【正文】 38 DS18B20 外接電源圖 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 18 液晶顯示屏 LCD1602 （一） LCD1602 特點(diǎn)說明 [12] [13] 液晶顯示模塊由于具有低功耗、壽命長(zhǎng)、體積小、顯示內(nèi)容豐富、價(jià)格低、接口控制方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在各類電子產(chǎn)品中被極廣泛地推廣和應(yīng)用。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。本系統(tǒng) 設(shè)計(jì)采用字符型液屏顯示模塊 LCD1602 作為顯示器件，這樣不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，而且極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。字符型液晶顯示模塊 LCD1602是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。LCD1602 可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符，采用＋ 5V 電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比 [14]。 （二） LCD1602 功能介紹 LCD1602 各引腳功能如表 37所示。 表 37 LCD1602管腳功能表 （ 1）基本操作時(shí)序： LCD1602 讀寫操作時(shí)序總體上來說是比較 簡(jiǎn)單的，掌握其有兩種方法：一種是直接看時(shí)序圖，另外一種方法是直接記憶和總結(jié)讀寫時(shí)電平高低和變化。很顯然第二種更簡(jiǎn)單、直接，下面就列出典型讀寫的時(shí)序要求，以方便編寫程序。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 19 讀狀態(tài) 輸入： RS=L， R/W=H， E=H 輸出： D0D7=狀態(tài)字 寫指令 輸入： RS=L， R/W=L， D0D7=指令碼， E=高脈沖 輸出：無 讀數(shù)據(jù) 輸入： RS=H， R/W=H， E=H 輸出： D0D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入： RS=H， R/W=L， D0D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無 （ 2）狀態(tài)字說明： 表 38 狀態(tài)字表 對(duì)控制器每次進(jìn)行讀寫操作之前，都必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)，確保 STA7為 0 （ 3） 指令說明： 表 39 顯示模式設(shè)置表 表 310 顯示開 /關(guān)及背光燈設(shè)置表 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 20 （ 4） 數(shù)據(jù)控制 控制器內(nèi)部有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，用戶可通過它們來訪問內(nèi)部的全部 80字節(jié) RAM （ 5） 數(shù)據(jù)指針設(shè)置 表 311 數(shù)據(jù)指針設(shè)置表 （ 6） 其他設(shè)置 表 312 其他設(shè)置指令表 （三） LCD1602 初始化過程 (1)延時(shí) 15ms (2)寫指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào) ) (3)延時(shí) 5ms (4) 寫指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào) ) (5)寫指令 5ms (6) 寫指令 38H(不檢測(cè)忙信號(hào) ) (7)之后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作之前均需檢測(cè)忙信號(hào) (8)寫指令 38H：顯示模式設(shè)置 (9)寫指令 08H：顯示關(guān)閉 (10) 寫指令 01H：顯示清屏幕 (11) 寫指令 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 (12) 寫指令 0CH：顯示及光標(biāo)設(shè)置 系統(tǒng)硬件 架構(gòu) 本設(shè)計(jì)以模塊化的方式來進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。單片機(jī)的模塊化就是把系統(tǒng)分成各個(gè)具有獨(dú)立功能又可以互相銜接的簡(jiǎn)單模塊，將復(fù)雜難懂的指令、語法、編程及其電基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 21 路分解，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化 [15]。本設(shè)計(jì)的電路模塊可以分為單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，時(shí)鐘模塊，溫度傳感器模塊，液晶顯示模塊，按鍵模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)的單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括 STC89C52芯片，晶振電路和復(fù)位電路。 （一）晶振電路 最小系統(tǒng)晶振電路如圖 39 所示。 圖 39 晶振電路圖 STC89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL0和 XTAL1分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 39所示，在 XTAL0和 XTAL1引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 ～12MHz之間選擇，電容值在 5～ 30pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。 單片機(jī)晶振兩個(gè)電容的作用：這兩個(gè)電容叫晶振的負(fù)載電容，分 別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容，一般在幾十 pf。它會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。晶振的負(fù)載電容 =[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△ C式中 Cd， Cg為分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容， Cic（集成電路內(nèi)部電容） +△ C（ PCB上電容）經(jīng)驗(yàn)值為 3至 5pf。 （二）復(fù)位電路 最小系統(tǒng)復(fù)位電路如圖 310 所示。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 22 圖 310 復(fù)位電路圖 無論使用哪種類型的單片機(jī)，總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)．而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響 到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性．許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的 [16]。 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位電路參數(shù)的選定須在振蕩穩(wěn)定后保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期。 單片機(jī)復(fù)位電路主要有四種類型：微分型復(fù)位電路；積分型復(fù)位電路；比較器型復(fù)位 電路；看門狗型復(fù)位電路[17]。 （三）最小系統(tǒng)整體圖 最小系統(tǒng)整體電路如圖 311 所示。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 23 圖 311 最小系統(tǒng)電路圖 時(shí)鐘模塊 本設(shè)計(jì)中的 DS12887 芯片 AD0AD7 引腳與 STC89C52 芯片的 P2口相連接。 MOT 引腳接地，為 INTEL 總線時(shí)序方式。因此 R/W 和 DS 引腳也為對(duì)應(yīng) INTEL 的操作模式。 時(shí)鐘模塊電路如圖 312 所示。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 24 圖 312 時(shí)鐘模塊電路圖 溫度傳感器模塊 溫度傳感器 DS18B20 的接法很 簡(jiǎn)單，它的 DQ 引腳與 STC89C52 芯片的 引腳相連接。這里只用到一個(gè)溫度傳感器，若要使用多個(gè)則只需將所有的 DS18B20 的 I/O 口接在一起即可，在具體操作時(shí)，通過讀取每個(gè)芯片的內(nèi)部序列號(hào)來識(shí)別 [18]。 溫度傳感器模塊電路如圖 313 所示。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 25 圖 313 溫度傳感器模塊 液晶顯示模塊 液晶 LCD1602的 D0D7引腳與 STC89C52芯片的 P2口相接，而控制引腳 RS， R/W， CS則分別接 ， ， 。引腳 3接 一個(gè) 1K的電位器 來 調(diào)整對(duì)比度 ， 從而達(dá)到合適的背光燈對(duì)比度。 液晶顯示模塊電路如圖 314 所示。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 26 圖 314 液晶顯示模塊 按鍵模塊 74LS21 芯片 為兩組 4 輸入與門（正邏輯） 。 本設(shè)計(jì)中的四個(gè)按鍵分別接到 74LS21 芯片的 1A， 1B， 1C， 1D，即 4 輸入與門的 4 個(gè)輸入。而 74LS21 的輸出 1Y 則接到 STC89C52芯片的 (INT0)引腳，由于該引腳為低電平有效，當(dāng)警報(bào)發(fā)生時(shí)按下四個(gè)按鍵中任意一個(gè)都會(huì)使輸出 1Y 變?yōu)榈碗娖?，則芯片發(fā)生中斷，報(bào)警停止。同時(shí)，四個(gè)按鍵 key1key4也接到 STC89C52 芯片的 起到調(diào)節(jié)時(shí)間日 期等功能。四個(gè)按鍵中 S1 為切換鍵，S2 為設(shè)定鍵， S3 為上調(diào)鍵， S4 下調(diào)鍵。 按鍵模塊電路如圖 315所示。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 27 圖 315 按鍵模塊 蜂鳴器報(bào)警模塊 蜂鳴器報(bào)警模塊的作用：當(dāng)定時(shí)鬧鐘時(shí)間到時(shí)，蜂鳴器發(fā)出預(yù)設(shè)的聲音，而發(fā)光二極管則會(huì)隨著音樂閃爍。本模塊采用 PNP三極管為蜂鳴器放大電流，基極通過 片機(jī) STC89C52的閑置引腳 ，集電極直接接地，發(fā)射極接發(fā)光二極管和蜂鳴器。 報(bào)警模塊電路如圖 316所示。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 28 圖 316 報(bào)警模塊 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 29 第四章 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)總體說明 本系統(tǒng)的程序采用 C 語言編寫，為了便于修改和調(diào)試，系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，程序的編寫編譯在 WAVE6000 軟件中完成。 首先對(duì) STC89C5 DS1288 LCD160 DS18B20 進(jìn)行初始化，日歷和溫度信息通過 LCD1602 顯示出來，當(dāng)當(dāng)前時(shí)間與設(shè)定的鬧鐘時(shí)間相同后， LCD1602 上顯示的時(shí)間停止，但，實(shí)際上芯片內(nèi)部的時(shí)間仍然在走。時(shí)鐘芯片向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)通過報(bào)警模塊進(jìn)行 警報(bào)，此時(shí)，若按下四個(gè)按鍵中的任意一個(gè)，報(bào)警停止， LCD1602 顯示的時(shí)間繼續(xù)精確顯示。 [20] 系統(tǒng)中有四個(gè)按鍵，即：設(shè)置鍵 S切換鍵 S上調(diào)鍵 S下調(diào)鍵 S4。 （ 1）按下 S1 鍵，系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，再按下 S2 鍵可在除了溫度外的項(xiàng)目，如年、月、日、時(shí)、分、秒、星期、鬧鐘上停留，此時(shí)再按下上調(diào)鍵 S3 即可進(jìn)行加一操作，按下下調(diào)鍵 S4 即可進(jìn)行減一的操作。 （ 2）同時(shí)按下 S1 鍵和 S2 鍵會(huì)將當(dāng)前的時(shí)間恢復(fù)到程序中設(shè)定的默認(rèn)時(shí)間。 （ 3）同時(shí)按下 S3 鍵和 S4 鍵可對(duì)鬧鐘進(jìn)行開啟和關(guān)閉的操作。 主程序軟件實(shí)現(xiàn) 主程序流程圖 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 30 圖 41 主程序流程圖 主程序代碼 void main() { lcd_init()。 //LCD 初始化 Start_calendar ()。 //日歷開啟 initial_irq ()。 //中斷開啟 enable_set = F。 //設(shè)置禁止 while(1) { if ( enable_play_song ) //鈴聲使能 { play_song()。 //播放鈴聲 enable_play_song = F。 //禁止鈴聲 } 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 31 update_display_data ()。 //更新顯示數(shù)據(jù) display_calender_and_temp ()。 //顯示日歷及溫度 if (enable_set) //設(shè)置使能 { delay (100)。 //延時(shí) 100ms update_set_display (cur_set_pos)。 //更新設(shè)置的信息 display_calender_and_temp ()。 //顯示日歷及溫度信息 delay (100)。 //延時(shí) 100ms date_time[TIME_SIGN_POS] = 39。:39。 //時(shí)間的時(shí)和分之間顯示 ‘： ’ continue。 //繼續(xù)循環(huán) } delay (200)。 //延時(shí) 200ms flash_time_sign ()。 //‘： ’閃爍 } } 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 32 DS18B20 模塊軟件實(shí)現(xiàn) DS18B20 模塊子程序流程圖 圖 42 DS18B20子程序流程圖 DS18B20 模塊子程序代碼 include include include include include sbit dq= P1^7。 基于 51 單片機(jī)的多功能電子鐘設(shè)計(jì) 33 void delay_t