【文章內(nèi)容簡介】 但為了保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，復(fù)位電路應(yīng)使引腳RST保持10ms以上的高電平。 復(fù)位電路復(fù)位電路帶有上電自動復(fù)位功能，當(dāng)電路上電時，由于C1電容兩端電壓值不能突變，電源+5V會通過電容向RST提供充電電流，因此在RST引腳上產(chǎn)生一高電平，使單片機進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。隨著電容C1充電，它兩端電壓上升使得RST電位下降，最終使單片機退出復(fù)位狀態(tài)。正常運行時，可按復(fù)位按鈕對單片機復(fù)位。 在溫度采集模塊當(dāng)中有以下兩個方案，一個是采用熱電阻傳感器采集溫度，一個是利用數(shù)字化溫度傳感器采集溫度[2~3]。 方案一是采用熱電阻傳感器作為感溫元件，熱電阻隨溫度的變化而進(jìn)行變化，用儀表測出熱電阻的阻值變化，從而來采集溫度。最常用的是鉑電阻傳感器，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 方案二是采用數(shù)字式傳感器DS18B20作為溫度傳感器，它無需其它外加電路，直接輸出數(shù)字量。單總線器件，可直接與單片機通信，電路簡單使用方便?；谶@些優(yōu)點選用數(shù)字式傳感器進(jìn)行溫度的采集，它的測試精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離等方面效果很好。本次系統(tǒng)采用DS18B20作為溫度傳感器,。 溫度采集模塊采用DS18B20作為溫度傳感器，它是美國DSLLAS公司推出的單總線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易匹配處理器等優(yōu)點。處理器與DS18B20通信只需要一根數(shù)據(jù)線即可，同時該數(shù)據(jù)線還可以向掛接的DS18B20供電。它可以直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號處理，與模擬溫度傳感器相比，DS18B20省去了信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換等前向通道處理電路，從而使得系統(tǒng)線路簡單，成本低廉。 （1）DS18B20的主要特性[1~6]適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍:~，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；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；DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；溫范圍55℃~+125℃，在10~+85℃時精度為177?！妫豢删幊痰姆直媛蕿?~12位，℃、℃、℃℃，可實現(xiàn)高精度測溫；在9位分辨率時最多在 ，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一 線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；負(fù)壓特性:電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 （2）DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)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。 DS18B20封裝圖 DS18B20實物圖 DS18B20引腳定義:DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端。GND為電源地。VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。 （3）DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。電路連接其中DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，R_Up 為數(shù)據(jù)線的上拉電阻，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴? （4）DS18B20應(yīng)注意的問題DS18B20具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補償，由于DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送。因此，在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在DS18B20有關(guān)資料中均未提及DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以使用任意多個DS18B20，在實際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)使用DS18B20超過8個時，就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進(jìn)行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。實際應(yīng)用中，測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC 和地線，屏蔽層在源端單點接地。本文以廣泛應(yīng)用的數(shù)字溫度傳感器DS18B20為例，說明了總線的操作過程和基本原理。事實上，基于總線的產(chǎn)品還有很多種，如總線的E2PROM、實時時鐘、電子標(biāo)簽等。他們都具有節(jié)省I/O資源、結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)快捷、成本低廉、便于總線擴展等優(yōu)點，因此有廣闊的應(yīng)用空間，具有較大的推廣價值?！　∠到y(tǒng)采用DS1307實時時鐘芯片。它是是一款低功耗，具有56字節(jié)非失性RAM的全BCD碼時鐘日歷實時時鐘芯片，地址和數(shù)據(jù)通過兩線雙向的串行總線的傳輸，芯片可以提供秒，分，小時等信息，每一個月的天數(shù)能自動調(diào)整。并且有閏年補償功能。DS1307主要技術(shù)性能的指標(biāo)：具有實時的時間計數(shù)功能，并且具有12小時制和24小時制的計數(shù)模式，可以自動調(diào)整每個月的天數(shù)，具有閏年時間調(diào)整的功能，具有自動掉電保護（斷電后繼續(xù)計時）和通電后能復(fù)位的功能。同時它獨立于CPU工作，不受CPU主晶振及其電容的影響，而且計時準(zhǔn)確，月累計誤差小于10秒。 DS1307模塊電路，為時鐘芯片提供計時脈沖；btb1為DS1307的備用3V電源，以便在沒有主電源的情況下能夠保存時間信息和一些重要的數(shù)據(jù)；兩個電阻為 總線的上拉電阻。本電路采用無源蜂鳴器作為發(fā)聲報時的聲源。通過改變延時時間進(jìn)而改方波的占功比可以得到驅(qū)動蜂鳴器的方波信號。這樣蜂鳴器報時時就可以聽到不同音調(diào)的報時聲。 系統(tǒng)采用蜂鳴器作為鬧鈴輸出。　 　 鬧鈴電路電路中采用PNP管9012來控制蜂鳴器的開關(guān)，當(dāng)高電平輸入時，PNP管截止，蜂鳴器不工作；當(dāng)?shù)碗娖捷斎霑r，PNP管導(dǎo)通，蜂鳴器工作。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定好時間點，之后，單片機工作當(dāng)時間到達(dá)所設(shè)定的時間點，蜂鳴器發(fā)出響聲，LED燈亮起，持續(xù)亮，按隨意鍵，燈熄滅。 鍵盤模塊設(shè)置了三個按鍵：模式鍵、位移鍵、數(shù)字加鍵。其中用模式鍵來控制菜單的主模式；位移鍵用來修改時間信息，數(shù)字加鍵進(jìn)行時間數(shù)字的加，以便于調(diào)節(jié)時間；模式鍵返回。 鍵盤電路　　在實際的電路中采用了三個上拉電阻，可以保證在沒有按鍵輸入時，進(jìn)入單片機的三個I/O接口的按鍵狀態(tài)均為高電平，防止干擾產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生一定的錯誤；當(dāng)有按鍵按下時，相應(yīng)的單片機接口線被拉低。軟件上采用查詢的方式，用定時器定時對按鍵狀態(tài)進(jìn)行掃描，確保系統(tǒng)的實時性。 液晶顯示器LCD1602與單片機STC89C52的接口由一組8位數(shù)據(jù)傳輸線和3根控制線完成。LCD1602的RS、RW、數(shù)據(jù)輸入口DB0~~，因為是接在P0口,所以要接上拉電阻。：圖 LCD1602與單片機的接口電路系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，而且不需要外加驅(qū)動電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的顯示器件了。LCD1602可以顯示2行16個字符，具有8位數(shù)據(jù)總線D0D7，和RS、R/W、E三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光設(shè)置。工業(yè)字符型液晶，1602是指顯示的內(nèi)容為16*2，能同時顯示兩行，每行16個字符。[15~17]。 1602液晶顯示 常見的1602字符液晶有兩種，一種顯示綠色背光黑色字體，另一種顯示藍(lán)色背光白色字體，目前市面上絕大多數(shù)基于HD44780液晶芯片控制，原理是完全相同的。本課題所用1602液晶模塊，顯示屏是藍(lán)色背光白色字體。 4系統(tǒng)軟件設(shè)計主程序[4,5]主要實現(xiàn)的是對各個程序的連接和分配，可以從主程序中看到整個程序的工作過程及步驟。通過對各個模塊的調(diào)用可以使各個模塊按照合理的要求進(jìn)行工作，各自實現(xiàn)各模塊的功能。 主程序流程圖當(dāng)開始時要設(shè)定電子鐘的初始化時間和日期，之后就開始編輯顯示程序，此時就從設(shè)置的初試日期和時間進(jìn)行正常的顯示和運行；在正常運行期間如果有鍵盤的輸入就可以調(diào)動鍵盤程序，在此如果是操作的是時間的設(shè)置，調(diào)整鍵盤可以進(jìn)行時間的設(shè)置工作，此操作包括對小時、分鐘、秒的時間設(shè)置，還包括對年、月、日的設(shè)置。從而實現(xiàn)對時間和日期的切換，對時間和日期的調(diào)整的功能。另外還可以對鬧鈴時間的設(shè)置，調(diào)整鬧鈴的時間，如果時鐘運行到達(dá)設(shè)定鬧鈴時間就可以調(diào)用鬧鈴程序，從而控制蜂鳴器發(fā)出響聲，使發(fā)光二極管發(fā)出燈光。等到上邊的功能結(jié)束之后，程序就繼續(xù)執(zhí)行顯示程序，進(jìn)入到平常的時間的顯示狀態(tài)。鬧鈴子程序是在主程序調(diào)用時才會開始運行的，即當(dāng)時間到達(dá)鬧鈴所設(shè)定的鬧鈴時間時，主程序就可以調(diào)用鬧鈴子程序了。當(dāng)鬧鈴子程序當(dāng)用以后，先開始對顯示功能的運行，即可以實現(xiàn)發(fā)光二極管的有規(guī)律閃爍；之后執(zhí)行聲音的提示，就是可以通過控制蜂鳴器發(fā)出響聲而達(dá)到提示的目的；最后程序返回主程序。 主程序主要實現(xiàn)的是對各個子程序的連接和分配，可以從主程序中看到整個程序的工作過程，各個子程序的工作步驟,則子程序主要就是對于各個模塊之間的設(shè)計，把各個模塊的主要程序根據(jù)系統(tǒng)需要，和電路需要設(shè)計出來，從而根據(jù)模塊框圖設(shè)計程序。本系統(tǒng)主要有顯示模塊、鍵盤模塊、鬧鈴模塊和溫度采集模塊的程序設(shè)計。本設(shè)計是根據(jù)現(xiàn)有的硬件電路而設(shè)置相應(yīng)的顯示子程序的，而顯示子程序大致可以分為六個部分。在子程序的開始就要先對各個使用到的寄存器進(jìn)行初始化，并且對各個數(shù)值進(jìn)行初試賦值。之后就可以進(jìn)行對正常顯示的設(shè)置了。在定時中斷中，要對時間進(jìn)行記數(shù)，本設(shè)計是采用先對定時器進(jìn)行50ms的延時設(shè)置，之后反復(fù)循環(huán)20次，進(jìn)而使時間變成20*50=1s，每到1s就使秒位進(jìn)一，從而實現(xiàn)秒的更新。當(dāng)秒運行夠60次時，就使分鐘進(jìn)一，從而實現(xiàn)分鐘的更新。小時的更新是以分的進(jìn)位為基礎(chǔ)的，與分鐘的更新類似。之后就是年月日的更新了：每隔24小時就使日進(jìn)一；實現(xiàn)日的更新；每隔30日就使月進(jìn)一，實現(xiàn)月的更新；每隔12個月就使年進(jìn)一，實現(xiàn)年的更新。通過上述程序的設(shè)計就可以實現(xiàn)平時的顯示狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)行調(diào)時時，其顯示程序與原理依然是按照上述程序運行的[8，10]。本設(shè)計是采用3x3的鍵盤排列設(shè)置程序的。從圖中可以看出鍵盤子程序的設(shè)計是從按鍵設(shè)置開始的。當(dāng)鍵盤的硬件電路對鍵盤有操作時，就可以啟動主程序?qū)︽I盤子程序的調(diào)用了。一旦主程序啟用對鍵盤子程序的調(diào)用已有，程序就開始對鍵盤硬件端口的高電平的掃描。之后就是對各個端口高電平的消抖，使其恢復(fù)到初試狀態(tài)。之后就開始對鍵盤的確認(rèn)，根據(jù)返回的鍵盤值進(jìn)行相應(yīng)的處理。對于鍵盤確認(rèn)這一塊可以實現(xiàn)三種功能的實現(xiàn)：一是對時間的調(diào)整；二是對日期的調(diào)整；三是實現(xiàn)對鬧鈴時間的調(diào)整。其中對于對時間的調(diào)整可以實現(xiàn)對分鐘、小時的調(diào)整，在調(diào)整期間會使時間的顯示出現(xiàn)調(diào)整數(shù)字的有規(guī)律閃爍跳動，沒按動一下需要調(diào)整的按鍵，對應(yīng)的數(shù)字就會閃爍一下并進(jìn)行加一或減一。對于日期和鬧鈴時間的調(diào)整與對時間的調(diào)整設(shè)置相同。最后返回鍵值。 在采用溫度采集模塊當(dāng)中，使用了數(shù)字式傳感器DS18B20作為溫度傳感器，它無需其它外加電路，直接輸出數(shù)字量。溫度采集子程序是在主動顯示出來，而不是在主程序調(diào)用時才會開始運行的，即當(dāng)上電開始的時候，溫度就已經(jīng)開始采集，再到達(dá)52單片機處理，然后顯示出來，無論掉電還是斷電，只要系統(tǒng)上電之后，顯示屏就會顯示實時溫度。在主程序設(shè)置當(dāng)中夾雜著，定時開關(guān)的設(shè)置，用于智能化控制家用電器。 自動定時開關(guān)設(shè)計圖子程序控制開始，按鍵模式選擇，時間設(shè)置，判斷是否到達(dá)預(yù)設(shè)時間點，用于定時開關(guān)家用電器，本次設(shè)計用LED燈代替家用電器，到達(dá)預(yù)設(shè)時間點之后，LED燈發(fā)亮，長時間發(fā)出亮光，按鍵隨意按鍵，即可關(guān)閉燈。由于設(shè)計要源于生活，服務(wù)生活，所以設(shè)計了按鍵隨意按鍵關(guān)閉LED燈。5系統(tǒng)調(diào)試如果硬件電路檢查后，沒有問題卻實現(xiàn)不了設(shè)計要求，則可能是軟件編程的問題，首先應(yīng)檢查初始化程序，然后是讀溫度程序，顯示程序，以及繼電器控制程序，對這些子程序，要注意邏輯順序，調(diào)用關(guān)系，以及涉及到的標(biāo)號，有時會因為一個標(biāo)號而影響程序的執(zhí)行，除此之外，還要熟悉各指令的用法，以免出錯。還有一個容易忽略的問題就是源程序生成的代碼是否燒入到單片機中，如果這一過程出錯，那不能實現(xiàn)設(shè)計要求也是很正常的了。我在完成軟件調(diào)試[12~13]的過程當(dāng)中就遇到了一些很低級的錯誤，比如忘記在程序結(jié)尾處加上大括號，或者單詞輸入錯誤等，這些都是很常見的一些問題，但是我們都應(yīng)該注意到，盡可能避免這些小問題的出現(xiàn)。 Proteus開發(fā)軟件的介紹Proteus[14]軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它仿真軟件的仿真功能，如EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機，及其相關(guān)外圍器件組成的電路進(jìn)行仿真。它是目前世界上范圍內(nèi)最好的單片機及外圍器件組成電路的仿真工具。Proteus是世界上著名的仿真軟件，從原理圖布圖到代碼調(diào)試，再到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從思想概念到實物產(chǎn)品