数字式多功能计时器

数字式多功能计时器 摘 要 现代生活的人们越来越重视时间观念，可以说是时间和金钱基本上是等价的。对于 那些对时间把握非常准确和严格的人和事情来说，时间的误差会带来非常严重的后果， 所以液晶显示器的时钟比指针式的时钟现出了很大的优势。单片机就是微控制器，是 面向应用对象、突出控制功能的芯片。单片机连接上复位电路、晶振、相关的接口 电路，装载软件之后就可以组成单片机应用系统，把单片机应用系统运用的到各种各样 的应用系统中，就形成了众多产品设备的智能核心。本毕业设计就是用AT89C52单片机， 涓细充电时钟芯片DS1302，数字化温度传感器DS18B20及液晶显示器LCD1602制作成电 子万年历，该电子万年历可以实现实时显示年、月、日、时、分、秒;实时监测现场环 境的温度(根据设定实现超温报警功能);电子闹钟三个功能。 关键词:时间显示，闹钟设置，环境温度采集，超温报警。 Abstract Growing emphasis on modern life from the time the concept of time and money can be said to draw the equal sign. For those who are very strict and accurate grasp of time and things, time will not exactly bring a very big trouble, so as to control the display of digital clock than the clock pointer showed a big advantage. Single-chip microcontroller chip for the application object design, highlighting the control functions. Microcontroller connected to the crystal oscillator, reset circuit and the corresponding interface circuit, a microcomputer application system after loading the software. Embed it in all kinds of applications, to form the core of a wide range of products, equipment intelligent. The design is to use AT89C52 microcontroller, trickle charging clock chip DS1302 digital temperature sensor DS18B20 and LCD1602 LCD made to the electronic calendar, and this electronic calendar includes three major functions: real-time display year, month, day, hour, minutes, seconds ; the real-time monitoring of ambient temperature (based on the need to start the high-temperature alarm function); electronic alarm clock. Keywords: time display, alarm setting, ambient temperature acquisition, temperature alarm . 1 目录 第一章 绪论……………………………………………………………………………………………4 1.1数字多功能计时器的研究背景………………………………………………………………4 1.2数字多功能计时器的国内外研究现状………………………………………………………4 1.3数字多功能计时器的应用……………………………………………………………………5 第二章 整体方案……………………………………………………………………………………… 6 2.1 设计任务………………………………………………………………………………………6 2.2 设计要求………………………………………………………………………………………6 2.3 整体方案框图…………………………………………………………………………………6 第三章 知识准备……………………………………………………………………………………… 6 3.1 单片机AT89C52………………………………………………………………………………6 3.1.1 AT89C52特性介绍……………………………………………………………………7 3.1.2 AT89C52引脚介绍……………………………………………………………………7 3.2 实时时钟芯片DS1302………………………………………………………………………10 3.2.1 DS1302特性介绍……………………………………………………………………10 3.2.2 DS1302引脚介绍……………………………………………………………………10 3.2.3 DS1302有关日历、时间的寄存器…………………………………………………11 3.2.4 DS1302 控制字介绍…………………………………………………………………12 3.2.5 DS1302 单字节读写时序介绍………………………………………………………12 3.2.6 DS1302 操作指令介绍………………………………………………………………13 3.3 温度传感器DS18B20…………………………………………………………………………14 3.3.1 DS18B20 特性介绍……………………………………………………………………14 3.3.2 DS18B20 引脚介绍……………………………………………………………………15 3.3.3 DS18B20 内部工作原理介绍…………………………………………………………15 3.3.4 DS18B20 测温原理介绍………………………………………………………………16 3.3.5 DS18B20 电源接法介绍………………………………………………………………16 3.4 液晶显示屏LCD1602…………………………………………………………………………17 3.4.1 LCD1602特点介绍……………………………………………………………………17 3.4.2 LCD1602引脚介绍……………………………………………………………………17 3.4.3 LCD1602指令介绍……………………………………………………………………18 2 3.4.3.1 LCD显示开关控制指令………………………………………………………18 3.4.3.2 LCD输入模式设置指令………………………………………………………19 3.4.3.3 LCD光标归位指令……………………………………………………………19 3.4.3.4 LCD设定显示屏或光标移动方向指令………………………………………19 3.4.3.5功能设定指令…………………………………………………………………20 3.4.3.6清屏指令………………………………………………………………………20 3.4.3.7设定CGRAM地址指令…………………………………………………………20 3.4.3.8设定DDRAM地址指令…………………………………………………………20 3.4.3.9读取忙信号或AC地址指令………………………………………………… 21 3.4.3.10数据写入DDRAM或CGRAM指令…………………………………………… 21 3.4.3.11从CGRAM或DDRAM读出数据的指令……………………………………… 21 第四章 硬件设计……………………………………………………………………………………… 21 4.1单片机主控制模块……………………………………………………………………………22 4.2 时钟电路模块…………………………………………………………………………………22 4.3 实时温度采集模块……………………………………………………………………………23 4.4 按键设置模块…………………………………………………………………………………24 4.5 蜂鸣器报警模块………………………………………………………………………………25 4.6 复位电路模块…………………………………………………………………………………25 4.7 LCD液晶显示模块……………………………………………………………………………26 第五章 软件设计……………………………………………………………………………………… 27 5.1 软件设计总体说明……………………………………………………………………………27 5.2 软件设计图………………………………………………………………………………28 5.2.1 主程序流程图…………………………………………………………………………28 5.2.2 时间设置程序流程图…………………………………………………………………28 第六章 结论………………………………………………………………………………………………30 第七章 致谢………………………………………………………………………………………………30 参考文献………………………………………………………………………………………………… 31 附录 ………………………………………………………………………………………………………32 3 第1章 绪论 1.1数字多功能计时器的研究背景 20世纪末，电力电子技术得到了快速的发展，在它地推动下，现代的电子产品及各种高科技产品几乎渗透到了各个社会领域，这种现象有力地推动了社会信息化程度的普及和综合科技水平的提高，最终实现社会生产力的发展，但产品更新换代的频率也越来越快，随着科技的发展，社会的进步和全球化竞争的激烈，人们对数字电子钟的要求也越来越高，传统的指针时钟已不能满足人们的日常需求。数字式多功能电子钟在性能、样式、用途上都发生了巨大的改变，许多数字电子钟都已经具备温度检测、电子闹钟、电子秒表等各种各样的功能，同时单片机在多功能数字电子钟中的应用也是越来越普遍了。 多功能数字电子时钟除了具有时钟应该具有的功能外还可以包含对实时环境温度检测并报警的功能，温度是一项最基本的实时环境参数;在各行各业的生产及日常生活中，对温度的测量及控制一直都占据着非常重要的地位;现在，典型的温度检控系统主要由A/D转换电路、模拟式温度传感器和各种单片机应用系统组成;因为模拟式温度传感器最终输出的模拟信号必须由A/D转换电路转换为数字信号后才能输入到单片机应用系统中，进行读写的操作，所以硬件电路是相当复杂的，并且成本较高，但以DS18B20为代表的新型单线总线数字式温度传感器将温度测量和A/D转换合并在一起，这种传感器可以直接输出数字量，同时与单片机相连接的电路结构很简单，可以广泛应用于距离远并且有很多分布节点的场合，具有很强应用价值。 数字多功能电子时钟是利用数字电路实现对时、分、秒的数字显示，现在被广泛用于个人、家庭、办公室、车站、码头等场所，成为人们日常生活中不可缺少的电子产品，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，数字电子钟的精度远远超过老式钟表，给人们日常生产和生活带来了方便，并且扩展了钟表原先的报时功能，添加了定时报警、按时打铃、时间程序控制、定时广播、自动开关路灯、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等功能，所有的这些，都是以数字电子钟为基础的，因此，研究数字电子钟，扩大数字电子钟的应用，有着非常重要的意义。 1.2数字多功能计时器的国内外研究现状 数字电子时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。但随着时间的推移，科学技术的不断发展，生活节奏越来 4 越快，竞争日益激烈，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。可以说时间的准确已成为各行各业安全运行的基础，如果时间出现误差而不能及时校正，会造成一系列严重的后果和经济损失 。 电子时钟的设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用对单片机编程来实现电子钟。其中，利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于功能扩展等特点。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术。 温度是一种最基本的环境参数，日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过A/D 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构复杂，制作成本较高。近年来，美国DALLAS 公司生产的DSl8B20 为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。DSl8B20 集温度测量和A/D 转换于一体，直接输出数字量，传输距离远，可以很方便地实现多点测量，硬件电路结构简单，与单片机接口几乎不需要外围元件。 智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是上世纪90年代中期问世的。此类传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器。智能温度传感器内部一般包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器、随机存取存储器和只读存储器。智能温度传感器能实时更新并输出温度数据，适配于各种微控制器也就是通常所说的单片机(MCU)，并且可通过软件来实现显示功能，其智能化取决于软件和硬件的综合开发水平，二者缺一不可。目前，新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。21世纪后，智能温度传感器毫无疑问正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及高安全性等高科技的方向迅速发展，开发虚拟传感器和网络传感器、研制更先进的单片测温系统已是刻不容缓。 1.3数字多功能计时器的应用 在日常生活和自动控制系统中，我们时常会遇到对时间和温度实时监控的需求。这就给具有数字多种功能电子时钟提供了市场，也有了市场开发的前景。本文给出了一种基于单片机实现带温度检测的电子时钟的设计方法和实现过程。 5 第二章 整体方案 2.1设计任务: 利用单片机、时钟芯片DS1302、温度传感器DS18B20、1602液晶显示器等实现日期、时间、温度的显示即一个简单的万年历。 2.2 设计要求; (1)通过DS1302能够准确的计时，时间可调并在液晶上显示出来; (2)通过DS18B20能够实时、准确的检测当前环境温度,并超温报警; (3)利用单片机自身功能实现闹钟。 2.3 整体方案框图 第三章 知识准备 3.1单片机AT89C52 6 3.1.1 AT89C52特性介绍 AT89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能COMOS8 的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。主要功能见下表。 主要功能特性 兼容MCS51指令系统 8K可反复擦写Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 表3-1 AT89C52主要功能 3.1.2 AT89C52引脚介绍 图3-1 AT89C52管脚图 7 (1)主电源引脚(2根) VCC(Pin40):电源输入，接，5V电源 GND(Pin20):接地线 (2)外接晶振引脚(2根) XTAL0(Pin18):片内振荡电路的输入端 XTAL1(Pin19):片内振荡电路的输出端 (3)控制引脚(4根) RST/VPP(Pin9):复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30):地址锁存允许信号 PSEN(Pin29):外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31):程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 (4)可编程输入/输出引脚(32根) 、P2、P3口，每个口有STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1 8位(8根引脚)，共32根。 PO口(Pin39,Pin32):名称为P0.0,P0.7。P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平(晶体管-晶体管逻辑电平)。 P1口(Pin1,Pin8):名称为P1.0,P1.7。P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2 的触发输入(P1.1/T2EX)，具体如下所示。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 P1引脚第二功能 P1.0 :T2(定时器/计数器T2的外部计数输入)，时钟输出 P1.1 :T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制) P1.5: MOSI(在线系统编程时用到) P1.6 :MISO(在线系统编程时用到) P1.7 :SCK(在线系统编程时用到) P2口(Pin21,Pin28):名称为P2.0,P2.7。P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位 8 双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX @DPTR)时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址(如MOVX @RI)访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3口(Pin10,Pin17):8位准双向I/O口线，名称为P3.0,P3.7。P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流(IIL)。 P3口亦作为STC89C52特殊功能(第二功能)使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。 9 如有必要，可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 PSEN——程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH)，EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。 如EA端为高电平(接Vcc端)，CPU则执行内部程序存储器的指令。 FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。 3.2 实时时钟芯片DS1302 3.2.1 DS1302特性介绍 DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、月和年，一个月小与31 5.5V。采用双电源供电天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5, (主电源和备用电源)，可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 3.2.2 DS1302引脚介绍 10 图3-2 DS1302管脚图 8 、Vcc1:备用电池端; 1、Vcc2:5V电源，当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2把光标撤回到显示器的左上方; <2>把地址计数器(AC)的值设置为0; <3>保持DDRAM的内容不变 3.4.3.4设定显示屏或光标移动方向指令 功能:使光标移位或使整个显示屏幕移位 参数设定的情况如下: S/C R/L 设定情况 0 0 光标左移1格，且AC值减1 0 1 光标右移1格，且AC值加1 1 0 显示器上字符全部左移一格，但光标不动 19 1 1 显示器上字符全部右移一格，但光标不动 3.4.3.5功能设定指令(非常重要的指令) 功能:设定数据总线位数、显示的行数及字型 参数设定的情况如下: 位名 设置 DL 0=数据总线为4位 1=数据总线为8位 N 0=显示1行 1=显示2行 F 0=5×7点阵/每字符 1=5×10点阵/每字符 3.4.3.6清屏指令 功能:<1>清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入“空白”的字符码20H; <2>光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; <3>将地址计数器(AC)的值设为0。 3.4.3.7设定CGRAM地址指令 功能:设定下一个要存入数据的CGRAM的地址 3.4.3.8设定DDRAM地址指令 功能:设定下一个要存入数据的CGRAM的地址 20 3.4.3.9读取忙信号或AC地址指令 功能:<1>读取忙碌信号BF的内容，BF=1表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机送来的数据或指令; 当BF=0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令; <2>读取地址计数器(AC)的内容。 3.4.3.10数据写入DDRAM或CGRAM指令 功能:<1>将字符码写入DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符; <2>将用户自己设计的图形存入CGRAM 3.4.3.11从CGRAM或DDRAM读出数据的指令 功能:读取DDRAM或CGRAM中的内容; 基本操作时序: 读状态 输入:RS=L，RW=H，E=H 输出:DB0,DB7=状态字写指令 输入:RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0,DB7=指令码 输出:无 读数据 输入:RS=H，RW=H，E=H 输出:DB0,DB7=数据 写数据 输入:RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0,DB7=数据 输出:无 第四章 硬件设计 21 4.1 单片机主控制模块 本设计主要采用AT89C52单片机，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 单片机的接线，引脚1、2、3分别接时钟芯片DS1302的引脚7、6、5，实现对时钟电路的控制;引脚5、6、7、8分别接按键K1、K2、K3、K4，实现对整个电路的键入功能;引脚9接复位电路，实现对单片机初始化功能;引脚13接温度传感器DS18B20，实现对实时温度采集的功能;引脚16接蜂鸣器，实现闹钟和超温报警功能;引脚26、27、28接LCD1602的引脚4、5、6，引脚32~39分别接LCD1602的引脚14~7，实现数据的显示功能。 4.2 时钟电路模块 22 方案(1):AT89S52单片机内部带有定时/计数功能，此定时功能是通过对外部晶振的脉冲进行计数，从而达到计时功能，只要使用11.0592的晶振就能实现零误差的计时，因此可以利用此功能实现计时，但因为只有单一的计时功能要实现“万年历”的功能需要较复杂的程序，而且如果单片机掉电无法继续进行计时，所以使用不便。 2):DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，方案( 附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5,5.5V。采用双电源供电(主电源和备用电源)，可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。利用单片机强大的控制功能就可实现实时计时的功能，而且消耗的系统资源少， 程序简单。 对比上面两种方案，采用方案(2)实现实时电路计时功能。 管脚1接电源;X1、X2是震荡源，外接1MHZ晶振;RST 是复位/片选线，通过把RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能:首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器;其次，RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302 进行操作。如果在传送过程中RSTS置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O 引脚变为高阻态。上电动行时，在Vcc 大于等于2.5V 之前，RST 必须保持低电平。中有在SCLK 为低电平时，才能将RST 置为高电平，I/O为串行数据输入端(双向)。SCLK 始终是输入端。 4.3 实时温度采集模块 方案(1):热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件(热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化(通过一定的电路可以将周围环境 23 的温度变化转化成电压的变化，通过AD转化器件将信号传输给单片机进行

分析

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，从而测出当前环境温度，但误差大，不稳定，对环境要求较高。 方案(2):DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。测量温度范围宽，测量精度高，在使用中不需要任何外围元件，支持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测温，供电方式灵活DS18B20 可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。因此非常适合本系统使用。 比较上面两种方案，采用方案(2)构成本设计的实时温度采集电路。 温度传感器DS18B20的接法很简单，它的引脚2与单片机AT89C52引脚13相连接。这里只用到一个温度传感器，若要使用多个则只需将所有的DS18B20的I/O口接在一起即可，在具体操作时，通过读取每个芯片的内部序列号来识别。引脚3和引脚1分别接电源和接地。 4.4 按键设置模块 根据功能需要，本时钟需要设置以下功能键:设置键，加1操作键，减1操作键，确定键。由于本设计中最多需要5个按键，若采用矩阵式键盘时会有按键浪费，故采用的是独立式键盘。K1、K2、K3、K4键为自动复位按键。每次按下后，会自动弹出。单片机引脚只有在按键按下时为低电平，按键弹出后重新恢复高电平。 24 按键操作: K1键:在正常显示时间状态时，第一次按下该键，实现校正时间的功能，以后每间隔一次按下该键，分别实现时、分、秒、年、月、日、温度限定、闹钟设置的功能。 K2键:在校对状态下，每次按动该键，都会使相应校对位进行加1操作;进入温度限定功能;温度限定，闹钟设置的打开功能。 K3键:在校对状态下，每次按动该键，都会使相应校对位进行减1操作;进入闹钟设置功能;温度限定，闹钟设置的关闭功能。 K4键:按下该键，返回时间显示状态并且不做任何改变。 4.5 蜂鸣器报警模块 当实际的温度高于设置的限定温度时或者当前的时间等于设置的闹钟时间时，蜂鸣器便会发出提示音。 4.6 复位电路模块 复位是单片机的初始化操作，以便使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。除了进入系统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，也可按复位键重新启动。 25 RST端的外部复位电路有两种操作方式:上电自动复位和按键手动复位。上电自动复位是利用电容储电来实现的，如图4-1(a)所示。上电瞬间，RC电路充电，RST端出现正脉冲，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。按键电平复位是相当于RST端通过电阻接高电平，如图4-1(b)所示;按键脉冲复位，利用RC微分电路产生正脉冲，如图4-1(c)所示。 图4-1上电复位和按键复位电路 为了应用方便，本设计中的电路采用按键电平复位方式。利用单片机RST引脚高脉冲时复位，达到复位单片机中内容。 4.7 LCD液晶显示模块 方案(1):数码管是利用发光二极管的特性组合而成数字显示器件，通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字。要使数码管正常显示就得有驱动电路驱动相应的段码，数码管的现实方式可分为静态显示和动态显示，静态显示方式只适合显示单个的数 26 字，因此本设计应采用动态显示方式。由于动态显示方式利用的是人眼视觉暂留的特性，扫描的时间应不大于20毫秒，占用系统资源大，而且显示的个数和字型有限，在本设计中不易采用。 方案(2):1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。1602的驱动电路带有11条指令，可以很方便的控制液晶的现实效果如:清屏、左移右移、光标显示。而且1602显示的字符在下一条指令为到来之前不会改变，也就是能够维持显示的字符，1602液晶占用的系统资源也少。 比较上述两种方案，采用LCD1602液晶构成本设计的显示模块。 引脚,接地;引脚,接电源;引脚,为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器，接单片机AT89C52的引脚26;引脚,为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作，接单片机AT89C52的引脚27;引脚,为使能端,高电平1时读取信息，负跳变时执行指令，接单片机AT89C52的引脚28;引脚7,14为8位双向数据端，接上排阻后再与单片机AT89C52的引脚39~32相连。 第五章 软件设计 5.1软件设计总体说明 软件设计是本设计的关键，软件程序编写的好坏直接影响着系统运行情况的良好。因本程序涉及的模块较多，所以程序编写也采用模块化设计，C语言具有编写灵活、移植方便、便于模块化设计的特点。 系统的软件设计也是工具系统功能的设计。单片机软件的设计主要包括执行软件(完成各种实质性功能)的设计和监控软件的设计。单片机的软件设计通常要考虑以下 27 几个方面的问题: (1)根据软件功能要求，将系统软件划分为若干个相对独立的部分，设计出合理 的总体结构，使软件开发清晰、简洁和流程合理; (2)培养良好的编程风格，如考虑结构化程序设计、实行模块化、子程序化。既 便于调试、链接，又便于移植和修改; (3)建立正确的数学模型，通过仿真提高系统的性能，并选取合适的参数; (4)绘制程序流程图; (5)合理分配系统资源; (6)为程序加入注释，提高可读性，实施软件工程; (7)注意软件的抗干扰设计，提高系统的可靠性。 5.2软件设计流程图 5.2.1主程序流程图 开始 初始化 读取时间信 息 读取温度信息 LCD液晶显示 否 按键操作 是 键值处理 5.2.2时间设置程序流程图 28 开始 按K1键，进入时调整程序 按K1键，进入分调整程序 等待按键程序 等待按键程序 按K2 按K3 按K2 按K3 时加1 时减1 分加1 分减1 按K1键，进入秒调整程序 按K1键，进入年调整程序 等待按键程序 等待按键程序 按K2 按K3 按K2 按K3 年加1 年减1 秒加1 秒减1 按K1键，进入日调整程序 按K1键，进入月调整程序 等待按键程序 等待按键程序 按K2 按K3 按K2 按K3 日加1 日减1 月加1 月减1 按K4键，跳出时间设置程 序，进入主程序 29 第六章 结论 经过几个礼拜的努力，终于完成了数字式多功能计时器的设计。这次设计没有要求做出实物，只是要求仿真即可。仿真时，主要用到了两个软件:Keil和Proteus。Keil软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使各部分程序逐渐正确，最后再统一调试程序。仿真部分采用Proteus 7 professional软件，此软件功能强大，操作较为简单，很容易实现系统的仿真。打开proteus 7 professional软件，在元件库中找到要选用的所有元件:单片机AT89C52、涓细充电时钟芯片DS1302、数字化温度传感器DS18B20、液晶显示器LCD1602、晶振、排阻、电阻、开关5只、蜂鸣器等，然后根据原理图进行绘制，绘制好后再选择已经编译好的dianzizhong.hex文件，选择运行，观察显示结果，根据显示的结果和课题的要求再修改程序，再运行查看并做好修改，直到满足要求。最终本设计可以实现以下功能: (1)实现显示年、月、日、时、分、秒等电子万年历功能，通过按键设置年、月、日、时、分、秒以及闹钟定时的功能; (2)掉电后时钟芯片正常运行，重新上电后不用校正时钟; (3)定时时间到达时，蜂鸣器报警; (4)实时温度显示; (5)设置限定温度，实时温度达到或超过该温度时，蜂鸣器报警。 30 参考文献 [1] 王云涛,王楠.浅谈多功能数字钟的设计[J].山东电力高等专科学 报.2005.4(8):71-72 [2] 刘长勇,叶希梅.《基于DS18B20的温度测量装置的设计》.鲁东大学学报(自然科 25(3):225-228 学版).2009. [3] 赵琳,王璐,闵莉.基于单片机的时钟校时系统设计[J].科技广场.2009.1:192-194 [4] 林军,谢晓斌.用8031单片机控制的数字钟[J].半导体技术.2002. 2:40-44 [5] 易丽华,黄俊.基于AT89C51单片机与DS18B20 的温度测量系统 [J]电子与封 装.2009.5:39-43. [6] 沙占友.智能温度传感器的发展趋势[J].电子技术应用.2002.5:6-7 [7] 严芸.浅谈温度传感器的现状与发展[J].大众科技.2006.5:38-39 [8] 张开碧,王浩,曾勇斌.基于STC89C52单片机的多功能数字钟的设计[J].科技信 息.2010.35:7 [9] 尚志超,王景伟.实时时钟芯片DS12887的应用 [N].长春金融高等专科学校学 报.2001.4:33-38 [10] 周向红,范伟.《DS12887实时时钟芯片及应用研究》[J].企业技术开发.2006.2:6-8 [11] 黄河,李晓,刘学瑞,黄艳秋.《基于DS18B20单总线数字温度计的设计与实现》[J]. 中国矿业大学信息与电气工程学院.2009年09月15日 [12] 朱华光.LCD1602编程中一些问题怎样解决[J].电脑编程技巧与维护.2010.15:90-91 [13] 黄克亚.基于液晶显示器的数字电子钟设计[J].科学之友:下旬.2010.10:33-34 [14] 陈洪财.基于单片机的模块化教学研究[N].电气电子教学学报.2010.32(6) [15] 包国彬,张建民,刘嬴.单片机复位电路的设计与分析[J].光电技术应用.2005.20 (3):66-69 [16] 袁旭军,庄松林.单片机复位电路的可靠性分析[J].电子技术应用.2002.11:19-21 [17] 张开碧,王浩,曾勇斌.基于STC89C52单片机的多功能数字钟的设计[J].科学之友: 下旬.2010.(35):7 [18] 赵德生,李德仓.基于ATS89C52的数字电子钟系统的设计与实现[J].铁路计算机 应用.2010.19(12):43-46 31 附录 32