《單片機原理與應用》課程設計--電子鐘系統(tǒng)設計

1、<p>　　《單片機原理與應用》課程設計</p><p>　　——設計題目：電子鐘系統(tǒng)設計</p><p>　　學院名稱 ： 電氣工程與自動化學院 </p><p>　　專業(yè)年級 ： 11 自動化一班 </p><p>　　學生姓名 ：

2、 </p><p>　　指導教師 ： </p><p>　　日 期 ： 2013-2014第3 學期 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本課程設計基于51單片機的電子時鐘的設計，以STC89C52為核心芯片，DS

3、18B20為溫度傳感器，通過液晶顯示器LCD1602實時顯示時間和溫度，通過按鍵設置年月日以及定時時鐘，到自動發(fā)出警報。從硬件和軟件兩個方面給出了具體的實現(xiàn)過程。該時鐘的設計采用功能分塊的設計方法，將硬件電路劃分為開關電路，顯示驅動電路和數(shù)碼管電路等若干獨立模塊，而軟件的實現(xiàn)則由日期顯示程序、時間顯示程序、時間調(diào)整程序、鬧鐘的聲音程序、秒表顯示程序、定時調(diào)整程序、延時程序等組成。該設計適當?shù)慕鉀Q了實際生產(chǎn)和日常生活中對計時精確度的要求，

4、因此該設計在現(xiàn)代社會中具有很大的實用價值。</p><p>　　關鍵詞：51單片機 電子時鐘溫度采集</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 設計任務和性能指標1</p><p><b>　　1.1項目簡介1</b></p><p>　　1.2設

5、計目的..................................................................................................................................1</p><p>　　1.3內(nèi)容及要求.......................................................

6、.......................................................................1</p><p>　　1.4設計任務......................................................................................................................

7、............2</p><p>　　1.5工作流程……………………………………………………………………………………..4</p><p><b>　　二、設計方案5</b></p><p>　　(1) 總體硬件設計5</p><p>　　(2)DS18B20原理6</p><p>

8、;　　(3)LCD1602原理7</p><p>　　四、軟件設計流程及描述9</p><p><b>　　五、系統(tǒng)測試10</b></p><p><b>　　七、心得體會12</b></p><p><b>　　八、參考文獻13</b></p>&l

9、t;p><b>　　九、附錄14</b></p><p>　　一 設計任務和性能指標</p><p><b>　　1.1 課題簡介</b></p><p>　　本設計著重在于分析電子鐘系統(tǒng)開發(fā)過程中的環(huán)節(jié)和步驟，并從實踐經(jīng)驗出發(fā)對電子鐘系統(tǒng)設計做了詳細的分析和研究。</p><p>　　單片

10、機由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應用于家用電器、工業(yè)控制等領域中。在工業(yè)生產(chǎn)中。單片微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。</p><p>　　本系統(tǒng)就是充分利用了8051芯片的I/O引腳。系統(tǒng)以采用MCS-51系列單片機為中心器件來設計，實現(xiàn)了能根據(jù)實際輸入值顯示并存儲的功能，程序則是參照教材。至于位數(shù)和功能，如果有需要

11、可以通過設計擴充原系統(tǒng)來實現(xiàn)</p><p><b>　　1.2設計目的</b></p><p>　　課程設計是單片機課程教學的最后一個環(huán)節(jié)，是對學生進行全面的系統(tǒng)的訓練，讓學生把學過的比較零碎的知識系統(tǒng)化，真正的能夠把學過的知識落到實處，能夠開發(fā)簡單的系統(tǒng)，也進一步激發(fā)學生再深一步學習的熱情，進一步掌握和利用C語言進行單片機程序設計的能力，熟練掌握鍵盤、顯示、I2C

12、總線、溫度傳感器DS18B20等知識點。</p><p><b>　　1.3內(nèi)容及計要求</b></p><p>　　利用普中科技51單片機實驗箱實現(xiàn)電子鐘系統(tǒng)設計，其硬件原理框圖如圖1所示，其中顯示采用液晶LCD1602，溫度測量采用DS18B20，系統(tǒng)要求至少實現(xiàn)以下功能：</p><p><b>　　1、基本功能：</b&

13、gt;</p><p>　　需要在LCD上顯示以下參數(shù)信息：日期、時間；</p><p>　　實現(xiàn)日期和時間可用鍵盤進行設置調(diào)整；</p><p>　　日期能區(qū)分閏年與非閏年，月份與天數(shù)的關系；</p><p>　　能夠設置顯示的模式：①只顯示時間；②只顯示日期；③顯示日期、時間。</p><p><b>　

14、　2、擴展功能：</b></p><p><b>　　能顯示室內(nèi)的溫度；</b></p><p>　　具有鬧鐘功能，開啟鬧鐘時LCD上應有標志；</p><p>　　具有秒表功能，要求精確到0.1s；</p><p>　　能夠設置顯示的模式：①只顯示時間和溫度；②只顯示日期和溫度；③全部顯示所有參數(shù)。<

15、/p><p><b>　　1.4設計任務</b></p><p>　　1、根據(jù)設計內(nèi)容與要求，查找相關芯片與模塊DS18B20、LCD1602數(shù)據(jù)手冊(datasheet)，弄清各個模塊硬件接口原理。</p><p>　　2、根據(jù)設計內(nèi)容與要求，弄清系統(tǒng)及各個模塊的工作流程，完成系統(tǒng)的軟件設計，包括系統(tǒng)主程序、顯示子程序、鍵盤設置子程序、時間調(diào)整子

16、程序等，可使用匯編語言或是C語言編寫，建議使用C語言編寫。</p><p>　　3、完成系統(tǒng)的仿真與調(diào)試，使得系統(tǒng)在脫機情況下，能穩(wěn)定可靠的工作。</p><p>　　4、編寫課程設計報告。</p><p><b>　　1.5工作流程</b></p><p>　　先通過一天對51單片機的回顧以及一些引腳的了解，然后再進行

17、程序框圖的設計以及一些程序的編寫，最后進行編譯燒錄從而達到實驗要求。</p><p><b>　　二、設計方案</b></p><p>　　(2)DS18B20原理</p><p>　?、?DS18B20數(shù)字溫度傳感器概述 </p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線

18、器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。 </p><p>　　DS18B20產(chǎn)品的特點 ? </p><p>　　只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 ? </p><p>　　在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 ? </p><p>　

19、　實際應用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 ? </p><p>　　測量溫度范圍在－55.C到＋125.C之間。 ? </p><p>　　數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。 ? </p><p>　　內(nèi)部有溫度上、下限告警設置。 </p><p>　　DS18B20的管腳排列</p><p>　

20、　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見右圖，其引腳功能描述見表</p><p>　　DS18B20詳細引腳功能描述</p><p>　　DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。例如＋125℃的數(shù)字輸出為07D0H，＋25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，－25.0625℃的數(shù)字輸出為F

21、F6FH，－55℃的數(shù)字輸出為FC90H。</p><p>　　高低溫報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個字節(jié)的EEPROM組成，使用一個存儲器功能命令可對TH、TL或配置寄存器寫入。</p><p>　　由DS18B20的通訊協(xié)議得知，主機控制DS18B20完成溫度轉換的過程必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令

22、，從而對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500µs，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60µs左右，然后發(fā)出60～240µs的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。</p><p>　　(3)LCD1602原理</p><p>　　1602采用標準的16腳接口，其中: </p><p>　　第1

23、腳：VSS為地電源 </p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源 </p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度 </p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 </p>

24、<p>　　第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 </p><p>　　第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 </p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 &l

25、t;/p><p>　　第15腳：背光電源正極 </p><p>　　第16腳：背光電源負極 </p><p><b>　　1. 1體硬件設計</b></p><p>　　根據(jù)設計的要求可知，系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖1示。</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)原理框圖</b><

26、;/p><p>　　本設計以模塊化的方式來進行硬件電路的設計和調(diào)試。單片機的模塊化就是把系統(tǒng)分成各個具有獨立功能又可以互相銜接的簡單模塊，將復雜的指令、語法、編程及其電路分解，使設計簡單化。本設計的電路可以分為單片機最小系統(tǒng)模塊，時鐘模塊，溫度傳感器模塊、液晶顯示某塊，按鍵模塊，蜂鳴器報警模塊。</p><p><b>　　1.最小系統(tǒng)</b></p>&l

27、t;p>　　復位時單片機的初始化操作，只要給RST引腳加上兩個機器周期以上的高電平信號，就可以使STC89C51單片機復位。本次采用的是12M晶振，按鈕復位電路。</p><p><b>　　2.溫度傳感器模塊</b></p><p>　　溫度傳感器DS18B20的解法很簡單，它的DQ引腳與STC89C52的P1.7引腳相連接。</p><p

28、>　　溫度傳感器模塊電路如圖所示：</p><p><b>　　3.液晶顯示模塊</b></p><p>　　液晶LCD1602的D0-D7引腳與STC89C52芯片的P2口相接，而控制引腳RS,R/W,CS則分別接P1.6，P1.5,P1.4.</p><p>　　液晶顯示模塊電路如圖所示：</p><p>&l

29、t;b>　　4.按鍵模塊</b></p><p><b>　　按鍵模塊原理圖</b></p><p><b>　　5.蜂鳴器模塊</b></p><p>　　四、軟件設計流程及描述</p><p><b>　　4.1 主程序模塊</b></p>

30、<p><b>　　Main.c</b></p><p>　　Function.c</p><p><b>　　Ds18b02.c</b></p><p><b>　　主程序流程圖：</b></p><p>　　4.2 讀溫度值模塊</p><p&

31、gt;　　讀溫度值模塊需要調(diào)用4個子程序，分別為：</p><p>　　DS18B20初始化子程序：讓單片機知道DS18B20在總線上且已準備好操作</p><p>　　DS18B20寫字節(jié)子程序：對DS18B20發(fā)出命令</p><p>　　DS18B20讀字節(jié)子程序：讀取DS18B20存儲器的數(shù)據(jù)</p><p>　　延時子程序：對DS1

32、8B20操作時的時序控制</p><p><b>　　6</b></p><p>　　讀溫度值模塊流程圖：</p><p>　　4.4 溫度報警模塊</p><p>　　設定報警溫度上限值，當溫度超過該值時產(chǎn)生報警</p><p>　　設定報警溫度下限值，當溫度低于該值時產(chǎn)生報警</p>

33、;<p>　　當溫度在上限值和下限值之間時，不產(chǎn)生報警</p><p><b>　　五、系統(tǒng)測試</b></p><p><b>　　七、心得體會</b></p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　[1] 郭天祥 《51單片機C語言教

34、程》 電子工業(yè)出版社，2009,12</p><p>　　[2] 谷樹忠 《Protel2004實用教程—原理圖與PCB設計（第二版）》 </p><p>　　電子工業(yè)出版社，2010,1</p><p><b>　　[3] 百度百科</b></p><p><b>　　九、附錄</b><