【正文】 或者超級(jí)電容器（）。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長(zhǎng)時(shí)間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電電池。 充電電池。如果斷電時(shí)間較短時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100 μF就可以保證1小時(shí)的正常走時(shí)。DS1302在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。DS1302 存在時(shí)鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)時(shí)鐘混亂等缺點(diǎn)。 DS1302 硬件電路圖DS1302 電路圖如圖 所示，是系統(tǒng)的時(shí)鐘模塊，可實(shí)時(shí)的顯示時(shí)間。實(shí)際的 DS1302 引腳圖與仿真圖中的引腳排列不同。但所仿真的功能基本一樣，只是仿真圖的排列方式更便于電路的連接。圖中 X1(引腳 2)與 X2（引腳 3）所接入的是晶振，晶振的振蕩頻率為 32768Hz。圖 的 VCC1（引腳 1）和 VCC2（引腳 8）都是電源引腳，在實(shí)際電路中，VCC1 接入 5V 電源，VCC2 接入電壓為 3V 的紐扣電池。圖 DS1302 電路圖 顯示模塊的設(shè)計(jì)顯示模塊是本設(shè)計(jì)的重要部分，本節(jié)將從兩個(gè)方面對(duì)顯示模塊進(jìn)行介紹，首武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25先將介紹 LCD1602 芯片的特性及其優(yōu)點(diǎn)，稍后將介紹 LCD1602 的外部電路圖。 LCD 芯片介紹1602 液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。顯示器都是數(shù)字式的，單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。LCD 接口如表 所示。（1）顯示容量:162 個(gè)字符；（2）芯片工作電壓:—；（3）工作電流:()；（4）模塊最佳工作電壓:；（5）字符尺寸:(WH)mm 。表 LCD 引腳及引腳說明編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù)4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù)5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù)6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù)7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26 LCD 硬件連接圖圖 LCD 電路連接圖圖 中引腳 3（VEE ）為液晶顯示偏壓，主要是用來調(diào)節(jié)顯示屏的亮度，在仿真電路中不需接入電位器，但是在實(shí)際的硬件電路連接圖中必須要接入電位器來調(diào)節(jié)顯示亮度，否則 LCD 無法正常顯示 。]12[在仿真圖中 LCD1602 元件是只有 14 個(gè)引腳，而實(shí)際的 LCD1602 是 16 個(gè)引腳。仿真圖中的 LCD 元件所缺少的是 BLA(第 15 引腳)與 BLK（第 16 引腳） 。而在實(shí)際電路中這兩個(gè)引腳也是必須要分別接到電源正極和電源負(fù)極上。否則 LCD顯示屏亮度不足以正常顯示數(shù)據(jù)的。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27第 4 章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是本課題的控制核心部分，可以說軟件和硬件是相輔相成的，光有軟件沒有硬件，本系統(tǒng)無法運(yùn)作；光有硬件沒有軟件，本系統(tǒng)無法運(yùn)作。本課題軟件設(shè)計(jì)包括三部分，分別為:計(jì)算速度里程程序設(shè)計(jì)、溫度顯示程序設(shè)計(jì)和時(shí)鐘芯片程序設(shè)計(jì)。下面便逐一介紹本系統(tǒng)的各部分軟件的設(shè)計(jì)。 主程序設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際的工藝要求進(jìn)行編寫，要求是將 DS18B20 溫度傳感器、霍爾傳感器、DS1302 參數(shù)值送到單片機(jī)中，再由它將溫度值、時(shí)間、速度等參數(shù)送至 LCD 顯示器中進(jìn)行顯示。主程序工作過程如圖 所示。初始化開中斷溫度，時(shí)鐘工作計(jì)算速度里程顯示時(shí)間溫度速度里程開始圖 主程序流程圖武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28 計(jì)算速度里程程序設(shè)計(jì)當(dāng)單片機(jī)獲取霍爾到傳感器所感應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)時(shí)，不能立馬算出自行車的速度和里程，要經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算后才能得出，系統(tǒng)中所默認(rèn)車輪的直徑為 ，使用者是可以根據(jù)自己的自行車直徑更改程序里的數(shù)據(jù)。但是由于理論知識(shí)水平有限，沒能成功設(shè)計(jì)有外界輸入設(shè)定使用者的自行車車輪的直徑數(shù)。本設(shè)計(jì)根據(jù)單片機(jī)每秒鐘接收的脈沖個(gè)數(shù)來計(jì)算自行車的速度。再將每秒的速度相加，就可得出自行車的里程。在 Proteus 上仿真得到的結(jié)果與計(jì)算結(jié)果完全相同。程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示。讀秒寄存器個(gè)位判斷是否一秒讀計(jì)數(shù)器開計(jì)數(shù)器是否子程序開始子程序結(jié)束開始計(jì)數(shù)關(guān)計(jì)數(shù)器計(jì)算速度里程圖 計(jì)算速度里程流程圖武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29 溫度顯示程序設(shè)計(jì)溫度傳感器采用 DS18B20 進(jìn)行溫度測(cè)試，并通過 LCD1602 進(jìn)行顯示。由于DS18B20 數(shù)據(jù)輸出線只有一條，所以必須采用一位讀取，讀取到的溫度值分別存入高八位和低八位寄存器中。輸出顯示時(shí)必須將十六進(jìn)制數(shù)值轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制并輸出到 LCD 顯示屏中。程序流程圖如圖 所示。準(zhǔn)備初始化復(fù)位寫命令讀溫度顯示計(jì)算圖 溫度顯示流程圖 時(shí)鐘芯片程序設(shè)計(jì)時(shí)鐘芯片采用的是 DS1302，該時(shí)鐘芯片內(nèi)置年、月、日、星期、時(shí)、分、秒寄存器。可將時(shí)間數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)到各個(gè)寄存器中，有外置晶振作為芯片的時(shí)鐘武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30周期，外部晶振的頻率為 使其工作頻率與時(shí)間對(duì)應(yīng)。在讀取時(shí)間時(shí)，可從各個(gè)時(shí)間寄存器當(dāng)中讀取數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行顯示。調(diào)時(shí)功能是通過脈沖檢測(cè)，每當(dāng)按鍵按下一次，該數(shù)據(jù)口電平為零，數(shù)據(jù)加一。由于按鍵按下去或者松手是有顫抖現(xiàn)象的，需進(jìn)行去抖和松手檢測(cè)，統(tǒng)稱去抖。一般進(jìn)行去抖和松手檢測(cè)有兩種方法：一、硬件去抖；二、軟件去抖。由于硬件去抖電路復(fù)雜繁瑣，所以設(shè)計(jì)中采用了軟件去抖法，該法是通過軟件延時(shí)的方法，軟件去抖法是將顫抖時(shí)間用延時(shí)給掩蓋，以近似的將顫抖現(xiàn)象去除。由于設(shè)計(jì)時(shí)欠考慮，所以調(diào)時(shí)按鍵只設(shè)計(jì)了 2 個(gè)，分別為“小時(shí)”和“分鐘” ，按鍵只能一直“加一”直至為 0，而未設(shè)計(jì)“減一”按鍵。后來在調(diào)試當(dāng)中發(fā)現(xiàn)比較麻煩，未實(shí)現(xiàn)人性化的設(shè)計(jì)要求。時(shí)間顯示和調(diào)試控制程序流程圖如圖 所示。準(zhǔn)備初始化復(fù)位信號(hào)置 0時(shí)鐘脈沖信號(hào)置 0數(shù)據(jù)讀取復(fù)位信號(hào)置 1時(shí)鐘脈沖信號(hào)置 1顯示數(shù)據(jù)分離并轉(zhuǎn)換結(jié)束準(zhǔn)備按鍵數(shù)據(jù)讀取初始化松手檢測(cè)數(shù)據(jù)加一數(shù)據(jù)分離并轉(zhuǎn)換結(jié)束顯示圖 時(shí)間顯示和調(diào)試控制程序流程圖武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31 LCD1602 軟件設(shè)計(jì)LCD1602 軟件設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，只有對(duì)其進(jìn)行軟件的編程，LCD1602 才能正常使用，以完成顯示本設(shè)計(jì)各個(gè)參數(shù)的功能。LCD1602軟件設(shè)計(jì)包括兩部分，分別為：LCD1602 時(shí)序介紹和 LCD1602 具體軟件設(shè)計(jì)，下面將分別介紹這兩方面。 LCD1602 時(shí)序介紹如圖 為 LCD1602 讀操作時(shí)序圖。圖 LCD1602 讀操作時(shí)序圖如圖 為 LCD1602 寫操作時(shí)序圖。圖 LCD1602 寫操作時(shí)序圖如表 為 LCD1602 時(shí)序參數(shù)。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）32表 LCD1602 時(shí)序參數(shù)極限值時(shí)序參數(shù) 符號(hào)最小值 典型值 最大值單位 測(cè)試條件E 信號(hào)周期 t C400 nsE 脈沖寬度 t PW150 nsE 上升沿/下降沿時(shí)間t 、tRF 25 ns引腳 E地址建立時(shí)間 t 1SP30 ns地址保持時(shí)間 t HD10 ns引腳E、RS、R/W數(shù)據(jù)建立時(shí)間（讀操作）t 100 ns數(shù)據(jù)保持時(shí)間（讀操作）t 2HD20 ns數(shù)據(jù)建立時(shí)間（寫操作）t 2SP40 ns數(shù)據(jù)保持時(shí)間（寫操作）t 2HD10 ns引腳 DB0~DB7 LCD1602 具體軟件設(shè)計(jì)LCD1602 軟件設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重要部分，如圖 為 LCD1602 液晶顯示器的軟件設(shè)計(jì)流程圖，根據(jù)此圖可清楚的看到 LCD1602 液晶顯示器的工作流程，由此便可輕松的對(duì) LCD1602 進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示速度、里程、溫度及騎車時(shí)間。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33開始LCD1602 初始化按下或卡接近？掃描按鍵延時(shí)消抖確定鍵值密碼正確？釋放按鍵？鍵值轉(zhuǎn)化為 ASII 碼，存入寄存器鍵值入棧保護(hù)結(jié)束顯示LCD1602 寫命令掃描卡的有效性NNNNYYYYY圖 LCD1602 液晶顯示器的軟件設(shè)計(jì)流程圖繼續(xù)掃描并發(fā)出警報(bào)武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34第 5 章 測(cè)試測(cè)試是本設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，它能檢驗(yàn)改設(shè)計(jì)是否能夠達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)，確定方案的可行性。以下就來介紹仿真軟件和仿真測(cè)試方法。 Proteus 及 Keil 軟件簡(jiǎn)介 Proteus 軟件Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫(kù)。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，Proteus軟件提供豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，同時(shí)可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如LED、示波器等。 Proteus提供了大量的元件庫(kù)，有RAM、ROM 、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD 、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套電子仿真軟件，在加上一本虛擬實(shí)驗(yàn)教程，就可相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。以虛代實(shí)、以軟代硬，就建立一個(gè)完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等 。]13[ Keil 軟件KeilC51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）35KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到KeilC51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。Uvision與Ishell分別是C51 for Windows和For Dos的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE 本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（ OBJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件（ABS 。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex 文件，以供調(diào)試器DScope51或TScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 應(yīng)用 Keil 軟件進(jìn)行程序調(diào)試軟件的調(diào)試必須在開發(fā)系統(tǒng)的支持下進(jìn)行。先分別調(diào)試通過各個(gè)模塊程序，然后調(diào)試中斷服務(wù)程序，最后調(diào)試主程序，將各部分連接進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試的范圍可以由小到大，逐步增加，必要的中間信號(hào)可以先做設(shè)定。通常交叉使用單步運(yùn)行，斷點(diǎn)運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行等多種方式，每次執(zhí)行完畢后，檢查CPU執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)，RAM的有關(guān)內(nèi)容，I/O接口的狀態(tài)等。發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，解決一個(gè)問題，直至全部通過。首先新建一個(gè)工程項(xiàng)目文件；其次為工程選擇目標(biāo)器件；再次為工程項(xiàng)目設(shè)置軟硬件調(diào)試環(huán)境；并創(chuàng)建源程序文件并輸入程序代碼，及保存創(chuàng)建的源程序項(xiàng)目文件；最后把源程序文件添加到項(xiàng)目中。 Proteus 軟件仿真原理圖是在原理圖編輯窗口中的藍(lán)色方框內(nèi)繪制完成的，通過文件中的新建設(shè)計(jì)選項(xiàng)，可以調(diào)整原理圖設(shè)計(jì)頁(yè)面大小。繪制原理圖時(shí)首先應(yīng)根據(jù)需要選取元武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）36器件，Proteus庫(kù)中提供了大量元器件原理圖符號(hào)，利用Proteus的搜索功能能很方便地查找需要的元器件 。]14[首先根據(jù)需要選擇器件。單擊元器件列表窗口上邊的按鈕P，彈出如圖31所示元器件選擇窗口。在該窗口左上方的關(guān)鍵字欄內(nèi)鍵入STC89C54RD+，窗口中間的結(jié)果欄將顯示出元器件庫(kù)中所有STC89C54RD+單片機(jī)芯片，選擇其中的STC89C54RD+，窗口右上方將顯示出STC89C54RD+圖形符號(hào)，同時(shí)顯示該器件的虛擬仿真模型，單擊確定按鈕后，STC89C54RD+ 將出現(xiàn)在器件列表窗口。照此方法選擇所有需要的元器