【正文】 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 第 26 頁共 50 頁 編輯窗口。 Keil 軟件由于其強(qiáng)大的軟件仿真功能，友好的用戶界面以及易于掌握的特點(diǎn)，應(yīng)用此軟件來編寫程序有著巨大的優(yōu)勢，熟悉此軟件也是調(diào)試整個 數(shù)字時鐘 系統(tǒng)的基礎(chǔ) 。對于一些必須滿足一定條件（如按鍵被按下等）才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理（ DebugInsert/Remove Breakpoint 或 DebugBreakpoints… 等）。 Keil 能以單步執(zhí)行（按 F11 或選擇DebugStep）、過程單步執(zhí)行（按 F10 或選擇 DebugStep Over）、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試 [12]。工程設(shè)置后按 F7 鍵（或點(diǎn)擊編譯工具欄上相應(yīng)圖標(biāo)）進(jìn)行編譯 /匯編、連接以及產(chǎn)生目標(biāo)文件。加入文件后點(diǎn) close 返回主界面，展開 “Source Group1”前面 +號，就會看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。 然后選擇菜單 ProjectNew Project… ，建立新工程并保存（保存時無需加擴(kuò)展名，也可加上擴(kuò)展名 .uv2），工程保存后會立即彈出一個設(shè)備選擇對話框，選擇 CPU 后點(diǎn)確定返回主界面。集成了高級原理布線圖、混合模式 SPICE 電路仿真、 PCB 設(shè)計(jì)以及自動布線來實(shí)現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計(jì) [11]。 總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真 ARM、 5 AVR、 PIC。 c）目前 支持的單片機(jī)類型有： ARM7 系列、 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 第 24 頁共 50 頁 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 該軟件的特點(diǎn)是： a）全部滿足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。 Proteus ISIS 簡介 Proteus ISIS 是英國 Labcenter Electronics 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件 (.ABS)。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。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。這款軟件提供了豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。最后調(diào)試做出實(shí)物，調(diào)試，得到正確的實(shí)物圖效果。 對 1602 初始化 寫入顯示設(shè)置命令 延時 5ms 延時 5ms 獲得顯示 RAM 地址 寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù) 檢查忙信號 開 始 數(shù)據(jù)顯示完畢？ BF=0？ N Y Y N 結(jié) 束 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 第 23 頁共 50 頁 5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 調(diào)試包括： keil軟件對程序進(jìn)行編譯與調(diào)試。 當(dāng)液晶顯示屏的接口電路與單片機(jī)系統(tǒng) I/O 按照并行數(shù)據(jù)傳輸方式連接完成以后，即可以對 AT89C52 單片機(jī)進(jìn)行編程。流程圖分析：首先對 1602 顯示屏進(jìn)行初始化（初始化大約持續(xù) 10ms 左右），然后檢查忙信號，若 BF=0，則獲得顯示 RAM 的地址，寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示；若 BF=1，則代表模塊正在進(jìn)行內(nèi)部操作，不接受任何外部指令和數(shù)據(jù)，直到 BF=0 為止。傳送完成后， RST 置低，禁止字節(jié)的傳送。 圖 單字節(jié)讀 圖 單字節(jié)寫 在進(jìn)行任何數(shù)據(jù)傳輸時， RST 必須被置高電平，每個 SCLK 為上升沿時數(shù)據(jù)被輸入，下降沿時數(shù)據(jù)被輸 出。同樣，在緊跟 8 位的控制字指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿，讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。 7 6 5 4 3 2 1 0 1 RAM A4 A3 A2 A1 A0 RD GK WR 圖 DS1302 的控制字 初始化 送 EPROM 讀時鐘芯片送顯示 送時鐘芯片 開中斷 開 始 設(shè)置鍵 有否按下？ 是否修改當(dāng)前時間？ N Y Y N 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 第 21 頁共 50 頁 控制字總是從最低位開始輸出。要想與 DS1302 通信，首先要先了解 DS1302 的控制字。 圖 時鐘流程圖 DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動方式。流程圖分析： DS1302 開始計(jì)時時， 首先進(jìn)行初始化，當(dāng)有中斷信號時，讀取時鐘芯片的數(shù)據(jù)送入液晶屏顯示。一般訪問 DS18B20 時按如下步驟進(jìn)行：初始化； ROM 操作命令；存儲器操作命令；執(zhí)行 /數(shù)據(jù)。流程圖分析：開始進(jìn)入初始化 DS18B20，就是通過主機(jī)拉低單線產(chǎn)生復(fù)位脈沖然后釋放該線，如果有應(yīng)答脈沖，即發(fā)起 ROM命令當(dāng)成功的執(zhí)行操作命令后，就使用 Convert T 命令即開始溫度轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完后，又初始化 DS18B20 是否有應(yīng)答脈沖，若有，就發(fā)起 Read Scratchpad（讀取暫存器和 CRC 字節(jié)）命令，既同時讀出第 1， 2 個字節(jié)，即為溫度的數(shù)據(jù)。流程圖分析：首先系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)開始運(yùn)行，當(dāng)有設(shè)置鍵按下時進(jìn) 入修改時間模式，無按鍵按下時讀取時間、溫度等數(shù)據(jù)送入液晶屏顯示；在修改時間模式下設(shè)置時間完成后再送數(shù)據(jù)到液晶屏顯示。主要步驟為： 1）編寫源程序并保存； 2）建立工程并添加源文件； 3）設(shè)置工程； 4）編譯 /匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件； 5）程序調(diào)試。 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件部分主要包括： a）主程序，主流程圖 b）溫度檢測流程圖和溫度檢測程序 c） DS1302 時鐘流程圖和時鐘程序 d） LCD 顯示程序和 LCD 顯示流程圖。當(dāng) R/W為高電平 ,E 端也為高電平， RS 為低電平時， 液晶顯示屏顯示需要顯示的示數(shù)。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 第 17 頁共 50 頁 圖 LCD 液晶與單片機(jī)硬件連線圖 將 L1602 的 RS 端和 ， R/W 端和 , E 端和 相連，當(dāng) RS=0 時，對 LCD1602 寫入指令；當(dāng) RS=1 時，對 LCD1602 寫入數(shù)據(jù)。當(dāng) RS和 R／ W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng) RS為高電平 R／ W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 RS為寄存器選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 4 RS RS 為寄存器選擇。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時模 塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字 母 “A”。 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來的2 條線是背光電源線。因此采用獨(dú)立式鍵盤。這種 方式為編程掃描方式。鍵盤的工作方式可分為編程控制方式和中斷控制方式。 4 行 4 列共 16 個鍵，只占用 8 根 I/O 口線，鍵數(shù)目較多，可節(jié)省口線。 由若干個按鍵組成一個鍵 盤，其電路結(jié)構(gòu)可分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。 獨(dú)立式鍵盤設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)鍵盤控制的方法有多種，它可以用 FPGA 來進(jìn)行控制，也可以用單片機(jī)來進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)采用外部電源供電方式（如圖 ）， DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，此時 I/O 線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度。 DS18B20 只需要接到控制器（單片機(jī)）的一個 I/O 口上，由于單總線為開漏所以需要外接一個 的上拉電阻。 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力。 6）可編程 的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 5）溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 3） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能， 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。用于單線操作，漏極開路； VCC 接電源正； a) DS18B20 的主要特性 1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。F；以 9 位數(shù)字方式讀出溫度；在 1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變換為數(shù)字；用戶可定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置；告誡搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況）；應(yīng)用范 圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，溫度計(jì)或任何熱敏系統(tǒng) [9]。等效的華氏溫度范圍是 67176。使用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，可以感測周圍環(huán)境溫度變化，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)周圍環(huán)境實(shí)時溫度的監(jiān)測。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類： 一類是單個 RAM淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論文 ） 第 13 頁共 50 頁 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8 位的字節(jié)，其命令控制字為 C0H～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM 的 31 個字節(jié)，命令控制字為 FEH(寫 )、 FFH(讀 )。 此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。 “WP”是寫保護(hù)位，在任何的對時鐘和 RAM 的寫操作之前， “WP”必須為 0。 c) DS1302 的寄存器 DS1302 有 12 個寄 存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。 圖 DS1302 的 硬件接線圖 時鐘芯片 DS1302 的工作原理： a) DS1302 的控制字節(jié) DS1302 控制字節(jié)的高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 DS1302 中，位 6 如果 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 RAM數(shù)據(jù)；位 5 至位 1 指示操作單元的地址；最低有效位（位 0）如為 0 表示要進(jìn)行寫操作，為 1 表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出 b) 數(shù)據(jù)輸入輸出（ I/O） 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0 開始。在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平， I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向）。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 RST 輸入有兩種功能：首先， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供終止單字 節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振用來為芯片提供計(jì)時脈沖。 DS1302 由VCC1 或 VCC2 兩者中的較大者供電。 X T A L 1X T A L 212Y112 M H Z30 P FC130 P FC2 圖 時鐘振蕩電路 時鐘電路模塊的設(shè)計(jì) DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘 芯片， 內(nèi)含有一個實(shí)時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。 通常在引腳 XTALl 和 XTAL2 跨接石英晶體和兩個補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，如圖 中 Y C C2。 晶振電路的設(shè)計(jì) 晶振電路 用于產(chǎn)生單 片機(jī)工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。 RERST 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（ 2 個機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。 圖 復(fù)位電路 b）復(fù)位電路工作原理 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。它主要是利用電阻的分壓來實(shí)現(xiàn)的 在此設(shè)計(jì)中，采用的按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路：它不僅具有上電復(fù)位電路的功能，同時它的操作比上電復(fù)位電路的操作要簡單的多。上電復(fù)位電路：上電復(fù)位是單片機(jī)上電時復(fù)位操作，保證單片機(jī)上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位電路是使單片機(jī)的 CPU 或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這上狀態(tài)開始工作。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工 作電路的輸入。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時， 要保持