【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(wú)誤的情況下，購(gòu)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(lái)，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(guó)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(guó)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）72 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(guó)際上從 70 年代開始，國(guó)內(nèi)自 80 年代以來(lái)，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用于國(guó)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：?jiǎn)纹瑱C(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：?jiǎn)纹瑱C(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(guò)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(guò)軟件方法來(lái)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(guó)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）83 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(shuō)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(guó)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(wèn)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(lái)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，（）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(wèn)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(wèn)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，將輸出電流中國(guó)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（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)。（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(guò)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(guò)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(guò)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） 溫度傳感器中國(guó)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）11DS18B20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,℃、℃、℃、℃，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(guò)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 。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(shuō)明中國(guó)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編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 11 D4 Data I/O4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12 D5 Data I/O5 R/W 讀寫選擇端（H/L） 13 D6 Data I/O6 E 使能信號(hào) 14 D7 Data I/O7 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(wú)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，RW=L，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無(wú) 系統(tǒng)模塊組成電路本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為核心，通過(guò) DS1302 來(lái)實(shí)現(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒顯示和設(shè)置功能和鬧鐘功能,同時(shí)還有秒表功能、液晶背光燈延時(shí)控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能功能和溫度檢測(cè)功能。硬件電路包括 STC89C52 單片機(jī)系統(tǒng)模塊、LCD1602 液晶顯示模塊、按鍵模塊、DS1302 電路模塊、DS18B20 溫度傳感器測(cè)溫模塊和蜂鳴器模塊組成?；趩纹瑱C(jī)系統(tǒng)的電子時(shí)鐘基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源DS1302 時(shí)鐘芯片液晶顯示模塊溫度傳感器 DS18B20按鍵模塊晶振、復(fù)位電路蜂鳴器聲響模塊 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖中國(guó)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）13 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)小系統(tǒng)電路包括晶振電路和復(fù)位電路。復(fù)位電路包括自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種方式。其作用是在單片機(jī)在上電時(shí)或按下復(fù)位按鈕時(shí)，瞬間電容兩端電壓不能突變，使 RST 管腳保持兩個(gè)周期以上高電平狀態(tài)，使單片機(jī)復(fù)位。只要該正脈沖能夠保持約 10ms 以上，單片機(jī)就能有效復(fù)位了。晶振電路采用內(nèi)時(shí)鐘方式，通常用 12MHZ 晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路作定時(shí)元件。它由兩個(gè) 30pf 電容，一個(gè) 12M 石英晶振組成。電容一般選擇 30Pf 左右，其大小對(duì)振蕩頻率有微小影響，可起頻率微調(diào)作用。在設(shè)計(jì)時(shí)，注意晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)靠近，減少寄生電容，保證震蕩器可靠工作。電路如圖 示：圖 單片機(jī)小系統(tǒng)電路復(fù)位電路中所選擇的電容必須在 10uf 左右以上，否則，電容的充電時(shí)間不夠長(zhǎng)，將影響單片機(jī)正常工作。10k 的電阻是為了在手動(dòng)復(fù)位時(shí)，防止電源正負(fù)端短路，起到保護(hù)和限制電流作用。中國(guó)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）14 液晶顯示電路圖 液晶顯示電路通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度,從而達(dá)到合適的背光燈對(duì)比度。 16 管腳接三極管然后 B 端接 P2^6，C 端接地。當(dāng) P2^6 端接入為低電平此時(shí)三極管導(dǎo)通使背光燈亮，反之則滅，從而通過(guò)定時(shí)實(shí)現(xiàn)了背光燈節(jié)能功能。 DS18B20測(cè)溫電路圖 DS18B20 測(cè)溫電路DS18B20 測(cè)溫原理：DS18B20 通過(guò)一種片上溫度測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。DS18B20 內(nèi)部有兩個(gè)不同溫度系數(shù)的振蕩器。低溫度系數(shù)的振蕩器輸出的脈沖始終在高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期內(nèi)計(jì)數(shù)，即用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于55℃的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到55℃）的值增加，表明所測(cè)溫度大于 55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式