【正文】 （具有地址和控制信息的 8 位數(shù)據(jù)）裝入移位寄存器內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 12 之后，另外的時鐘在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時輸入數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿變化。對于單字節(jié)操作，包括命令字節(jié)在內(nèi)，每次為 2 個字節(jié)，需要 16 個時鐘；對于時鐘 /日歷多字節(jié)模式操作，每次為 7 個字節(jié)，需要 72 個時鐘；而對于 RAM 多字節(jié)模式操作，每次則為 32 字節(jié)，需要多達 256 個時鐘。 多字節(jié)操作方式與其類似，只是后面跟的字節(jié)數(shù) 不止一個。片內(nèi)各寄存器及各位的功能定義如表 。 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。 在 24 小時制式下 ，位 5 是第二個 10 小時位 （ 20～ 23 時） 。當(dāng)該位置為 1 時，時鐘振蕩器停止， DS1302 處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位置為 0 時，時鐘開始運行。 控制寄存器（ 8FH、 8EH）的位 7 是寫保護位（ WP），其它 7 位均置為 0。 當(dāng)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 13 WP 位為 1 時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。 另外，還有慢速充電控制寄存器和 RAM 寄存器如表 。寄存器的 BIT4～ BIT7（ TCS）決定是否具備充電性能 ：僅在編碼為 1010 的條件下才具備充電性能，其他編碼組合不允許充電。如果編碼DS 是 01，選擇一個二極管；如果編碼是 10，選擇兩個二極管；其他編碼將不允許充電。其中編碼 RS=01 為 2 KΩ，RS=10 為 4 KΩ， RS=11 為 8 KΩ，而 RS=00 將不允許進行充電。其具體計算如公式 ： I 充 電 =（ V0VDVE） /R （ ） 式中： V0—— 所接入的 工作電壓； VD—— 二極管壓降，一個按 計算； R—— 慢速充電控制寄存器 0 和 1 位編碼決定的電阻值； VE—— VCC1 腳所接入的電池電壓。寄存器和 RAM 的操作通過命令字節(jié)的 BIT6 加以區(qū)別。其操作方法與前述相同。 環(huán)境溫度傳感 器選擇 常用溫度傳感器比較 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，而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，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)試也比較麻煩，制作成本高。常用的此類溫度傳感器有AD590 和 DS18B20。 ℃； 電源范圍寬： +4～ +30V。 與 AD590 不同的是， DS18B20 數(shù)字溫度傳感器能直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，以供單片機處理，既節(jié)省了硬件，又有效避免了模擬方式的干擾問題。 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 僅需要連接一條線。測量范圍為 55～ +125℃，增量值為 ℃。通過編程，用戶還以自行設(shè)定告警上下限溫度，告警尋找命令可以識別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件。 DS18B20 的引腳分布如圖 ，管腳功能描述參見表 。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳；當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。主要由 4 部分組成： 64 位 ROM 溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器 【 6】 。 DS18B20 在工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如表 所示。其對應(yīng)四種分辨率如表 所示，出廠時 R0、 R1 被置為“ 1”，默認(rèn)設(shè)置是 12 位分辨率，用戶可根據(jù)需要給寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 16 表 配置寄存器與分辨率關(guān) 系表 R0 R1 溫度計分辨率 /bit 最大轉(zhuǎn)換時間 /ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 232221202 12 22 32 4S S S S S 262524M S B L S BM S BL S B低 位 字 節(jié) ：高 位 字 節(jié) ： 圖 DS18B20 溫度值格式表 這是 12 位分辨率的情況，如果配置為低分辨率，則其中無意義位為“ 0”。由于這些是 8 位寄存器，所以 9～ 12 位在比較時忽略。如果溫度測量的結(jié)果高于 TH 或低于 TL，那么器件內(nèi)告警標(biāo)志將置位，每次溫度測量都會更新此標(biāo)志位。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 17 電子保姆機硬件電路設(shè)計 時鐘電路設(shè)計 系統(tǒng)時鐘應(yīng)用了實時時鐘日歷芯片 DS1302，其連接如圖 。 如圖 ， ATmega128 單片機 PB0 直接接 DS1302 的 RST 端，上電后， ATmega128的 PB0 引腳復(fù)位低電平有效。DS1302 采用雙電源供電，平時由 +5V 電源供電，當(dāng) +5V 掉電之后，由圖中 BT1（ +3V備用電池）供電。 環(huán)境溫度采集電路設(shè)計 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。選 的電阻作為 DS18B20 的 I/O 口的上拉電阻，在讀數(shù)據(jù)結(jié)束時， I/O 引腳將通過此上拉電阻拉回至高電平。它使用了 8 段LED發(fā)光二極管 ,其中 7個用于顯示字符 ,1 個用于顯示小數(shù)點 ,故通常稱之為 7段 (也有稱內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 18 作 8 段 )發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 圖 LED 數(shù)碼 管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 LED 數(shù)碼顯示器有兩種連接方法： 共陽極接法：把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V,每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。各段碼位的對應(yīng)關(guān)系如下： 表 數(shù)字、 字母與 7 段代碼關(guān)系表 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH b 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 84H 71H 7 F8H 07H 空白 FFH 00H 8 80H 7FH P 8CH 73H 單片機與 LED 數(shù)碼顯示器有以硬件為主和以軟 件為主的兩種接口方法。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 19 軟件接口方法 :它是以軟件查表代替硬件譯碼 ,不但省去了譯碼器 ,而且還能顯示更多的字符。 對于以軟件為主的接口電路來說 ,其顯示方法有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。因此只能利用人眼對視覺的殘留效應(yīng) ,采用動態(tài)掃描顯示的方法 ,逐個地循環(huán)點亮各位數(shù)碼管 ,每位顯示 1ms 左右，使人看起來就好象在同時顯示不同 的字符一樣。為此 ,一般采用查表的方法 ,由待顯示的字符通過查表得到其對應(yīng)的顯示段碼。 靜態(tài)顯示：所謂靜態(tài)顯示 ,就是在同一時刻只顯示 1 種字符 ,或者說被顯示的字符在同一時刻是穩(wěn)定不變的。 它的優(yōu)點是軟件不必動態(tài)掃描，送出段碼后可鎖存，直到需更改顯示字符，軟件簡單， 占用 CPU 時間較少，工作可靠， 同時由于始終保持顯示而亮度較好 。 本設(shè)計采用動態(tài)顯示。循環(huán)點亮各個 LED 數(shù)碼管。 abfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CCabfcgdeV1234567abcdefg8dpdp9CC5 . 1 K 5 . 1 K 5 . 1 K 5 . 1 KPE0PE1PE2PE3V C C123456781 61 51 41 31 21 11 095 1 0P A 0P A 1P A 2P A 3P A 4P A 5P A 6P A 75 1 0 * 8 圖 顯示面板 LED 分布圖 按鍵電路設(shè)計 矩陣式按鍵鍵盤使用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，也稱行列式鍵內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 20 盤，按鍵位于行、列的交叉點上，其結(jié)構(gòu) 如圖 所示。 k e y 1 1 k e y 1 2 k e y 1 3 k e y 1 4k e y 2 1 k e y 2 2 k e y 2 3 k e y 2 4P C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5 圖 鍵盤電路 其工作原理：按鍵設(shè)置在行、列線交點上，行、列分別連接按鍵開關(guān)的兩端。 根據(jù)按鍵按下的次數(shù)依次校對分、時、日、月、年。 當(dāng)此按鍵沒有按下時，顯示小時和分；當(dāng)按下一次按鍵時，顯示月和日，第二次按鍵按下后顯示年 200X； 再次按下按鍵時顯示溫度。 設(shè)定鬧鐘時間和電器開關(guān)時間、報警溫度。 設(shè)定鬧鐘時間和電器開關(guān)時間選擇。 Key22：確認(rèn)鍵。 Key14：加 1 按鍵。 Key24：減 1 按鍵。 鬧鈴電路設(shè)計 鬧鈴電路如圖 所示。鬧鈴電路如圖 。繼電器型號： HRS4H S DC5V HRS4H S DC5V 特點 最 大通斷電壓： 30VDC/250 VAC 最大通斷電流： 10A 線圈電壓： 5V 工作環(huán)境 .溫度范圍： 40 +85℃ 吸合時間：最大 10 ms 釋放時間：最大 5 ms 當(dāng) PC7引腳輸出“ 1”時， NPN三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，燈泡發(fā)亮。繼電器控制電路如圖 由于 AVR的 I/O 不能提供大的驅(qū)動電流，因此在外圍硬件電路中要考慮使用功率驅(qū)動電路。 N P NV C C2 2 0 V交 流 電 源1 KP C 7家 用電 器 圖 繼電器控制電路 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 22 溫度報警電路設(shè)計 本設(shè)計中溫度報警采用發(fā)光二極管發(fā)光，當(dāng)溫度超過程序設(shè)定值時， PB5 發(fā)出高電平信號，發(fā)光二極管開始閃爍。匯編語言與機器指令一一對應(yīng)所以用匯編語言編寫的程序在單片機里運行起來效率較高。 本設(shè)計使用 C 語言編程。初始年為“ 20xx”，初始月、日為“ 0504”。 主程序流程圖如圖 。因為在串行通信時對時序要求比較高，所以 在通信過程中最好保證傳輸?shù)倪B續(xù)性，不要允許中斷。 讀 取 時 鐘 數(shù) 據(jù)將 時 鐘 數(shù) 據(jù) 送入 待 顯 示 數(shù) 組 中進 入 DS1302子 程 序返 回 圖 實時時鐘日歷子程序流程圖 DS1302 每次上電時自動處于暫停狀態(tài)，必須把秒寄存器的位 7 置位 0，時鐘才開始計時。 在進行寫操作時，需要先解除寫保護寄存器的“禁止”狀態(tài)。 源程序見附錄 A。 主機操作單線器件 DS18B20 必須遵循下面的順序。初始化過程如下：主機通過拉低單線 480μ s 以上，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后釋放該線，進入 RX 接收模式。單線器件 DS18B20 檢測到該上升沿后，延時 15～ 60μ s，通過拉低總線60～ 240μ s 來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。 2. ROM 操作命令 一旦總線主機檢測到應(yīng)答脈沖，便可以發(fā)起 ROM 操作命令。如表 。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。 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。 Search 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。 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。 表 DS18B20 內(nèi)存操作命令 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。主機可以隨時發(fā)起復(fù)位脈沖以停止此操作。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。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)換完成后再輸出 1。此重調(diào)操作在 DS18B20 加電時自