(gè)字符，相當(dāng)于 32個(gè) LED數(shù)碼管，而且比數(shù)碼管顯示的信息還多，采用單 +5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。 DS1620的 8位數(shù)據(jù)線與 AT89S52的 P0口相連，在 AT89S52的控制下，利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，由 P0口輸出送液晶顯示模塊 DS1620顯示，完成對(duì)日歷的顯示功能，另外在進(jìn)行時(shí)鐘調(diào)整、鬧鈴調(diào)節(jié)等處理相應(yīng)數(shù)據(jù)的顯示功能。DS1620與單片機(jī)的接口電路如圖 2所示 。 3條控制線分別接到 、 、 （可以根據(jù)具體的硬件電路修改這幾條控制線）；電阻 R8用來(lái)調(diào)節(jié)液晶顯示的對(duì)比度，可以接一個(gè) 10K的電位器來(lái)調(diào)節(jié)；電阻 R7 用來(lái)設(shè)置背光的亮度，一般情況接一個(gè) 1K的電阻就可以了，當(dāng)然也可以接入電位器來(lái)調(diào)節(jié)顯示的亮度。 它的基本操作時(shí)序如下： [1] 讀狀態(tài)，輸入： RS=L， RW=H， E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 [2] 寫指令，輸入： RS=L， RW=L， D0~D7=指令碼， E=高脈沖 輸出：無(wú) [3] 讀數(shù)據(jù)，輸入： RS=H， RW=HE=H 輸出： D0~D7=數(shù)據(jù) [4] 寫數(shù)據(jù)，輸入： RS=H， RW=L， D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無(wú)