【導(dǎo)讀】活或?qū)W習(xí)，還是娛樂和消遣幾乎樣樣都離不開電子產(chǎn)品。大型復(fù)雜的計算能力是人腦所不。能勝任的，而且比較容易出錯。計算器作為一種快速通用的計算工具方便了用戶的使用。本設(shè)計著重在于分析計算器軟件和硬件開發(fā)過程中的環(huán)節(jié)和步驟，附加了兩個功能，即時間和溫度，為人們的生活帶來了方便。該設(shè)計系統(tǒng)由時鐘/日歷電路、LCD顯示電路、按鍵調(diào)整電路和溫度檢測電路四部分組成。具體實現(xiàn)上，硬件系統(tǒng)平臺采用單片機。STC89C52，液晶顯示器LCD1602，時鐘芯片DS1302及溫度傳感器DS18B20和鍵盤，構(gòu)。52系列單片機技術(shù)成熟，功能強大，應(yīng)用廣泛。能耗，降低成本。

　　

【正文】 Figure 45 DS1302 single byte read and write timing DS1302 片內(nèi)寄存器說明 通過控制字對 DS1302 片內(nèi)的寄存器進行尋址之后，即可就所選中寄存器的各位進行操作。片內(nèi)各寄存器用各位的功能定義如表 45。 ： 多功能計算器的設(shè)計與實現(xiàn) 18 表 45 片內(nèi)各寄存器各位的功能定義表 Table 45 onchip registers each function definition table DS1302 有關(guān)日歷、時間的寄存器共有 10 個，時鐘 /日歷包含在其中的 7 個寫 /讀寄存器內(nèi)，這個寄存器分別是秒、分、小時、日、月、星期和年。 小時寄存器（ 85H、 84H）的位 7 用于定義 DS1302 是運行于 12 小時模式還是 24 小時模式。當為 12 小時制式時，位 5 為 “0”表示 AM，為 “1”表示 PM。在 24 小時制式下，位 5 是第二個 10 小時位（ 20～ 23 時）。 秒寄存器（ 81H、 80H）的位 7 定義為時鐘暫停標志（ CH）。當該位置為 1 時，時鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當該 位置為 0 時，時鐘開始運行。一般在設(shè)置時鐘時，可以停止工作，設(shè)定完之后，再啟動其工作?？刂萍拇嫫鳎?8FH、 8EH）的位 7 是寫保護位（ WP），其它 7 位均置為 0，在任何片內(nèi)時鐘 /日歷寄存器和 RAM，在寫操作之前，WP 位必須為 0 位，否則將不可寫入。當 WP 位為 1 時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。因此，通過置寫保護位，可以提高數(shù)據(jù)的安全性。 時鐘電路與單片機的連接 根據(jù) DS1302引腳功能說明和程序要求將其按圖 46接入電路。 讀寄存器 寫寄存器 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 范圍 81H 80H CH 10 秒 秒 00～ 59 83H 82H 10 分 分 00～ 59 85H 84H 12/24 0 10 時 時 1～ 12 AM/PM 0～ 23 87H 86H 0 0 10 日 日 1～ 31 89H 88H 0 0 10 月 月 1～ 12 8BH 8AH 0 0 0 0 0 周日 1～ 7 8DH 8CH 10 年 年 00～ 99 8FFH 8EH WP 0 0 0 0 0 0 0 __ 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 46 單片機與時鐘芯片 DS1302連接圖 Figure 46 MCU and clock chip DS1302 connection diagram 該硬件電路設(shè)計簡單，抗干擾能力強。如圖， STC89C52單片機 DS1302的RST端，上電后， STC89C52的 。 ， 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 +5V電源之后，由圖中+3V備用電源供電。特別需要注意 X1和 X2兩端連接的晶振，該晶振頻率為 。 環(huán)境溫度采集電路的設(shè)計 隨著技術(shù)的發(fā)展，多 功能計算器不在單一的只用來計算，人們在其上面增加了相應(yīng)的附屬功能，比如：多功能鬧鐘、溫度、濕度等等。但在我看來了溫度提醒著我們穿衣保暖，關(guān)系著我們的身體健康。所以我認為溫度是最為實用的外加功能。 溫度傳感器選擇 在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常要用到溫度檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻，一般用來測量中高溫，輸出的是電壓，將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進制溫度碼值，需要較多的硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試較為復(fù)雜，制作成本高。 ： 多功能計算器的設(shè)計與實現(xiàn) 20 通過編程， DS18B20 可以實現(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，因此從單片機到 DS18B20 僅需要一條線。讀寫和完成溫度變換所需要的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供，而無需外部電源。測量范圍為 55～ +125 攝氏度，增量為 度，電源電壓范圍為 +3V～ +。 DS18B20 的 特性 與功能 DS18B20是 DALLAS公司生產(chǎn)的單線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3引腳 T0－ T2小體積封裝形式；溫度測量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ,可編程為 9位～ 12位 A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達 ℃ ，被測溫度用符號擴展的 16位數(shù)字量方式串行輸出 ；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 DS18B20可以并聯(lián)到 3根或 2根線上， CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使 DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng) [14]。 每一個 DSl8B20包括一個唯一的 64位長的序號 ， 該序號值存放在 DSl8B20 內(nèi)部的 ROM(只讀存貯器 )中 ， 開始 8位是產(chǎn)品類型編碼 (DSl8B20 編碼均為 10H)， 接著的 48位是每個器件唯一的序號 ， 最后 8位是前面 56位的 CRC(循環(huán) 冗余校驗 )碼 ， DSl8B20中還有用于貯存測得的溫度值的兩個 8位存貯器 ， RAM編號為 0號和 1號 ， 1號存貯器存放溫度值的符號 ，如果溫度為負 ， 則 1號存貯器 ， 8位全為 1， 否則全為 0。 0號存貯器用于存放溫度值的補碼 ， LSB(最低位 )的 1表示 2， 就得到被測溫度值。具體引腳說明如圖 47，功能如表 46。 圖 47 DS18B20 引腳與封裝 Figure 47 DS18B20 pin package 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 表 46 DS18B20 引腳說明 Table 46 DS18B20 Pin Description DS18B20 控制字和讀寫時序說明 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， STC89C52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。主機操作單線器件 DS18B20必須遵循下面的順序 [8]。 1） 初始化 單線總線上的所有操作均從初始化開始，初始化過程如下。主機通過拉低單線 480us以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進入 RX接收模式。主機釋放總線時，會產(chǎn)生一個上升沿 [11]。單線器件 DS18B20檢測到該上升沿后，延時 1560us，通過拉低總線 6024us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖，主機接收到從機的應(yīng)答脈沖后，說明有單線器件在線。 2） ROM操作命令 一旦總線主機檢測對應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起 ROM操作命令。共有 5位 ROM操作命令。詳細說明如 表 47。 序號 名稱 引 腳功能 1 GND 接地 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳：開漏單總線接口引腳；當被用到寄生電源下，也可向器件提供電源 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳，當工作于寄生電源時，此引腳必須接地 ： 多功能計算器的設(shè)計與實現(xiàn) 22 表 47 ROM操作命令與說明 Table 47 ROM mand and instructions 3） 內(nèi)存操作命令 在成功執(zhí)行了 ROM操作命令之后，才可以使用內(nèi)存操作命令。主機可以提供 6種內(nèi)存操作命令，如表 48。 命令類型 命令字節(jié) 功能說明 Read rom 33H 此命令讀取激光 ROM的 64位，只能用于總線上單個 DS18B20的情況下，多掛則會發(fā)生沖突 Match rom（匹配 rom） 55H 此命令后跟 64位 ROM序列號，尋址多掛總線上的 DS18B20。只有序列號完全匹配的 DS18B20才能響應(yīng)后面的內(nèi)存操作命令，其他不匹配的將等待復(fù)位脈沖。此命令可用于單掛或多掛接總線。 Skip rom（跳過 rom） CCH 此命令用于單掛接總線系統(tǒng)時，可以無需提供 64位 ROM序列號皆可運行內(nèi)存操作命令。如果總線上掛多掛 DS18B20,并且在此命令后執(zhí)行讀命令，將會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。 Scarch rom（搜索 rom） F0H 主機調(diào)用此命令，通過一個排除法過程，可以識別出總線上所有器件的 ROM序列號。 Alarm rom（警報 rom） ECH 此命令流程圖和 scarch rom命令相同，但是 DS18B20只有在最近的一次溫度測量時滿足了告警觸發(fā)條件，才會響應(yīng)此命令。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 表 48 內(nèi)存操作命令與說明 Table 48 Memory Operation Command and description 4） 數(shù)據(jù)處理 DS18B20要求有嚴格的時序來保證數(shù)據(jù)的完整。在單線 DQ上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫 “1”、寫 “0”、讀 “1”、讀 “0”幾種信號類型。其中，除了應(yīng)答脈沖之外，均由主機產(chǎn)生。而數(shù)據(jù)位讀寫則是通過使用讀、寫時隙實現(xiàn)的。 首先了解寫時隙。當主機將數(shù)據(jù)線從高平拉 至低電平時，產(chǎn)生 2種類型的寫時隙：寫 “1”和 “0”。所有寫時隙必須在 60μs以上（即由高拉低后持續(xù) 60μs以上），各個寫時隙之間必須保證最短 1us的恢復(fù)時間。 DS18B20在 DQ線變低后的 15μs～ 60μs的端口對 DQ進行采樣，如 果為高電平，就為寫 “1”；如果為低電平，就為寫 “0”。對于主機產(chǎn)生寫 “1”時隙的情況，數(shù)據(jù)線必須先被拉低，然后釋放，在寫時隙開始后的 15μs， 允許 DQ線拉至高電平。對于主機寫 “0”時隙的情況， DQ線必須被拉至低電平至少保持低電平 60μs。 再來了解一下讀時隙。當主機從 DS18B20讀數(shù)據(jù)時，把數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生讀時隙。數(shù)據(jù)線 DQ必須保持低電平至少 1μs，來自 DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時隙下降命令類型 命令字節(jié) 功能說明 Write Scratchpad（寫暫存器） 4EH 此命令寫暫存器中地址 2~4的 3個字節(jié)（ TH、 TL和配置寄存器）在發(fā)起復(fù)位脈沖之前， 3個字節(jié)都必須要寫。 Rrad Scratchpad（讀暫存器） BEH 此命令讀取暫存器內(nèi)容，從字節(jié) 0~一直讀取到字節(jié) 8。主機可以隨時發(fā)起復(fù)位脈沖以停止此操作。 Copy Scratchpad（復(fù)制暫存器） 48H 此 命令將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制進 E2RAM，以便將溫度告警觸發(fā)字節(jié)存入非易失內(nèi)存。如果在此命令后產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進行復(fù)制就會輸出 0，復(fù)制完成后，再輸出 1。 Convenrt T（溫度轉(zhuǎn)換） 44H 此命令開始溫度轉(zhuǎn)換操作。如果在此命令后主機產(chǎn)生讀時隙，那么只要器件在進行溫度轉(zhuǎn)換就會輸出 0，轉(zhuǎn)換完成后在輸出 1。 Recall E2（重調(diào) E2存儲器） B8H 將存儲在 E2RAM中的溫度告警觸發(fā)值和配置寄存器值重新拷貝到暫存器中，此重調(diào)操作在 DS18B20加電時自動產(chǎn)生。 Read Power Supply（讀供電方式） B4H 主機發(fā)起此命令后每個讀數(shù)據(jù)時隙內(nèi)， DS1820發(fā)信號通知它的供電方式： 0為寄生電源方式， 1為外部供電方式。 ： 多功能計算器的設(shè)計與實現(xiàn) 24 沿之后 15μs內(nèi)有效。因此，在此 15μs內(nèi)，主機必須停止將 DQ引腳置低。在讀時隙結(jié)束時，DQ引腳通過外部上拉電阻拉回高電平。所有的讀時隙最短必須持續(xù) 60μs，各個讀時隙之間必須保證最短 1μs的恢復(fù)時間。 所有的讀寫時隙至少需要 60μs，且每個獨立的時隙之間至少需要 1μs的恢復(fù)時間。在寫時序中，主機將在拉低總線 15μs內(nèi)釋放總線，并向 DS18B20寫 “1”。若主機拉低總線后能保持 60μs的低電平，則向單總線器件寫 “0”。 DS18B20僅在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時隙，以便 DS18B20能傳輸數(shù)據(jù) [12]。 特別需要注意的是，與 DS18B20 配套使用的是頻率為 單片機晶振，這決定了指令運行時間，在軟件設(shè)計將根據(jù)指令運行時間編寫各種延時程序。 溫度采集電路與單片機的連接 本設(shè)計中使用 DS18B20溫度傳感器進行環(huán)境溫度采集和轉(zhuǎn)化，其與單片機的連接圖如圖 48所示 [4]。 圖 48 單片機與 DS18B20連接圖 Figure 48 Connection diagram MCU and DS18B20 STC89C52單片機的 DS18B20的 I/O腳，作為數(shù)據(jù)的讀入和寫出。電阻 DZ3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到高電平。 要想使 DS18B20進行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個 DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達到 1mA，電路采用 5V電源供電，根據(jù)I=U/R=5/4700=，所以根據(jù)這個原理，可以選用小一點的電阻，只要保證 DS18B20遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 的工作電流，當然也可以直接接在電源上，但是為了使信號穩(wěn)定，一般在電路設(shè)計中加上拉電阻。我們選用 。 顯示電路 顯示電路的主要部分就是顯