基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘和溫度計(jì)設(shè)計(jì)（含PCB圖）

1、中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘和溫度計(jì)設(shè)計(jì)MCU-based Design of Electronic Clock and Thermometer2鄭 重 聲 明本人呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。學(xué)生簽名： 日期： 致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)成功完成，要感謝中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院機(jī)電系給以資金和其他方面的大力支持。特

2、別感謝金英蓮老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)我的幫助和指導(dǎo)。金英蓮老師的鼓勵(lì)和理解，以及在技術(shù)上不厭其煩的指導(dǎo)，使我對(duì)自己所做的事充滿信心和干勁。尤其是金英蓮老師啟發(fā)性的教育方式使我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多思考問題和解決問題的方法，而這些所具有的價(jià)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過專業(yè)知識(shí)本身，這些也是我終身受用的。在這里再次向金英蓮老師表示衷心的感謝！同時(shí)也向在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過我的同學(xué)們表示感謝，我的成功與他們都是分不開的！感謝在我大學(xué)四年學(xué)習(xí)和生活中幫助過我的老師們、同學(xué)們和朋友們！謝謝！64基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘和溫度計(jì)設(shè)計(jì)摘要：鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。本

3、文介紹了基于單片機(jī)的電子時(shí)鐘和溫度計(jì)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以 STC89C52為核心，具有日期、星期、時(shí)間設(shè)置及顯示、秒表功能、鬧鐘功能、背光燈延時(shí)設(shè)置、環(huán)境溫度測(cè)量及顯示功能。硬件電路包括STC89C52單片機(jī)小系統(tǒng)電路、LCD1602液晶顯示電路、鍵盤電路、DS18B20 溫度傳感器測(cè)溫及顯示電路、DS1302電路、蜂鳴器電路幾部分模塊。再通過C語言編程對(duì)各模塊進(jìn)行調(diào)試，最后達(dá)到設(shè)計(jì)要求的效果。關(guān)鍵詞：電子時(shí)鐘；STC89C52單片機(jī)；LCD1602液晶顯示；DS18B20；溫度測(cè)量；DS1302時(shí)鐘芯片MCU-based Design of Electronic Clock and Thermome

4、terAbstract： Digital watch has brought great convenience to the life of the people. Studying digital clock and expanding its applications have a very practical significance. In this paper,it introduced the design of the multi-functional electronic clock system and Thermometer.The system with STC89C5

5、2 as the core component has the function of day,week, time to set up and display, the function of Stopwatch,Alarm,the backlight delay to set up and display, Ambient temperature measurement, temperature display.Hardware circuit included STC89S52 small circuit system, LCD1602 LCD circuit, keyboard sca

6、nning circuits, DS18B20 temperature sensors and temperature display circuit , DS1302 circuit and Buzzer circuit modules.And through the c programming language debugging of each module,the final results meet the design requirements.Keywords: Electronic clock;STC89C52 SCM;LCD1602 LCD;DS18B20; temperat

7、ure measurement;DS1302 Clock Chip目 次摘要IABSTRACTII目 次III1 引言11.1 研究現(xiàn)狀11.1.1 研究方向11.1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.1.3 發(fā)展趨勢(shì)31.1.4 研究意義31.2 研究思路51.2.1 理論基礎(chǔ)和分析51.2.2 研究設(shè)想51.2.3 設(shè)計(jì)流程和預(yù)期成果52 單片機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀73 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)83.1 系統(tǒng)功能描述83.2 器件選型83.3 系統(tǒng)模塊組成電路123.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路133.3.2 液晶顯示電路143.3.3 DS18B20測(cè)溫電路143.3.4 鍵盤電路模塊153.3.5 系統(tǒng)硬件實(shí)物圖

8、154 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)174.1 C51語言及其特點(diǎn)174.2 整體程序框圖174.3 系統(tǒng)程序流程圖175 系統(tǒng)調(diào)試245.1 調(diào)試過程245.2 調(diào)試結(jié)果246 總結(jié)287 參考文獻(xiàn)29附錄A：電路原理圖30附錄B：PCB圖31附錄C：實(shí)物圖32附錄D：源代碼33學(xué)位論文數(shù)據(jù)集65中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 引言20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)數(shù)字鐘的要求也越來越高，

9、傳統(tǒng)的時(shí)鐘已不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，有電子鬧鐘、電子秒表、溫度檢測(cè)等功能。單片機(jī)在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的，人們對(duì)數(shù)字鐘的功能及工作順序都非常熟悉1。電子時(shí)鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間、日期數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、航站、劇院、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。但隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生活節(jié)奏越來越快，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣。成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，因此，研究電子時(shí)鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的

10、意義10。1.1 研究現(xiàn)狀1.1.1 研究方向電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方法有多種，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用對(duì)單片機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)電子鐘等，其中，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子時(shí)鐘具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程靈活、便于電子時(shí)鐘功能的擴(kuò)展，即可用該電子時(shí)鐘發(fā)出各種控制信號(hào)、精確度高等特點(diǎn)3。多功能電子時(shí)鐘除了具有時(shí)鐘的多種功能外具有對(duì)環(huán)境溫度檢測(cè)的功能，溫度是表征物體冷卻程度的物理量，也是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。在農(nóng)工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著極其重要的地位。目前,典型的溫度測(cè)控系統(tǒng)由模擬式溫度傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換電路和

11、單片機(jī)組成。由于模擬式溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)必須經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號(hào)后才能與單片機(jī)等微處理器接口，因而使得硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。而以DS18B20 為代表的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器集溫度測(cè)量和A/D轉(zhuǎn)換于一體,直接輸出數(shù)字量，與單片機(jī)接口電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廣泛使用于距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)分布多的場(chǎng)合，具有較強(qiáng)推廣應(yīng)用價(jià)值2。1.1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀單片機(jī)又稱單片微控制器,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。概括地講, 一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜, 為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。世紀(jì)跨越了三個(gè)“電” 的時(shí)代, 即電氣時(shí)代

12、、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)人的電腦時(shí)代。不過, 這里的電腦, 通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī), 簡(jiǎn)稱機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī), 大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義, 這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路, 即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小, 通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中, 起著有如人類頭腦的作用, 它出了毛病, 整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在, 這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛, 如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī), 就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效, 常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型” , 如智能

13、型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品, 不是電路太復(fù)雜, 就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因, 可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上5。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)因其優(yōu)異的性能、高可靠性以及成本低廉被廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)測(cè)控、機(jī)器人感覺、數(shù)字信號(hào)處理、通信等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域， 然而在比較特殊的應(yīng)用系統(tǒng)中， 我們不僅希望單片機(jī)系統(tǒng)能夠完成數(shù)據(jù)的采集處理， 而且同時(shí)還想知道產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的時(shí)刻， 以便于更詳細(xì)地了解和掌握現(xiàn)場(chǎng)情況， 因此為單片機(jī)系統(tǒng)增加數(shù)字時(shí)鐘將是不可回避的一項(xiàng)新型的工程技術(shù)6。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時(shí)鐘已

14、不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，有電子鬧鐘、電子秒表、體溫檢測(cè)等等。單片機(jī)在多功能數(shù)字鐘中的應(yīng)用已是非常普遍的，人們對(duì)數(shù)字鐘的功能及工作順序都非常熟悉。但是卻很少知道它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理。由單片機(jī)作為數(shù)字鐘的核心控制器，可以通過它的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，將其時(shí)間數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)輸出，利用顯示器顯示出來。通過鍵盤可以進(jìn)行定時(shí)、校時(shí)功能。輸出設(shè)備顯示器可以用液晶顯示技術(shù)或者數(shù)碼管顯示技術(shù)7。數(shù)字電子時(shí)鐘，自從它發(fā)明的那天起，就成為人類的朋友，是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個(gè)人家庭以及車站、航站、劇院、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、

15、工作、娛樂帶來極大的方便。但隨著時(shí)間的推移，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生活節(jié)奏越來越快，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，人們對(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來越高，應(yīng)用越來越廣?？梢哉f時(shí)間的準(zhǔn)確已成為各行業(yè)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，如果時(shí)間出現(xiàn)誤差而不能及時(shí)校正，會(huì)造成一系列嚴(yán)重的后果和經(jīng)濟(jì)損失8溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要檢測(cè)溫度。傳統(tǒng)的方式是采用熱電偶或熱電阻，但是由于模擬溫度傳感器輸出為模擬信號(hào)，必須經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得數(shù)字信號(hào)后才能與單片機(jī)等微處理器接口，使得硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本較高。近年來，美國(guó)DALLAS 公司生產(chǎn)的DSl8B20 為代表的新型單總線數(shù)字式溫度傳感器以其突出優(yōu)點(diǎn)廣泛使用于

16、倉儲(chǔ)管理、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、氣象觀測(cè)、科學(xué)研究以及日常生活中。DSl8B20 集溫度測(cè)量和A/D 轉(zhuǎn)換于一體，直接輸出數(shù)字量，傳輸距離遠(yuǎn)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量，硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與單片機(jī)接口幾乎不需要外圍元件9。1.1.3 發(fā)展趨勢(shì)為了適應(yīng)嵌入式應(yīng)用的需求，單片微控制器應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展極其迅速。從70年代至今，單片機(jī)發(fā)展成為一個(gè)品種齊全，功能豐富的龐大家庭。單片機(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，MCU（Micro Controller Unit），它是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支，它是在一塊芯片上集成了CUP、RAM、ROM存儲(chǔ)器、I/O接口等而構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。因?yàn)樗饕獞?yīng)用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域，因此，單片機(jī)在出現(xiàn)時(shí)，

17、Intel公司就給單片機(jī)取名為嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）13。單片機(jī)最明顯的優(yōu)勢(shì)，就是可以嵌入到各種儀器設(shè)備中。這一點(diǎn)是巨型機(jī)和網(wǎng)絡(luò)不可能做到的。單片機(jī)在近三十年的發(fā)展中形成了種類繁多，性能各異的各系列產(chǎn)品，目前對(duì)單片機(jī)的需求越來越多，要求也越來越高10。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE_）的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D傳感器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（C

18、PU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU），并且可通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，其智能化取決于軟件的開發(fā)水平14。智能溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式想數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展11。21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展12。1.1.4 研究意義數(shù)字電子時(shí)鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，分，秒數(shù)字顯示的即使裝置，廣泛用于個(gè)人家庭，車站，碼頭辦公室等公共場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚?/p>

19、必需品，由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，是的數(shù)字時(shí)鐘的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)啟閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電器的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字時(shí)鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義4。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)， 能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)

20、溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比,這里設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。然而溫度檢測(cè)方面，DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20當(dāng)仁不讓，超小的體積，超低的硬件開銷，抗干擾能力強(qiáng)，精度高。DS18B20的優(yōu)勢(shì)更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的選擇，一般在使用DS18B20時(shí)往往采用微處理器的I/O端口實(shí)現(xiàn)與該器件的通信。在實(shí)際應(yīng)用中可以取得良好的測(cè)溫效果11選用AT89C51 型單片機(jī)作為主控制器件，DS18B20 作為測(cè)溫傳感器通過4 位共陽極LED 數(shù)碼管串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示。通過DS18B20 直接讀取被

21、測(cè)溫度值，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該器件的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，線性度較好，在0100最大線性偏差小于0.1。該器件可直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)， 便于單片機(jī)處理及控制。另外，該溫度計(jì)還能直接采用測(cè)溫器件測(cè)量溫度，從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸與處理過程15。DS18B20特性為一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。每個(gè)DS18B20都有一個(gè)獨(dú)一無二的序列號(hào)，實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，測(cè)溫范圍在-55°C+125°C，精度誤差為+-0.5°C?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字式傳輸，支持35.5V的電壓范圍16。在日常生活和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常遇到對(duì)時(shí)間和溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求。這就給具有多種功

22、能的時(shí)鐘提供了市場(chǎng)。本文就給出了一種基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)帶溫度檢測(cè)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)過程。單片機(jī)正朝著速度更快，運(yùn)算能力更強(qiáng)，功能更強(qiáng)大的方向快速發(fā)展。在不久的將來，單片機(jī)講以更強(qiáng)大的功能和靈活的性能，快速的走進(jìn)我們的生活，扮演著越來越重要的角色13。1.2 研究思路1.2.1 理論基礎(chǔ)和分析電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)方法有多種，可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用對(duì)單片機(jī)定時(shí)中斷編程來實(shí)現(xiàn)電子鐘等，其中，利用專用的電子時(shí)鐘芯片DS1302來進(jìn)行對(duì)時(shí)鐘數(shù)據(jù)的讀和寫，用時(shí)鐘芯片可以降低單片機(jī)中斷的使用從而讓單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行更快、效率

23、更高，而且使用時(shí)鐘芯片可以大大加大時(shí)鐘的精度。體溫計(jì)的設(shè)計(jì)方法也有多種，我國(guó)一般電子體溫計(jì)使用NTC 溫度傳感器，因?yàn)樗臏y(cè)量精度、反應(yīng)速度和電阻年漂移率技術(shù)都很好。而另外一種方法是使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該傳感器廣泛用于工業(yè)測(cè)量環(huán)境，雖然精度不如NTC溫度傳感器的高，但是憑著它輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)、簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)原理和低廉的價(jià)格，綜合考慮本系統(tǒng)使用DS18B20傳感器。1.2.2 研究設(shè)想本次設(shè)計(jì)通過對(duì)硬件和軟件設(shè)計(jì)熟悉掌握，通過程序編寫完成電子時(shí)鐘年、月、日、時(shí)、分、秒、星期顯示及有時(shí)間設(shè)置等基本功能的基礎(chǔ)上還完成了控制液晶屏亮屏?xí)r間的節(jié)能功能，在硬件電路中設(shè)計(jì)出多個(gè)擴(kuò)展功能，包括

24、環(huán)境溫度測(cè)量、穩(wěn)壓去耦功能和鬧鈴功能等。硬件電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、DS1302時(shí)鐘芯片電路模塊、LCD1602液晶顯示模塊、按鍵模塊、DS18B20溫度傳感器模塊、蜂鳴器電路模塊、穩(wěn)壓去耦電路；軟件部分主要通過c程序的編程實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行時(shí)間數(shù)據(jù)的讀和寫然后通過液晶顯示程序?qū)r(shí)間顯示出來，也通過鍵盤掃描程序?qū)崿F(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換和屏幕的切換，還可以通過對(duì)DS18B20檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行編程從而達(dá)到分辨率為0.1的效果，利用對(duì)DS1302時(shí)間設(shè)置來實(shí)現(xiàn)背光燈的延時(shí)和秒表功能。結(jié)合硬件、軟件的分步調(diào)試，達(dá)到要求的控制效果。1.2.3 設(shè)計(jì)流程和預(yù)期成果 設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩大部分完成。首先在Protel

25、 99SE上進(jìn)行原理圖和PCB板的繪制和修改并制作出印制電路板，在電氣檢查無誤的情況下，購買所需要的元器件。接著把元器件焊接到各個(gè)功能電路的模塊上，并結(jié)合程序進(jìn)行調(diào)試。最后將各個(gè)功能的電路程序組合起來，然后再進(jìn)行總程序的調(diào)試直到調(diào)試成功。預(yù)期能達(dá)到以下結(jié)果：（1） 實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒、星期顯示且有時(shí)間、日期和星期的設(shè)置；（2） 實(shí)現(xiàn)鬧鐘設(shè)置功能和秒表功能；（3） 實(shí)現(xiàn)液晶背光燈延時(shí)控制從而達(dá)到節(jié)能效果、按鍵聲效果和屏幕切換功能；（4） 實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度檢測(cè)和顯示功能。2 單片機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀單片機(jī)的應(yīng)用具有面大量廣的特點(diǎn)。國(guó)際上從70年代開始，國(guó)內(nèi)自80年代以來，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用于國(guó)民

26、經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品智能化的更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用。它的應(yīng)用遍及各個(gè)領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用：?jiǎn)纹瑱C(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測(cè)量的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。（2）單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用：機(jī)電一體化是械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。（3）單片機(jī)在實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用：

27、單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測(cè)控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。（4）單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用：在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺(tái)功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。（5）單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用：自從單片機(jī)

28、誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)功能描述基于單片機(jī)的定時(shí)和控制裝置在許多行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，而電子時(shí)鐘是其中最基本最具有代表性的控制系統(tǒng)，而

29、溫度檢測(cè)廣泛用于工業(yè)環(huán)境。在基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的電子電路中，除了基本的單片機(jī)系統(tǒng)和外圍電路外，還需要外部的控制和顯示裝置。硬件電路包括STC89C52單片機(jī)、LCD1602液晶顯示電路、按鍵電路、蜂鳴器電路、DS1302時(shí)鐘芯片電路模塊、DS18B20 溫度傳感器幾部分電路模塊。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以完成如下功能：（1） 實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒、星期顯示且有時(shí)間、日期和星期的設(shè)置；（2） 實(shí)現(xiàn)鬧鐘設(shè)置功能和秒表功能；（3）實(shí)現(xiàn)液晶背光燈延時(shí)控制從而達(dá)到節(jié)能效果、按鍵聲效果和屏幕切換功能；（4）實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度檢測(cè)和顯示功能。 3.2 器件選型本系統(tǒng)設(shè)計(jì)用到的器件包括單片機(jī)STC89C52芯片一塊，DS

30、1302時(shí)鐘芯片一塊，溫度傳感器DS18B20一個(gè)，LCD1602液晶顯示屏一塊，一個(gè)蜂鳴器，3V電池一塊,12HZ的晶振一個(gè)，排針排線若干組，電容電阻若干，導(dǎo)線若干，二級(jí)管若干,自己設(shè)計(jì)的PCB板一塊，按鈕5個(gè)。下面對(duì)其它器件的一些重要方面進(jìn)行相關(guān)說明。（1） 系統(tǒng)控制核心STC系列單片機(jī)以其優(yōu)良的性能、高可靠性、低價(jià)格、低功耗、抗靜電、抗干擾，成為取代MCS51單片機(jī)的主流機(jī)型之一，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制核心采用STC89C52芯片。STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī)，內(nèi)部已擴(kuò)展了RAM，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)805

31、1，而STC89C52最具典型性，具有8K FLASH存儲(chǔ)器512字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可在線重復(fù)編程，擦寫次數(shù)不少于1000次，或使用通用的非易失性存儲(chǔ)器編程器；通用的8位CPU與在線可編程Flash集成在一塊芯片上，從而使STC89C52功能更加完善，應(yīng)用更加靈活；與只擁有128字節(jié)的片內(nèi)RAM的AT89C52系列單片機(jī)相比，STC89C52單片機(jī)片內(nèi)RAM有512字節(jié)，3個(gè)定時(shí)器，8個(gè)中斷源，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器有8KB；具有較高的性價(jià)比，使其在嵌入式控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。圖3.1為AT89S52的管腳圖。圖3.1 STC89C52管腳圖VCC : 電源GND: 地P0口是一個(gè)8位漏極

32、開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

33、2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2

34、口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用， 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。（2）DS1302 DS1302是一種常用的時(shí)鐘芯片，它有時(shí)鐘計(jì)數(shù)功能，可以對(duì)秒、分鐘、小時(shí)、月、星期、年的計(jì)數(shù)。年計(jì)數(shù)可達(dá)到2100年。其管腳排列如圖3.

35、2所示。圖3.2 DS1302芯片管腳圖DS1302包括時(shí)鐘/日歷寄存器和31字節(jié)（8位）的數(shù)據(jù)暫存寄存器，數(shù)據(jù)通信僅通過一條串行輸入輸出口。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供包括秒、分、時(shí)、日期、月份和年份信息。閏年可自行調(diào)整，可選擇12小時(shí)制和24小時(shí)制，可設(shè)置AM、PM。通過三個(gè)管腳端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的控制和傳遞：RESET、I/O、SCLK。通過備用電源可以讓芯片在小于1MW的功率下運(yùn)作。數(shù)據(jù)傳輸如圖3.3所示：（注意兩種模式）圖3.3 DS1302數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖 4B（3） 溫度傳感器DS18B20集成了溫度傳感器、信號(hào)調(diào)整電路、A/D 采樣和轉(zhuǎn)換電路、存儲(chǔ)器等部件。集成電路的測(cè)溫元件采用測(cè)半導(dǎo)體載流子隨

36、溫度變化的特性原理制成，即測(cè)溫元件為正電阻溫度系數(shù)的熱敏電阻。它可以直接以數(shù)字量的形式輸出被測(cè)環(huán)境的溫度而不需要配加其它外圍電路。另外，多個(gè)DS18B20 可以共用一條數(shù)據(jù)總線與CPU 進(jìn)行通信，與傳統(tǒng)的溫度傳感器（AD590、LM35）一個(gè)器件需要一條數(shù)據(jù)線相比，具有十分突出的優(yōu)越性。 測(cè)溫范圍- 55 + 125,在- 10 +85時(shí)精度為± 0. 5， 可編程的分辨率為912 位,對(duì)應(yīng)的可編程溫度分別為0.5、0.25、0.125、0.0625，轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。關(guān)于DS18B20 的應(yīng)用，主要是與不同型號(hào)的單片機(jī)進(jìn)行對(duì)接，從而設(shè)計(jì)了不同形式的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。例如，對(duì)汽車輪胎

37、的溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警。還有的利用DS18B20 設(shè)計(jì)了多點(diǎn)分布式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多點(diǎn)溫度的同步監(jiān)測(cè)等。本系統(tǒng)除具有溫度測(cè)量與報(bào)警功能之外，還通過一定的控制電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)加熱系統(tǒng)的自動(dòng)控制。DS18B20 的引腳及指令系統(tǒng)DS18B20 的引腳如圖3.4所示。其中VDD 和GND 分別接電源和地，DQ 為數(shù)據(jù)輸出。圖3.4 DS18B20芯片管腳圖（4） 液晶顯示屏圖3.5 LCD1602外觀圖表3.1 1602型LCD的接口信號(hào)說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)

38、/命令選擇端（H/L）12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6Data I/O6E使能信號(hào)14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負(fù)極基本操作程序：讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H，E=H輸出：D0D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H輸出：無寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無3.3 系統(tǒng)模塊組成電路本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以STC89C52 單片機(jī)為核心，通過DS1302來實(shí)現(xiàn)年、月、日、星

39、期、時(shí)、分、秒顯示和設(shè)置功能和鬧鐘功能,同時(shí)還有秒表功能、液晶背光燈延時(shí)控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能功能和溫度檢測(cè)功能。硬件電路包括STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)模塊、LCD1602液晶顯示模塊、按鍵模塊、DS1302電路模塊、DS18B20 溫度傳感器測(cè)溫模塊和蜂鳴器模塊組成?；趩纹瑱C(jī)系統(tǒng)的電子時(shí)鐘基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3.6所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源DS1302時(shí)鐘芯片液晶顯示模塊溫度傳感器DS18B20按鍵模塊晶振、復(fù)位電路蜂鳴器聲響模塊圖3.6 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖3.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)小系統(tǒng)電路包括晶振電路和復(fù)位電路。復(fù)位電路包括自動(dòng)復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種方式。其作用是在單片機(jī)在上電時(shí)或按下復(fù)位按鈕時(shí)，瞬間電

40、容兩端電壓不能突變，使RST管腳保持兩個(gè)周期以上高電平狀態(tài)，使單片機(jī)復(fù)位。只要該正脈沖能夠保持約10ms以上，單片機(jī)就能有效復(fù)位了。晶振電路采用內(nèi)時(shí)鐘方式，通常用12MHZ晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路作定時(shí)元件。它由兩個(gè)30pf電容，一個(gè)12M石英晶振組成。電容一般選擇30Pf左右，其大小對(duì)振蕩頻率有微小影響，可起頻率微調(diào)作用。在設(shè)計(jì)時(shí)，注意晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)靠近，減少寄生電容，保證震蕩器可靠工作。電路如圖3.7示：圖3.7 單片機(jī)小系統(tǒng)電路復(fù)位電路中所選擇的電容必須在10uf左右以上，否則，電容的充電時(shí)間不夠長(zhǎng)，將影響單片機(jī)正常工作。10k的電阻是為了在手動(dòng)復(fù)位時(shí)，防止電源正負(fù)端短路

41、，起到保護(hù)和限制電流作用。3.3.2 液晶顯示電路圖3.8 液晶顯示電路通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度,從而達(dá)到合適的背光燈對(duì)比度。16管腳接三極管然后B端接P26，C端接地。當(dāng)P26端接入為低電平此時(shí)三極管導(dǎo)通使背光燈亮，反之則滅，從而通過定時(shí)實(shí)現(xiàn)了背光燈節(jié)能功能。3.3.3 DS18B20測(cè)溫電路圖3.9 DS18B20測(cè)溫電路DS18B20測(cè)溫原理：DS18B20 通過一種片上溫度測(cè)量技術(shù)來測(cè)量溫度。DS18B20內(nèi)部有兩個(gè)不同溫度系數(shù)的振蕩器。低溫度系數(shù)的振蕩器輸出的脈沖始終在高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期內(nèi)計(jì)數(shù)，即用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對(duì)一個(gè)

42、低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于-55的一個(gè)值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到-55）的值增加，表明所測(cè)溫度大于-55。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以在測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨率。這是通過改變計(jì)數(shù)器對(duì)溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的的值來實(shí)現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨率，必須同時(shí)知道在給定溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一度的計(jì)數(shù)值。圖3.10 溫度測(cè)量電路的方框圖3.3.

43、4 鍵盤電路模塊本系統(tǒng)的按鍵電路如圖3.13所示，當(dāng)按鍵按下則I/O口接入低電平來驅(qū)動(dòng)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功能。設(shè)計(jì)按鍵的功能：屏幕切換功能、模式選擇功能、時(shí)間設(shè)置功能、鬧鐘設(shè)置功能、秒表控制功能、背光燈設(shè)置功能。圖3.11 按鍵電路3.3.5 系統(tǒng)硬件實(shí)物圖硬件電路板利用Protel se99進(jìn)行對(duì)原理圖的設(shè)計(jì)然后制成PCB板如圖3.12圖3.12系統(tǒng)實(shí)物圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 C51語言及其特點(diǎn)C51語言有比較好的性能，它具有較好的可讀性,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制方便。用它開發(fā)可以減小開放的周期，提高開放的效率和代碼的可讀性。本系統(tǒng)采用C語言編寫。4.2 整體程序框圖系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)六部分功能：時(shí)鐘部分實(shí)現(xiàn)年、

44、月、日、時(shí)、分、秒、星期顯示和設(shè)置、鬧鐘功能、秒表功能、液晶背光燈延時(shí)節(jié)能功能；溫度測(cè)量部分實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度測(cè)量及顯示；鍵盤部分主要為模式選擇功能；功能整體程序流程框圖如圖4. 1所示：圖4.1 整體程序框圖4.3 系統(tǒng)程序流程圖整個(gè)系統(tǒng)程序主要包括：1.模式切換程序；2. 時(shí)鐘設(shè)置程序； 3. 鬧鐘程序；4.液晶背光燈延時(shí)設(shè)置程序；5.溫度測(cè)量子程序；6.秒表程序；7.數(shù)據(jù)顯示程序。（1） 模式切換程序主要實(shí)現(xiàn)各功能模式的選擇從而實(shí)現(xiàn)各功能，流程圖如圖4.2：圖4.2 模式切換程序流程圖（2）時(shí)間設(shè)置程序可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的年、月、日、時(shí)、分、秒、星期的設(shè)置和寫入DS1302芯片，程序流程圖如圖4.3

45、（時(shí)間的設(shè)置）和圖4.4（日期設(shè)置）：圖4.3 時(shí)間設(shè)置程序流程圖圖4.4 日期設(shè)置程序流程圖（3）鬧鐘設(shè)置程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)鬧鐘的開和關(guān)設(shè)置、鬧鐘設(shè)定功能。程序流程圖如圖4.5:圖4.5鬧鐘設(shè)置程序流程圖（4）液晶背光燈延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)控制液晶背光燈打開的時(shí)間從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，程序流程圖如圖4.6：圖4.6背光燈延時(shí)程序流程圖（5）秒表程序主要實(shí)現(xiàn)秒表的開、暫停和清零效果，程序流程圖如圖4.7：圖4.7秒表程序流程圖（6） 溫度測(cè)量子程序流程溫度傳感器程序主要包括讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序。讀出溫度子程序：程序主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改

46、寫。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序：主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率。流程圖如圖4.8、圖4.9： 圖4.8 讀出溫度子程序圖 4.9溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 （7） 液晶顯示程序流程本系統(tǒng)采用的LCD1602實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，輸出穩(wěn)定，控制簡(jiǎn)單。程序包括這幾部分：1.定義存儲(chǔ)輸出數(shù)據(jù)的全局變量數(shù)組;2.初始化;3.判忙；4.寫指令；5.寫數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖4.10：圖4.10 顯示程序流程圖 5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 調(diào)試過程（1）時(shí)鐘顯示調(diào)試問題現(xiàn)象：在長(zhǎng)時(shí)間沒有使用硬件的情況下，開啟系統(tǒng)時(shí)年、月、日、時(shí)、分、秒和星期上的數(shù)字大多數(shù)是“？”，復(fù)位后還是同種情況。故障原因分析：在長(zhǎng)時(shí)間沒有使用硬件情況下

47、如果一直把3V電池裝在系統(tǒng)硬件上會(huì)導(dǎo)致DS1302芯片接觸不靈。解決方法：解決方案是在不使用系統(tǒng)情況下卸掉3V的備用電池然后通過5V的電池作為系統(tǒng)的供電電源。（2）現(xiàn)象：在使用秒表功能時(shí)候，往往會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。 故障原因分析：顯示程序或其他程序運(yùn)行需要消耗時(shí)間，在原先秒表最低位定時(shí)0.01秒情況下總消耗時(shí)間超過了0.01秒導(dǎo)致秒表精度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。另外因?yàn)閔ex文件生成的時(shí)候KIEL軟件輸出設(shè)置為11.0592HZ晶振，而實(shí)際系統(tǒng)使用12HZ晶振，也導(dǎo)致出現(xiàn)誤差。 解決方法：首先對(duì)KIEL軟件輸出設(shè)置修改為12hz晶振；再者，通過多次驗(yàn)改變定時(shí)器的初始化值，從而對(duì)其他程序運(yùn)行消耗的時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)

48、償。（3）調(diào)試結(jié)論如果在系統(tǒng)中出現(xiàn)問題，一般應(yīng)考慮硬件故障和軟件故障。對(duì)于硬件故障，可能是接觸不良、采用非交叉線、通訊線路的芯片或者電纜損壞，此時(shí)可編制簡(jiǎn)短的程序進(jìn)行測(cè)試，在通訊的一方發(fā)送，另一方接收，并采用示波器觀察對(duì)方發(fā)來的信號(hào)波形，如果接收不到，則是硬件已經(jīng)損壞，如果信號(hào)與期望差別較大，可能是由于系統(tǒng)的抗干擾性較差，這可以在發(fā)送和接收的兩端加入光電隔離。對(duì)于軟件故障，主要考慮軟件的容錯(cuò)性。為了保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，在需要等待對(duì)方應(yīng)答的地方，可加適當(dāng)延時(shí)。同時(shí)為防止程序出現(xiàn)異常，可適當(dāng)增大存放緩沖區(qū)字符的數(shù)組的大小。此次設(shè)計(jì)中，花時(shí)間最多的是硬件電路PCB板的制作和軟件程序編寫及調(diào)試過程。

49、其中，秒表功能調(diào)試遇到精度不高問題；調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)硬件有虛焊的狀況。調(diào)試過程中學(xué)到了軟件編程和硬件搭建的很多技巧。最后該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求全部實(shí)現(xiàn)了。5.2 調(diào)試結(jié)果（1）圖5.1為實(shí)時(shí)的年、月、日、時(shí)、分、秒、星期的顯示，其中ON或OFF代表鬧鐘開或關(guān)的狀態(tài)。圖5.1 實(shí)時(shí)時(shí)間和日期的顯示（2）圖5.2和圖5.3為模式選擇模塊，模式可以向左或向右移動(dòng)（按S2或S3按鍵），其中從左到右的模式有：時(shí)間設(shè)置模式、日期設(shè)置模式、鬧鐘設(shè)置模式、背光燈開關(guān)設(shè)置模式、溫度檢測(cè)模式、秒表模式。圖5.2 模式選擇界面一圖5.3 模式選擇界面二（3） 圖5.4為進(jìn)入時(shí)間設(shè)置模式后的界面，其中按S4是進(jìn)行時(shí)、分、秒設(shè)置

50、的選擇，S2和S3為時(shí)間減和加的選擇按鍵；Exit為退出設(shè)置界面請(qǐng)求。圖5.4 時(shí)間設(shè)置界面（4） 圖5.5為進(jìn)入日期設(shè)置模式后的界面，按S4是對(duì)年、月、日、星期設(shè)置位的選擇，S2和S3為日期減、加的選擇按鍵，Exit為退出界面請(qǐng)求。圖5.5 日期設(shè)置界面（5） 圖5.6和圖5.7為進(jìn)入鬧鐘設(shè)置模式后進(jìn)行鬧鐘的開關(guān)設(shè)置和鬧鐘時(shí)間的定時(shí)設(shè)置；其中，S4為定時(shí)設(shè)置的選位按鍵 ，S2和S3為時(shí)間減和加的設(shè)置按鍵。圖5.6 鬧鐘開關(guān)設(shè)置界面圖5.7鬧鐘定時(shí)設(shè)置界面（6） 圖5.8為進(jìn)入背光燈延時(shí)設(shè)置界面，其中可以通過S2和S3對(duì)延時(shí)時(shí)間進(jìn)行減或加設(shè)置。圖5.8 背光燈延時(shí)設(shè)置界面（7） 圖5.9為溫度

51、檢測(cè)和顯示的界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫度的檢測(cè)和顯示效果。圖5.9 環(huán)境溫度顯示界面（8） 圖5.10為秒表功能界面，其中，S2為秒表打開按鍵，S3為暫停按鍵，S1為清零按鍵，S4為退出界面按鍵。圖5.10 秒表功能界面 6 總結(jié)本系統(tǒng)的硬件電路主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)電路及鍵盤輸入電路、溫度測(cè)量電路、時(shí)鐘芯片電路、LCD1602液晶顯示電路等模塊組成，通過C語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程，體現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)性和靈活性。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一下多種功能：（1）實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒、星期顯示且有時(shí)間、日期和星期的設(shè)置；（2）實(shí)現(xiàn)鬧鐘設(shè)置功能和秒表功能；（3）實(shí)現(xiàn)液晶背光燈延時(shí)控制從而達(dá)到節(jié)能效果、按鍵聲效果和屏幕切換功能

52、；（4）實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度檢測(cè)和顯示功能。 本次設(shè)計(jì)還有一些地方可以改進(jìn)：(1) 供電電源改成5V電池在生活中，不可能使用5V電源箱來作為硬件的供電電源，所以電源應(yīng)該作出改變使系統(tǒng)具備安全，簡(jiǎn)單，容易攜帶等優(yōu)點(diǎn)。(2) 應(yīng)該在本設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能本次設(shè)計(jì)在基本功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，這樣可以使時(shí)鐘功能體現(xiàn)的更全面。(3) 可以增加一個(gè)無線操控鬧鐘開關(guān)控制本設(shè)計(jì)可以加一個(gè)功能：通過無線模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非接觸止鬧功能，這樣可以給設(shè)計(jì)增加一個(gè)新穎性和實(shí)用性。7 參考文獻(xiàn)1 王云濤,王楠.淺談多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)J.山東電力高等?？茖W(xué)報(bào),2005, 4 (8):71-72.2 劉長(zhǎng)勇,

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