【文章內容簡介】 和互聯網連接已是一種明顯的走向； 所集成的部件越來越多， NS（美國國家半導體）公司的單片機已把語音、 圖像 部件也集成到單片機中，也就是 說，單片機的意義只是在于單片集成電路， 而不在于其功能了。 如果從功能上講它可以講是萬用機。原因是其內部已集成上各種應用電路 ； 功耗越來越低和模擬電路結合越來越多。 隨著半導體工藝技術的發(fā)展及系統(tǒng)設計水平的提高，單片機還會不斷產生新的變化和進步，最終人們可能發(fā)現：單片機與微機系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難以辨認。 編程語言的選擇 在 1972 年，美國貝爾實驗室的 在 B 語言的基礎上最終設計出了一種新的語言，他取了 BCPL 的第二個字母作為這種語言的名字， 這就是 C 語言。 在眾多的程序設計語言中， C 語言簡潔緊湊，語言表達能力強， 其結構化的流程控制有助于編制結構良好的程序。 C 語言程序經編譯后生成的目標程序代碼效率高，幾乎可以與匯編語言媲美。 C 語言既具備高級語言使用方便、接近自然語言和數學語言的特性，同時也具備對計算機硬件系統(tǒng)的良好操縱和控制能力。 C 語言可移植性好，一個 C 語言源程序可以不做改動，或者稍加改動，就可以從一種型號的計算機移轉到另外一種型號的計算常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 機上編譯運行。因此， C語言被廣泛應用于各類系統(tǒng)軟件和應用軟件的開發(fā)。 所以 本系統(tǒng)以 C語言進行軟件設計，增加了程序的可讀性和可移植性，便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設 計的邏輯關系更加簡潔了。 本章小結 本章主要介紹了單片機的定義 和特點， 重點描述了單片機發(fā)展現狀和未來的發(fā)展趨勢，最后簡單地介紹了 選擇的編程語言 。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 第 三 章 設計要求和 方案論證 設計要求 具 備在液晶上顯示 年、月、日、星期、時、分、秒 的 功能； 具備年、月、日、星期、時、分、秒校準功能； 具有與即時時間同步的功能； 具有顯示溫度的功能； 單片機芯片的選擇方案和論證 方案一 : 采用 AT89S51 芯片作為硬件核心，內部具有 4KB ROM 存儲空間 ,能于 3V 的超低壓工作 ,而且與 MCS51 系列 單片機完全兼容 ,但是運用于電路設計中時由于不具備 ISP 在線編程技術 ，所以 在對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。 方案二 : 采用 STC89C52 芯片 ,STC89C52 是一種低功耗、高性能 的 8位 CMOS 微控制器，具有 8K的 可編程 Flash 存儲器。 同樣具有 AT89S51的功能，且具有在線編程可擦除技術，當 對電路進行調試時，由于程序的錯誤修改或對程序的新增功能需要燒入程序時，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞 ,因此 選擇采用 STC89C52作為主控制系統(tǒng) 核心 。 顯示模塊選擇方案和論證 方案一： 采用 LED數碼管動態(tài)掃描 ,LED數碼管價格適中 ,對于顯示數字合適 ,采用動態(tài)掃描法與單片機連接時 ,雖然占用的單片機口線少，但連線還需要花費一點時間，所以也不用此種作為顯示。 方案二： 采用點陣式數碼管顯示，點陣式數碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合 ,若 采用在顯示數字顯得太浪費 ,且價格也相對較高 ,所以 在此 也不用此種作為顯示。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 方案三： 采用 1602 液晶顯示屏 ,該 液晶顯示屏的顯示功能強大 ,內置 192 種字符， 可顯示大量 符號 、數字 ,清晰可見 ,而且功率消耗小 壽命長 抗干擾能力強。 所以在此設計中采用 1602 液晶顯示屏。 時鐘芯片的選擇方案和論證 方案一： 直接采用單片機定時計數器提供秒信號，使用程序實現年、月、日、星期、時、分、秒計數。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現的時間誤差較大 ,所以不采用此方案。 方案二： 采用 DS1302 時鐘芯片實現時鐘， DS1302 芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年進行計數，而且精度高 ,位的 RAM 做為數據暫存區(qū)，工作電壓 ～ 范圍內， 時耗電小于 300nA。 所以本設計采用 DS1302 時鐘芯片。 溫度傳感器的選擇方案與論證 方案一： 使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應阻值電阻相串聯分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進行 A/D 轉換。此設計方案需用 A/D 轉換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴格線性的，會產生較大的測量誤差。 方案二： 采用數字式溫度傳感器 DS18B20，此類傳感器為數字式傳感器而且僅需要一條數據線進行數據傳輸，易于與單片機連接，可以去除 A/D 模塊，降 低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點 。 因此本設計選用 DS18B20溫度傳感器。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 9 電路設計最終方案決定 綜上各方案所述 ,對此次作品的方案選定 : 采用 STC89C52 作為主控制芯片， DS1302 時鐘芯片計時， DS18B20 采集溫度 ， LCD1602 作為顯示 模塊 。 本章小結 本章主要介紹了 系統(tǒng) 要 實現的功能和 萬年歷系統(tǒng)硬件平臺的選擇，比較了 主控模塊，時鐘模塊，顯示模塊，溫度采集模塊中 不同器件的優(yōu)劣， 最后確定 了 電路設計的 整體 方案。這 也 是完成設計的先決 條件。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 第四章 系統(tǒng)的硬件設計與實現 電路設計框圖 根據上章確定的方案給出了系統(tǒng)整體的設計框圖： STC89C52主控制模 塊鍵 盤 模 塊D S 1 3 0 2 時 鐘 模 塊L C D 液 晶 顯 示 模 塊溫 度 傳 感 器 圖 系統(tǒng) 結構框 圖 為使時鐘走時與標準時間一致，校時電路是必不可少的，鍵盤 模塊用來校正液晶上顯示的時間 ； 溫度傳感器則用來檢測當前的環(huán)境溫度； STC89C52 單片機通過輸出各種電脈沖信號來驅動控制各部分正常工作 ；而 系統(tǒng)的時間、溫度等數據 則 最終通過 液晶 模塊 顯示出來。 系統(tǒng)硬件概述 本電路是 以 STC89C52 單 片機為控制核心， 該芯片 具有在線編程功能，功耗 低 ，能在 的 超低壓 下 工作；時鐘 芯片采用 DS1302，它是一款 高性能、低功耗、 自 帶 RAM 的實時時鐘芯片， 具有使用壽命長，精度高和功耗低等特點，同時具有掉電自動保存功能 ,可以對年、月、日、 星期 、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能， 其 工作電壓為 ～；溫度檢測模塊 由 DS18B20 構成 ,它采用獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊 , 具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點 ,其測溫范圍在 55~+125℃ ,工作電壓為 3v~；顯示部份使用 1602 液晶顯示 屏 來實現 ,該顯示屏具有低功耗、壽命長、可靠性高的特點，其工作電壓為 5v。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 主要單元電路的設計 STC89C52 單片機簡介 STC89C52 是一種低功耗、高性能 的 8 位 CMOS 微控制器，具有 8K 的 可編程 Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU 和在線系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52 具有以下標準功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口 線，看門狗定時器， 2 個數據指針， 三 個 16 位定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外， STC89C52 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、定時器 /計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 引腳排列如圖 所示。 圖 STC89C52 引腳圖 從引腳功能來看，可將引腳分為三部分 ： 電源及時鐘引腳 VCC：接 +5V 電源 ； VSS：接地 ； XTAL1 和 XTAL2：時鐘引腳，外接晶體引線端。當使用芯片內部時鐘時，此兩引腳端用于外接石英晶體和微調電容；當使用外部時鐘時，用于接常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 12 外部時鐘脈沖信號。 控制引腳 RST/VPT： RST 是復位信號輸入端， VPT 是備用電源輸入端。當 RST 輸入端保持 2個機器周期以上高電平時，單片機完成復位初始化操作。當主電源 VCC 發(fā)生故障而突然下降到一定低電壓或斷電時，第 2功能 VPT 將為片內 RAM 提供電源以保護片內 RAM 中的信息 不丟失。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號輸出端。在存取外存儲器時，用于鎖存低 8位地址信號。當單片機正常工作后， ALE 端就 會 周期性地以時鐘振蕩頻率的 1/6 固定頻率向外輸出正脈沖信號。此引腳的第 2 功能 PROG 是對片內帶有 4K 字節(jié) EPROM 的 8751 固化程序時，作為編程脈沖輸入端。 PSEN：程序存儲允許輸出端。是片外程序存儲器的讀選通信號，低電平有效。 CPU 從外部程序存儲器取指令時， PSEN 信號會自動產生負脈沖，作為外部程序存儲器的選通信號。 EA/VPP：程序存儲器地址允許輸入端。當 EA 為高電平時， CPU 執(zhí)行片內程序存儲器指令，但當 PC 中的值超過 0FFFFH 時，將自動轉向執(zhí)行片外程序存儲器指令；當 EA 為低電平時， CPU 只執(zhí)行片外程序存儲器指令。對 8031 單片機， EA 必須接低電平。在 8751 中，當對片內 EPROM 編程時，該端接 21V 的編程電壓。 I/O 口引腳 ～ ： P0口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅動 8個TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫 “ 1” 時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時， P0口也被作為低 8 位地址 /數據復用。 ～ ： P1口是一個具有內 部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 。 作為輸出口，每位能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。 此外， 和 分別作定時器 /計數器 2 的外部計數輸入（ ）和時器 /計數器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。在 flash 編程和校驗時， P1口接收低 8 位地址字節(jié)。 ～ :P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 。 作為輸出口，每位能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數據存儲器時，P2口送出高八位地址。在使用 8位地址訪問外部數據存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內容。在 flash 編程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 13 ～ ： P3口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 。 作為輸出口，每位能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。 P3 口亦作為 STC89C52 特殊功能（第二功能）使用。在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 單片機主控制模塊的設計 本設計中 單片機主要負責對外設的控制和各個功能模塊間的協(xié)調， 沒有復雜的數據計算， 因此， 8 位的 51 系列單片機足以勝任。 51 單片機以其低廉的價格以及較出色的性能成了很多控制系統(tǒng)的首選。它具有豐富的內部 資源，較大的數據、程序存儲區(qū)。 一個典型的單片機最小系統(tǒng)一般由時鐘電路、復位電路、電源指示燈和外部擴展接口等部分組成，本系統(tǒng)也不例外， 當單片機具備了這些最基本的條件后，就可以 正常工作 了 。 單片機的最小系統(tǒng)如圖 所示 ,單片機的 XTAL0 和 XTAL1 引腳用于連接晶振 電路 。XTAL0 接外部晶振和微調電容的一端 ,在片內它是振蕩器倒相放大器的輸入 ,XTAL1 接外部晶振和微調電容的另一端 ,在片內它是振蕩器倒相放大器的輸出。 RESET 為復位 引腳 ,連接復位電路，它用于對單片機進行初始化。復位電路包括復位 電容 （ C6）、復位 電阻（ R3）和復位 開關 （ S4）。 VSS 為電源地 ,VCC 為 電源 正 。 P ( T 2)1P ( T 2E X )2P 3P 4P 5P 6P 7P 8P 39P 38P 37P 36P 35P 34P 33P 32P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P ( I N T 1)