【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 簡(jiǎn)介 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器能夠直接輸出數(shù)字信號(hào)，因?yàn)閮?nèi)含單片機(jī)具有A/D 模塊，直接把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，具有非常高的可靠性與出色的穩(wěn)定性。傳感器由一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接。體積小，功耗小，傳輸信號(hào)距離可以達(dá)到 20米以上，具有 4針單排引腳，連 接方便。 DHT11 的供電電壓為 3～ 。上電后，如果要越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)需要等待 1s，在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 7— LCD12864 LCD12864 簡(jiǎn)介： 12864LCD 顯示屏帶有中文字庫(kù)，分辨率是 12864。連接簡(jiǎn)單可以顯示圖形，工作電壓低，功率消耗低。由該模塊組成的液晶表現(xiàn)方案與同范例的圖形點(diǎn)陣液晶表現(xiàn)模塊比擬，硬件電路布局或表現(xiàn)法式都要簡(jiǎn)練很多，且該模塊的價(jià)錢也略低于不異點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 本章主要介紹了系統(tǒng)主要元件的基本特性，引腳功能。充分的了解 各元件的工作原理以更好的實(shí)現(xiàn)整體效果。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 8— 3 總體方案 本次方案完成電子時(shí)鐘年、月、日、時(shí)、分、秒的表現(xiàn)及環(huán)境溫度檢測(cè)等功效的基礎(chǔ)上完成按時(shí)鬧鐘的功效。由于 DS1302 時(shí)鐘芯片 無(wú)源，再加上一個(gè)電源才能在斷電情況運(yùn)行十年以上不丟失數(shù)據(jù) ，重新上電后也不需要校正時(shí)鐘。 硬件電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片電路模塊、LCD12864 液晶顯示模塊、按鍵模塊、 DHT11 溫濕度傳感器模塊、蜂鳴器報(bào)警電路模塊；軟件部分則是應(yīng)用例如 C 語(yǔ)言的編程實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行時(shí)間數(shù)據(jù)的讀和寫，時(shí)間顯 示是通過(guò)液晶顯示程序?qū)崿F(xiàn)的，通過(guò)按鍵操作實(shí)現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換和屏幕的切換。 基于單片機(jī)系統(tǒng)的電子時(shí)鐘基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 3所示： 圖 3 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖 該系統(tǒng)所需要的器件包括單片機(jī) STC89C52 芯片一塊，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302 一塊，溫濕度傳感器 DHT11 一塊，液晶顯示屏 LCD12864 一塊，蜂鳴器一個(gè)， 的晶振一個(gè)，排針排線若干組，電容電阻若干，導(dǎo)線若干，發(fā)光二級(jí)管一個(gè)，三極管一個(gè)，按鈕 5 個(gè)。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 9— 主要功能有三個(gè)，都由系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。 時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)年、月、日 、時(shí)、分、秒、星期顯示、鬧鐘功能；溫濕度測(cè)量部分實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度測(cè)量及顯示；鍵盤部分主要為時(shí)鐘和鬧鐘設(shè)置；功能整體程序流程框圖如圖 4所示。 圖 4 功能整體流程框圖 設(shè)計(jì)流程主要是先閱讀各種與設(shè)計(jì)有關(guān)的文獻(xiàn)，確定主要思路畫出電路圖。在用 PROTEL DXP 制圖， PCB 制板自動(dòng)布線，如果電氣檢查無(wú)誤，購(gòu)買元件，連接到各個(gè)模塊結(jié)合軟件進(jìn)行調(diào)試。 本章介紹的的主要內(nèi)容是系統(tǒng)的原理，功能的流程。系統(tǒng)由單片機(jī)基本系統(tǒng)，溫濕度采集模塊，時(shí)鐘模塊，報(bào)警模塊，按鍵模塊。為了更好實(shí)現(xiàn)各模 塊的功能，對(duì)多個(gè)方案比較確定方案。然后對(duì)硬件和軟件分別描述。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 10— 4 系統(tǒng)硬件架構(gòu) 描述系統(tǒng)的硬件構(gòu)架用的是分塊描述的方式。分塊描述就是把系統(tǒng)分為各個(gè)能夠單獨(dú)工作又可以互相合作的模塊，將復(fù)雜難懂軟件程序及其電路分解，使設(shè)計(jì)容易化。本設(shè)計(jì)的電路模塊可以分為液晶顯示模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，時(shí)鐘模塊，溫濕度傳感器模塊，按鍵模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊。 最小系統(tǒng)晶振電路如圖 5 所示。 圖 5 晶振電路圖 晶振電路的主要功能是為單片機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)定的頻率，沒(méi)有了晶振電路單片機(jī)就無(wú)法正常工作。 單片機(jī)的時(shí)鐘具有兩種工作模式，即片內(nèi)時(shí)鐘和片外時(shí)鐘模式。 最小系統(tǒng)復(fù)位電路如圖 6 所示。 圖 6 復(fù)位電路圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 11— CPU和系統(tǒng)中的其它部件都需要處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)初始狀態(tài)開始工作，這就需要單片機(jī)的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。使只要單片機(jī)的復(fù)位端 RST 保持高電平，單片機(jī)便保持復(fù)位狀態(tài)。單片機(jī)通常采用上電復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最小系統(tǒng)整體電路如圖 7 所示。 1 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21STC89C52U1GNDVCC+512345678R210KVCC+530pFC230pFC312Y110KR3S1VCC+5GND10uFC1 圖 7 最小系統(tǒng)電路圖 本設(shè)計(jì)中的 DS1302 芯片 SCLK,I/O,CE 引腳分別與 STC89C52 芯片的， ， 口相連接， VSS 引腳接地。 時(shí)鐘模塊電路如圖 8 所示。 15678234DS1302GND10pC410pC5GND12Y2VCC VCC+3V 圖 8 時(shí)鐘模塊電路圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 12— 溫濕度傳感器 DHT11 的接法很簡(jiǎn)單，它的 DATA 引腳與 STC89C52 芯片的 引腳相連接， VSS 引腳接地。溫濕度傳感器模塊電路如圖 9 所示。 1234DHT11GNDVCC 圖 9 溫濕度傳感器模塊 12864LCD顯示屏帶有中文字庫(kù)，分辨率是 12864。連接簡(jiǎn)單可以顯示圖形，工作電壓低，功率消耗低。由該模塊組成的液晶表現(xiàn)方案與同范例的圖形點(diǎn)陣液晶表現(xiàn)模塊比擬，硬件電路布局或表現(xiàn)法式 都要簡(jiǎn)練很多， 液 LCD12864的 DB0DB7引腳與 STC89C52芯片的 P0口相接，而控制引腳 RS， R/W， E， CS1，CS2， /RES則分別接 ～ ， VSS引腳接地。 液晶顯示模塊電路如圖 10所示。 1234567891011121314151617181920LCD12864GNDGNDVCC+510KR1VCC+5 圖 10 液晶顯示模塊 四個(gè)按鍵 key1key4 也接到 STC89C52 芯片的 起到調(diào)節(jié)時(shí)間日黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 13— 期等功能 ， VSS 引腳接地 。四個(gè)按鍵中 S2為上調(diào)鍵， S3為下調(diào)鍵， S4為返回鍵， S5 為設(shè)置鍵。 按鍵模塊電路如圖 11 所示。 圖 11 按鍵模塊 蜂鳴器報(bào)警模塊的用處是當(dāng)時(shí)間為預(yù)定時(shí)間時(shí)發(fā)出響聲。這個(gè)模塊用 PNP三極管把蜂鳴器的電流放大，基極通過(guò) 200歐姆電阻與單片機(jī) STC89C52的閑置引腳 ，集電極接地，發(fā)射極蜂鳴器。 報(bào)警模塊電路如圖 12所示。 圖 12 報(bào)警模塊 本章介紹了系統(tǒng)的各個(gè)硬件部分，其中對(duì)液晶模塊、溫濕度傳感器模塊、時(shí)間模塊、按鍵電路和報(bào)警模塊進(jìn)行了逐一介紹，明白了各電路與單片機(jī)是怎樣連接的，還有各電路的自身的電路結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。下面對(duì)本設(shè)計(jì)的軟件部分進(jìn)行介紹，實(shí)現(xiàn)軟硬件的結(jié)合。 BEEP1Q1VCC200R4GND黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 14— 5 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)總體說(shuō)明 程序的編寫編譯在 Keil Uvision3 軟件中完成。 首先對(duì) STC89C5 DS130 LCD1286 DHT11 進(jìn)行初始化，日歷和溫濕度信息通過(guò) LCD12864 顯示出來(lái)，當(dāng)前時(shí)間與設(shè)定的鬧鐘時(shí)間相同后，LCD12864 上顯示的時(shí)間停止，但實(shí)際上芯片內(nèi)部的時(shí)間仍然在走。時(shí)鐘芯片向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)通過(guò)報(bào)警模塊進(jìn)行警報(bào)，此時(shí)，若按下四個(gè)按鍵中的任意一個(gè)，報(bào)警停止， LCD12864 顯示的時(shí)間繼續(xù)精確顯示。系統(tǒng)中有四個(gè)按鍵，即：上調(diào)鍵 S下調(diào)鍵 S返回鍵 S設(shè)置鍵 S5。 按 下 S5鍵，系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，再按下 S5鍵可在除了溫濕度外的項(xiàng)目，如年、月、日、時(shí)、分、秒、星期、鬧鐘上停留，此時(shí)再按下上調(diào)鍵 S2 即可進(jìn)行加一操作，按下下調(diào)鍵 S3即可進(jìn)行減一的操作，按下 S4鍵退出調(diào)整。 13 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)、顯示溫濕度以及時(shí)間、檢測(cè)報(bào)警等。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 15— 圖 13 主程序流程圖 14 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。液晶顯示了時(shí)間和日期（陽(yáng)歷和農(nóng)歷），溫濕度等信息。 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 16— 圖 14 液晶模塊 流程圖 15 溫濕度傳感器是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)，它實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫濕度。 測(cè)量范圍： 濕度 20~90%RH， 溫度 0~50℃ 測(cè)量精度： 濕度 +5%RH， 溫度 +2℃ 分 辨 率： 濕度 1%RH， 溫度 1℃ 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 17— 圖 15 溫濕度模塊流程圖 16 圖 16 報(bào)警模塊流程圖 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） — 18— （見(jiàn)附錄二） 本章說(shuō)明了計(jì)劃的首要軟件流程，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了流程圖的解釋，經(jīng)由過(guò)程流程圖可以領(lǐng)會(huì)到本計(jì)劃的編程思路，而且寫出詳細(xì)的代碼法式，然后實(shí)現(xiàn)了軟硬件 的連系，完成最后的計(jì)劃。結(jié)論 — 19— 結(jié)論 設(shè)計(jì)運(yùn)用了單片機(jī) STC89C52 為主控元件，配合無(wú)源時(shí)鐘芯片 DS1302，顯示電路采用了 LCD12864，溫濕度采集則應(yīng)用了 DHT11。 主要工作和成果如下： （ 1）介紹了單片機(jī)為核心的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)流程，對(duì)多功能數(shù)字電子鐘的應(yīng)用進(jìn)行了討論。 （ 2）對(duì) DS1302 時(shí)鐘芯片的基本原理、特性做了一個(gè)整體的介紹。對(duì)單片機(jī)管腳特性，軟硬件資料有了深入了解。 （ 3）在系統(tǒng)的軟件仿真調(diào)試中，運(yùn)用了 PROTEL 等軟件；學(xué)習(xí)了軟件 的基本操作，掌握了程序的編譯過(guò)程、電路 圖的繪制過(guò)程。 （ 4）課題設(shè)計(jì)取得了較好的效果，達(dá)到了課題的基本要求。 本設(shè)計(jì)主要研究單片機(jī)與時(shí)鐘芯片結(jié)合控制，從軟硬件上對(duì)單片機(jī)和時(shí)鐘芯片有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。時(shí)鐘除了能夠顯示基本日期時(shí)間功能外，還能夠顯示、設(shè)置鬧鐘。這些功能在工業(yè)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)中起到定時(shí)、監(jiān)控作用，再加上影像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄功能會(huì)更好。因此，多功能電子鐘在未來(lái)的農(nóng)業(yè)方面會(huì)有更大的作用，希望以后會(huì)完善。 參考文獻(xiàn) — 20— 參考文獻(xiàn) [1]王云濤 ,王楠 .淺談多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) [J].山東電力高等?？茖W(xué)報(bào) .2020 [2]趙琳 ,王璐 ,閔 莉 .基于單片機(jī)的時(shí)鐘校時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].科技廣場(chǎng) .2020 [3]濕度傳感器的發(fā)展趨勢(shì) [J],自動(dòng)化信息 .2020 [4]徐瑋 ,彭敏芳 ,魏巍 ,戴婧 .輕松學(xué) PIC 之 DS1302 時(shí)鐘篇 [J].電子制作 .2020 [5]莊建清 ,徐瑋 .51 單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng) DS1302 時(shí)鐘應(yīng)用篇 [J].電子制作 .2020 [6]高文平 ,陸斌 ,劉杰云 ,李權(quán) .基于 CAN 總線的溫濕度測(cè)量裝置設(shè)計(jì) [J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) .2020 [7]陳忠平 .51 單片機(jī) C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)經(jīng)典案例 [M].電子工業(yè)出版社 .2020 [8]劉寶元，張玉虹，姜旭，段存 麗 .基于單片機(jī)的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)， 2020 [9]張開碧 ,王浩 ,曾勇斌 .基于 STC89C52 單片機(jī)的多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)[D].科息 .2020 [10]李平 .單片機(jī)入門與開發(fā) [M].2020 [11]閆玉德、俞紅 .MCS51單片機(jī)原理與應(yīng)用（ C 語(yǔ)言版） [M].機(jī)械工業(yè)出版社 [12]液晶顯示器的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì) [J].科學(xué)之友：下旬 .2020 [13]阮志聰 .基于 51單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) [D]. [14]陳洪財(cái) .基于單片機(jī)的模塊化教學(xué)研究 [N].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào) .2020 [15]包國(guó)彬 ,張建民 ,劉嬴 .復(fù)位電路的設(shè)計(jì)與分析 [J].光電技術(shù)應(yīng)用 .2020 [16]張開碧 ,王浩 ,曾勇斌 .基于 STC89C52 單片機(jī)的數(shù)字鐘的設(shè)計(jì) [J].科學(xué)之友：下旬 .2020 [17]51單片機(jī)學(xué)習(xí)論壇 [DB]. [18]黃智偉 .全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽常用電路模塊制作 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社 .2020 [19]ANALOG technology of AT89C51[EB/OL]. [20]Tom .Cooling