【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 調(diào)試較為復(fù)雜，制作成本高。另外，采集環(huán)境的溫度也可采用 IC 化的溫度傳感器。常用的此類溫度傳感器有 AD590 和 DS18B20。AD590 測(cè)量到不同溫度之后，將把應(yīng)溫度轉(zhuǎn)化為線性電流輸出，為 1μA/K，正比于熱力學(xué)溫度。該傳感器寬量程，為55～+150℃；精度高，激光校準(zhǔn)精度到177。℃；電源范圍寬：+4 ～+30V 。AD590 優(yōu)點(diǎn)很多，但是由于它只能將采集來的溫度轉(zhuǎn)化為電流輸出，所以在實(shí)際應(yīng)用中，需要先將 AD590 輸出的電流轉(zhuǎn)化為電壓，再利用 A/D 轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，最后送入單片機(jī)中 [8]。與 AD590 不同的是，DS18B20 數(shù)字溫度傳感器能直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)，以供單片機(jī)處理，既節(jié)省了硬件，又有效避免了模擬方式的干擾問題。它還具有微型化、低功耗、高性能、等優(yōu)點(diǎn)。通過編程，DS18B20 可以實(shí)現(xiàn) 9～12 位溫度讀數(shù)，信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從單片機(jī)到 DS18B20 僅需要連接一條線。讀、湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)9寫和完成溫度變換所需的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供，而無需外部電源。測(cè)量范圍為55～ +125℃，增量值為 ℃。電源電壓范圍為+～+。通過編程，用戶還以自行設(shè)定告警上下限溫度，告警尋找命令可以識(shí)別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件。 電子時(shí)鐘硬件電路設(shè)計(jì)電子鬧鐘至少要包括秒信號(hào)發(fā)生器、時(shí)間顯示電路、按鍵電路、供電電源、鬧鈴指示電路等幾部分。另外，本設(shè)計(jì)要求該電子鐘能夠采集環(huán)境溫度，所以還需要溫度采集芯片。硬件電路框圖參照?qǐng)D 37。該系統(tǒng)使用 AT89C51 單片機(jī)作為核心，通過讀取時(shí)鐘日歷芯片 DS1302 和溫度傳感器 DS18B20 的數(shù)據(jù)，完成此電子時(shí)鐘的主要功能——時(shí)鐘/日歷和環(huán)境溫度采集。使用比較通用的 8 段共陰數(shù)碼管，做 7 位顯示，分別顯示時(shí)/年，分/ 月，秒/日，以及環(huán)境溫度值。A T 8 9 C 5 1溫 度 傳 感 器D S 1 8 B 2 0鬧 鈴 電 路+ 5 V 電 源7 位 共 陰L E D 顯 示鍵 盤時(shí) 鐘 日 歷 芯 片D S 1 3 0 2+ 3 V 電 源圖 37 多功能電子時(shí)鐘硬件系統(tǒng)框圖鍵盤是為了完成時(shí)鐘/日歷的校對(duì)和日歷/溫度的顯示功能。由于此電子時(shí)鐘要求具有鬧鈴功能，所以設(shè)計(jì)有鬧鈴電路，進(jìn)行聲音響鈴。整個(gè)電路使用了兩種電源，+5V 電源將為整個(gè)電路供電。而 +3V 電源僅作為DS1302 的備用電源。當(dāng)+5V 電源被切斷后，DS1302 啟用+3V 電源，可以保持DS1302 繼續(xù)工作。當(dāng)+5V 電源恢復(fù)供電，LED 依舊顯示當(dāng)前時(shí)間，而不會(huì)因?yàn)閿嚯娛瓜到y(tǒng)復(fù)位到初始化時(shí)間，避免了重新校時(shí)的麻煩。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)鐘應(yīng)用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片 DS1302，其連接如圖 。該硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)10如圖，AT89C51 單片機(jī) 直接接 DS1302 的 RST 端，上電后，AT89C51的 腳自動(dòng)輸出高電平。 作為串行時(shí)鐘接口， 作為時(shí)鐘數(shù)據(jù)的I/O。DS1302 采用雙電源供電，平時(shí)由+5V 電源供電，當(dāng) +5V 掉電之后，由圖中BT1（+3V 備用電池）供電。特別需要注意 X1 和 X2 兩端連接的晶振 Y1，該晶振頻率為 。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 5Jun2022 Sheet of File: C:\Documents and Setings\Administrator\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)\ By:Y1BT1BATTERY VCC11 X12X23 GND4VCC2 8SCLK 7I/O 6RST 5U2DS1302 6 RST9XTAL218 XTAL119GND20 23 26 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 32 35 38 39VCC40U1AT89S51+5圖 38 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 環(huán)境溫度采集電路本設(shè)計(jì)中使用 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行環(huán)境溫度采集和轉(zhuǎn)化。如圖 39 所示，AT89C51 單片機(jī)的 腳接 DS18B20 的 I/O 腳，作為數(shù)據(jù)的讀入和寫出口。電阻R11 作為 DS18B20 的 I/O 口的上拉電阻，在讀時(shí)隙結(jié)束時(shí)，I/O 引腳將通過此上拉電阻拉回至高電平 [13]。湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)111 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 8Jun2022 Sheet of File: C:\Documents and Setings\Administrator\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)\ By:Y2 6 RST9XTAL218 XTAL119GND20 23 26 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 32 35 38 39VCC40U1AT89S51C1 30pF C230pF+5+5R114K7+5VCC 3DQ 2GND 1U3DS18B20圖 39 系統(tǒng)環(huán)境溫度采集電路 顯示電路就時(shí)鐘而言，通?？刹捎?LCD 顯示或 LED 顯示。對(duì)于一般的段式 LCD，需要專門的驅(qū)動(dòng)電路，而且 LCD 顯示的可視性較差；對(duì)于具有驅(qū)動(dòng)電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點(diǎn)陣） ，一般采用并行接口，對(duì)微處理器的接口要求較高，占用資源多。另外，AT89C51 本身沒有專門的液晶驅(qū)動(dòng)接口。LED 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長(zhǎng)，可靠性高，而且顯示亮度高，價(jià)格便宜，市場(chǎng)上也有專門的時(shí)鐘顯示組合 LED。故本設(shè)計(jì)中應(yīng)用 7 位 8段共陰 LED 實(shí)現(xiàn)顯示部分，顯示面板分布如圖 。LED 顯示分動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示：動(dòng)態(tài)顯示方式的硬件電路簡(jiǎn)單。但設(shè)計(jì)上如果處理不當(dāng)，易造成亮度低，閃爍問題。因此合理的設(shè)計(jì)既應(yīng)保證驅(qū)動(dòng)電路易實(shí)現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。動(dòng)態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，復(fù)用的程度不是無限增加的， 因?yàn)槔脛?dòng)態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實(shí)質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)間的長(zhǎng)短，發(fā)光的亮度等因素。靜態(tài)顯示，是由微型計(jì)算機(jī)一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次發(fā)送新的顯示模型為止。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)單，且 CPU 占用率低，但每個(gè) LED 數(shù)碼管需要一個(gè)鎖存器來鎖存每一個(gè)顯示位的筆段代碼，硬件開銷大，僅適合顯示位數(shù)較少的場(chǎng)合。為了在顯示部分節(jié)省單片機(jī) I/O 口，故采用靜態(tài)顯示方式。電路圖參見圖 310。74LS164 是 8 位移位寄存器，應(yīng)用該芯片驅(qū)動(dòng) LED 做顯示部分，其優(yōu)點(diǎn)在于湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)12連線簡(jiǎn)單，節(jié)省單片機(jī) I/O 口，軟件編程容易。關(guān)于 74LS164 的具體編程方法，請(qǐng)參見第四章 顯示子程序設(shè)計(jì)部分 [14][15]圖 310 顯示電路圖 按鍵電路設(shè)計(jì)根據(jù)功能需要，本時(shí)鐘需要設(shè)置以下功能鍵：校對(duì)選擇鍵，加 1 操作鍵，減1 操作鍵，顯示日期鍵，顯示溫度鍵，鬧鈴開關(guān)鍵。按照鍵盤與 CPU 的連接方式可分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵占用一個(gè) I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵不會(huì)影響其他 I/O 口上按鍵工作狀態(tài)。獨(dú)立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根 I/O 口，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O 口線浪費(fèi)較大，且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。矩陣式鍵盤適合按鍵較多時(shí)使用。由于本設(shè)計(jì)的電子鐘最多需要 7 個(gè)按鍵，若采用矩陣式鍵盤時(shí)會(huì)有按鍵浪費(fèi)，故采用的是獨(dú)立式鍵盤。鍵盤電路如圖 311。對(duì)于內(nèi)置了上拉電阻的 I/O 引腳來說，外接上拉電阻沒有意義 [15][16]。如圖 311。圖 311 鍵盤電路其中 KKK7 為帶自鎖按鍵，每次按下后，其對(duì)應(yīng)的 、管腳接地，從高電平被拉至低電平。只有再次按下，按鍵彈出，與之連接的單片機(jī)管腳才會(huì)重新被拉回高電平。KKKK6 鍵為自動(dòng)復(fù)位按鍵。每次按下后，會(huì)自動(dòng)彈出。單片機(jī)管腳只有在按鍵按下時(shí)為低電平，按鍵彈出后重新恢復(fù)1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 5Jun2022 Sheet of File: C:\Documents and Settings\Administrator\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)\ By:K2K4K5K6K7SWPBK3湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)13高電平。按鍵功能參見表 38。表 38 按鍵功能表按鍵 鍵名 功能 屬性K1 Calendar 顯示日歷 自鎖K2 T 顯示溫度 自鎖K3 FUN 功能選擇 自動(dòng)復(fù)位K4 UP 數(shù)值加一操作 自動(dòng)復(fù)位K5 DOWN 數(shù)值減一操作 自動(dòng)復(fù)位K6 Enter/Snooze 確認(rèn)鍵/貪睡 自動(dòng)復(fù)位K7 Alarm 鬧鈴開關(guān) 自鎖按鍵操作說明如下：K1 鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，在正常顯示時(shí)間狀態(tài)下，每次將按鍵按下， LED 數(shù)碼管將顯示日期；再次按下，按鍵彈出，重新顯示時(shí)間。K2 鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，在正常顯示時(shí)間狀態(tài)下，每次將按鍵按下， LED數(shù)碼管將顯示環(huán)境溫度；再次按下，按鍵彈出，重新顯示時(shí)間。K3 鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，在正常顯示時(shí)間狀態(tài)下，第一次按下后，開始校對(duì)小時(shí)，以后每次按下都會(huì)分別進(jìn)入對(duì)分、秒、鬧鈴時(shí)、鬧鈴分、年、月、日的校對(duì)狀態(tài)。K4 鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，在校對(duì)狀態(tài)下，每次按動(dòng)該鍵，都會(huì)使相應(yīng)校對(duì)位進(jìn)行加 1 操作。例如：校對(duì)小時(shí)狀態(tài)，每按一下，小時(shí)位加 1，當(dāng)加至小時(shí)最高值 23 時(shí)，再按 K4 鍵，小時(shí)位回 0。調(diào)分、秒、年、月、日與皆之相同，只是各位最高值不同。K5 鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，與 K4 鍵類似，不同之處是該鍵每次按下將使相應(yīng)校對(duì)位進(jìn)行減 1 操作。K6 鍵：該鍵為自動(dòng)復(fù)位鍵，在校對(duì)狀態(tài)下，按下該鍵，從校對(duì)狀態(tài)返回時(shí)間顯示狀態(tài)；在響鈴狀態(tài)下，按下該鍵，鬧鈴進(jìn)入貪睡狀態(tài)。K7 鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，按下后鬧鈴開啟，彈出后鬧鈴關(guān)閉。 鬧鈴電路設(shè)計(jì)鬧鈴音樂可以直接采用蜂鳴器鬧鈴，如當(dāng)前時(shí)刻與鬧鈴時(shí)間相同，單片機(jī)向湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)14蜂鳴器送出高電平，蜂鳴器發(fā)聲。采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。也可以在編程的時(shí)候編寫一段音樂程序，待鬧鈴時(shí)間到時(shí)，調(diào)用該音樂程序給揚(yáng)聲器，便響起音樂。不過該方法只能做一些簡(jiǎn)單音樂，并且音樂程序會(huì)占用很多單片機(jī)存儲(chǔ)資源。購置一塊音樂集成電路，加置在單片機(jī)和蜂鳴器之間，當(dāng)單片機(jī)連接鬧鈴電路的管腳送出高電平時(shí)，音樂集成電路會(huì)給蜂鳴器特定脈沖，使蜂鳴器發(fā)聲。此類集成電路體積較小，使用方便，不足的是音樂簡(jiǎn)單、單一。鬧鈴的音樂不是本設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，故采用最簡(jiǎn)單的方法，占用單片機(jī)一根 I/O口 ， 中間用 PNP 型三極管 S9012 連接 和蜂鳴器。當(dāng) 引腳為低電平時(shí)，S9012 的發(fā)射極和集電極導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲。當(dāng)響鈴標(biāo)志位為“1”時(shí)， 送一定頻率脈沖，使蜂鳴器 U11 發(fā)出聲音 [12]。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 8Jun2022 Sheet of File: C:\Documents and Setings\Administrator\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)\ By:U11BUZZERQ1S9012R810K+5圖 312 鬧鈴電路 湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)15第四章 電子時(shí)鐘軟件設(shè)計(jì)C51 單片機(jī)可以應(yīng)用匯編語言和 C 語言進(jìn)行編程。 ，匯編語言與機(jī)器指令一一對(duì)應(yīng)所以用匯編語言編寫的程序在單片機(jī)里運(yùn)行起來效率較高。C 語言程序可讀性高，更便于理解。本設(shè)計(jì)使用 C 語言編程。 主程序設(shè)計(jì)第一次上電，系統(tǒng)先