基于51單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 引言1</b></p><p><b>　　2 功能要求1</b><

2、/p><p>　　3 方案論證與設(shè)計(jì)1</p><p>　　3.1 控制部分的方案選擇1</p><p>　　3.2 測(cè)溫部分的方案選擇1</p><p>　　3.3 顯示部分的方案選擇2</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　4.1 主控器 AT89C522&

3、lt;/p><p>　　4.2 時(shí)鐘電路 DS13023</p><p>　　4.2.1. DS1302的性能特性3</p><p>　　4.2.2 DS1302數(shù)據(jù)操作原理3</p><p>　　4.3 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.3.1 溫度傳感器工作原理5</p><p&g

4、t;　　4.3.2 DS18B20與單片機(jī)的接口電路8</p><p>　　4.4 顯示電路的設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.5 鍵盤接口的設(shè)計(jì)10</p><p>　　5 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)10</p><p>　　5.1 陽(yáng)歷程序設(shè)計(jì)10</p><p>　　5.2 時(shí)間調(diào)整程序設(shè)計(jì)11</p>

5、;<p>　　5.3 溫度程序設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.3.1 主程序12</p><p>　　5.3.2 讀出溫度子程序12</p><p>　　5.3.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序12</p><p>　　5.3.4 計(jì)算溫度子程序13</p><p>　　5.3.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序1

6、3</p><p>　?。?調(diào)試及性能分析13</p><p>　　6.1 調(diào)試步驟14</p><p>　　6.2 性能分析14</p><p><b>　　７ 總結(jié)14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p&

7、gt;<b>　　致 謝14</b></p><p>　　基于51單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電子萬(wàn)年歷是單片機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用，由硬件和軟件相配合使用。硬件由主控器、時(shí)鐘電路、溫度檢測(cè)電路、顯示電路、鍵盤接口5個(gè)模塊組成。主控模塊用AT89C52、時(shí)鐘電路

8、用時(shí)鐘芯片DS1302、顯示模塊用LED數(shù)碼管、溫度檢測(cè)采用DS18B20溫度傳感器、鍵盤接口電路用普通按鍵接上拉電阻完成；軟件利用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序控制。單片機(jī)通過(guò)時(shí)鐘芯片DS1302獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，DS18B20采集溫度信號(hào)送該給單片機(jī)處理，單片機(jī)再把時(shí)間數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)送給74LS154譯碼，然后通過(guò)三極管C9015放大驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示陽(yáng)歷年、月、日、時(shí)、秒、鬧鐘、星期、溫度。</p><p>　　關(guān)

9、鍵詞 電子萬(wàn)年歷；單片機(jī)；溫度傳感器；時(shí)鐘；數(shù)碼顯示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Electronic perpetual calendar which is an application of the single-chip processor system, is utilized by combining hard

10、ware and software. And Hardware is composed of five modules: Main control unit, clock circuit, temperature test circuit, display circuit, keyboard interface. Main control board adopts AT89S52, clock circuit adopts the DS

11、1302 clock chip, display module adopts the LED digital tube, and temperature test adopts the DS18B20 temperature sensor, keyboard interface circuit is completed</p><p>　　Keywords: Electronic perpetual calend

12、ar; single-chip processor; temperature sensor; clock; digital display</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，家用電子產(chǎn)品不但種類日益豐富，而且變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用，單片微型計(jì)算機(jī)體積小、性價(jià)比高、功能強(qiáng)、可靠性高等獨(dú)有的特點(diǎn)，在

13、各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電子萬(wàn)年歷是一種應(yīng)用非常廣泛的日常計(jì)時(shí)工具，數(shù)字顯示的日歷鐘已經(jīng)越來(lái)越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會(huì)議室、車站和廣場(chǎng)等使用。LED數(shù)字顯示的日歷鐘顯示清晰直觀、走時(shí)準(zhǔn)確、可以進(jìn)行夜視，并且還可以擴(kuò)展出多種功能。功能也越來(lái)越齊全，除了公歷年月日、時(shí)分秒、星期顯示及鬧鈴。但通過(guò)我們對(duì)各種電子鐘表、歷的不斷觀察總結(jié)發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)的鐘、歷都存在一些不足之處，比如：時(shí)鐘不精確、產(chǎn)品成本太高、無(wú)環(huán)境溫度顯示等，

14、這都給人們的使用帶來(lái)了某些不便。為此設(shè)計(jì)了一種功能全面、計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、成本低廉的基于51單片機(jī)的萬(wàn)年歷。</p><p><b>　　2 功能要求</b></p><p>　　1. 萬(wàn)年歷能用數(shù)碼管顯示陽(yáng)歷年、月、日、星期、[小]時(shí)、分、秒并設(shè)置指定時(shí)間的鬧鈴。</p><p>　　2. 數(shù)字式溫度計(jì)要求測(cè)溫范圍-50~100°C， LE

15、D數(shù)碼管直讀顯示。</p><p><b>　　3 方案論證與設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 控制部分的方案選擇</p><p>　　1. 用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)?？刹捎肁LTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。設(shè)計(jì)起來(lái)結(jié)構(gòu)清晰，各個(gè)模塊，從硬件上設(shè)計(jì)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制與顯示的模塊間的連接也會(huì)比較方便。但是考慮到本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，ED

16、A在功能擴(kuò)展上比較受局限，而且EDA占用的資源也相對(duì)多一些。從成本上來(lái)講，用可編程邏輯器件來(lái)設(shè)計(jì)也沒有什么優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　2. 用凌陽(yáng)16位單片機(jī)設(shè)計(jì)。凌陽(yáng)16位單片機(jī)有豐富的中斷源和時(shí)基，方便本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。它的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，并且C語(yǔ)言和匯編兼容的編程環(huán)境也很方便來(lái)實(shí)現(xiàn)一些遞歸調(diào)用。I/O口功能也比較強(qiáng)大，方便使用。用凌陽(yáng)16位單片機(jī)做控制器最有特色的就是它的可編程音頻處理，可完成語(yǔ)音的錄制播放和識(shí)別

17、。這些都方便對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行擴(kuò)展，使設(shè)計(jì)更加完善。成本也相對(duì)低一些。但是，在控制與顯示的結(jié)合上有些復(fù)雜，顯示模組資源相對(duì)有限，而且單片機(jī)的穩(wěn)定性不是很高。</p><p>　　3. 主控芯片使用51系列AT89C52單片機(jī)，時(shí)鐘芯片用美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的時(shí)鐘DS1302。采用DS1302作為主要計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。更重要的是，DS1302可以在很小電流的后備電源（2.5～5V

18、電源，在2.5V時(shí)耗電小于300nA）下繼續(xù)計(jì)時(shí)，停電后時(shí)鐘無(wú)需重新調(diào)整，并可編程選擇多種充電電流來(lái)對(duì)后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電，還可自設(shè)鬧鈴，陽(yáng)歷、星期與年月日自動(dòng)對(duì)應(yīng)。本系統(tǒng)采用了此方案。</p><p>　　3.2 測(cè)溫部分的方案選擇</p><p>　　1.在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要乃至溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)一

19、般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜，制作成本高。</p><p>　　2.與前面相比，采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55～125°Ｃ，最大分辨率可達(dá)0.0625°Ｃ。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有

20、低成本和易使用的特點(diǎn)。</p><p>　　3.3 顯示部分的方案選擇</p><p>　　1. 液晶顯示方式。液晶顯示效果出眾，可以運(yùn)用菜單項(xiàng)來(lái)方便操作，但是在顯示時(shí)，特別是使用秒表功能時(shí)掃描速度跟不上，屏幕會(huì)有明顯的閃爍。而且由于61板的存儲(chǔ)空間有限，液晶顯示就不能與語(yǔ)音播抱程序同時(shí)實(shí)現(xiàn)。這些大大影響了電子萬(wàn)年歷的性能。</p><p>　　2. 相比液晶顯示，

21、8段數(shù)碼管雖然操作比液晶顯示略顯繁瑣，但可視范圍十分寬，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，也不需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序。所以最后選擇LED數(shù)碼管顯示方案。</p><p>　　綜上所述，按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定硬件系統(tǒng)由主控制器、時(shí)鐘模塊、測(cè)溫電路、顯示模塊、鍵盤接口共5個(gè)模塊組成，總體系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 電子萬(wàn)年歷系統(tǒng)構(gòu)成框圖</p><p>

22、　　4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電子萬(wàn)年歷電路原理圖見附件一，系統(tǒng)由主控制器AT89C52、時(shí)鐘芯片DS1302、溫度傳感器DS18B20傳感器、顯示電路及鍵盤掃描電路組成。</p><p>　　4.1 主控器 AT89C52</p><p>　　ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計(jì)，由先進(jìn)工藝制造，并帶有非易失性Fl

23、sah程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場(chǎng)應(yīng)用最多。主要性能特點(diǎn)有：</p><p>　　8KB Flash ROM，可以檫寫1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。</p><p>　　256字節(jié)內(nèi)部RAM。</p><p><b>　　電源控制模式</b></p><p>　　——時(shí)鐘可停止和恢復(fù)

24、；</p><p><b>　　——空閑模式；</b></p><p><b>　　——掉電模式。 </b></p><p><b>　　6個(gè)中斷源。</b></p><p><b>　　4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。</b></p><p>&

25、lt;b>　　4個(gè)8位I/O口。</b></p><p>　　全雙工增強(qiáng)型UART。</p><p>　　3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，T0、T1（標(biāo)準(zhǔn)80C51）和增加的T2（捕獲和比較）。</p><p>　　全靜態(tài)工作方式：0～24MHz。</p><p>　　4.2 時(shí)鐘電路 DS1302</p><

26、p>　　4.2.1. DS1302的性能特性</p><p>　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)；</p><p>　　用于高速數(shù)據(jù)暫存的31×8位RAM；</p><p>　　最少引腳的串行I/O；</p><p>　　2.5～5.5V電壓工作范圍；</p><p>　

27、　2.5V時(shí)耗電小于300nA；</p><p>　　用于時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式；</p><p><b>　　簡(jiǎn)單的3線接口；</b></p><p>　　可選的慢速充電（至Vcc1）的能力。</p><p>　　DS1302時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它經(jīng)

28、過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。對(duì)于小于31天的月和月末的日期自動(dòng)調(diào)整，還包括閏年校正的功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用24h或帶AM(上午)/PM（下午）的12h格式。采用三線接口與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)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302有主電源/后備電源雙電源引腳：Vcc1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份；Vcc2在雙電源系統(tǒng)

29、中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中，Vcc1連接到備份電，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由Vcc1或Vcc2中較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電；當(dāng)Vcc2小于Vcc時(shí)， DS13026由Vcc1供電。</p><p>　　4.2.2 DS1302數(shù)據(jù)操作原理</p><p>　　DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把

30、RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無(wú)論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個(gè)寄存器中哪個(gè)將被訪問(wèn)到。在開始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫操作是寫入時(shí)寫入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。</p><p>　　如果在傳送過(guò)程中置RST腳為低電平，則會(huì)終

31、止本次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc大于等于2.5V之前,RST腳必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。DS1302的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示，表4.1為各引腳的功能。</p><p>　　DS1302的控制字如圖4.2所示?？刂谱止?jié)的最高位（位7）必須是邏輯1；如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；為1表示

32、存取RAM數(shù)據(jù)。位5～1（A4～A0）指示操作單元的地址。最低有效位（位0）如為0，表示要進(jìn)行寫操作；為1表示進(jìn)行讀操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸入/輸出。</p><p>　　為了提高對(duì)32個(gè)地址的尋址能力（地址/命令位1～5=邏輯1），可以把時(shí)鐘/日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié)（burst）方式。位6規(guī)定時(shí)鐘或RAM，而位0規(guī)定讀或?qū)?。在時(shí)鐘/日歷寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能寄存數(shù)據(jù)

33、。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?的位0開始。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?個(gè)寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫RAM時(shí)，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有31字節(jié)。不管是否寫了全部31字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至RAM。</p><p>　　表 4.1 DS1302引腳功能</p><p>　　7 6 5 4 3 2 1

34、 0</p><p>　　圖 4.2 DS1302的控制字</p><p>　　DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表3.2，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。</p><p>　　時(shí)鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時(shí)鐘暫停位。當(dāng)它為1時(shí)，DS1302停止震蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式。

35、通常在對(duì)DS1302進(jìn)行寫操作時(shí)（如進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整程序），停止震蕩。當(dāng)它為0時(shí)，時(shí)鐘將開始啟動(dòng)。</p><p>　　AM－PM/12－24[小]時(shí)方式：[小]時(shí)寄存器的位7定義為12或24[小]時(shí)方式選擇位。它為高電平時(shí)，選擇12[小]時(shí)方式。在此方式下，位5是AM/PM位，此位是高電平時(shí)表示PM低電平表示AM。在24[小]時(shí)方式下，位5為第二個(gè)10[小]時(shí)位（20～23h）。</p><p&

36、gt;　　表 4.2 內(nèi)部寄存器地址和內(nèi)容</p><p>　　DS1302的晶震選用32.768kHz，電容推薦值為33pF，因?yàn)檎鹗庮l率較低，也可以不接電容，對(duì)計(jì)時(shí)精度影響不大。</p><p>　　4.3 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　測(cè)溫電路主要使用溫度傳感器DS18B20，由于精度要求不高所以采用2位共陽(yáng)LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。其設(shè)計(jì)

37、原理圖如附件一所示。</p><p>　　4.3.1 溫度傳感器工作原理</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要示通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：</p><p>　　獨(dú)特的單線接口僅

38、需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；</p><p>　　多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；</p><p><b>　　無(wú)須外部器件；</b></p><p>　　可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～3.5V；</p><p><b>　　零待機(jī)功耗；</b></p>

39、<p>　　溫度以9或12數(shù)字量讀出；</p><p>　　用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；</p><p>　　報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；</p><p>　　負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　DS18B20采用3腳PR—35封裝或８腳

40、SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4.3所示。</p><p>　　64位ROM的位結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫入戶報(bào)警上下限。</p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)調(diào)整暫

41、存RAM和一個(gè)易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖4.5所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)</p><p>　　MSB LSB MSB LSB

42、MSB LSB</p><p>　　圖4.4 64位ROM結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖4.5 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖4.6所示。低5位一直1，M是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)

43、，即用來(lái)設(shè)置分辨率，定義方法見表4.3。</p><p>　　由表4.3可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。</p><p>　　高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。</p&g

44、t;<p>　　當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625°C/LSB形式表示。溫度值格式如圖4.7所示。</p><p>　　圖 4.6 配置寄存器</p><p>　　表 4.3

45、 DS18B20分辨率的定義規(guī)定</p><p>　　表 4.4 DS18B20溫度與測(cè)得值對(duì)應(yīng)表</p><p>　　圖 4.7 溫度數(shù)字值格式</p><p>　　當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表現(xiàn)測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼再計(jì)算十進(jìn)制值。表4.4是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。&

46、lt;/p><p>　　DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若T>TH或T<TL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。</p><p>　　在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并和存入D

47、S18B20的CRC作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。</p><p>　　DS18B20的測(cè)溫原理如圖4.8所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)算門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)

48、門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55°C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55°C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。</p><p>　　減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行

49、計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖4.8中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。</p><p>　　另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。

50、操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖） 發(fā)ROM功能指令 發(fā)存儲(chǔ)器操作命令 處理數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.3.2 DS18B20與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為引線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式。單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20

51、時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。</p><p>　　當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。</p><p>　　4.4 顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示部分采用

52、普通的共陽(yáng)數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描，以減少硬件電路?？紤]到第一次掃描17位數(shù)碼管顯示時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍情況，設(shè)計(jì)時(shí)17個(gè)數(shù)碼管分3排同時(shí)掃描。第一排8個(gè)數(shù)碼管分別為千年、百年、十年、年、十月、月、十日、日，第二排7個(gè)數(shù)碼管分別為十時(shí)、時(shí)、十分、分、十秒、秒，第三排3個(gè)數(shù)碼管分別為星期、溫度（兩位）顯示。顯示時(shí)采用串行口輸出段碼，用1片74LS164來(lái)驅(qū)動(dòng)3排數(shù)碼管，這樣掃描一次只需7ms。</p><p>　　表 4

53、.5 74LS164特性表</p><p>　　74LS164內(nèi)部為8個(gè)D觸發(fā)器，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行移位，74LS164特性見表4.5。單片機(jī)以串口方式0（移位寄存器方式）輸出數(shù)據(jù)，3片74LS164作為3排共陽(yáng)數(shù)碼管的串/并轉(zhuǎn)換顯示接口。74LS164為TTl單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯“與”運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接，共

54、同作為輸入腳。CP（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到CP端時(shí)，移位寄存器移一位。8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。MR腳（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)該腳為低電平時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0；只有當(dāng)它高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。Q1～Q8(第3～6和10～13引腳)并行輸出端分別接數(shù)碼管的h～a（因?yàn)榇趶牡臀婚_始傳送）各段對(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個(gè)

55、字節(jié)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位。再來(lái)1個(gè)脈沖，第1個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，進(jìn)入下個(gè)74LS164的第1位。3片74LS164首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起。這樣，當(dāng)輸入8個(gè)脈沖時(shí)，從單片機(jī)RXD端輸出的第1</p><p>　　在方式0狀態(tài)下，串行口為同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，為fosc/12。數(shù)據(jù)由RXD(P3.0)端輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)端輸出。發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時(shí)低位在先。所以根據(jù)提供的硬

56、件電路圖，在編寫程序時(shí)，查共陽(yáng)數(shù)碼管的段碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)應(yīng)該將正常的共陽(yáng)數(shù)據(jù)管0～9的二進(jìn)制值按位反序排序，如原來(lái)的二進(jìn)制為11000000（C0H），要改為00000011（03H），就能使數(shù)碼管正常顯示。</p><p>　　4.5 鍵盤接口的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于按鍵只有5個(gè)，用普通按鈕接10K上拉電阻，用查詢法完成讀鍵功能。</p><p><

57、b>　　5 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 陽(yáng)歷程序設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)槭褂昧藭r(shí)鐘芯片DS1302，陽(yáng)歷程序只需從DS1302各寄存器中讀出年、周、月、日、[小]時(shí)、分、秒等數(shù)據(jù)，再處理即可。在首次對(duì)DS1302進(jìn)行操作之前，必須對(duì)它進(jìn)行初始化，然后從DS1302中讀出數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)處理后，送給顯示緩沖單元。陽(yáng)歷程序流程圖見圖5.1所示。<

58、;/p><p>　　5.2 時(shí)間調(diào)整程序設(shè)計(jì)</p><p>　　調(diào)整時(shí)間用5個(gè)調(diào)整按鈕，1個(gè)作為移位、控制用，2個(gè)作為加和減用，還有2個(gè)作為鬧鐘調(diào)整使用，分別定義為控制按鈕、加按鈕、減按鈕、鬧鐘加按紐、鬧鐘減按紐。在調(diào)整時(shí)間過(guò)程中，要調(diào)整的位與別的位應(yīng)該有區(qū)別。所以增加了閃爍功能，即調(diào)整的位一直在閃爍，直到調(diào)整下一位。閃爍原理就是，讓要調(diào)整的一位每隔一定時(shí)間熄滅一次，比如說(shuō)50ms。利用定時(shí)

59、器計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到50ms溢出時(shí)，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時(shí)，再送正常顯示的值，不斷交替，直到調(diào)整該位結(jié)束。此時(shí)送正常顯示值給該位，再進(jìn)入下一位調(diào)整閃爍程序。時(shí)間調(diào)整程序流程圖如圖5.2所示。</p><p>　　5.3 溫度程序設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等等。</p><p

60、><b>　　5.3.1 主程序</b></p><p>　　主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。其程序流程圖見5.3。</p><p>　　5.3.2 讀出溫度子程序</p><p>　　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

61、寫。其程序流程圖如圖5.4所示。</p><p>　　5.3.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序</p><p>　　溫度轉(zhuǎn)換子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.3 DS18B20溫度計(jì)主程序流程圖　　　　　　　 圖5

62、.4 讀出溫度子程序流程圖</p><p>　　5.3.4 計(jì)算溫度子程序</p><p>　　計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖5.6所示。</p><p>　　5.3.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序</p><p>　　顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯

63、示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖5.7所示。</p><p>　　圖5.5 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖</p><p>　　圖5.6 計(jì)算溫度子程序流程圖　　　　　　　　　　圖5.7 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖</p><p><b>　　６ 調(diào)試及性能分析</b></p><p><b>　　

64、6.1 調(diào)試步驟</b></p><p>　　系統(tǒng)的調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。其中硬件調(diào)試主要是檢測(cè)硬件電路是否有短路、斷路、虛焊現(xiàn)象。時(shí)鐘和測(cè)溫部分的硬件電路很簡(jiǎn)單，DS1302通過(guò)3根線、DS18B20只通過(guò)1根線與單片機(jī)相連接，很容易檢測(cè)，主要是檢測(cè)引腳晶振和電源是否接好。另外可以通過(guò)軟件來(lái)調(diào)試硬件，如編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的顯示程序來(lái)測(cè)試顯示電路連接是否正確。接下來(lái)可進(jìn)行軟件調(diào)試，可以編寫只含DS13

65、02的計(jì)時(shí)和讀寫程序、顯示程序，測(cè)試DS1302是否正常工作。最后調(diào)試日歷、時(shí)間、鬧鐘、報(bào)警和溫度程序。</p><p><b>　　6.2 性能分析</b></p><p>　　計(jì)時(shí)器最關(guān)鍵的是計(jì)時(shí)的精度。電子萬(wàn)年歷中DS1302上最好使用專用的晶振。經(jīng)測(cè)試制作的電子萬(wàn)年歷，誤差較大，設(shè)計(jì)可以通過(guò)換用標(biāo)準(zhǔn)晶振或用軟件進(jìn)行修正。</p><p>

66、;<b>　?。?總結(jié)</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)立足于電子技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，不斷實(shí)踐，開拓了思維，設(shè)計(jì)以考查、調(diào)研、搜集資料、擬訂方案、進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、編程、仿真、調(diào)試的流程，使我深刻的體會(huì)到了在學(xué)習(xí)我們專業(yè)的過(guò)程中理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，同時(shí)也解決了以前學(xué)習(xí)比較模糊的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，使自己掌握的專業(yè)知識(shí)更加結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化。</p><p>　　總之，本次設(shè)計(jì)在

67、各位領(lǐng)導(dǎo)的精心安排與大力支持下；在指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)下；在各位同學(xué)和朋友的貼心幫助下解決了許多設(shè)計(jì)中的實(shí)際困難，我以最低的成本和最簡(jiǎn)單的方案設(shè)計(jì)出了功能強(qiáng)大的電子萬(wàn)年歷。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　AT89C51，http://www.zlgmcu.com，廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司</p><p>　

68、　DS1302 Trickle Charge Timekeeping Chip，www.dalsemi.com</p><p>　　劉嘉新 李明 于明淳 DS18B20在林學(xué)氣象測(cè)量中的應(yīng)用，2002年7月第30卷第4期</p><p>　　蔣敏，單片微機(jī)萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)，職大學(xué)報(bào)2002年第2期</p><p>　　邸春芳，電腦實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，(西南石油學(xué)院電子信息工程

69、學(xué)院)</p><p>　　維普資訊 http://www.cqvip.com</p><p>　　王越明，電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)，黑龍江煤礦機(jī)電設(shè)備廠，維普資訊 http://www.cqvip.com</p><p>　　適用于51系列單片機(jī)的一種萬(wàn)年歷優(yōu)化算法，維普資訊 http://www.cqvip.com </p><p>　　吳有富，

70、推導(dǎo)萬(wàn)年星期歷的turoc-c程序，貴州民族學(xué)院</p><p>　　劉峰 周炳峻 李曉靜，遙控電腦萬(wàn)年歷的改造，河北，應(yīng)用與改造</p><p>　　藤迪安，最新萬(wàn)年歷，《黑龍江珠算》1996年第5期</p><p>　　韓志軍 劉新民，數(shù)字溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用，2003年3月第1卷第1期</p><p>　　江太輝 鄧展威 D

71、S18B20數(shù)字式溫度傳感器的特性與應(yīng)用《電子技術(shù)》2003年第12期</p><p>　　陳躍東DS18B20集成溫度傳感器原理及其應(yīng)用，安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào)2002年l2月第l7卷第4期</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在各位領(lǐng)導(dǎo)的悉心關(guān)懷下；在**老師的耐心指導(dǎo)下；在各位同學(xué)、朋友的貼心幫助下，本設(shè)計(jì)成功完成

72、。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)與論文中無(wú)不傾注著*老師辛勤的汗水和心血。她對(duì)科學(xué)一絲不茍、認(rèn)真求實(shí)的工作作風(fēng)，對(duì)指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作默默無(wú)聞、積極負(fù)責(zé)的態(tài)度都深深影響著即將走出社會(huì)的我。讓我不僅系統(tǒng)的掌握了專業(yè)知識(shí)體系，也讓我有了正確的態(tài)度和堅(jiān)定的信心去面對(duì)未來(lái)。當(dāng)然我摯親的朋友、同學(xué)也給予了我太多的幫助，大家相互鼓勵(lì)、一起探討，奮斗了多個(gè)日日夜夜，讓我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。 在此，我對(duì)所有關(guān)心我們的領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)、朋友表示衷心的感謝！<