課程設(shè)計(jì)數(shù)字萬(wàn)歷(顯示溫度星期)

1、信息與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 程：設(shè)計(jì)題目：專(zhuān) 業(yè)：班 級(jí)：成 員：姓名學(xué)號(hào)成績(jī)指導(dǎo)老師：答辯日期：目錄一、課程設(shè)計(jì)概述31、課程設(shè)計(jì)背景32、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容3二、方案的選擇及確定32.1設(shè)計(jì)思路32.2設(shè)計(jì)方案32.3 方案比較論證4三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43.1總體硬件設(shè)計(jì)43.2 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì)53.3 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)53.4 溫度采集模塊設(shè)計(jì)63.5 功能按鈕設(shè)計(jì)63.6 16*2 LCD1602液晶顯示電路設(shè)計(jì)73.7總體電路圖7四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)84.1 系統(tǒng)模塊的功能分劃分84.2 總體程序流程框圖94.3 時(shí)鐘調(diào)整時(shí)間的流程圖94.4 修改鍵“UP”的功能流程圖104.5

2、溫度轉(zhuǎn)換流程圖11五、系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程13六、遇到的問(wèn)題及解決方法/總結(jié)13七、參考文獻(xiàn)13八、附錄131、儀器與設(shè)備132、元器件清單143、原理圖144、PCB圖155、實(shí)物圖156、操作說(shuō)明書(shū)16一、課程設(shè)計(jì)概述1、課程設(shè)計(jì)背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的和控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展，單片機(jī)作為高新技術(shù)之一，以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低、使用靈活等優(yōu)勢(shì)，顯示出了很強(qiáng)的生命力。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，開(kāi)發(fā)推出單片機(jī)的公司很多，各種高性能單片機(jī)芯片市場(chǎng)異?；钴S，新技術(shù)的不斷采用，更加使單片機(jī)的種類(lèi)、性能以及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和提高。因其功耗低、超高型、低成本、功能完整，在國(guó)內(nèi)越來(lái)越受到用戶的重視

3、和廣泛使用。2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要求設(shè)計(jì)的單片機(jī)作息時(shí)間控制鐘完成以下功能：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度；實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間；實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前日期；能修改當(dāng)前時(shí)鐘二、方案的選擇及確定2.1設(shè)計(jì)思路用STC89C52RC處理產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘數(shù)據(jù)或者讀取外部時(shí)鐘數(shù)據(jù)和采集外部傳感器的信息進(jìn)行處理，并暫時(shí)寄存在其內(nèi)部的儲(chǔ)存器中，再通過(guò)單片機(jī)調(diào)用內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)并送到LCD或者LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)。2.2設(shè)計(jì)方案方案1：?jiǎn)纹瑱C(jī)一般的工作頻率在12MHz左右，而且內(nèi)部還有定時(shí)、計(jì)數(shù)器，可以產(chǎn)生精確的1S定時(shí)，由次可以用定時(shí)中斷的方式產(chǎn)生精確的1S時(shí)間，秒位不斷的加1，再設(shè)計(jì)分、時(shí)、星期、日、月、年之間的進(jìn)制，使產(chǎn)生進(jìn)位。本方案

4、只需要單片機(jī)最小系統(tǒng)加上顯示電路，再設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的程序算法就可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。在顯示電路上，采用數(shù)碼管就可以將年月日星期時(shí)分秒和室內(nèi)溫度顯示出來(lái)方案2：萬(wàn)年歷時(shí)鐘采用單片機(jī)控制DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，能達(dá)到走時(shí)準(zhǔn)確且掉電不丟失數(shù)據(jù)的。DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線1 RES（ 復(fù)位）2 I/O （數(shù)據(jù)線）3 SCLK（串行時(shí)鐘）。溫度計(jì)要靈敏反映室溫的變化這樣可采用單片機(jī)與數(shù)字式溫度傳感器DS18B20通訊，采集溫度

5、數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。DS18B20通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，因此在單片機(jī)與DS18B20之間僅需一條連接（加上地線）。在顯示電路上，采用16*2的LCD顯示。2.3 方案比較論證對(duì)于方案1，單片機(jī)雖然可以產(chǎn)生精確的秒信號(hào)，但是單片機(jī)在處理閏年上會(huì)比較麻煩，加之一旦單片機(jī)斷電后，所有的時(shí)間都要重新調(diào)整。對(duì)于測(cè)溫電路，采用熱敏電阻的輸出電壓-溫度特性，要加上A/D轉(zhuǎn)換，溫度傳感信息才能被單片機(jī)所接受，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。在顯示電路上，采用LED數(shù)碼的話要用到單片機(jī)的許多I/O口，甚至I/O不夠用，還需要接上其它芯片大量擴(kuò)展I/O口，這是一個(gè)弊處。對(duì)于方案2：?jiǎn)纹瑱C(jī)

6、不用去產(chǎn)生時(shí)鐘的數(shù)據(jù)，時(shí)鐘的數(shù)據(jù)由DS1302獨(dú)立產(chǎn)生，并寄存在其內(nèi)部的寄存器上，單片機(jī)可以通過(guò)三總線與它通訊，不僅可以對(duì)它進(jìn)行讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，還可以對(duì)它進(jìn)行編程，設(shè)置它的工作模式。單片機(jī)只是處理從DS1302讀出來(lái)的數(shù)據(jù)并送顯示，大大減少了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。而且DS1302可以通過(guò)后備電池繼續(xù)工作，內(nèi)部的時(shí)鐘還在走，下次啟動(dòng)后不用去調(diào)整時(shí)鐘，方便使用?；谕瑯拥脑?，DS18B20也是一個(gè)獨(dú)立的傳感器，只要單片機(jī)配置它的工作狀態(tài)后它就可以獨(dú)立工作，內(nèi)部已經(jīng)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并把數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存在其內(nèi)部的寄存中。同樣，單片機(jī)通過(guò)單總線與它通訊，可以處理912位的溫度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在顯示電路上，采

7、用16*2 LCD液晶顯示器，能容納年月日星期時(shí)分秒溫度等信息的顯示。LCD顯示器只需占用11個(gè)I/O口就可以工作了，不用其它擴(kuò)展芯片，總體上使電路簡(jiǎn)單化。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1總體硬件設(shè)計(jì)本方案由STC89C52單片機(jī)核心控制模塊、液晶顯示模塊、溫度檢測(cè)模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘模塊、晶振模塊、響鈴模塊7個(gè)部分組成組成。硬件總框圖如圖3-1所示。STC89C52RC單片機(jī)按鍵模塊液晶顯示模塊響鈴模塊時(shí)鐘模塊晶振模塊溫度檢測(cè)模塊圖3-1. 硬件總框圖3.2 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì)STC89C52RC單片機(jī)為40引腳雙列直插芯片, MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每

8、一條I/O線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如下圖所示,18引腳和19引腳接時(shí)鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出.第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開(kāi)關(guān)后夠上電復(fù)位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端. 如圖3.2所示：圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3 時(shí)鐘電路模塊的設(shè)計(jì)圖3.3是 DS1302與單片機(jī)的連接，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于V

9、cc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768KHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。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。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RSTS置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電動(dòng)行時(shí)，在Vcc大于等于2.5V之前，RST必須保持低電平。中有在SCLK 為低電平時(shí)，才

10、能將RST置為高電平，I/O為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向）。SCLK始終是輸入端圖3.3 時(shí)鐘芯片與單片機(jī)的連接3.4 溫度采集模塊設(shè)計(jì)如圖3.4所示,采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測(cè)量精度高，電路連接簡(jiǎn)單特點(diǎn)，此類(lèi)傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用2.4與DS18B20的I/O口連接加一個(gè)上拉電阻,Vcc接電源,GND接地。圖3.4 溫度傳感器與單片機(jī)的連接3.5 功能按鈕設(shè)計(jì)當(dāng)按鈕被按下時(shí),該按鈕對(duì)應(yīng)的I/O口被拉為低電平,松開(kāi)時(shí)按鈕對(duì)應(yīng)的I/O口由內(nèi)部的上拉電阻將該I/O拉為高電平,如圖3.5所示：圖3.5 功能按鍵電路3.6 16*2 LCD1602液晶

11、顯示電路設(shè)計(jì)根據(jù)其讀寫(xiě)的時(shí)序模擬總線的方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊，首先將數(shù)據(jù)從I/O口讀入或送出，再選擇R/W 和RS的電平進(jìn)行不同的操作，在使能端E下降沿時(shí)觸發(fā)數(shù)據(jù)的讀入或送出。注意P0口要接上拉電阻，如圖3.6所示：圖3.6 LCD液晶顯示屏與單片機(jī)的連接3.7總體電路圖本設(shè)計(jì)的具在溫度指示的數(shù)字萬(wàn)年歷的總體電路圖如圖3.7所示：圖3.7 總體電路圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)模塊的功能分劃分萬(wàn)年歷程序設(shè)計(jì)總體上分為四個(gè)大模塊，分別是DS1302時(shí)鐘程序模塊、DS18B20測(cè)溫模塊、LCD顯示模塊、鍵盤(pán)功能模塊。aDS1302時(shí)鐘程序模塊包括設(shè)置DS1302初始時(shí)間、從DS1302 讀時(shí)間

12、子程序、寫(xiě)1302一字節(jié)子程序、讀1302一字節(jié)、關(guān)閉寫(xiě)保護(hù)、開(kāi)啟寫(xiě)保護(hù)、關(guān)閉時(shí)鐘、延時(shí)子100MS程序。b. DS18B20測(cè)溫模塊包括DS18B20的初始化子程序、DS18B20數(shù)據(jù)處理子程序、讀出溫度值的子程序、DS18B20復(fù)位子程序、寫(xiě)DS18B20的1位字節(jié)子程序、讀DS18B20的1個(gè)字節(jié)子程序。c. LCD顯示模塊包括LCD初始化子程序、寫(xiě)入控制命令的子程序、判斷LCD顯示器是否忙的子程序、向LCD中的DDRAM中寫(xiě)數(shù)據(jù)、查詢LCD字符表、調(diào)整模式的顯示子程序、正常模式LCD顯示子程序。d. 鍵盤(pán)功能模塊包括模式選擇按鍵SET子程序、調(diào)整模式選擇子程序、OUT鍵掃描子程序、UP

13、按鍵掃描子程序、DOWN按鍵掃描子程序。4.2 總體程序流程框圖本設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)功能的總體程序流程框圖如下圖4.1所示：圖4.1 總體程序流程框圖4.3 時(shí)鐘調(diào)整時(shí)間的流程圖時(shí)鐘調(diào)整時(shí)間的流程圖4.2所示：圖4.2時(shí)鐘調(diào)整時(shí)間的流程4.4 修改鍵“UP”的功能流程圖修改鍵“UP”的功能流程圖如圖4.3所示：4.5溫度轉(zhuǎn)換流程圖初始化DS18B20開(kāi)始應(yīng)答脈沖發(fā)起Skip Rom命令發(fā)起Convert命令延時(shí)1S等待溫度轉(zhuǎn)換完成初始化DS18B20應(yīng)答脈沖發(fā)起Read Seratchpad命令讀取第1、2字節(jié)即為溫度數(shù)據(jù)NOYESYESNO單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)值

14、流程圖如下圖4.4所示：圖4.4溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)值流程圖五、系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程首先把各個(gè)模塊的程序編好，再到Protues 7.1中畫(huà)好并連接電路圖進(jìn)行程序仿真。各個(gè)部分的功能后再把它們綜合到一個(gè)主程序中去，再把它用Keil uVision3軟件把程序生成hex格式最后到Protues 7.1中仿真。在綜合到一起的時(shí)候，出現(xiàn)了RAM分配錯(cuò)誤的問(wèn)題，因?yàn)樵仁且粋€(gè)模塊子程序在運(yùn)行，RAM的分配只要不要跟子程序中的分配不沖突就可以了，但是在綜合各個(gè)模塊子程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)RAM分配沖突的問(wèn)題。最好是在設(shè)計(jì)程序之前先把RAM的空間分配好。六、遇到的問(wèn)題及解決方法/總結(jié)本次設(shè)計(jì)是我們遇到過(guò)的較大的設(shè)計(jì)，所

15、以遇到的問(wèn)題也比較的多，尤其是以前沒(méi)有接觸過(guò)如此復(fù)雜的硬件電路以及軟件編程，在軟、硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試中遇到了不少的困難，在同學(xué)的幫助才逐一克服了難題，學(xué)習(xí)到了不少的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程之前，我們已經(jīng)在網(wǎng)上找了相關(guān)方面的資料，萬(wàn)事開(kāi)始難，一開(kāi)始不知道從哪里下手。后來(lái)慢慢學(xué)會(huì)分析系統(tǒng)，將系統(tǒng)模塊化，各個(gè)模塊可以在軟件或者硬件上實(shí)現(xiàn)。在確保各個(gè)模塊的硬件電路和與之相搭配的程序能夠正常工作后在把它們組成一個(gè)系統(tǒng)。由于我們的理論知識(shí)水平有限，實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免還存在一些問(wèn)題甚至是錯(cuò)誤。在今后的日子里，我會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)自己的動(dòng)手能力，豐富自己的知識(shí)面，并在以后工作崗位中發(fā)揮我所長(zhǎng)，為

16、社會(huì)作出貢獻(xiàn)。七、參考文獻(xiàn)1 唐亞平、李移倫.單片機(jī)原理實(shí)訓(xùn)與學(xué)習(xí)指導(dǎo)M，長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社,20062 劉軍.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M，華東理工大學(xué)出版社,20063 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試M，武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000八、附錄1、儀器與設(shè)備儀器（設(shè)備）名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量單片機(jī)開(kāi)發(fā)板STC89C52塊1USB轉(zhuǎn)串口線STC89C52根1USBA-A線USB2.0根1筆記本電腦Asus臺(tái)12、元器件清單器件型號(hào)數(shù)量單片機(jī)STC89C52RC1片1602液晶QC1602A1個(gè)蜂鳴器1個(gè)12M晶振TXC 11.0YBF2個(gè)按鈕4個(gè)開(kāi)關(guān)1個(gè)溫度檢測(cè)器DS18B201個(gè)時(shí)鐘芯片DS

17、13021個(gè)電容10uf/30pf/22pf1個(gè)/2個(gè)/2個(gè)電阻10K/1K/20K5個(gè)/2個(gè)/1個(gè)滑動(dòng)變阻器10K/2個(gè)/二極管2N54012個(gè)LED燈1個(gè)排阻9A103G1排杜邦導(dǎo)線16根直流電源1個(gè)PCB板1塊數(shù)據(jù)傳輸線1根3、原理圖4、PCB圖5、實(shí)物圖6、操作說(shuō)明書(shū)6-1功能說(shuō)明1. 具有時(shí)鐘功能；2. 具有溫度顯示功能；3. 具有萬(wàn)年歷功能；4. 具有實(shí)時(shí)調(diào)整時(shí)間功能。6-2按鍵說(shuō)明本數(shù)字鐘有三個(gè)按鍵（如下圖）S6號(hào)鍵為“時(shí)間設(shè)置/確定”鍵；S10號(hào)鍵為“+”鍵；S14號(hào)鍵為“-”鍵；6-3時(shí)間設(shè)置說(shuō)明1. 第一次按下“時(shí)間設(shè)置/確定”鍵，“秒”位開(kāi)始閃爍，此時(shí)按“+”“-”鍵可調(diào)節(jié)秒；2. 第二次按下“時(shí)間設(shè)置/確定”鍵，“分”位開(kāi)