【正文】 各部分正常工作。第二章 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 設(shè)計總體設(shè)計思路此設(shè)計即液晶屏上顯示英文字母、時、分、秒、溫度等，原理框圖如圖（21）所示，電路一般包括以下幾個部分：按鍵、單片機、溫度傳感器、時鐘芯片及顯示電路。3) 能夠?qū)r間進行調(diào)節(jié)。主要工作如下所示：1) 能夠顯示時、分、秒。5) 實現(xiàn)報警提示。3) LCD液晶顯示。主要工作如下所示：1) 溫度測試范圍55℃—125℃。LCD數(shù)字溫度計的主要工作本課題的研究重點是設(shè)計一種基于ATmega16單片機的數(shù)字溫度計控制系統(tǒng)。2) 考慮設(shè)計過程中是否要使用電平轉(zhuǎn)換芯片，如何融合到本研究課題中，并查找有關(guān)電平轉(zhuǎn)換芯片的型號和功能?！懊搿钡娘@示由兩級計數(shù)器和譯碼器組成的六十進制計數(shù)電路實現(xiàn)；“分”的顯示電路與“秒”相同，“時”的顯示由顯示兩級計數(shù)器和譯碼器組成的二十四進制電路來實現(xiàn)。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的時標信號送到分頻器，分頻電路將時標信號分成每秒一次的方波信號。電子鐘一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。根據(jù)輸出控制量控制SSR固態(tài)繼電器來控制電加熱爐絲的通電時間，就可以控制電爐絲的加熱功率大小，從而調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的變化，使其逐漸趨于給定值且達到平衡。為進一步提高測量精度，采樣后對信號再進行數(shù)字濾波。 課題的主要內(nèi)容和技術(shù)參數(shù) 溫度信息由溫度傳感器測量并轉(zhuǎn)換成毫伏級的電壓信號，經(jīng)過信號放大電路將弱電壓信號放大到單片機可以處理的范圍內(nèi)，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子控制器件不斷向著小型化、智能化方向發(fā)展，同時可靠性不斷提高，單片機由于具有集成度高、功能強、通用性好、可靠性高、抗干擾能力強、體積小、使用方便靈活等特點，無論是在國防工業(yè)、通訊尖端技術(shù)領(lǐng)域，還是在智能儀器、民用電器中都使用的越來越多。當前，8位單片機主要用于工業(yè)控制，如溫度、壓力、流量、計量和機械加工的測量和控制場合；高效能的16位單片機（如MCS9MK68200）可用在更復雜的計算機網(wǎng)絡(luò)。單片機是所有微處理機中性價比最高的一種，隨著種類的不斷增加，功能不斷加強，其應用領(lǐng)域也迅速擴大。單片機發(fā)展迅速，各類產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多好性能新興機種，現(xiàn)已成為工廠自動化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。有些產(chǎn)品還具備了防水、耐磨、輕便等特點。 LCD電子鐘的研究進展及成果電子鐘的研究進展近十年來隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，這種中、大規(guī)模集成電路在數(shù)字系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號處理等方面都得到了廣泛的應用。LCD數(shù)字溫度計的成果由于數(shù)字溫度計的廣泛應用，給人們的生活帶來了諸多方便，并為國內(nèi)生產(chǎn)廠家?guī)碡S富的經(jīng)濟效益。成熟的溫度產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器位主，它們只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。研究意義數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時,分,秒，數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭、車站,、碼頭、辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機應用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。AVR單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，質(zhì)量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方法方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的控制方式已經(jīng)不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表、溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動范圍太大，由于它主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。研究意義溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數(shù)，然而所采集的測溫元件和測量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不同。常州工學院畢業(yè)設(shè)計論文基于LCD1602的電子時鐘和溫度計的設(shè)計目 錄摘 要 IIAbstract III第一章 緒論 1 開發(fā)背景及研究意義 1 LCD數(shù)字溫度計的研究背景及研究意義 1 LCD電子鐘電路的研究背景及研究意義 1 研究進展及成果 2 LCD數(shù)字溫度計的研究進展及成果 2 LCD電子鐘的研究進展及成果 3 課題來源與主要內(nèi)容和技術(shù)參數(shù) 3 課題來源 3 課題的主要內(nèi)容和技術(shù)參數(shù) 4 主要工作和工作難點 5第二章 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 6 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 6 設(shè)計總體設(shè)計思路 6 方案論證 6 功能介紹 7 設(shè)計思路步驟 8 下載線部分的設(shè)計 8 LCD電子時鐘系統(tǒng)的設(shè)計 8 LCD數(shù)字溫度計系統(tǒng)的設(shè)計 9 本章小結(jié) 10第三章 硬件電路設(shè)計 11 下載線電路的設(shè)計 11 主要器件簡介 11 MAX232電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 12 監(jiān)控電路的設(shè)計 13 LCD電子時鐘系統(tǒng)的設(shè)計 14 主要器件簡介 14 蜂鳴器電路的設(shè)計 14 DS1302電路的設(shè)計 15 按鍵電路的設(shè)計 16 單片機與液晶屏LCD1602的接口電路 16 LCD數(shù)字溫度計系統(tǒng)的設(shè)計 17 主要器件介紹 17 LCD數(shù)字溫度計的設(shè)計 20 AVR單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 22 系統(tǒng)時鐘 22 AVR的復位源和復位方式 23 本章小結(jié) 26第四章 軟件設(shè)計 27 概述 27 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 27 軟件程序設(shè)計 29 監(jiān)控程序流程圖及ATtiny2313監(jiān)控程序通信協(xié)議 29 ATmega16單片機串行編程 31 LCD電子時鐘流程圖設(shè)計 32 LCD數(shù)字溫度計流程圖設(shè)計 35 本章小結(jié) 38第五章 仿真與調(diào)試 39 系統(tǒng)仿真 39 Proteus軟件簡介 39 系統(tǒng)仿真 40 程序下載及實物調(diào)試 46 本章小結(jié) 50結(jié)論 51參考文獻 52致謝 53附錄1 硬件電路圖及實物照片 54附錄2 程序清單 5865第一章 緒論 開發(fā)背景及研究意義 LCD數(shù)字溫度計的研究背景及研究意義研究背景隨著新技術(shù)的開發(fā)和不斷運用,今年來單片機發(fā)展十分迅速，一個以微機應用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應用已經(jīng)滲透到各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。因此對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不同。近幾年來快速發(fā)展了多種先進的溫度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法控制等。本設(shè)計使用AVR單片機作為核心進行控制。 LCD電子鐘電路的研究背景及研究意義研究背景目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。單片機模塊中最常見的是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。 研究進展及成果 LCD數(shù)字溫度計的研究進展及成果LCD數(shù)字溫度計的研究進展雖然LCD數(shù)字溫度計在低功耗及高性能方面取得了很大的進展，溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各個行業(yè)的應用已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來看，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及加入WTO，我國政府及企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。LCD數(shù)字溫度計已被用于：冰箱、冰柜、冰庫、食品展示柜、恒溫箱、水槽、孵化器、海水養(yǎng)殖、冷氣溫度顯示、熱電偶雙金屬溫度計等?，F(xiàn)在的電子采用了石英技術(shù)，走時精度高、穩(wěn)定性好、不需要經(jīng)常調(diào)校，使用攜帶方便。電子鐘的成果數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。 課題來源與主要內(nèi)容和技術(shù)參數(shù) 課題來源單片機是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片的器件。由于生產(chǎn)工藝和設(shè)計能力的不斷提高，單片機也在向著更高集成化、更多位多功能，更強化處理控制問題的能力、更快的運算速度、更廉價低功耗、更兼容開發(fā)和更好的軟件固有化的方向發(fā)展。單片機在智能儀表、實時控制、機電一體化、辦公機械、家用電器等方面都有相當?shù)膽妙I(lǐng)域。單片機用于控制有利于實現(xiàn)系統(tǒng)控制的最小化和單片化，簡化一些專用接口電路，如編程計數(shù)器、鎖相環(huán)（PLL）、模擬開關(guān)、A/D和D/A變換器、電壓比較器等組成的專用控制處理功能的單板式微系統(tǒng)。可以說，微機測控技術(shù)的應用已滲透到國民經(jīng)濟的各個部門，微機測控技術(shù)的應用是產(chǎn)品提高檔次和推陳出新的有效途徑。在單片機中對信號進行采樣。此信號經(jīng)過數(shù)字濾波、標度轉(zhuǎn)換后，一方面通過LCD將溫度顯示出來；另一方面，將該溫度值與設(shè)定值進行比較，根據(jù)其偏差值的大小按積分分離的PID控制算法得到的輸出控制量。導通時間長，輸出功率大，溫度升高快；導通時間短，輸出功率小，溫度升高慢。這些都是數(shù)字電路中應用最廣泛的基本電路。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，并把累計的結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。 主要工作和工作難點設(shè)計基于串口的ISP下載線串行下載線下載速度快且能夠在線直接寫入目標板上單片機，其主要工作如下：1) 確定監(jiān)控芯片的型號，了解監(jiān)控系統(tǒng)的作用，完善監(jiān)控電路的設(shè)計。3) 完成目標板的最小系統(tǒng)的設(shè)計，編寫秒閃的程序，了解有哪些熔絲位，及各個熔絲位的作用，從而調(diào)節(jié)LED燈的閃爍的頻率。利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來接收外部溫度值，并進行相應轉(zhuǎn)換。2) 精度誤差小于1℃。4) 可以設(shè)定溫度的上下限報警功能。電子鐘的主要工作本課題利用DS1302時鐘芯片來對年、月、日、周、時、分、秒來進行計時。2) 能夠具有掉電保護功能。工作難點雖然對51內(nèi)核的單片機有一定了解，但是對AVR系列的單片機了解不深；關(guān)于AVR編程的軟件第一次接觸，不怎么會使用；市場上器材買家很多，如果購買少量器材的，商家不怎么肯出售；焊接工藝不成熟。圖21 單片機實現(xiàn)顯示時間和溫度總框圖各部分簡介：1) 為使時鐘走時與標準時間一致，校時電路是必不可少的，按鍵用來校正液晶上顯示的時間。3) 溫度傳感器用來顯示當天的確定溫度值。 方案論證總體方案選擇方案一 用EDA技術(shù)及VHDL語言控制來實現(xiàn)顯示及測溫度，且顯示也可以用數(shù)碼管，但是數(shù)碼管屏幕有限不是很方便的顯示很多的數(shù)據(jù)以及文字等。方案二 用C語言編程來控制單片機，讓它在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)及文字。在方案二中，大部分的電器元件我們較熟悉并且更容易獲得。AT89S52是一款低能耗、高性能的8位CMOS微處理器，芯片內(nèi)部具有8K字節(jié)閃速存儲器，允許在系統(tǒng)內(nèi)改寫或用常規(guī)非易失性存儲器編程器編程。方案二 用AVR系列的ATmega16單片機來控制實現(xiàn)溫度和時間的控制。其主要特點有：寬電壓、高速度、低功耗等。通過一系列的比較得出以下結(jié)論：AVR的指令系統(tǒng)比較精簡，總線結(jié)構(gòu)也與51內(nèi)核不同，因此速度比51內(nèi)核更快。因為ARM是32位處理器，頻率可達百兆赫茲，速度和處理能力遠遠優(yōu)于AVR和51。 功能介紹本次設(shè)計主要用單片機控制程序讓它在液晶上顯示時、分、秒，同時用DS18B20溫度傳感器來接收外面的信號，通過相應的處理，傳送給單片機，并通過單片機的控制，讓它在液晶上顯示所測得的溫度。當計時發(fā)生誤差的時候可以用校時電路進行校正。設(shè)計采用的是時、分、秒以及溫度同時顯示。 LCD電子時鐘系統(tǒng)的設(shè)計如圖（23）所示，當輸入口接收到下載線傳來的編程命令和數(shù)據(jù)后，傳送給AVR單片機，AVR單片機通過相應的程序控制著蜂鳴器電路、晶振電路、復位電路、和液晶屏顯示電路，同時DS1302時鐘芯片對時、分、秒計時，將計時得到的數(shù)據(jù)傳送給AVR單片機，使得其在液晶屏上顯示出來。圖23 LCD電子時鐘系統(tǒng)總框圖 LCD數(shù)字溫度計系統(tǒng)的設(shè)計圖24 LCD數(shù)字溫度系統(tǒng)的設(shè)計如圖（24）所示，當輸入口接收到下載線傳來的編程命令和數(shù)據(jù)后，傳送給AVR單片機，AVR單片機通過相應的程序控制著蜂鳴器電路、晶振電路、復位電路、和液晶屏顯示電路，同時溫度傳感器DS18B20把外界接收到的溫度，經(jīng)過處理后傳送給AVR單片機，最終在液晶屏上顯示出來。 本章小結(jié)本章對本次課程設(shè)計作了多方面的考慮，首先通過設(shè)計總體思路，對本畢業(yè)設(shè)計做了粗略的構(gòu)思，把設(shè)計分為了按鍵、單片機、時鐘電路、溫度傳感器電路、液晶屏顯示電路這五大塊；然后，按照構(gòu)思，在網(wǎng)上搜集了相關(guān)資料，通過學習，發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)以上構(gòu)思有多種方案。確定方案后，對此次畢業(yè)設(shè)計所要實現(xiàn)的功能作了簡要的介紹；最后，分各個小部分構(gòu)思和設(shè)計系統(tǒng)模塊。由于以前只是對書本上的知識進行學習，沒有什么動手的機會，這次通過以上內(nèi)容的學習，內(nèi)心迫切的想要去實踐，這是對自己一種挑戰(zhàn)，內(nèi)心中非常想要看看自己能不能實現(xiàn)設(shè)計的方案，因此在指導老師的指導下，本人決定開始邊做實物邊研究。圖31 MAX