【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)中斷的使用 從而讓單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行更快、效率更高，而且使用時(shí)鐘芯片可以大大加大時(shí)鐘的精度。 體溫計(jì)的設(shè)計(jì)方法也有多種， 我國一般電子體溫計(jì)使用 NTC 溫度傳感器 ，因?yàn)?它的測(cè)量精度、反應(yīng)速度和電阻年漂移率 技術(shù)都很好。而另外一種方法是使用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，該傳感器廣泛用于工業(yè)測(cè)量環(huán)境，雖然精度不如 NTC溫度傳感器的高，但 是憑著它輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)、簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)原理和低廉的價(jià)格，綜合考慮本系統(tǒng) 使用 DS18B20 傳感器。 研究設(shè)想 本次設(shè)計(jì)通過對(duì)硬件和軟件設(shè)計(jì)熟悉掌握， 通過程序編寫 完成電子時(shí)鐘 年 、 月 、日 、 時(shí) 、 分 、 秒 、 星期顯示及有時(shí)間設(shè)置等 基本功能的基礎(chǔ) 上 還完成了 控制液晶屏亮屏?xí)r間的 節(jié)能功能 ，在硬件電路中設(shè)計(jì)出多個(gè)擴(kuò)展功能，包括環(huán)境溫度測(cè)量 、穩(wěn)壓去耦功能 和鬧鈴功能 等。 硬件電路包括 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、 DS1302 時(shí)鐘芯片電路模塊、 LCD1602 液晶顯示模塊、按鍵模塊、 DS18B20 溫度傳感器模塊、蜂鳴器電路模塊、穩(wěn)壓去耦電路 ； 軟件 部分主要通過 c 程序 的編程實(shí)現(xiàn)對(duì) 時(shí)鐘芯片進(jìn)行時(shí)間數(shù)據(jù)的讀和寫然后通過液晶顯示 程序?qū)r(shí)間顯示出來 ， 也 通過鍵盤掃描程序?qū)崿F(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換和屏幕的切換， 還可以 通過對(duì) DS18B20 檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行編程從而達(dá)到分辨率為 的效果，利用對(duì) DS1302 時(shí)間設(shè)置來實(shí)現(xiàn)背光燈的延時(shí)和秒表功能 。 結(jié)合硬件、軟件的分步調(diào)試，達(dá)到要求的控制效果。 設(shè)計(jì)流程 和預(yù)期成果 設(shè)計(jì) 分為硬件和軟件兩大部分完成。首先在 Protel 99SE 上進(jìn)行原理圖 和 PCB板 的繪制和修改 并制作出印制電路板 ，在電氣檢查無誤的情況下，購買所需要的元器件。接著 把元器件 焊接 到 各個(gè)功能 電路的模塊上 ，并結(jié)合程序 進(jìn)行調(diào)試 。最后將各個(gè) 功能的電路 程序組合起來 ， 然后再進(jìn)行總程序的調(diào)試直到調(diào)試成功 。 預(yù)期能達(dá)到以下結(jié)果： 中國計(jì)量學(xué)院 現(xiàn)代科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 6 （ 1） 實(shí)現(xiàn)年 、 月 、 日 、 時(shí) 、 分 、 秒 、 星期顯示且有時(shí)間、日期 和星期的 設(shè)置 ； （ 2） 實(shí)現(xiàn)鬧鐘設(shè)置功能和秒表功能 ； （ 3） 實(shí)現(xiàn) 液晶背光燈延時(shí)控制從而達(dá)到節(jié)能效果、按鍵聲效果和 屏幕切換功能 ； （ 4） 實(shí)現(xiàn) 環(huán)境 溫度 檢測(cè)和顯示功能 。 中國計(jì)量學(xué)院 現(xiàn)代科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 7 2 單片機(jī) 的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀 單片機(jī)的應(yīng)用具有面大量廣的特點(diǎn)。國際上從 70年代開始，國內(nèi)自 80年代以來，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改 造和產(chǎn)品智能化的更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用。 它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用 ： 單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測(cè)量的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比 。 （ 2）單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 ： 機(jī)電一體化是械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大 提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。 （ 3）單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用 ： 單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測(cè)控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 （ 4）單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 ： 在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺(tái)功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝 在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。 （ 5）單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用 ： 自從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。 單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。另一方面，單片機(jī)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(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。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)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 中國計(jì)量學(xué)院 現(xiàn)代科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 8 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能描述 基于單片機(jī)的定時(shí)和控制裝置在許多行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，而電子時(shí)鐘是其中最基本最具有代表性的控制系統(tǒng) ，而溫度檢測(cè)廣泛用于工業(yè)環(huán)境 。在基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的電子電路中，除了基本的單片機(jī)系統(tǒng)和外圍電路外，還需要外部的控制和顯示裝置。 硬件電路包括 STC89C52 單片機(jī)、 LCD1602 液晶顯示電路、按鍵電路、蜂鳴器 電路、 DS1302 時(shí)鐘芯片電路模塊、 DS18B20 溫度傳感器 幾部分電路模塊。 該 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可以完成如下功能： （ 1） 實(shí)現(xiàn)年 、 月 、 日 、 時(shí) 、 分 、 秒 、 星期顯示且有時(shí)間、日期 和星期的 設(shè)置 ； （ 2） 實(shí)現(xiàn)鬧鐘設(shè)置功能和秒表功能 ； （ 3） 實(shí)現(xiàn) 液晶背光燈延時(shí)控制從而達(dá)到節(jié)能效果、按鍵聲效果和屏幕切換功能 ； （ 4） 實(shí)現(xiàn)環(huán)境 溫度 檢測(cè)和顯示功能 。 器件選型 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)用到的器件包括單片機(jī) STC89C52 芯片一塊， DS1302 時(shí)鐘芯片一塊 ，溫度傳感器 DS18B20 一個(gè)， LCD1602 液晶顯示屏一塊，一個(gè)蜂鳴器， 3V 電池一塊 ,12HZ 的晶振一個(gè)， 排針排線若干組，電容電阻若干，導(dǎo) 線若干，二級(jí)管若干 ,自己設(shè)計(jì)的 PCB 板一塊， 按鈕 5 個(gè) 。下面對(duì)其它器件的一些重要方面進(jìn)行相關(guān)說明。 （ 1） 系統(tǒng)控制核心 STC 系列單片機(jī)以其優(yōu)良的性能、高可靠性、低價(jià)格、低功耗 、抗靜電、抗干擾 ，成為取代 MCS51 單片機(jī)的主流機(jī)型之一，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制核心采用 STC89C52 芯片。 STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾 /高速 /低功耗的單片機(jī)，內(nèi)部已擴(kuò)展了 RAM，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，而 STC89C52 最具典型性，具有 8K FLASH 存儲(chǔ)器 512 字節(jié) RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 可在線重復(fù)編程，擦寫次數(shù)不少于 1000 次，或使用通用的非易失性存儲(chǔ)器編程器；通用的 8 位 CPU與在線可編程 Flash 集成在一塊芯片上，從而使 STC89C52 功能更加完善，應(yīng)用更加靈活；與只擁有 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM 的 AT89C52 系列單片機(jī)相比， STC89C52單片機(jī)片內(nèi) RAM 有 512 字節(jié)， 3 個(gè)定時(shí)器， 8 個(gè)中斷源，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器有 8KB；具有較高的性價(jià)比，使其在嵌入式控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。圖 為AT89S52 的管腳圖。 中國計(jì)量學(xué)院 現(xiàn)代科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 9 圖 STC89C52 管腳圖 VCC : 電 源 GND: 地 P0口是一個(gè) 8位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P0端口寫 ―1‖時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫 ―1‖時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為 輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。此外， /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ）。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫 ―1‖時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL） 。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫 ―1‖時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部 拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用， 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào)。 中國計(jì)量學(xué)院 現(xiàn)代科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 10 （ 2） DS1302 DS1302 是一種常用的時(shí)鐘芯片 ， 它有時(shí)鐘計(jì)數(shù)功能，可以對(duì)秒、分鐘、小時(shí)、月、星期、年的計(jì)數(shù)。年計(jì)數(shù)可達(dá)到 2100 年。 其管腳排列如圖 所示。 圖 DS1302 芯片管腳圖 DS1302 包括時(shí)鐘 /日歷寄存器和 31 字節(jié)（ 8 位）的數(shù)據(jù)暫存寄存器，數(shù)據(jù)通信僅通過一條串行輸入輸出口。實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷提供包括秒、分、時(shí)、日期、月份和年份信息。閏年可自行調(diào)整，可選擇 12 小時(shí)制和 24 小時(shí)制，可設(shè)置 AM、 PM。 通過 三個(gè)管腳端口 進(jìn)行數(shù)據(jù)的控制和 傳遞： RESET、 I/O、 SCLK。通過備用電源可以讓芯片在小于 1MW 的功率下運(yùn)作。 數(shù)據(jù)傳輸如圖 所示：（注意兩種模式） 圖 DS1302 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖 4B （ 3） 溫度傳感器 DS18B20集成了溫度傳感器、信號(hào)調(diào)整電路、 A/D 采樣和轉(zhuǎn)換電路、存儲(chǔ)器等部件。 集成電路的測(cè)溫元件采用測(cè)半導(dǎo)體載流子隨溫度變化的特性原理制成，即測(cè)溫中國計(jì)量學(xué)院 現(xiàn)代科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 11 元件為正電阻溫度系數(shù)的熱敏電阻。 它可以直接以數(shù)字量的形式輸出被測(cè)環(huán)境的溫度而不需要配加其它外圍電路。另外，多個(gè) DS18B20 可以共用一條數(shù)據(jù)總線與 CPU 進(jìn)行通信，與傳統(tǒng)的溫度傳感器 （ AD590、 LM35）一個(gè)器件需要一條數(shù)據(jù)線相比，具有十分突出的優(yōu)越性。 測(cè)溫范圍 55 ℃ ～ + 125℃ ,在 10℃ ～ +85℃ 時(shí)精度為 177。 0. 5℃ ， 可編程的分辨率為 9～ 12 位 ,對(duì)應(yīng)的可編程溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 、℃ ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 750ms。 關(guān)于 DS18B20 的應(yīng)用，主要是與不同型號(hào)的單片機(jī)進(jìn)行對(duì)接，從而設(shè)計(jì)了不同形式的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。例如，對(duì)汽車輪胎的溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警。還有的利用 DS18B20 設(shè)計(jì)了多點(diǎn)分布式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多點(diǎn)溫度的同步監(jiān)測(cè)等。本系 統(tǒng)除具有溫度測(cè)量與報(bào)警功能之外，還通過一定的控制電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)加熱系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 DS18B20 的引腳及指令系統(tǒng) DS18B20 的引腳如 圖 。其中 VDD 和 GND 分別接電源和地， DQ 為數(shù)據(jù)輸出。 圖 DS18B20 芯片管腳圖 （ 4） 液晶顯示屏 圖 LCD1602 外觀圖 表 1602 型 LCD 的接口信號(hào)說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 中國計(jì)量學(xué)院 現(xiàn)代科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 12 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) / 命令選擇端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫選擇端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號(hào) 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極 基本操作程序 ： 讀狀態(tài)：輸入： RS=L， RW=H， E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H， RW=H， E=H 輸出：無 寫指令 ：輸入： RS=L， RW=L， D0~D7=指令碼， E=高脈沖 輸出： D0~D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H，