【文章內(nèi)容簡介】 1302引腳圖 數(shù)字溫度傳感器DS18B20 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。 DS18B20測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。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和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，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。圖3中的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的預置值。 圖24 DS18B20內(nèi)部結(jié) 引腳說明(1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端； (2)GND為電源地； (3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 圖25 DS18B20引腳圖第3章 硬件設計與實現(xiàn)電子時鐘至少包括秒信號發(fā)生器、時間顯示電路、按鍵電路、供電電路等四部分，另外，本設計要求該電子鐘能夠采集溫度，所以還需要溫度采集電路，硬件電路框圖如圖31。AT89S52LCD1602顯示器DS1302時鐘溫度傳感器DS18B20鍵盤+5V電源圖31 硬件電路框圖該系統(tǒng)使用AT89C52單片機為核心微控制器，通過讀取時鐘日歷芯片DS1302和溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)，完成電子時鐘的主要功能——時鐘/日歷和環(huán)境溫度采集，使用比較直觀的LCD1602顯示，同時顯示年月日，星期，時分秒以及環(huán)境溫度值。鍵盤是為了完成時鐘/日歷的校準。整個電路使用了+5V電源供電。 單片機最小系統(tǒng)的設計AT89S52單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3, MCS51單片機共有4個8位的I/O口（P0、PPP3），每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。單片機的最小系統(tǒng)如圖31所示,18引腳和19引腳接時鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出。第9引腳為復位輸入端,接上電容,電阻及開關后夠上電復位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端。 圖32 單片機最小系統(tǒng) 時鐘電路的設計本系統(tǒng)采用有DS1302串行時鐘芯片作為主時鐘電路，減小主控的負擔。電路圖如圖33所示。圖33 時鐘電路 溫度采集模塊的設計采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單特點，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，,Vcc接電源,Vss接地。電路圖如圖34所示。 圖34溫度采集電路 LCDM1602顯示模塊設計 圖35 LCD顯示電路第四章 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)89S52單片機可以應用匯編語言和C語言進行編程。匯編語言與機器語言指令一一對應,所以用匯編語言編寫的程序在單片機里運行起來效率較高。C語言程序可讀性高,更便于理解，本設計采用C語言編程[11]。第一次上電,系統(tǒng)先進行初始化,LCD顯示初始時間“03:25:00”,并開始走時,初始日期為“2010430”。單片機依次開始調(diào)用DS1302子程序，DS18B20子程序，鍵盤子程序返回開頭循環(huán)運行[3]。主序流程圖如圖41。開始初始化顯示子程序DS1302子程序DS18B20子程序延時程序圖41主序流程圖該程序主要實現(xiàn)對DS1302寫保護、充電，對年、月、日、星期、時、分、秒等寄存的讀寫操作。在讀寫操作子程序中都執(zhí)行了關中斷指令，因為在串行通信時對時序要求比較高，而且在此是用單片機內(nèi)部軟件模擬串行時鐘脈沖，并由I/O口輸出，所以在通信過程中最好保證傳輸?shù)倪B續(xù)性，不要允許中斷，其流程圖如圖42。DS1302每次上電后會自動處于暫停狀態(tài)，必須把秒寄存器的位7置位0，時鐘才開始計時。如果DS1302一直沒有掉電則不會存在此問題。在進行寫操作時，需要先解除寫保護寄存器的“禁止”狀態(tài)。當用多字節(jié)模式進行操作時，必須寫夠8個字節(jié)。開始初始化寫入時鐘初值開始計時讀出數(shù)據(jù)返回圖42 對DS1302操作流程圖DS18B20是1wire單線器件，它在一根數(shù)據(jù)線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，這就需要一定的協(xié)議來對讀寫數(shù)據(jù)提出嚴格的時序要求，AT89C51單片機并不支持單線傳輸。因此，必須采用軟件的方法來模擬單線的協(xié)議時序[6]。主機操作單線器件DS18B20必須遵循下面的順序。 ；；；。開始初始化DS18B20發(fā)起Skip Rom命令發(fā)起Convert命令延時1s等待溫度轉(zhuǎn)換完成初始化DS18B20應答脈沖否？發(fā)起Read Scrarcpad命令讀低8位字節(jié)TL數(shù)據(jù)讀高8位字節(jié)TH數(shù)據(jù)發(fā)出報警信號是否超出設置溫度范圍應答脈沖否？ 實現(xiàn)環(huán)境溫度采集轉(zhuǎn)換并讀取數(shù)據(jù)的程序流程圖如圖43。圖43 對環(huán)境溫度采集轉(zhuǎn)換并讀取數(shù)據(jù)的程序流程圖單片機對鍵盤掃描的方法有隨機掃描方式、定時掃描方式和中斷掃描方式。在隨機掃描方式中，CPU完成某特定任務后，即執(zhí)行鍵盤程序，以確定鍵盤有無按鍵輸入，然后根據(jù)按鍵功能轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應的操作，在執(zhí)行鍵盤按鍵規(guī)定的功能中不理踩鍵盤輸入。定時掃描方式與隨機掃描方式基本相同，只是利用CPU內(nèi)的定時中斷，每隔一定時間掃描有無按鍵按下，鍵盤反應速度快，在處理按鍵功能過程中，可以通過鍵盤命令進行干預，如取消、暫停等操作。前兩種掃描方式均會占用CPU大量時間，不管有沒有鍵入操作，CPU總要在一定的時間內(nèi)進行掃描，這對于單片機控制系統(tǒng)是很不利的。由于本設計中AT89C51單片機在系統(tǒng)中的主要任務是接收DS1302和DS18B20的數(shù)據(jù)并送出顯示，完成時鐘/日歷和日期/溫度的控制，89C51單片機完全有能力完成以上工作，所以采用隨機掃描方式，系統(tǒng)也能夠正常運行。第五章 測試結(jié)果分析與結(jié)果 測試結(jié)果分析（1）在測試中遇到LCD1602不顯示分析:首先使用試測儀對電路進行測試,觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞。再接著研究程序的時序圖是否正確。最后發(fā)現(xiàn)程序時序方面出了點小錯。修改后就把問題解決了（2）測試中遇到調(diào)時間調(diào)到2057年后跳到2000年分析:認真研究時鐘芯片的Datasheet發(fā)現(xiàn),對年的讀取,讀出后是BCD碼轉(zhuǎn)換成十制顯示時算法不正確（3）按鍵調(diào)整時,不是按單位遞增和遞減分析:在鍵盤程序中,按鍵一次,向芯片寫入一個新的數(shù)字,在寫入數(shù)字后必須有一定延時才再寫入另一個數(shù)字 （4）燒寫程序進單片機里面時,有時會在顯示屏上顯示爛碼. 分析: 測試總結(jié)經(jīng)過多次的反復測試與分析,掌握了硬件的設計與分析的能力, 學會看英文版的Datasheet,同時在軟件的編程方面得到更到的提高,對編程能力得到加強。對所學的知識得到很大的提高與鞏固。 最終實現(xiàn)功能:（1）能顯示陽歷年、月、日、星期、小時、分、秒（2）顯示模塊采用LCD液晶顯示，要求能用按鍵調(diào)整時間。 （3）能顯示陰歷月、日，在顯示陰歷時間時能標明是否為閏年。 （4）具有定時報警功能，能夠進行整點和半點語音報時。（5）能夠準確在LCD上顯示室。（6）在顯示農(nóng)歷時通過算法能夠把天干地去也顯示出來。結(jié)束語通過對基于單片機的萬年歷的研究和設計，完成了一種能夠顯示陽歷、陰歷、星期、時間、實時溫度、天干地支的多功能萬年歷，該萬年歷還可以定時報警和進行進行整點和半點報時。本系統(tǒng)設計從開始到完成包括文檔的編寫總共花了一個月左右的時間，設計的難點在于星期和年月日的計算方法，還有單片機和各個芯片之間的通信協(xié)議，液晶的讀寫時序，按鍵的防抖。本系統(tǒng)基本完成了設計指標的所有要求，所有的程序分塊編寫，通過main函數(shù)來調(diào)用，增加了程序的易修改性和易讀性，方便他人的使用和改進。但是由于時間的局限性以及本人能力的有限性，本系統(tǒng)還有許多需要改進和完善的地方。其中主要的問題就是功耗和電源供電的問題，該處采用5V供電，最好采用3V供電。整個電路的功耗太大，沒讓單片機工作在空閑模式，這都是作品不實用，不能夠大批量生產(chǎn)，這都有待改進，希望以后有機會對該系統(tǒng)做進一步的完善。致謝在本次設計中，我想首先感謝蔣老師，從設計的開始到完成，給了我很多指導性的意見，不斷幫助我完善系統(tǒng)設計。從大一開始，蔣老師作為我