【文章內(nèi)容簡介】 LSB 高位字節(jié)： MSB LSB圖 6 DS18B20 溫度值格式表圖 6 所示是 12 位分辨率的情況，如果配置為低分辨率，則其中無意義位為“0” 。在 DS18B20 完成溫度變換之后，溫度值與存儲在 TH 和 TL 內(nèi)的告警觸發(fā)值相比較。由于這些是 8 位寄存器，所以 9～12 位在比較時忽略。TH 或 TL 的高位直接對應(yīng)于 16 位溫度寄存器的符號位。如果溫度測量的結(jié)果高于 TH 或低于 TL，那么器件內(nèi)告警標(biāo)志將置位，每次溫度測量都會更新此標(biāo)志位。只要告警標(biāo)志置位，DS18B20 就將響應(yīng)告警搜索命令，這也就允許單線上多個DS18B20 同時進(jìn)行溫度測量，即使某處溫度越限，也可以識別出正在告警的器件。23 22 21 20 21 22 23 24S S S S S 26 25 24 15特別需要注意的是，與 DS18B20 配套使用的是頻率為 單片機晶振，這決定了指令的運行時間，在軟件設(shè)計中將根據(jù)此指令運行時間編寫各種延時程序。 電子時鐘硬件電路設(shè)計 時鐘電路設(shè)計系統(tǒng)時鐘應(yīng)用了實時時鐘日歷芯片 DS1302，其連接如圖 7。該硬件電路設(shè)計簡單，抗干擾能力強。如圖，AT89C51 單片機 直接接 DS1302 的 RST 端，上電后，AT89C51 的 腳自動輸出高電平。 作為串行時鐘接口， 作為時鐘數(shù)據(jù)的 I/O。DS1302 采用雙電源供電，平時由+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 。P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178RESET9 P3010P3111 P3212P3313 P3414P3515 P3616P3717 XTAL118XTAL219 VSS20 P20 21P21 22P2223P23 24P24 25P2526P26 27P27 28PSEN29ALE 30EA 31P0732P06 33P05 34P0435P03 36P02 37P0138P00 39VCC 40U1AT89S51VCCVCC11 X12X23 GND4VCC2 8SCLK 7I/O 6RST 5U3DS1302BT11 2Y1圖 7 系統(tǒng)時鐘電路 環(huán)境溫度采集電路設(shè)計本設(shè)計中使用 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行環(huán)境溫度采集和轉(zhuǎn)化。如圖 8 所示，AT89C51 單片機的 腳接 DS18B20 的 I/O 腳，作為數(shù)據(jù)的讀入和寫出口。電阻 R1 作為 DS18B20 的 I/O 口的上拉電阻，在讀時隙結(jié)束時，I/O 引腳將通過此上拉電阻拉回至高電平。 16 Y112MHZ30pFC330pFC4P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178RESET9 P3010P3111 P3212P3313 P3414P3515 P3616P3717 XTAL118XTAL219 VSS20 P20 21P21 22P2223P23 24P24 25P2526P26 27P27 28PSEN29ALE 30EA 31P0732P06 33P05 34P0435P03 36P02 37P0138P00 39VCC 40U1AT89S51P37GND 1DQ2VCC 3U2DS18B20VCCR1VCCVCC圖 8 系統(tǒng)環(huán)境溫度采集電路 顯示電路設(shè)計就時鐘而言，通?？刹捎?LCD 顯示或 LED 顯示。對于一般的段式 LCD，需要專門的驅(qū)動電路，而且 LCD 顯示的可視性較差；對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯示模塊（字符或點陣） ，一般采用并行接口，對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)動接口。LED 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高，而且顯示亮度高，價格便宜，市場上也有專門的時鐘顯示組合 LED。故本設(shè)計中應(yīng)用 8 位 8 段共陰 LED 實現(xiàn)顯示部分，顯示面板分布如圖 9。LED 顯示分動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示：動態(tài)顯示方式的硬件電路簡單。但設(shè)計上如果處理不當(dāng)，易造成亮度低，閃爍問題。因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn)，又要保證圖像穩(wěn)定，無閃爍。動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式，復(fù)用的程度不是無限增加的， 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短，發(fā)光的亮度等因素。靜態(tài)顯示，是由微型計算機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)動程序簡單，且 CPU 占用率低，但每個 LED 數(shù)碼管需要一個鎖存器來鎖存每一個顯示位的筆段代碼，硬件開銷大，僅適合顯示位數(shù)較少的場合。為了在顯示部分節(jié)省單片機 I/O 口，故采用 17靜態(tài)顯示方式。電路圖參見圖 9。74LS164 是 8 位移位寄存器，應(yīng)用該芯片驅(qū)動 LED 做顯示部分，其優(yōu)點在于連線簡單，節(jié)省單片機 I/O 口，軟件編程容易。1234567a bc de f g8dp9GNDa bf cg de dpDS11234567a bc de f g8dp9GNDa bf cg de dpDS21234567a bc de f g8dp9GNDa bf cg de dpDS31234567a bc de f g8dp9GNDa bf cg de dpDS41234567a bc de f g8dp9GNDa bf cg de dpDS51234567a bc de f g8dp9GNDa bf cg de dpDS61234567a bc de f g8dp9GNDa bf cg de dpDS81234567a bc de f g8dp9GNDa bf cg de dpDS7A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9U5A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9U6A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9U7A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9U8A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9U9A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9U10A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9U11A1 B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8 MR9U4R4 R5 R6 R7 R8 R9R3R2VC圖 9 顯示面板 LED 分布圖 按鍵電路設(shè)計根據(jù)功能需要，本時鐘需要設(shè)置以下功能鍵：校對選擇鍵，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立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤是各個按鍵相互獨立，每個按鍵占用一個 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵不會影響其他 I/O 口上按鍵工作狀態(tài)。獨立式鍵盤電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根 I/O 口，在按鍵數(shù)量較多時， I/O 口線浪費較大，且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。矩陣式鍵盤適合按鍵較多時使用。由于本設(shè)計的電子鐘最多需要 7 個按鍵，若采用矩陣式鍵盤時會有按鍵浪費，故采用的是獨立式鍵盤。鍵盤電路如圖 11。對于內(nèi)置了上拉電阻的 I/O 引腳來說，外接上拉電阻沒有意義。圖 11 鍵盤電路按鍵操作說明如下：K1 鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，在正常顯示時間狀態(tài)下，每次將按鍵按下， 18LED 數(shù)碼管將顯示日期；再次按下，按鍵彈出，重新顯示時間。K2 鍵：該鍵為帶自鎖按鍵，在正常顯示時間狀態(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，重新顯示時間。K3 鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，在正常顯示時間狀態(tài)下，第一次按下后，開始校對小時，以后每次按下都會分別進(jìn)入對分、秒、鬧鈴時、鬧鈴分、年、月、日的校對狀態(tài)。K4 鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，在校對狀態(tài)下，每次按動該鍵，都會使相應(yīng)校對位進(jìn)行加 1 操作。例如：校對小時狀態(tài)，每按一下，小時位加 1，當(dāng)加至小時最高值 23 時，再按 K4 鍵，小時位回 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)校對位進(jìn)行減 1 操作。K6 鍵：該鍵為自動復(fù)位鍵，在校對狀態(tài)下，按下該鍵，從校對狀態(tài)返回時間顯示狀態(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。按鍵功能參見表 6。表 6 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 自動復(fù)位 19K4 UP 數(shù)值加一操作 自動復(fù)位K5 DOWN 數(shù)值減一操作 自動復(fù)位K6Enter/Snooze確認(rèn)鍵/貪睡自動復(fù)位K7 Alarm 鬧鈴開關(guān) 自鎖 鬧鈴電路設(shè)計鬧鈴音樂可以直接采用蜂鳴器鬧鈴，如當(dāng)前時刻與鬧鈴時間相同，單片機向蜂鳴器送出低電平，蜂鳴器發(fā)聲。采用蜂鳴器鬧鈴結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，但是發(fā)出的鬧鈴聲音單一。也可以在編程的時候編寫一段音樂程序，待鬧鈴時間到時，調(diào)用該音樂程序給揚聲器，便響起音樂。不過該方法只能做一些簡單音樂，并且音樂程序會占用很多單片機存儲資源。鬧鈴的音樂不是本設(shè)計中的重點，故采用最簡單的方法，占用單片機一根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，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， 送一定頻率脈沖，使蜂鳴器 U11 發(fā)出聲音。如圖 12。 Q1R10VCCBELL圖 12 鬧鈴電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序設(shè)計第一次上電，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化， LED 顯示初始時間“14：28：00” ，并 20開始走時。初始日期為 2022 年 05 月 12 日，此刻若按 K1 鍵，LED 顯示“080512”。單片機依次開始調(diào)用鍵盤掃描子程序、DS1302 子程序、DS18B20 子程序、鬧鈴子程序，經(jīng)過延時，返回程序開頭循環(huán)運行。主程序流程圖如圖 13。圖 13 多功能電子鐘主程序流程圖 子程序設(shè)計 實時時鐘日歷子程序設(shè)計該程序主要實現(xiàn)對 DS1302 寫保護(hù)、充電，對年、月、日、時、分、秒等寄存器的讀寫操作。在讀寫操作子程序中都執(zhí)行了關(guān)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 I/O 口軟件模擬串行時鐘脈沖，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。開始初始化顯示子程序鍵盤掃描子程序DS1302 子程序DS18B20 子程序延時子程序鬧鈴子程序開始初始化寫入時鐘初值開始計時讀出數(shù)據(jù)返回