基于單片機(jī)的多功能電子鐘課程設(shè)計(jì)

1、目錄1前言 . 12總體方案設(shè)計(jì) . 22.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 22.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 . 22.3 方案論證 . 32.4 方案選擇 . 43單元模塊設(shè)計(jì) . 53.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) . 53.1.1 溫度采集電路 . 53.1.2 DS1302時(shí)鐘電路 . 53.1.3 串行通信接口電路 . 63.1.4 USB連接電路 . 63.1.5 按鍵電路 . 73.1.6液晶顯示顯示電路 . 73.2 特殊器件介紹 . 73.2.1 STC89C52單片機(jī)芯片 . 73.2.2 DS1302介紹 . 83.2.3 溫度傳感器DS18B20 . 93.2.4 液晶顯示LCD1602 . 9

2、4軟件設(shè)計(jì) . 104.1 軟件選擇 . 104.2軟件設(shè)計(jì)流程 . 104.2.1 溫度采集流程 . 114.2.2 日期數(shù)據(jù)處理流程 . 125系統(tǒng)的仿真及調(diào)試 . 135.1 系統(tǒng)仿真 . 135.2 硬件調(diào)試 . 135.3 軟件調(diào)試 . 146結(jié)論 . 167總結(jié)與體會(huì) . 177.1 設(shè)計(jì)小結(jié) . 177.2 設(shè)計(jì)收獲及改進(jìn) . 177.3 致謝 . 178參考文獻(xiàn) . 18附錄： . 191前言單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。

3、同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。STC單片機(jī)完全兼容51單片機(jī),并有其獨(dú)到之處,其抗干擾性強(qiáng),加密性強(qiáng),超低功耗,可以遠(yuǎn)程升級(jí),內(nèi)部有專用復(fù)位電路,價(jià)格也較便宜,由于這些特點(diǎn)使得 STC 系列單片

4、機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛。本文設(shè)計(jì)了一種基于STC公司的STC89C52單片機(jī)，使用Dallas的一線制數(shù)字溫度計(jì)DS18B20作為溫度傳感器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)的日期和溫度數(shù)據(jù)字符型液晶顯示器LCD1602上顯示，本次設(shè)計(jì)的多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路對(duì)日期和溫度進(jìn)行控制設(shè)置，我們采用LCD液晶顯示，以24小時(shí)的計(jì)時(shí)方式，根據(jù)LCD顯示原理進(jìn)行顯示，定時(shí)器計(jì)數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示日期、時(shí)間、溫度的基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的調(diào)整。本次設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的是：具有時(shí)間顯示和手動(dòng)校對(duì)功能，24小時(shí)制；具有年、月、日顯示和手動(dòng)校對(duì)功能；具有顯示當(dāng)前星期的功能；具有鬧鈴

5、功能；具有環(huán)境溫度采集功能；掉電后無(wú)需重新設(shè)置時(shí)間和日期；系統(tǒng)不但接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、便于控制，而且具有很好的人機(jī)界面，可以對(duì)當(dāng)前的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。第 1 頁(yè)2總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容完成基于LCD液晶顯示的多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)。要求該電路具有顯示日期、時(shí)間、溫度的基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的調(diào)整。本次設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的是：具有時(shí)間顯示和手動(dòng)校對(duì)功能，24小時(shí)制；具有年、月、日顯示和手動(dòng)校對(duì)功能；具有顯示當(dāng)前星期的功能；具有鬧鈴功能；具有環(huán)境溫度采集功能；掉電后無(wú)需重新設(shè)置時(shí)間和日期；2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容方案一：利用QuartusII軟件設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘，對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行功能仿真，并下載SOPC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，可

6、以完成00:00:00到23:59:59的計(jì)時(shí)功能，并在控制電路的作用下具有保持、清零、快速校時(shí)、快速校分、整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能；鎖死功能-鎖死狀態(tài)下時(shí)鐘保持不變；清零功能-時(shí)鐘計(jì)時(shí)電路和萬(wàn)年歷電路；鬧表功能-定時(shí)精確到分，鬧鐘設(shè)計(jì)響一分鐘，可關(guān)閉；相應(yīng)的電路圖如下圖2.1所示：圖2.1 QuartusII軟件設(shè)計(jì)數(shù)字鐘電路圖第 2 頁(yè)方案二：采用單片機(jī)STC89C52RC芯片以及相關(guān)的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)多功能的數(shù)字鐘。該設(shè)計(jì)選用一線制溫度計(jì)DS18B20 作為溫度傳感器,實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù),并將實(shí)時(shí)的日期和溫度數(shù)據(jù)在字符型液晶顯示器LCD1602

7、上顯示出來(lái)。本文設(shè)計(jì)了一種基于STC公司的ST89C52單片機(jī)，使用Dallas的一線制數(shù)字溫度計(jì)DS18B20作為溫度傳感器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)的日期和溫度數(shù)據(jù)字符型液晶顯示器LCD1602上顯示，本次設(shè)計(jì)的多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路對(duì)日期和溫度進(jìn)行控制設(shè)置，我們采用LCD液晶顯示，以24小時(shí)的計(jì)時(shí)方式，根據(jù)LCD顯示原理進(jìn)行顯示，定時(shí)器計(jì)數(shù)。在本次設(shè)計(jì)中，電路具有顯示日期、時(shí)間、溫度的基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的調(diào)整。本次設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的是：具有時(shí)間顯示和手動(dòng)校對(duì)功能，24小時(shí)制；具有年、月、日顯示和手動(dòng)校對(duì)功能；具有顯示當(dāng)前星期的功能；具有鬧鈴功能；具

8、有環(huán)境溫度采集功能；掉電后無(wú)需重新設(shè)置時(shí)間和日期。系統(tǒng)不但接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、便于控制,而且具有很好的人機(jī)界面,可以通過(guò)幾個(gè)按鍵對(duì)當(dāng)前的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整,對(duì)鬧鐘進(jìn)行隨意設(shè)置，以及溫度超過(guò)上下限會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警（LED亮）等功能。其原理框圖如下圖2.2所示：圖2.2 數(shù)字鐘原理框圖 2.3 方案論證我們可以看到，方案一使用的基于Altera公司出品QuartusII軟件以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成的多功能數(shù)字計(jì)時(shí)器，由于時(shí)鐘的計(jì)時(shí)范圍是00：00：00-23：59：59,所以我們需要設(shè)計(jì)模六十和模二十四的計(jì)數(shù)器組成時(shí)鐘計(jì)時(shí)電路。校分、校時(shí)、清零電路需要輸入一些控制信號(hào)給時(shí)鐘計(jì)時(shí)電路，當(dāng)然這些控制信號(hào)是由開(kāi)關(guān)提供的

9、。要實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)第 3 頁(yè)報(bào)時(shí)功能，一個(gè)報(bào)時(shí)控制電路是必不可少的。萬(wàn)年歷電路需要由計(jì)時(shí)電路提供計(jì)時(shí)脈沖，脈沖輸送給一個(gè)由模30、模12、模100級(jí)聯(lián)而成計(jì)時(shí)電路。整個(gè)過(guò)程不僅涉及到的分頻計(jì)數(shù)器較多，還要用到大量的開(kāi)關(guān)控制顯得相當(dāng)復(fù)雜且容易出錯(cuò)。而方案二是采用最近幾年比較普遍的STC89C52RC單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)?；赟TC公司的ST89C52單片機(jī)，使用Dallas的一線制數(shù)字溫度計(jì)DS18B20作為溫度傳感器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302提供當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù)，并將實(shí)時(shí)的日期和溫度數(shù)據(jù)字符型液晶顯示器LCD1602上顯示。之所以選擇這個(gè)芯片，是因?yàn)镾TC 單片機(jī)降低成本，提升性能，原有程序直接使用,硬

10、件無(wú)需改動(dòng)。并且其抗干擾性強(qiáng),加密性強(qiáng),超低功耗,可以遠(yuǎn)程升級(jí),內(nèi)部有專用復(fù)位電路,價(jià)格也較便宜,一般的利用STC系列的單片機(jī)芯片加上一些外圍的供電電路，復(fù)位電路，下載電路，特定功能電路等就能實(shí)現(xiàn)特定的功能。由于這些特點(diǎn)使得 STC 系列單片機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛。2.4 方案選擇在現(xiàn)代SOC技術(shù)的引領(lǐng)下，人們對(duì)低故障、高實(shí)時(shí)、高可靠、高穩(wěn)定的性能更加青睞，其抗干擾性強(qiáng),加密性強(qiáng),超低功耗,可以遠(yuǎn)程升級(jí),內(nèi)部有專用復(fù)位電路,價(jià)格也較便宜,結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求及綜合以上比較的情況，我們選擇用STC89C52RC單片機(jī)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)。第 4 頁(yè)3單元模塊設(shè)計(jì)3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)3.1.1

11、溫度采集電路DS18B20是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一線制數(shù)字溫度傳感器。測(cè)量范圍為- 50 + 125 ,精度可達(dá)0. 1 ,不需A /D 轉(zhuǎn)換電路,直接將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。溫度數(shù)據(jù)的傳輸,只需要一根數(shù)據(jù)線,直接將數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P3.6口相連接。其圖如下3.1所示：圖3.1溫度采集3.1.2 DS1302時(shí)鐘電路DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。DS1302提供2個(gè)電源引腳:一個(gè)(

12、VCC2)接主電源；另一個(gè)(VCC1)接備用電源。圖3.2 DS1302時(shí)鐘電路第 5 頁(yè)3.1.3 串行通信接口電路MAX232是電壓轉(zhuǎn)換芯片，將TTL電平轉(zhuǎn)換成可以和電腦串口匹配的電壓。DB9通過(guò)下載線纜與電腦連接，可以將程序下載到單片機(jī)上。圖3.3 RS232串行通信3.1.4 USB連接電路USB接口通用性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸方式多樣、成本低、支持即插即用、易于擴(kuò)展且便于使用。本次設(shè)計(jì)的USB連接線路，為單片機(jī)提供5V電壓。圖3.4 USB連接線路第 6 頁(yè)3.1.5 按鍵電路本次設(shè)計(jì)中用到了4*4的矩陣鍵盤列陣，通過(guò)賦低電平選中其中一列，以便來(lái)控制時(shí)，分，秒，年，月，日，以及鬧鐘的調(diào)整

13、。其電路如圖所示：圖3.5 按鍵控制電路3.1.6液晶顯示顯示電路本設(shè)計(jì)中會(huì)將時(shí)分秒，年月日周以及鬧鐘的設(shè)置，溫度全部都會(huì)顯示到液晶LCD1602上面，其具有162能夠顯示所有英文大小寫字母，0到9十個(gè)數(shù)字以及一些常用的符號(hào)。該液晶在4.5V到5.5V電壓范圍內(nèi)都能正確工作，平均工作電流為2mA。液晶HS162共16個(gè)管腳。但是由于原理圖中電路很簡(jiǎn)單并且只用到接插件所以此處沒(méi)有給出原理圖。3.2 特殊器件介紹3.2.1 STC89C52單片機(jī)芯片STC89C52是STC公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的

14、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。其主要功能有：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz24MHz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；1288字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程IO口線；2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉電模式。其引腳圖如下圖所示：第 7 頁(yè)圖3.6 STC89C52引腳圖3.2.2 DS1302介紹DS1302是美國(guó)DALLAS

15、公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月、年，一個(gè)月小于31天時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，因此廣泛應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中。DS1302是由DS1202改進(jìn)而來(lái)的，增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1為課編程涓流充電電源，附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電

16、池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。其外部引腳分配如圖所示：圖3.7 DS1302的外部時(shí)鐘引腳分配第 8 頁(yè)3.2.3 溫度傳感器DS18B20采用獨(dú)特的一線接口，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V 無(wú)需備用電源。測(cè)量溫度范圍為-55至+125 。華氏相當(dāng)于是-67F到257華氏度 -10 C至+85 C范圍內(nèi)精度為0.5。溫度傳感器可編程的分辨率為912位 溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度

17、報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號(hào)線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器儲(chǔ)存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來(lái)重新充電。圖3.8 DS18B20的管腳3.2.4 液晶顯示LCD1602HS1602是目前最常用的字符液晶之一。具有162能夠顯示所有英文大小寫字母，0到9十個(gè)數(shù)字以及一些常用的符號(hào)。該液晶在4.5V到5.5V電壓范圍內(nèi)都能正確工作，平均工作電流為2mA。液晶HS162共16個(gè)管腳.RS為寄存器選擇信號(hào)，RW為讀寫選擇信號(hào)，通過(guò)這兩種信號(hào)的不同組合可對(duì)液晶進(jìn)行讀寫命令和讀寫數(shù)據(jù)的操作。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了

18、160個(gè)HS162是目前最常用的字符液晶之一。具有162能夠顯示所有英文大小寫字母，0不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。在操作液晶時(shí)，先要對(duì)液晶進(jìn)行初始化，即進(jìn)行最初是的命令設(shè)置。要設(shè)置液晶的工作方式設(shè)置，顯示狀態(tài)設(shè)置，輸入方式設(shè)置等。最后再向液晶寫入數(shù)據(jù)，即寫入想要顯示字符的ASCII碼。第 9 頁(yè)4軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件選擇本次設(shè)計(jì)選擇的軟件主要是Keil uVision3。 Keil公司

19、成立于1986年，主要開(kāi)發(fā)、制造和銷售嵌入式8051、251、ARM、XC16x/C16x/ST10等微控制器軟件開(kāi)發(fā)工具，提供ANSI C編譯器、宏匯編程序、實(shí)時(shí)管理、調(diào)試和模擬器、綜合評(píng)估板等。Keil公司的uVision把編輯、編譯、鏈接和仿真等模式打包成集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，當(dāng)然其集成的C51編譯器肯定跟Franklin公司的相關(guān)模塊肯定有交叉性，uVision還包含項(xiàng)目管理和調(diào)試器等非常有用的功能。而軟件仿真部分就用的是仿真軟件PROTUES。PROTUES軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外

20、圍器件。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。在PROTUES繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)

21、和過(guò)程。PROTUES 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。 PROTUES不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測(cè)、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。4.2軟件設(shè)計(jì)流程本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序設(shè)計(jì)和溫度采集子模塊程序設(shè)計(jì)、日歷日期數(shù)據(jù)子模塊程序、按鍵控制子模塊程序和LCD液晶顯示子模塊程序設(shè)計(jì)等。主程序主要完成器件的初始化,并判斷有無(wú)按鍵按下,并根

22、據(jù)判斷的結(jié)果調(diào)用相應(yīng)的子模塊程序；而溫度采集子模塊程序和日歷日期數(shù)據(jù)子模塊程序完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理和保存,按鍵處理子模塊程序完成日期和鬧鐘的設(shè)置,而液晶顯示子模塊只要把上述子模塊儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)送去顯示即可。系統(tǒng)總的流程圖如下圖所示：第 10 頁(yè)圖4.1 主程序流程 4.2.1 溫度采集流程DS18B20在進(jìn)行溫度采集時(shí),必須首先進(jìn)行初始化,然后發(fā)ROM操作指令,再發(fā)存儲(chǔ)器操作指令,最后才能傳輸數(shù)據(jù)。每次對(duì)器件進(jìn)行讀寫操作時(shí), 必須嚴(yán)格按照DS18B20 的時(shí)序要求。因?yàn)闇囟葦?shù)據(jù)在DS18B20中是以2的補(bǔ)碼形式存放的,且低4位為小數(shù)部分, 4位到10位為整數(shù)部分,其余為符號(hào)位,因此在讀出2個(gè)字

23、節(jié)的溫度數(shù)據(jù)后,首先求一次補(bǔ)碼得到原碼,再將數(shù)據(jù)分離為整數(shù)溫度值和小數(shù)溫度值,整數(shù)部分的值可通過(guò)數(shù)據(jù)交換指令得到,而小數(shù)溫度值部分可通過(guò)查表得到。因?yàn)樵谝壕э@示器上顯示的是字符的ASCII碼,因而還要轉(zhuǎn)換為BCD,在加30H轉(zhuǎn)換為ASC碼。其流程圖如下所示：第 11 頁(yè)圖4.3 溫度采集流程4.2.2 日期數(shù)據(jù)處理流程對(duì)時(shí)鐘芯片的操作主要包括2個(gè)方面:一是將芯片中的日期等數(shù)據(jù)讀出來(lái),二是在進(jìn)行日期等設(shè)置時(shí)將設(shè)置的數(shù)據(jù)寫入芯片,這也是按鍵處理時(shí)的主要內(nèi)容。無(wú)論是讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù),都要滿足DS1302 對(duì)時(shí)序的要求。而對(duì)芯片各個(gè)數(shù)據(jù)部分的訪問(wèn)是通過(guò)地址進(jìn)行的,且讀和寫的地址不一樣。讀出的數(shù)據(jù)同樣要

24、轉(zhuǎn)為ASC II碼,然后儲(chǔ)存起來(lái),等待送去顯示。其流程圖如下圖所示：圖4.4 日期數(shù)據(jù)處理第 12 頁(yè)5系統(tǒng)的仿真及調(diào)試5.1 系統(tǒng)仿真軟件的仿真部分采用的是仿真軟件PROTUES，前面已經(jīng)作過(guò)介紹。整個(gè)設(shè)計(jì)的仿真效果如下圖所示。此時(shí)顯示的時(shí)間日期是實(shí)時(shí)的時(shí)間。顯示的溫度是DS18B20上面所示的溫度。按鍵第三列為設(shè)計(jì)中所涉及到的按鍵。我們只用到這個(gè)矩陣鍵盤中的4個(gè)按鍵。第一個(gè)按鍵按下時(shí)可調(diào)節(jié)液晶所在的第二行所示的時(shí)間。按1,2,3,下，光標(biāo)分別到秒，分，時(shí)處閃動(dòng)。第二個(gè)按鍵是控制液晶顯示的第一行的日期顯示。也是一次按下1,2,3,4可分別設(shè)置年月日以及周。最上面的LED是用于溫度超過(guò)所設(shè)置的

25、溫度門限值報(bào)警，此時(shí)LED亮是代表溫度超過(guò)了下限溫度值。圖5.1 系統(tǒng)仿真圖5.2 硬件調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試之前首先應(yīng)該確認(rèn)電源電壓是否正常。用萬(wàn)用表測(cè)量接地引腳跟電源引腳之間的電壓，看是否是電源電壓，常用的5V。接下來(lái)就是檢查復(fù)位引腳電壓是否正常。分別測(cè)量按下復(fù)位按鈕和放開(kāi)復(fù)位按鈕的電壓值，看是否正確。然后再檢查晶振第 13 頁(yè)是否起振了，一般用示波器來(lái)看晶振引腳的波形。另一個(gè)辦法是測(cè)量復(fù)位狀態(tài)下的IO口電平，按住復(fù)位鍵不放，然后測(cè)量IO口（沒(méi)接外部上拉的P0口除外）的電壓，看是否是高電平，如果不是高電平，則多半是因?yàn)榫д駴](méi)有起振。經(jīng)過(guò)上面幾點(diǎn)的檢查，一般即可排除故障了。顯示電路的調(diào)試：在這里

26、主要是HS1602液晶顯示器。檢查它與單片機(jī)的連線：設(shè)計(jì)是RS接的P07口，要保證它為高電平。EN接口接單片機(jī)的P05端，也要保證它為高電平；讀寫信號(hào)低電平有效；編寫一段顯示程序，燒錄到單片機(jī)看是否能正常顯示。DS1302電路調(diào)試：該電路包含DS1302芯片，主電源、備用電源、晶振等部分。在與單片機(jī)連接的過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：1.清楚DS1302與單片機(jī)連接的管腳，本設(shè)計(jì)定義為：DS1302的SCLK連接P1.0,I/O口連接P1.1,RST連接P1.2；2.注意電源正負(fù)極的連接；3. DS1302接32.768KHZ的晶振，該晶振體型比較小，在焊接時(shí)要小心，同時(shí)也要盡量使晶振離DS1302

27、是X1、X2引腳近距離焊接。4.編寫DS1302的時(shí)鐘程序看是否能夠正確顯示時(shí)間。按鍵電路調(diào)試：按鍵電路比較簡(jiǎn)單，故調(diào)試起來(lái)也很容易。如果確保按鍵焊接正確，只需把DS1302的程序?qū)戇M(jìn)單片機(jī)，再按下P3.0，如果在秒的位置有光標(biāo)出現(xiàn)，則說(shuō)明P3.0可用，如果按下P3.1，在日的位置有光標(biāo)閃爍，則說(shuō)明P3.1的按鍵可用，同時(shí)按下P3.2，如果日的位置有加的操作，則P3.2按鍵可用如果按P3.3有減的操作則也可用。溫度傳感器的調(diào)試：溫度傳感器的調(diào)試只需在確保電路焊接正確的情況下，把顯示溫度的程序?qū)戇M(jìn)單片機(jī)，然后看液晶顯示器上顯示的溫度是否是當(dāng)前的室溫，如果能夠正確顯示當(dāng)前室溫，那么說(shuō)明電路一切完好

28、。我們?cè)谟布{(diào)試的過(guò)程中遇到很多問(wèn)題。首先是按鍵掃描加入程序的時(shí)候按鍵會(huì)光標(biāo)亂飛。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題我們?cè)诎存I程序中加入while語(yǔ)句以及標(biāo)志位控制，解決了這個(gè)問(wèn)題。然后就是按鍵只能加一減一，后來(lái)在一步一步屏蔽一比一部調(diào)試過(guò)后發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，原來(lái)是DS1302這個(gè)頭文件周寫數(shù)據(jù)部分寫錯(cuò)了。還遇到一個(gè)問(wèn)題，就是18B20溫度傳感器加上以后，只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)初始值，檢查后發(fā)現(xiàn)寫溫度的頭文件中出現(xiàn)一點(diǎn)小錯(cuò)誤。然后整個(gè)板子就在我們不停地出現(xiàn)錯(cuò)誤然后慢慢調(diào)試改正中實(shí)現(xiàn)了我們初步的功能。5.3 軟件調(diào)試軟件調(diào)試一般是在仿真圖上進(jìn)行，這樣比較方便，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，分析錯(cuò)誤，以便快捷的在程序上進(jìn)行修改，再進(jìn)行仿真，直到結(jié)

29、果正確了，才把程序下到開(kāi)發(fā)板上去看是否符合我們的要求，有時(shí)雖然仿真完全正確了，但到開(kāi)發(fā)板上就不一定了，有時(shí)是因?yàn)榉抡鎴D和開(kāi)發(fā)板的端口不對(duì)，所以需要檢查后修改端口，有時(shí)是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)板上需要連線的端口連錯(cuò)了，也造成不能正確顯示，這些雖然看似小問(wèn)題，但檢錯(cuò)起來(lái)一點(diǎn)都第 14 頁(yè)不容易，需要反復(fù)的分析，不斷的試驗(yàn)。就這樣不斷的試驗(yàn)，再修改，在試驗(yàn)，直到程序完全正確，可以顯示出我們想要的答案為止。本次設(shè)計(jì)在剛開(kāi)始調(diào)試的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)液晶顯示器上顯示的位置不對(duì)，或者干脆不顯示，通過(guò)找原因發(fā)現(xiàn)是從DS1302上讀出的字符在液晶顯示器上的對(duì)應(yīng)位置寫錯(cuò)了，造成不能正常顯示，相應(yīng)的改過(guò)之后就可以了；有時(shí)顯示正確了，但

30、按鍵的加減沒(méi)作用，不能進(jìn)行正常的加或減，這時(shí)又得修改程序中相關(guān)的部分，有時(shí)是因?yàn)镃語(yǔ)言掌握得不牢固，造成寫程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤很難找，邏輯上看似很簡(jiǎn)單的幾句程序也要反復(fù)的找很久。軟件調(diào)試一般是在仿真圖上進(jìn)行，這樣比較方便，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，分析錯(cuò)誤，以便快捷的在程序上進(jìn)行修改，再進(jìn)行仿真，直到結(jié)果正確了，才把程序下到開(kāi)發(fā)板上去看是否符合我們的要求，有時(shí)雖然仿真完全正確了，但到開(kāi)發(fā)板上就不一定了，有時(shí)是因?yàn)榉抡鎴D和開(kāi)發(fā)板的端口不對(duì)，所以需要檢查后修改端口，有時(shí)是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)板上需要連線的端口連錯(cuò)了，也造成不能正確顯示，這些雖然看似小問(wèn)題，但檢錯(cuò)起來(lái)一點(diǎn)都不容易，需要反復(fù)的分析，不斷的試驗(yàn)。就這樣

31、不斷的試驗(yàn)，再修改，在試驗(yàn)，直到程序完全正確，可以顯示出我們想要的答案為止。我們需要對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試，在這里包括：顯示年、月、日，時(shí)、分、秒，星期，溫度和鬧鐘的模塊。先分別調(diào)試，直到所有分模塊都調(diào)試出來(lái)了，再進(jìn)行統(tǒng)調(diào)，這樣更容易檢錯(cuò)，可以及時(shí)查找出錯(cuò)誤，減小調(diào)試的難度。第 15 頁(yè)6結(jié)論這次的多功能電子鐘的顯示通過(guò)不斷的修改和調(diào)試，最終達(dá)到了我們想要的效果。它能夠正常顯示時(shí)間、日期、星期和溫度，還具有鬧鈴的功能，但是如果能夠讓它用語(yǔ)音發(fā)聲就更好了，這樣就使整個(gè)系統(tǒng)更方便，明了。我們此次的智能化電子系統(tǒng)涉及是通過(guò)HS1602液晶顯示器顯示的，第一行顯示日期和星期，第二行顯示時(shí)間和溫度，通過(guò)D

32、S1302控制時(shí)間的計(jì)數(shù)，斷電后不需重新設(shè)置。通過(guò)DS18B20控制溫度的采集工作，可以把當(dāng)前溫度送往液晶顯示器顯示；通過(guò)按鍵對(duì)時(shí)間、日期進(jìn)行加減操作，以及可以對(duì)鬧鐘進(jìn)行設(shè)置。本次設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的是：具有時(shí)間顯示和手動(dòng)校對(duì)功能，24小時(shí)制；具有年、月、日顯示和手動(dòng)校對(duì)功能；具有顯示當(dāng)前星期的功能；具有鬧鈴功能；具有環(huán)境溫度采集功能；掉電后無(wú)需重新設(shè)置時(shí)間和日期；系統(tǒng)不但接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、便于控制，而且具有很好的人機(jī)界面，可以對(duì)當(dāng)前的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計(jì)在功能上基本上完成了本次智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，但是也尚存在一些問(wèn)題。由于時(shí)間倉(cāng)促和我們自身水平有限，對(duì)于溫度報(bào)警的門限值我們沒(méi)有完成按鍵對(duì)其的控

33、制和調(diào)整，很遺憾。并且對(duì)于電路的可靠性，穩(wěn)定性等參數(shù)還未做過(guò)詳細(xì)的測(cè)試。還可以通過(guò)修改程序，完成字符或數(shù)字的滾動(dòng)顯示。這些事我們組尚未完成的附加功能。第 16 頁(yè)7總結(jié)與體會(huì)7.1 設(shè)計(jì)小結(jié)在本次設(shè)計(jì)中，我們最終完成本次智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)系的基本要求及功能，并在此基礎(chǔ)了對(duì)系統(tǒng)功能作了擴(kuò)展，增加了鬧鐘設(shè)置以及溫度報(bào)警部分。在設(shè)計(jì)開(kāi)始前我們對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，設(shè)計(jì)過(guò)程中，并且在胡兵老師的指導(dǎo)下，在實(shí)驗(yàn)室?guī)孜煌瑢W(xué)耐心的幫助下，我們組的成員相互協(xié)調(diào)，積極參與完成各個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)，更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和具體的使用方法。7.2 設(shè)計(jì)收獲及改進(jìn)通過(guò)本次設(shè)

34、計(jì)，我們對(duì)單片機(jī)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，也從實(shí)踐的例子中去感受到了單片機(jī)設(shè)計(jì)給我們?cè)O(shè)計(jì)帶來(lái)的改變與進(jìn)步。我們不僅掌握Keil uVision3軟件的使用，與此同時(shí)，我們還對(duì)電子設(shè)計(jì)的思路有了更多的認(rèn)識(shí)。這次對(duì)多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解設(shè)計(jì)電路的程序，也了解了關(guān)于多功能數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念。在此次的多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和具體的使用方法?？傊鞘芤娣藴\。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴經(jīng)驗(yàn)，撰寫設(shè)計(jì)的過(guò)程也是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，它使我運(yùn)用已有的專業(yè)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決問(wèn)題，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的訓(xùn)練。本設(shè)計(jì)在功能上基本上完成

35、了本次智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。將年月日周以及時(shí)間在液晶上顯示，對(duì)溫度的采集以及對(duì)鬧鐘的設(shè)置，按鍵對(duì)顯示的控制等功能。但由于時(shí)間倉(cāng)促和我們自身水平有限，對(duì)于溫度報(bào)警的門限值我們沒(méi)有完成按鍵對(duì)其的控制和調(diào)整，很遺憾。并且對(duì)于電路的可靠性，穩(wěn)定性等參數(shù)還未做過(guò)詳細(xì)的測(cè)試。還可以通過(guò)修改程序，完成字符或數(shù)字的滾動(dòng)顯示。7.3 致謝此次智能化電子設(shè)計(jì)中，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師胡兵教授的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在完成這次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，胡兵教授傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在從一開(kāi)始的學(xué)習(xí)上還是后來(lái)的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，我都得到了胡兵教授悉心細(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是他廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)

36、、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終身受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中，也得到了許多實(shí)驗(yàn)室同學(xué)的支持和幫助，他們?cè)谧约簳r(shí)間很寶貴的情況下，給我們講解模塊電路的知識(shí)以及編程方法，并且耐心為我們解答設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的所有問(wèn)題。給予了我們?cè)S多寶貴的意見(jiàn)，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。第 17 頁(yè)8參考文獻(xiàn)1 張洪潤(rùn).蘭清華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程M.北京：清華大學(xué)出版社，1997.112 李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.83 萬(wàn)勝前.基于KeilC51軟件的電子鐘設(shè)計(jì)與制作J.鄂州大學(xué)學(xué)報(bào)，2007年第2期4 蔣梅.單片機(jī)萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)J

37、,職業(yè)大學(xué)報(bào).2000年第2期5 彭小軍.用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子鐘J.新余高專學(xué)報(bào)，2004年4月第9卷第2期6 何力民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編5M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社1997.107 潘永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.28 付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.39 劉軍等.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.上海：華東理工大學(xué)出版社，2006.210 何書森等.用電子線路設(shè)計(jì)速成M.胡州：互見(jiàn)科學(xué)技術(shù)出版社，2005.1011 李曉靜等.液晶顯示控制器與單片機(jī)的接口及編程J.電子技術(shù)，2004年第6期12 張迎新.單片機(jī)原理、應(yīng)用及接口

38、技術(shù)（第二版）M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.9第 18 頁(yè)附錄：設(shè)計(jì)原理圖:第 19 頁(yè)P(yáng)CB圖：第 20 頁(yè)實(shí)物圖：第 21 頁(yè)實(shí)現(xiàn)程序：/介紹整個(gè)程序所包含的頭文件 #include #include #include #include #include /定義#define uchar unsigned char #define uint unsigned int Uchar u,u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8, alarmOn;uint fen,miao,shi,nian,yue,ri,anshu, zh;uchar linshi,a,a1,a2,a3,a4,a5

39、,a6; uint tab3; sbit rd=P35; sbit P30=P30; sbit P31=P31; sbit P32=P32; sbit P33=P33; sbit beep=P33; sbit ds1302_rst=P12; sbit ds1302_sclk=P10; sbit ds1302_io=P11; sbit ACC7=ACC7; sbit B1=B0;sbit lcd1602_en=P05; sbit lcd1602_rw=P06; sbit lcd1602_rs=P07; #define lcd1602_data P2uchar low,high; /存儲(chǔ)溫度的高位

40、值和低位值sbit DQ=P36; / - 定義通信端口 sbit D1=P00;uchar gw,sw,w4,tpl,tph; uint bai,b;/主函數(shù)部分void fenjia (uchar rddr,uchar wddr,uchar yddr,uchar fenjiajian)/鍵盤掃描 u=ds1302_read(rddr);fen=(u&0x70)4)*10+(u&0x0f);/進(jìn)制轉(zhuǎn)換if(fenjiajian=1) fen+; if(fen=60) fen=0; else fen-;if(fen+1)=0) fen=59; ds1302_write(wddr,(fen/10

41、)4)*10+(a4&0x0f);/進(jìn)制轉(zhuǎn)換if(shijiajian=1) shi+; if(shi=24) shi=0; else shi-;if(shi+1)=0) shi=23; ds1302_write(wddr,(shi/10)4)*10+(a&0x0f);/ write_sfm(6,miao) if(anshu=2) u1=ds1302_read(0x83) if(anshu=3) u2=ds1302_read(0x85);shi=(u2&0x70)4)*10+(u2&0x0f); write_sfm(0,shi);lcd1602_writecom(0x80+0x40+0); f

42、en=(u1&0x70)4)*10+(u1&0x0f); lcd1602_writecom(0x80+0x40+3); lcd1602_writecom(0x80+0x40+3); write_sfm(3,fen); lcd1602_writecom(0x0f);lcd1602_writecom(0x80+0x40+6); lcd1602_writecom(0x0f); lcd1602_writecom(0x80+0x40+6);第 23 頁(yè)lcd1602_writecom(0x0f); if(anshu=4) lcd1602_writecom(0x0c); lcd1602_writecom(0x80 + 0x40+14);lcd1602_writedata(s);lcd1602_writedata(t); lcd1602_writecom(0x0f); if(anshu=5) u7=ds1302_read(0x83)tab0=(u7&0x70)4)*10+(u7&0x0lcd1602_writecom(0x0f);f); 儲(chǔ)器 if(anshu=6) if(anshu=7)u8=ds1302_read(0x85);lcd1602_writecom(0x80+0x40+0);lcd1602_writecom(0