【文章內容簡介】 很大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有： DS1302， DS12887， X1203 等都 可以滿足高精度的要求。本次設計采用 DS12887芯片 DS12887的性能特性 DS12887 為 DALLAS 公司生產的實時時鐘芯片，除具有實時鐘功能外，它還具有 114 字節(jié)的通用 RAM。內藏鋰電池，并與廣泛應用的 DS128 MC146818B 腳對腳兼容。本文從應用角度出發(fā)，概述了其功能特點、外部特性、內部結構及與微機芯片的接口應用。 DS12887 數(shù)據(jù)操作原理 時鐘模塊的數(shù)據(jù)連接 圖 時鐘模塊的數(shù)據(jù)連接 鍵盤原理圖 鍵盤 S1,S2,S3 分 別用做調時選擇，上調按鍵，下調按鍵。 溫度模塊 多功能數(shù)字時鐘擁有實時溫度顯示功能，由單片機將溫度傳感器數(shù)據(jù)控制輸出由液晶顯示。本次設計采用溫度傳感器是 DS18B20. DS18B20的性能特性 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 測溫范圍 － 55℃ ～＋ 125℃ ，固有測溫分辨率 ℃ 。 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個，如果數(shù)量過多， 會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫 工作電源 : 3~5V/DC 在使用中不需要任何外圍元件 測量結果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 不銹鋼保護管直徑 Φ6 適用于 DN15~25, DN40~DN250 各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫 標準安裝螺紋 M10X1, , G1/2” 任選 PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設備連接。 2：應用范圍 該產品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房 ，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域 軸瓦，缸體，紡機，空調，等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。 汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制 DS18B20數(shù)據(jù)操作原理 DS18B20 的引腳功能圖 引腳 引腳 符號 說明 5 1 GND 地 4 2 DQ 單線應用的輸入、輸出引腳 3 3 VDD 電源 圖 DS18B20 的引腳功能 獨特的一線接口，只需要一條口線通信 多點能力，簡化了分布式溫度 傳感應用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V至 V 無需備用電源 測量溫度范圍為 55℃至 +125℃ 。 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12位 溫度轉換為 12位數(shù)字格式最大值為 750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報警設置 應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng) 描述該 DS18B20 的數(shù)字溫度計提供 9 至 12 位（可編程設備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到 /從 DS18B20 通過 1 線接口，所以中央微處理器與 DS18B20 只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉換可以從數(shù)據(jù)線 本身獲得能量，不需要外接電源。 因為每一個 DS18B20 的包含一個獨特的序號，多個 ds18b20s 可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多 不同的地方。它的用途很多，包括空調環(huán)境控制，感測建筑物內溫設備或機器，并進行過程監(jiān)測和控制。 DS18B20 內部結構主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。該裝置信號線高的時候，內部電容器 儲存能量通由 1 線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。 DS18B20 的電源也可 以從外部 3V5 .5V 的電壓得到。 DS18B20 采用一線通信接口。因為一線通信接口，必須在先完成 ROM 設定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）讀 ROM， 2 ） ROM 匹配， 3 ）搜索 ROM， 4 ）跳過 ROM， 5 ）報警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的 64 位光刻ROM 序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設備。 若指令成功地使 DS18B20 完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在 DS18B20 的存儲器。一個控制功能指揮指 示 DS18B20 的演出測溫。測量結果將被放置在 DS18B20 內存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內容的片上存儲器。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 都有一字節(jié) EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果 DS18B20 不使用報警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉換。寫 TH,TL 指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫都是從最低位開始。 DS18B20 有 4 個主要的數(shù)據(jù)部件： （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產品類型標號，接著的 48 位是該 DS18B20自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 （ 2） DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉化為例：用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達，其中 S 為符 號 。 溫度模塊的數(shù)據(jù)連接 在設計中，溫度傳感器 DS18B20 的數(shù)據(jù)端口 DQ 與單片機 89C51的 。單片機讀取數(shù)據(jù)送入顯示模塊進行溫度顯示。 圖 溫度模塊 及鍵盤接口模塊 連接圖 串行通信接口電路 MAX232 是電壓轉換芯片，將 TTL 電平轉換成可以和電腦串口匹配的電壓。DB9 通過下載線纜與電腦連接， 可以 將程序下載到單片機上。 電源轉換模 塊 日常用到的都是 220V 的交流電源，所以，需要用變壓器將其轉換為線路設計中所用到的直流電源。此轉換后的直流電源為 +12V,而線路設計中許多芯片所用到的電壓為 +5V,因此 ,還需有 12V 到 5V 的轉換電路。此轉換采用 7805（三端穩(wěn)壓器）來完成，轉換圖如下： 圖 7805 電壓轉換電路 當 Vin5V 時， Vout端可得到穩(wěn)定的 5V 電壓。 系統(tǒng) 原理圖 本章小結 本章通過對設計思想的介紹，分別對主控制模塊、顯示模塊、時鐘模塊、溫度模塊以及電源轉換模塊的設計原理進行分析闡述。對各模塊所需的芯片、元器件進行介紹。 3 軟件設計部分 本次設計用 Keil 編程軟件進行軟件設計。 Keil 軟件是目前最流行 的 開發(fā)系列單 片機軟件，近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和仿真調試器在內的完整開發(fā)方案，通過集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。Keil 支持匯編語言和 C 語言的程序設計， 易學易用。 時鐘 程序的設計 對時鐘芯片的操作主要包括 2個方面 :一是將芯片中的日期等數(shù)據(jù)讀出來 ,二是在進行日期等設置時將設置的數(shù)據(jù)寫入芯片 ,這也是按鍵處理時的主要內容。無論是讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù) ,都要滿足 DS12887 對時序的要求。而對芯片各個數(shù)據(jù)部分的訪問是通過地址進行的 ,且讀和寫的地址不一樣。讀 出的數(shù)據(jù)同樣要轉為ASC II 碼 ,然后儲存起來 ,等待送去顯示。其流程圖如下圖所示： 溫 度采集流程 系統(tǒng)程序的設計主要包括 C 程序主函數(shù)、 DS18B20 復位函數(shù)、 DS18B20 寫字節(jié)函數(shù)、DS18B20 讀字節(jié)函數(shù)、溫度計算轉換函數(shù)和顯示函數(shù)等 ,系統(tǒng)主程序設計流程圖如圖 所初始化 讀日期數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理 將設置的數(shù)據(jù)寫入芯片 轉為 ASCII 送去顯示 示。 溫度采集模塊流程圖 液晶程序模塊 時鐘需顯示時間、溫度。以上兩個模塊都需將數(shù)值送顯示模塊。 液晶的一般初始化過程： 延時 15mS 寫指令 38H（不檢測忙信號） 延時 5mS 寫指令 38H（不檢測忙信號） 延時 5mS 寫指令 38H（不檢測忙信號） 以后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號 寫指令 38H：顯示模式設置 寫指令 08H：顯示關閉 寫指令 01H：顯示清屏 寫指令 06H：顯示光標移動設置 寫指令 0CH：顯示開及光標設置 void en_toggle() { en=0。 //_nop_()。 delay()。 en=1。 delay()。 // _nop_()。 en=0。 } //液晶延時 本章小結 本章介紹了本次設計的軟件部 分的設計思想，即時鐘程序與溫度轉換顯示程序。 4 總結 本設計 能夠準確顯示時間（顯示格式為時時：分分：秒秒， 24 小時制），可隨時進行時間調整，具有鬧鐘時間設置、鬧鐘開 /關、止鬧功能，能夠對時鐘所在的環(huán)境溫度進行測量并顯示。設計以硬件軟件化為指導思想，充分發(fā)揮單片機功能，大部分功能通過軟件編程來實現(xiàn)，電路簡單明了，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。 基于單片機的數(shù)字時鐘系統(tǒng)具有顯示準確、直觀、易于調整等特點， 單片機所被占用的 I/O 口不多，因此系統(tǒng)具有一定的可擴展性。 電子時代已經(jīng)到來。做為新時代的我們，更應該提高自身能力，適應新時代 的發(fā)展。知識來自實踐，多去生活中探詢所需要的。對于上述所提到的研究課題，我們應盡量考慮到人的因素，增強時鐘的實用性和操作性，為使用者提供切實的方便，營造一種舒適的生活氛圍。所以，在設計的時候，應該從多方面、多角度去考慮問題，而且應該進一步提高時鐘的質量。 參考文獻 [1] 劉建英 .基于單片機的時鐘設計 [J].內蒙古石油化工， 2020， 1. [2]余永權 .ATMEL89 系列單片機應用技術，北京航空航天大學出版社， 2020 [3]李廣弟等 .