【導(dǎo)讀】活或?qū)W習(xí)，還是娛樂(lè)和消遣幾乎樣樣都離不開(kāi)電子產(chǎn)品。大型復(fù)雜的計(jì)算能力是人腦所不。能勝任的，而且比較容易出錯(cuò)。計(jì)算器作為一種快速通用的計(jì)算工具方便了用戶(hù)的使用。本設(shè)計(jì)著重在于分析計(jì)算器軟件和硬件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的環(huán)節(jié)和步驟，附加了兩個(gè)功能，即時(shí)間和溫度，為人們的生活帶來(lái)了方便。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)由時(shí)鐘/日歷電路、LCD顯示電路、按鍵調(diào)整電路和溫度檢測(cè)電路四部分組成。具體實(shí)現(xiàn)上，硬件系統(tǒng)平臺(tái)采用單片機(jī)。STC89C52，液晶顯示器LCD1602，時(shí)鐘芯片DS1302及溫度傳感器DS18B20和鍵盤(pán)，構(gòu)。52系列單片機(jī)技術(shù)成熟，功能強(qiáng)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(shuō)明 通過(guò)控制字對(duì) DS1302 片內(nèi)的寄存器進(jìn)行尋址之后，即可就所選中寄存器的各位進(jìn)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(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)間的寄存器共有 10 個(gè)，時(shí)鐘 /日歷包含在其中的 7 個(gè)寫(xiě) /讀寄存器內(nèi)，這個(gè)寄存器分別是秒、分、小時(shí)、日、月、星期和年。 小時(shí)寄存器（ 85H、 84H）的位 7 用于定義 DS1302 是運(yùn)行于 12 小時(shí)模式還是 24 小時(shí)模式。當(dāng)為 12 小時(shí)制式時(shí)，位 5 為 “0”表示 AM，為 “1”表示 PM。在 24 小時(shí)制式下，位 5 是第二個(gè) 10 小時(shí)位（ 20～ 23 時(shí)）。 秒寄存器（ 81H、 80H）的位 7 定義為時(shí)鐘暫停標(biāo)志（ CH）。當(dāng)該位置為 1 時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該 位置為 0 時(shí)，時(shí)鐘開(kāi)始運(yùn)行。一般在設(shè)置時(shí)鐘時(shí)，可以停止工作，設(shè)定完之后，再啟動(dòng)其工作?？刂萍拇嫫鳎?8FH、 8EH）的位 7 是寫(xiě)保護(hù)位（ WP），其它 7 位均置為 0，在任何片內(nèi)時(shí)鐘 /日歷寄存器和 RAM，在寫(xiě)操作之前，WP 位必須為 0 位，否則將不可寫(xiě)入。當(dāng) WP 位為 1 時(shí)，寫(xiě)保護(hù)位防止對(duì)任一寄存器的寫(xiě)操作。因此，通過(guò)置寫(xiě)保護(hù)位，可以提高數(shù)據(jù)的安全性。 時(shí)鐘電路與單片機(jī)的連接 根據(jù) DS1302引腳功能說(shuō)明和程序要求將其按圖 46接入電路。 讀寄存器 寫(xiě)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(shí) 時(shí) 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(jì)（論文） 19 圖 46 單片機(jī)與時(shí)鐘芯片 DS1302連接圖 Figure 46 MCU and clock chip DS1302 connection diagram 該硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。如圖， STC89C52單片機(jī) DS1302的RST端，上電后， STC89C52的 。 ， 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(jì) 隨著技術(shù)的發(fā)展，多 功能計(jì)算器不在單一的只用來(lái)計(jì)算，人們?cè)谄渖厦嬖黾恿讼鄳?yīng)的附屬功能，比如：多功能鬧鐘、溫度、濕度等等。但在我看來(lái)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(rèn)為溫度是最為實(shí)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(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻，一般用來(lái)測(cè)量中高溫，輸出的是電壓，將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)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(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 20 通過(guò)編程， DS18B20 可以實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位溫度讀數(shù)，信息經(jīng)過(guò)單線(xiàn)接口送入 DS18B20或從 DS18B20 送出，因此從單片機(jī)到 DS18B20 僅需要一條線(xiàn)。讀寫(xiě)和完成溫度變換所需要的電源可由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供，而無(wú)需外部電源。測(cè)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(xiàn)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(cè)量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ,可編程為 9位～ 12位 A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃ ，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出 ；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)到 3根或 2根線(xiàn)上， CPU只需一根端口線(xiàn)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(xiàn)和邏輯電路。以上特點(diǎn)使 DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) [14]。 每一個(gè) DSl8B20包括一個(gè)唯一的 64位長(zhǎng)的序號(hào) ， 該序號(hào)值存放在 DSl8B20 內(nèi)部的 ROM(只讀存貯器 )中 ， 開(kāi)始 8位是產(chǎn)品類(lèi)型編碼 (DSl8B20 編碼均為 10H)， 接著的 48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào) ， 最后 8位是前面 56位的 CRC(循環(huán) 冗余校驗(yàn) )碼 ， DSl8B20中還有用于貯存測(cè)得的溫度值的兩個(gè) 8位存貯器 ， RAM編號(hào)為 0號(hào)和 1號(hào) ， 1號(hào)存貯器存放溫度值的符號(hào) ，如果溫度為負(fù) ， 則 1號(hào)存貯器 ， 8位全為 1， 否則全為 0。 0號(hào)存貯器用于存放溫度值的補(bǔ)碼 ， LSB(最低位 )的 1表示 2， 就得到被測(cè)溫度值。具體引腳說(shuō)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(jì)（論文） 21 表 46 DS18B20 引腳說(shuō)明 Table 46 DS18B20 Pin Description DS18B20 控制字和讀寫(xiě)時(shí)序說(shuō)明 DS18B20是 1wire單線(xiàn)器件，它在一根數(shù)據(jù)線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，這就需要一定的協(xié)議來(lái)對(duì)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)提出嚴(yán)格的時(shí)序要求， STC89C52單片機(jī)并不支持單線(xiàn)傳輸。因此，必須采用軟件的方法來(lái)模擬單線(xiàn)的協(xié) 議時(shí)序。主機(jī)操作單線(xiàn)器件 DS18B20必須遵循下面的順序 [8]。 1） 初始化 單線(xiàn)總線(xiàn)上的所有操作均從初始化開(kāi)始，初始化過(guò)程如下。主機(jī)通過(guò)拉低單線(xiàn) 480us以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線(xiàn)，進(jìn)入 RX接收模式。主機(jī)釋放總線(xiàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿 [11]。單線(xiàn)器件 DS18B20檢測(cè)到該上升沿后，延時(shí) 1560us，通過(guò)拉低總線(xiàn) 6024us來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖，主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說(shuō)明有單線(xiàn)器件在線(xiàn)。 2） ROM操作命令 一旦總線(xiàn)主機(jī)檢測(cè)對(duì)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(xì)說(shuō)明如 表 47。 序號(hào) 名稱(chēng) 引 腳功能 1 GND 接地 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳：開(kāi)漏單總線(xiàn)接口引腳；當(dāng)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(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地 ： 多功能計(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 22 表 47 ROM操作命令與說(shuō)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(jī)可以提供 6種內(nèi)存操作命令，如表 48。 命令類(lèi)型 命令字節(jié) 功能說(shuō)明 Read rom 33H 此命令讀取激光 ROM的 64位，只能用于總線(xiàn)上單個(gè) DS18B20的情況下，多掛則會(huì)發(fā)生沖突 Match rom（匹配 rom） 55H 此命令后跟 64位 ROM序列號(hào)，尋址多掛總線(xiàn)上的 DS18B20。只有序列號(hào)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(xiàn)。 Skip rom（跳過(guò) rom） CCH 此命令用于單掛接總線(xiàn)系統(tǒng)時(shí)，可以無(wú)需提供 64位 ROM序列號(hào)皆可運(yùn)行內(nèi)存操作命令。如果總線(xiàn)上掛多掛 DS18B20,并且在此命令后執(zhí)行讀命令，將會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。 Scarch rom（搜索 rom） F0H 主機(jī)調(diào)用此命令，通過(guò)一個(gè)排除法過(guò)程，可以識(shí)別出總線(xiàn)上所有器件的 ROM序列號(hào)。 Alarm rom（警報(bào) 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(cè)量時(shí)滿(mǎn)足了告警觸發(fā)條件，才會(huì)響應(yīng)此命令。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 表 48 內(nèi)存操作命令與說(shuō)明 Table 48 Memory Operation Command and description 4） 數(shù)據(jù)處理 DS18B20要求有嚴(yán)格的時(shí)序來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整。在單線(xiàn) DQ上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫(xiě) “1”、寫(xiě) “0”、讀 “1”、讀 “0”幾種信號(hào)類(lèi)型。其中，除了應(yīng)答脈沖之外，均由主機(jī)產(chǎn)生。而數(shù)據(jù)位讀寫(xiě)則是通過(guò)使用讀、寫(xiě)時(shí)隙實(shí)現(xiàn)的。 首先了解寫(xiě)時(shí)隙。當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)線(xiàn)從高平拉 至低電平時(shí)，產(chǎn)生 2種類(lèi)型的寫(xiě)時(shí)隙：寫(xiě) “1”和 “0”。所有寫(xiě)時(shí)隙必須在 60μs以上（即由高拉低后持續(xù) 60μs以上），各個(gè)寫(xiě)時(shí)隙之間必須保證最短 1us的恢復(fù)時(shí)間。 DS18B20在 DQ線(xiàn)變低后的 15μs～ 60μs的端口對(duì) DQ進(jìn)行采樣，如 果為高電平，就為寫(xiě) “1”；如果為低電平，就為寫(xiě) “0”。對(duì)于主機(jī)產(chǎn)生寫(xiě) “1”時(shí)隙的情況，數(shù)據(jù)線(xiàn)必須先被拉低，然后釋放，在寫(xiě)時(shí)隙開(kāi)始后的 15μs， 允許 DQ線(xiàn)拉至高電平。對(duì)于主機(jī)寫(xiě) “0”時(shí)隙的情況， DQ線(xiàn)必須被拉至低電平至少保持低電平 60μs。 再來(lái)了解一下讀時(shí)隙。當(dāng)主機(jī)從 DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)線(xiàn)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生讀時(shí)隙。數(shù)據(jù)線(xiàn) DQ必須保持低電平至少 1μs，來(lái)自 DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在讀時(shí)隙下降命令類(lèi)型 命令字節(jié) 功能說(shuō)明 Write Scratchpad（寫(xiě)暫存器） 4EH 此命令寫(xiě)暫存器中地址 2~4的 3個(gè)字節(jié)（ TH、 TL和配置寄存器）在發(fā)起復(fù)位脈沖之前， 3個(gè)字節(jié)都必須要寫(xiě)。 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(jī)可以隨時(shí)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(jìn) 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(shí)隙，那么只要器件在進(jìn)行復(fù)制就會(huì)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(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換操作。如果在此命令后主機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)隙，那么只要器件在進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換就會(huì)輸出 0，轉(zhuǎn)換完成后在輸出 1。 Recall E2（重調(diào) E2存儲(chǔ)器） B8H 將存儲(chǔ)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(shí)自動(dòng)產(chǎn)生。 Read Power Supply（讀供電方式） B4H 主機(jī)發(fā)起此命令后每個(gè)讀數(shù)據(jù)時(shí)隙內(nèi)， DS1820發(fā)信號(hào)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(jì)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 沿之后 15μs內(nèi)有效。因此，在此 15μs內(nèi)，主機(jī)必須停止將 DQ引腳置低。在讀時(shí)隙結(jié)束時(shí)，DQ引腳通過(guò)外部上拉電阻拉回高電平。所有的讀時(shí)隙最短必須持續(xù) 60μs，各個(gè)讀時(shí)隙之間必須保證最短 1μs的恢復(fù)時(shí)間。 所有的讀寫(xiě)時(shí)隙至少需要 60μs，且每個(gè)獨(dú)立的時(shí)隙之間至少需要 1μs的恢復(fù)時(shí)間。在寫(xiě)時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線(xiàn) 15μs內(nèi)釋放總線(xiàn)，并向 DS18B20寫(xiě) “1”。若主機(jī)拉低總線(xiàn)后能保持 60μs的低電平，則向單總線(xiàn)器件寫(xiě) “0”。 DS18B20僅在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)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(jī)晶振，這決定了指令運(yùn)行時(shí)間，在軟件設(shè)計(jì)將根據(jù)指令運(yùn)行時(shí)間編寫(xiě)各種延時(shí)程序。 溫度采集電路與單片機(jī)的連接 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，其與單片機(jī)的連接圖如圖 48所示 [4]。 圖 48 單片機(jī)與 DS18B20連接圖 Figure 48 Connection diagram MCU and DS18B20 STC89C52單片機(jī)的 DS18B20的 I/O腳，作為數(shù)據(jù)的讀入和寫(xiě)出。電阻 DZ3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(guò)此上拉電阻拉回到高電平。 要想使 DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換， I/O線(xiàn)必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè) DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流達(dá)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(gè)原理，可以選用小一點(diǎn)的電阻，只要保證 DS18B20遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 的工作電流，當(dāng)然也可以直接接在電源上，但是為了使信號(hào)穩(wěn)定，一般在電路設(shè)計(jì)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