2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  洛陽師范學院</b></p><p>  單片機原理及應用課程設計報告</p><p>  基于AT89S52單片機萬年歷的設計</p><p><b>  摘 要</b></p><p>  電子萬年歷是一種非常廣泛日常計時工具。它可以對年、月、日、時、分、秒進行計

2、時,還具有閏年補償等多種功能,對于數字電子萬年歷采用直觀的數字顯示,可以同時顯示年、月、日、時、分、秒和溫度等信息,還具有時間校準等功能。該電路采用AT89S52單片機作為核心,功耗小,能在3V的低壓工作,電壓可選用3---5V電壓供電。</p><p>  此次是基于52系列的單片機進行的電子萬年歷設計,相比傳統(tǒng)的萬年歷來說,精確度更高??梢燥@示溫度、年、月、日、時、分、秒及周信息,具有可調整日期和時間功能。對

3、單片機的理論基礎和外圍擴展知識進行了比較全面準備。在硬件與軟件方面進行同步設計。硬件部分主要由單片機,LED顯示電路,以及調時按鍵電路等組成。在單片機的選擇上使用了AT89S52單片機,該單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。顯示器使用共陰極的數碼管。使用MAX7219來驅動顯示,然后并行輸出。軟件方面主要包括日歷程序、時間調整程序、溫度程序、顯示程序等。程序采用匯編語言編寫,以便更簡單地實現(xiàn)調整時間及陰歷顯示功能。所有程序編寫完成后,

4、在keil軟件中進行調試,確定沒有問題后,在Proteus軟件中嵌入單片機內進行仿真。</p><p>  關鍵詞:時鐘芯片、MAX7219、DS18B20、動態(tài)掃描、單片機。</p><p><b>  目 錄</b></p><p><b>  摘 要1</b></p><p><b

5、>  1 緒論4</b></p><p><b>  1.1設計背景4</b></p><p><b>  1.2設計思想4</b></p><p><b>  1.3設計框圖5</b></p><p>  2 系統(tǒng)硬件設計6</p>

6、<p>  2.1最小化電路設計6</p><p>  2.1.1 主控芯片簡介6</p><p>  2.1.2 復位電路、晶振電路設計7</p><p>  2.2顯示電路設計9</p><p>  2.2.1 顯示器簡介9</p><p>  2.2.2 驅動芯片簡介11</p>

7、<p>  2.2.3 顯示電路16</p><p>  2.3溫度采集電路設計17</p><p>  2.3.1 溫度采集芯片簡介17</p><p>  2.3.2 溫度采集電路21</p><p>  2.4實時時鐘電路設計21</p><p>  2.4.1時鐘芯片簡介22</

8、p><p>  2.4.2時鐘電路22</p><p>  3 系統(tǒng)軟件設計25</p><p>  3.1主程序流程圖25</p><p>  3.2系統(tǒng)子程序的設計26</p><p>  3.2.1送顯示流程圖26</p><p>  3.2.2 時鐘流程圖27</p>

9、<p>  3.2.3 溫度采集流程圖29</p><p><b>  4 系統(tǒng)仿真29</b></p><p>  4.1仿真軟件簡介29</p><p>  4.2 軟件仿真過程33</p><p>  4.3仿真結果35</p><p><b>  致謝3

10、7</b></p><p><b>  參考文獻37</b></p><p><b>  附 錄 一38</b></p><p><b>  附 錄 二39</b></p><p><b>  1 緒論</b></p>&

11、lt;p><b>  1.1設計背景</b></p><p>  隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快,對時間的要求越來越高,精準數字計時的消費需求也是越來越多。二十一世紀的今天,最具代表性的計時產品就是電子萬年歷,它是近代世界鐘表業(yè)界的第三次革命。第一次是擺和擺輪游絲的發(fā)明,相對穩(wěn)定的機械振蕩頻率源使鐘表的走時差從分級縮小到秒級,代表性的產品就是帶有擺或擺輪游絲的機械鐘或表。第二次

12、革命是石英晶體振蕩器的應用,發(fā)明了走時精度更高的石英電子鐘表,使鐘表的走時月差從分級縮小到秒級。第三次革命就是單片機數碼計時技術的應用(電子萬年歷),使計時產品的走時日差從分級縮小到1/600萬秒,從原有傳統(tǒng)指針計時的方式發(fā)展為人們日常更為熟悉的夜光數字顯示方式,直觀明了,并增加了全自動日期、星期、溫度以及其他日常附屬信息的顯示功能,它更符合消費者的生活需求!因此,電子萬年歷的出現(xiàn)帶來了鐘表計時業(yè)界跨躍性的進步。</p>

13、<p>  目前流行的計算機日歷程序,比較典型的是Windows各版本中的日歷程序以及基礎于該程序所開發(fā)的各種應用程序中的日歷程序。然而,這些程序都千篇一律的局限在一個很短的時間范圍內。(Windows各個版本一般都局限在1980年至2099年這一范圍內),但是,在很多情況下,一個時間跨度較大的日歷程序是很有參考價值的,本程序在這種背景下開始編輯,其中集成了國際通用日歷和中國農歷,此外還可以顯示星期和加載了部分節(jié)日,顯示本機準

14、確日期等功能。

15、 </p><p><b>  1.2設計思想</b></p><p>  眾所周知,地球繞太陽公轉,公轉一周歷時365天5小時48分46秒?,F(xiàn)代國際上普遍采用羅馬歷法,在羅馬歷法中人為地規(guī)定一年365天,也就是我們所說的平年,為

16、了彌補每一年多出的5小時48分46秒,同時又規(guī)定4年中有一年是閏年,閏年為366天(平年的2月份為28天,而閏年的2月份為29天),這樣4年有365*3+366=1461天,而地球繞太陽公轉4周歷時1460天23小時15分4秒,這樣,每4年又產生了44分56秒的誤差,為了減小影響,歷法上又規(guī)定,每400年中只存在97個閏年,這樣400年中共有365*400+97=146097天,</p><p>  而地球繞太陽

17、公轉400周歷時146096天21小時6分40秒,較好的彌補了這一缺陷,這樣幾乎3300年才產生一天的誤差。</p><p><b>  1.3設計框圖</b></p><p>  本電路是由AT89S52單片機為控制核心,具有在線編程功能,低功耗,能在3V超低壓工作;它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,工作電壓為2.5V~5.5V。采用三線

18、接口與CPU進行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數據。晶振電路是給主控模塊提供脈沖信號;溫度的采集由DS18B20構成;顯示部分由8個數碼管,MAX7219譯碼器構成。使用動態(tài)掃描顯示方式對數字的顯示。本設計系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。</p><p>  圖1.1 基于AT89S52單片機的電子萬年歷系統(tǒng)框圖</p><p><b>  2 系統(tǒng)硬件設計

19、</b></p><p>  2.1 最小化電路設計</p><p>  在單片機使用中有必須的最小化電路,它是單片機工作的前提。其中包括電源電路、晶振電路、復位電路。下面就簡單介紹最小化電路。</p><p>  2.1.1 主控芯片簡介</p><p>  (1)主要功能的簡介</p><p>  

20、擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash</p><p>  晶片內部具有時鐘振蕩器(傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz)</p><p>  內部 (ROM)程序存儲)為 8KB</p><p>  內部(RAM)數據存儲器為 256字節(jié)</p><p>  32 個可編程I/O 口線</p><p><b&

21、gt;  8 個中斷向量源</b></p><p>  三個 16 位定時器/計數器</p><p><b>  三級加密程序存儲器</b></p><p>  全雙工UART串行通道</p><p><b> ?。?)引腳功能簡介</b></p><p>  圖

22、2.1 AT89S52單片機的引腳圖</p><p>  VCC:電源正端輸入,接+5V。</p><p><b>  VSS:電源地端。</b></p><p>  XTAL1:單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。</p><p>  XTAL2:系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端,一般在設計上只要在 XTAL1 和 XTAL2

23、 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了,此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容,可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定,避免噪聲干擾而死機。</p><p>  RESET:重置引腳,高電平動作。</p><p>  EA/Vpp:"EA"表示存取外部程序代碼之意,低電平動作,也就是說當此引腳接低電平后,系統(tǒng)會取用外部的程序代碼(存于外部EPROM中)來執(zhí)行程序。</p&

24、gt;<p>  ALE/PROG:ALE是表示地址鎖存器啟用信號。</p><p>  PSEN:此為"Program Store Enable"的縮寫,其意為程序儲存啟用。</p><p>  PORT0(P0.0~P0.7):端口0是一個8位寬的開路汲極(Open Drain)雙向輸出入端口,共有8個位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此類推。

25、其他三個I/O端口(P1、P2、P3)則不具有此電路組態(tài),而是內部有一提升電路,P0在當做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。</p><p>  PORT1(P1.0~P1.7):端口1也是具有內部提升電路的雙向I/O端口,其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載,同樣地若將端口1的輸出設為高電平,便是由此端口來輸入數據。</p><p>  PORT3(P3.0~P3.7):端口3

26、也具有內部提升電路的雙向I/O端口,其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載,同時還多工具有其他的額外特殊功能,包括串行通信、外部中斷控制、計時計數控制及外部數據存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。其引腳分配如下:</p><p>  P3.0:RXD,串行通信輸入。</p><p>  P3.1:TXD,串行通信輸出。</p><p>  P3.2:INT0,外部中斷0輸

27、入。</p><p>  P3.3:INT1,外部中斷1輸入。</p><p>  P3.4:T0,計時計數器0輸入。</p><p>  P3.5:T1,計時計數器1輸入。</p><p>  P3.6:WR,外部數據存儲器的寫入信號。</p><p>  P3.7:RD,外部數據存儲器的讀取信號。</p>

28、;<p>  RST:復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。</p><p>  ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。</p><p>  /EA/VPP:當/EA保持低電平時,在此期間外部程序存器(0000H-FFFFH),不管是否有內部程序存儲器?! ?lt;/p><p>

29、  .2.1.2 復位電路、晶振電路的設計</p><p>  單片機工作需要3個基本條件:接電源、接石英晶體振蕩器和復位電路。如圖2.2所示。</p><p>  圖2.2 單片機的基本電路</p><p><b>  (1)接電源</b></p><p>  將單片機第40腳Vcc接電源+5V,第20腳Vss接地(

30、電源負極),為單片機工作提供電源。由于AT89S52片內帶有程序存儲器,當使用片內程序存儲器時要將EA(31腳)接高電平,即接到電源+5V。 </p><p> ?。?)接石英晶體振蕩器</p><p>  將單片機第19腳(XTAL1)與18腳(XTAL2)分別接外部晶體的兩個引腳,由石英晶體組成振蕩器,保證單片機內部各部分有序工作。

31、 圖2.3 晶振電路</p><p>  單片機運行程序的速度與振蕩器的頻率有關。單片機在讀、寫操作時都需要消耗一定的時間。機器周期是指單片機完成一個基本操作所用的時間,當外接石英晶體為12MHz時,1個機器周期為1ms;當外接石英晶體為6MHz時,1個機器周期為1ms。</p><p> ?。?)復位電路 &l

32、t;/p><p>  在實際應用中,復位電路有兩種基本形式:一種是上電復位,另一種是上電與按鍵均有效的復位如圖2.4所示。</p><p>  上電復位要求接通電源后,單片機自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路如圖2-4(a)所示。上電瞬間RST引腳獲得高電平,隨著電容C1的充電,RST引腳的高電平將逐漸下降。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間(2個機器周期),單片機就可以進行復位操作。該

33、電路典型的電阻和電容參數為:晶振為12MHz時,C1為10uF,R1為8.2KΩ;晶振為6MHz時,電容C1為22uF,R1為1KΩ。</p><p>  上電與按鍵均有效的復位電路如圖2.4(b)所示。上電與按鍵均有效的復位電路原理與上電復位原理相同,不同的是上電與按鍵均有效的復位電路在單片機運行期間,能用按鍵來控制復位操作晶振為6MHz時,電容C1為22uF,R2為200Ω</p><p&

34、gt;<b>  圖</b></p><p>  2.4(a)上電復位電路 圖2.4(b)上電與按鍵均有效復位電路</p><p>  本設計中使用后者電路復位,就是可以在單片機運行期間可以人工的復位。這樣是比較方便。</p><p>  2.2 顯示電路設計</p><p>  .2.2.1 顯示器的

35、簡介</p><p>  發(fā)光二極管LED是簡單常用的輸出設備,通常用來指示機器的狀態(tài)或其它信息。它的優(yōu)點是價格低,壽命長,對電壓電流的要求低及容易實現(xiàn)多路等,因而在測量控制儀器中獲得了廣泛的應用。</p><p>  LED是近似于恒壓的元器件,到導電時(發(fā)光)的正向壓降一般約為1.6V或2.4V,反向擊穿電壓一般≥5V。工作電流通常在10---20mA,故電路中需要串聯(lián)適當的限流電阻。

36、發(fā)光強度基本上與正向電流成正比。發(fā)光效率和顏色取決于制造的材料,一般常用紅色,偶爾也用于黃色或綠色。</p><p>  多個LED可接成共陰或共陽極形式。通過驅動器接到系統(tǒng)的并行輸出口上,由CPU輸出適當的代碼來點亮或熄滅相應的LED。</p><p>  發(fā)光二級管顯示驅動(點亮)的方法有如下2種:</p><p>  靜態(tài)驅動方法:即給欲點亮的LED通過恒定的

37、定流。這種驅動方法需要顯示的位數增加時,所需的邏輯部件及連線也相應增加,成本也增加。</p><p>  動態(tài)驅動方法:是給欲點亮的LED通過脈沖電流,此時LED的脈沖電流倍數于其額定電流值。利用動態(tài)驅動方法可以減少需要的邏輯部件和連線。</p><p>  7段LED數碼顯示器</p><p>  最常用的一種數碼顯示器是由7段條形的LED組成,如圖2.5所示。&

38、lt;/p><p>  圖2.5(a)共陰極接法 圖2.5(b)共陽極接法</p><p>  點亮適當的字段,就可以出不同的數字。此外不少于7段數碼管顯示器在右下角帶有一個圓形的LED作小數點用,這樣一共有8段,恰好適用于8位的并行系統(tǒng)。</p><p>  圖2.5(a)為共陰極接法,公共陰極接地。當各段陽極上的電平為“1”時

39、,該段點亮;電平為“0”時,段就熄滅。圖2.5(b)為共陽極接法+5V電源。當各段陰極上的電平為“0”時,該段就點亮;電平為“1”時,段就熄滅。圖中的電阻是限流電阻。</p><p>  圖2.6 7段LED數碼管顯示器內部段的排列</p><p>  為了在7段(圖2.6)LED上顯示不同的數字或字符,首先要把數字或字符轉換成相應的段碼(又稱字型碼),由于電路接法不同,形成的段碼也不相

40、同,如表2-1所示。</p><p>  表2-1 7段數碼顯示器的段位碼</p><p>  注:由于用MAX7219驅動譯碼,所以,本文選用共陰極數碼管,只顯示0---9,如果要用7段數碼顯示器顯示多位數字,就用MAX7219來驅動,下一節(jié)MAX7219的驅動。詳情請參考上一節(jié)。</p><p>  2.2.2 驅動芯片的簡介</p><p

41、>  MAX7219是MAXMI公司生產的一種串行接口方式7段共陰極LED顯示驅動器。其片內包含有一個BCD碼到B碼的譯碼器、多路復用掃描電路、字段和字位驅動器,以及存儲每個數字的8X8RAM。每位數字都可以被尋址和更新,允許對每一位數字選擇B碼譯碼或不譯碼。采用三線串行方式與單片機接口。電路十分簡單,只需要一個10KΩ左右的外接電阻來設置所有LED的段電流。MAX7219的引腳排列如圖2.7所示。</p><

42、p>  圖2.7 MAX7219的引腳排列</p><p><b> ?。?)引腳功能簡介</b></p><p>  DIN:串行數據輸入。在CLK時鐘的上升沿,串行數據被移入內部移位寄存器。移入時最高位(MSB)在前。</p><p>  DIG0-7:8根字位驅動引腳,它從LED顯示器吸入電流。</p><p&g

43、t;  GND:接地,兩根GND引腳必須相連。</p><p>  LOAD:裝載數據輸入。在LOAD的上升沿,串行輸入數據的最后16位被鎖存。</p><p>  CLK:時鐘輸入。它是串行數據輸入時所需的移位脈沖。最高時鐘頻率為10MHz,在CLK地上升沿串行數據被移入內部移位寄存器,在CLK的下降沿數據從DOUT移出。</p><p>  SEGA-SEGG,

44、DP:七段和小數點驅動輸出,它提供LED顯示器源電流。</p><p>  ISET:通過一個10KΩ電阻Rset接到V+以設置峰值段電流。</p><p>  V+:+5V電源電壓。</p><p>  DOUT:串行數據輸出。輸入到DIN的數據經過16.5個時鐘周期后,在DOUT端有效。</p><p>  (2) MAX7219的傳輸方

45、式:</p><p>  采用串行數據傳輸方式,由16位數據包發(fā)送到DIN引腳的串行數據在每個CLK的上升沿被移入的內部16位移位寄存器,然后在LOAD的上升沿將數據所存到數字或控制寄存器中。LOAD信號必須在第16個時鐘上升沿同時或之后,但在下一個時鐘上升沿之前變高;否則將會丟失數據。DIN端的數據通過移位寄存器傳送,并在16.5個時鐘周期之后出現(xiàn)在DOUT端。DOUT端的數據在CLK的下降沿輸出。串行數據以1

46、6位為一幀,其中,D11-D8為內部寄存器地址,D7-D0為寄存器數據,格式如表2-2所示。</p><p>  表2-2 MAX7219的串行數據格式</p><p>  (3) MAX7219的內部寄存器:</p><p>  MAX7219具有14個可尋址的內部數字和控制寄存器。8個數字寄存器由一個片內8X8雙端口SRAM實現(xiàn),它們可以直接尋址;因此,可以對單

47、個數字進行更新;并且只要V+超過2V,數據就可以保留下去??刂萍拇嫫饔?個,分別為譯碼方式、顯示亮度、掃描界限(掃描數位的個數)、停機和顯示測試。另外還有一個空操作寄存器(NO-OP),在不改變顯示或影響任一控制寄存器的條件下器件級聯(lián)時,它允許數據從DIN傳到DOUT。表2.3所列為MAX7219的內部寄存器及其地址。</p><p>  表2-3 MAX7219的內部寄存器及其地址</p>&l

48、t;p>  下面以表格形式對MAX7219內部寄存器中不同數據所表示的含義進行說明。</p><p>  表2-4為譯碼方式寄存器中數據的含義。從表中可見,寄存器中的每一位與一個數字位相對應,邏輯高電平選擇B譯碼,而邏輯低電平則選擇旁路譯碼器。</p><p>  表2-4 譯碼方式寄存器(地址 = X9H)</p><p>  MAX7219可用V+和IS

49、ET之間所接外部電阻Rset來控制顯示亮度。來自段驅動器的峰值電流通常為進入ISET電流的100倍。Rset既可以為固定電阻,也可以為可變電阻,以提供來自面板的亮度調節(jié),其最小值為9.52KΩ。段電流的數字控制由內部脈寬調制DAC控制。該DAC通過亮度寄存器向低4位加載,將平均峰值電流按16級比例設計,從Rset設置峰值電流的31/32的最大值到1/32的最小值,如表2-5所列,最大亮度出現(xiàn)在占空比為31/32時。</p>

50、<p>  表2-5 亮度寄存器(地址 = XAH)</p><p>  掃描界限寄存器用于設置所顯示的數字位,可以為1-8。通常以掃描頻率為1300Hz、8位數字、多路方式顯示。因為所掃描數字的多少會影響顯示亮度,所以要注意調整。如果掃描界限寄存器被設置為3個數字或更少,各數值驅動器將消耗過量的功率。因此,Rset電阻的值必須按所顯示數字的位數多少適當調整,以限制各個數字驅動器的功耗。表2-6為掃

51、描界限寄存器中數據的含義。</p><p>  表2-6 掃描界限寄存器(地址=XBH)</p><p>  當MAX7219處于停機方式時,掃描振蕩器停止工作,所有的段電流源被拉到地,而所有的位驅動器被拉到V+,此時LED將不顯示。在數字和控制寄存器中的數據保持不變。停機方式可用于節(jié)省功耗或使LED處于閃爍。MAX7219退出停機方式的時間不到250uS,在停機方式下顯示驅動器還可以進

52、行編程。停機方式可以被顯示測試功能取消。表2-7為停機寄存器中數據的含義。</p><p>  表2-7 停機寄存器(地址 = XCH)</p><p>  顯示測試寄存器有兩種工作方式:正常和顯示測試。在顯示測試方式下8位數字被掃描,占空比為31/32。通常不考慮(但不改變)所有控制寄存器和數據寄存器(包括停機寄存器)內的控制器來接通所有的LED顯示器。表2-8為顯示測試寄存器中數據的

53、含義。</p><p>  表 2-8 顯示測試寄存器(地址 = XFH)</p><p>  數字0-7寄存器受譯碼器寄存器的控制:譯碼或不譯碼。數據將寄存器可將BCD碼譯成B碼(0-9、-、E、L、P),如表2-9所列。如果不譯碼,則數字寄存器中數據的D6-D0為=位分別對應7段LED顯示器的A-G段,D7位對應LED的小數點DP。某一位數據為1,則點亮與該位對應的LED段;數據為0

54、,則熄滅該段。</p><p>  表 2-9 數字0-7寄存器(地址 = X1H – X8H)</p><p>  注:小數點DP由D7位控制,D7=1點亮小數點</p><p>  .2.2.3 顯示電路</p><p>  圖2.8為89S52單片機與MAX7219的一種接口。89S52的P1.0口連接到</p>&l

55、t;p>  圖2.8 MAX7219與89S52單片機接口</p><p>  MAX7219的DIN端,P1.1口連到LOAD端,P1.2連到CLK端。采用軟件模擬方式產生MAX7219所需的工作時序。圖2.8為數據傳輸時序設計的MAX7219顯示驅動程序例子,程序執(zhí)行后在LED上顯示8051字樣。</p><p>  2.3溫度采集電路設計</p><p&g

56、t;  2.3.1 溫度采集芯片簡介</p><p>  1. DS18B20引腳結構如圖2.10所示。</p><p>  圖2.10 引腳結構 </p><p>  DS1820通過一個單線接口發(fā)送或接收信息,因此在中央微處理器和DS1820之間僅需一條連接線(加上地線)。用于讀寫和溫度轉換的電源可以從數據線本身獲得,無需外部電源。</p><

57、;p>  因為每個DS1820都有一個獨特的片序列號,所以多只DS1820可以同時連在一根單線總線上,這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。</p><p><b>  引腳說明</b></p><p><b>  GND:接地。</b></

58、p><p><b>  NC :接空。</b></p><p>  DQ :數據輸入/輸出腳。</p><p>  VDD:外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。</p><p>  2. 技術性能描述 </p><p>  (1)獨特的單線接口方式,DS18B20在與微處理器連接時僅需要一

59、條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 </p><p> ?。?)測溫范圍 -55℃~+125℃,固有測溫分辨率0.5℃。 </p><p> ?。?)支持多點組網功能,多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,最多只能并聯(lián)8個,如果數量過多,會使供電電源電壓過低,從而造成信號傳輸的不穩(wěn)定,實現(xiàn)多點測溫 。</p><p> ?。?)工作電源: 3~5

60、V/DC 。</p><p> ?。?)在使用中不需要任何外圍元件 。</p><p> ?。?)測量結果以9~12位數字量方式串行傳送。 </p><p>  (7)不銹鋼保護管直徑 Φ6。 </p><p> ?。?)適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫。 </p><p>

61、; ?。?)標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2任選。 </p><p> ?。?0)PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。 </p><p><b>  3. 應用范圍 </b></p><p> ?。?)該產品適用于冷凍庫,糧倉,儲罐,電訊機房,電力機房,電纜線槽等測溫和控制領域 。</p&

62、gt;<p>  (2)軸瓦,缸體,紡機,空調,等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。 </p><p> ?。?)汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 </p><p> ?。?)熱制冷管道熱量計量,中央空調分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制 。</p><p>  4. DS18B20測溫原理如圖2.11所示。</p><p>

63、;  圖2.11 測溫原理</p><p>  表2-10 溫度/數據關系</p><p>  DS18B20是這樣測溫的:用一個高溫度系數的振蕩器確定一個門周期,內部計數器在這個門周期內對一個低溫度系數的振蕩器的脈沖進行計數來得溫度值。計數器被預置到對應于-55℃的一個值。如果計數器在門周期結束之前到達0,則溫度寄存器(同樣被預置到-55℃)的值增加,表明所測溫度大于-55℃。<

64、;/p><p>  同時,計數器被復位到一個值,這個值由斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數器又開始計數直到0,如果門周期仍未結束,將重復這一過程。</p><p>  斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性,以期在測溫時獲得比較高的分辨力,這是通過改變計數器對溫度每增加一度所需計數的值來實現(xiàn)的。因此,要想獲得所需的分辨力,必須同時知道在給定溫度下計數器的值和每一度的計數值

65、。</p><p>  DS18B20內部對此計算的結果提供0.5℃的分辨力。溫度以16bit帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出,表給出了溫度值和輸出數據的關系。數據通過單線接口以串行方式傳輸。</p><p>  DS18B20測溫范圍-55℃--- +125℃,以0.5℃遞增。如果于華氏溫度,必須要用一個轉換因子查找。</p><p><b>  5)

66、時序</b></p><p>  主機使用時間隙(time slots)來讀寫DSl820的數據位和寫命令字的位。</p><p><b>  (1)初始化</b></p><p>  時序見圖2.12主機總線to時刻發(fā)送一復位脈沖(最短為480us的低電平信號)接著在tl時刻釋放總線并進入接收狀態(tài)DSl820在檢測到總線的上升沿之

67、后等待15-60us接著DS1820在t2時刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60-240 us)如圖中虛線所示。</p><p>  圖2.12 初始化時序圖</p><p><b>  (2). 寫時間隙</b></p><p>  當主機總線to時刻從高拉至低電平時就產生寫時間隙見圖2.13(a)圖1.13(b)從to時刻開始15us之內應將所需

68、寫的位送到總線上DSl820在t0后15-60us間對總線采樣若低電平寫入的位是0見圖2.13(a),若高電平寫入的位是1,見圖2.13(b),連續(xù)寫2位間的間隙應大于1us。</p><p>  圖2.13(a)寫0時序 圖2.13(b) 寫1時序 </p><p><b>  (3). 讀時間隙</b>&

69、lt;/p><p>  見圖2.14主機總線to時刻從高拉至低電平時總線只須保持低電平l7us之后,在t1時刻將總線拉高產生讀時間隙,讀時間隙在t1時刻后t2時刻前有效t2距t0為15us也就是說t2時刻前主機必須完成讀位并在t0后的60us-120us內釋放總線。讀位子程序(讀得的位到C中)。</p><p><b>  圖2.14 讀時序</b></p>

70、<p>  .2.3.2溫度采集電路</p><p>  此電路圖是以DS18B20溫度采集芯片為主,以單片機為輔。通過溫度采集芯片采集到外部溫度轉化之后,再通過單片機芯片的轉化然后輸出顯示。如圖2.15所示。 圖2.15 溫度采集電路</p><p>  2.4 實時時鐘電路設計</p><p>  DS1302

71、是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路,它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,工作電壓為2.5V~5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產品,與DS1202兼容,但增加了主電源/后備電源雙電源引腳,同時提供了對后

72、備電源進行涓細電流充電的能力。</p><p>  2.4.1時鐘芯片簡介</p><p>  Vcc1為后備電源,Vcc2為主電源。在主電源關閉的情況下,也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1時,Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時,DS1302由Vcc1供電。</p><p>  X1和

73、X2是振蕩源,外接32.768kHz晶振。</p><p>  RST是復位/片選線,通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST輸入有兩種功能:</p><p>  首先,RST接通控制邏輯,允許地址/命令序列送入移位寄存器。</p><p>  其次,RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據的傳送手段。當RST為高電平時,所有的數據傳送被初始化,允許對DS1

74、302進行操作。</p><p>  如果在傳送過程中RST置為低電平,則會終止此次數據傳送,I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時,在Vcc>2.0V之前,RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時,才能將RST置為高電平。</p><p>  I/O為串行數據輸入輸出端(雙向)。</p><p>  SCLK為時鐘輸入端。 如圖(2.16)為DS1302的引

75、腳功能圖。 </p><p>  2 </p><p>  

76、圖2.16 DS1302的引腳圖分布</p><p>  1) DS1302的控制字節(jié)</p><p>  DS1302 的控制字如表2-11所示??刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1,如果它為0,則不能把數據寫入DS1302中,位6如果為0,則表示存取日歷時鐘數據,為1表示存取RAM數據;位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作,為1表示進行讀操作,控

77、制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 </p><p>  表2-11 DS1302的控制字節(jié)</p><p>  2)數據輸入輸出(I/O)</p><p>  在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時,數據被寫入DS1302,數據輸入從低位即位0開始。同樣,在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據,讀出數據時從低位0位到高位7

78、。 </p><p>  3)DS1302的寄存器</p><p>  DS1302有12個寄存器,其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關,存放的數據位為BCD碼形式。此外,DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類:一類是單個RAM單元,共

79、31個,每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié),其命令控制字為C0H~FDH,其中奇數為讀操作,偶數為寫操作;另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器,此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié),命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。DS1302內部寄存器的列表如圖2-12所示。</p><p>  表2-12 DS1302內部寄存器列表</p><p>  5)DS1302的寄存器和控制命令</

80、p><p>  DS1302工作是為了對任何數據傳送進行初始化,需要將要復位腳(RST)置為高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數據在時鐘(SCLK)的上升沿串行輸入,前8位指定訪問地址,命令字裝入寄存器后,在之后的時鐘周期,讀操作時輸出數據,寫操作時輸出數據。時鐘脈沖的個數在單字節(jié)方式下為8+8(8位地址+8位輸數據),在多字節(jié)方式下為8加最多可達248的數據。對DS1302的操作就是對其內部寄存器的操作,

81、DS1302內部共有12個寄存器,其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關,存放的數據位為BCD碼形式。此外,DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、始終突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。始終突發(fā)寄存器可一次性順利讀寫除充電寄存器以外的寄存器。日歷、時間寄存器及控制字如表2-13所示。</p><p>  表2-13 日歷、時鐘寄存器與控制字對照表</p><p>  注:最后一位

82、RD/W為“0”時表示進行寫操作,為“1”是表示讀操作</p><p>  物理上,DS1302的通訊接口由3個口線組成,即RST,SCLK,I/O。其中RST從低電平變成高電平啟動一次數據傳輸過程,SCLK是時鐘線,I/O是數據線。具體的讀寫時序參考下圖,但是請注意,無論是哪種同步通訊類型的串行接口,都是對時鐘信號敏感的,而且一般數據寫入有效是在上升沿,讀出有效數據是在下降沿(DS1302正是如此的,但是在芯片

83、手冊里沒有明確說明),如果不是特別確定,則把程序設計成這樣:平時SCLK保持低電平,在時鐘變動前設置數據,在時鐘變動后讀取數據,即數據操作總是在SCLK保持為低電平的時候,相鄰的操作之間間隔有一個上升沿和一個下降沿。</p><p>  圖2.17 DS1302的命令結構</p><p><b>  2.4.2時鐘電路</b></p><p>

84、  此電路圖中是以DS1302時鐘芯片為主,單片機為輔來控制時鐘。DS1302有12個寄存器,其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關,存放的數據位為BCD碼形式。如圖2.18所示。</p><p>  圖2.18 時鐘電路</p><p><b>  3系統(tǒng)軟件的設計</b></p><p>  3.1 主程序流程圖</p><

85、p>  時間調整使用兩個調整按鍵,一個作為控制位移,另一個作為加“1”調整,分別定義為控制按鍵,加“1”按鍵。在調整時間的過程中,需要調整的位與其他應該區(qū)別開來,所以增加了閃爍功能。主程序流程圖如下圖3.1所示。</p><p><b>  是</b></p><p><b>  否</b></p><p>  圖3

86、.1基于AT89S52單片機的萬年歷主程序流程圖</p><p>  3.2 系統(tǒng)子程序的設計</p><p>  在系統(tǒng)中不僅包括主程序的設計為了在編寫程序中方便,可以使用子程序,這樣只需要調用子程序就可以實現(xiàn)。</p><p>  3.2.1 MAX7219送顯示流程圖</p><p>  在系統(tǒng)一開始首先定義變量,定義好之后初始化各個

87、變量的初始值,然后設置顯示區(qū)的首地址,設置好之后開始傳輸數據,傳送完之后就開始顯示傳輸的數據值。如圖3.2所示。</p><p>  圖3.2 MAX7219的流程圖</p><p>  3.2.2 DS1302的流程圖</p><p>  DS1302可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,其中主電源/后備電源雙電源引腳,同時提供了對后備

88、電源進行涓細電流充電的能力。首先對DS1302初始化,然后再讀取DS1302中的時間,最后將時、分、秒顯示出來,如此循環(huán)來計時,如圖3.3所示。</p><p>  圖3.3 DS1302的流程圖</p><p>  3.2.3 18B20的流程圖</p><p>  DS1820通過一個單線接口發(fā)送或接收信息,因此在中央微處理器和DS1820之間僅需一條連接線(加

89、上地線)。用于讀寫和溫度轉換的電源可以從數據線本身獲得,無需外部電源。接通后首先采集溫度,然后初始化,再啟動溫度轉換,然后讀取溫度,最后輸出返回,如圖3.4所示。</p><p>  圖3.4 DS18B20的流程圖</p><p><b>  4 系統(tǒng)仿真簡介</b></p><p>  4.1 仿真軟件簡介</p><

90、p>  Protues軟件是英國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,還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步,但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件),從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB

91、設計,真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一設計平臺,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。</p><p> 

92、 圖4.1 Protues仿真編譯界面</p><p>  1.軟件的功能特點:</p><p>  Protues軟件具有其它EDA工具軟件(例:multisim)的功能。這些功能是:</p><p>  (1)原理布圖、PCB自動或人工布線、SPICE電路仿真</p><p> ?。?)Protues提供的仿真元器件資源:仿真數字和模擬

93、、交流和直流等數千種元器件,有30多個元件庫。</p><p> ?。?)Protues提供的仿真儀表資源 :示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用?!?lt;/p><p>  (4)Protues提供了一個圖形顯示功能,可以將線路上變化的信號,以圖形的方式實時地顯示出來,其作用與

94、示波器相似,但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數指標,例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。</p><p>  (5)Protues提供的調試手段 Protues提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號。</p><p>  2. 用Protues軟件編寫原理圖:</p><p> ?。?/p>

95、1)智能原理圖設計(ISIS)</p><p>  豐富的器件庫:超過27000種元器件,可方便地創(chuàng)建新元件;智能的器件搜索:通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件;智能化的連線功能:自動連線功能使連接導線簡單快捷,大大縮短繪圖時間;支持總線結構:使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰;可輸出高質量圖紙:通過個性化設置,可以生成印刷質量的BMP圖紙,可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。<

96、;/p><p> ?。?)完善的電路仿真功能(Prospice)</p><p>  ProSPICE混合仿真:基于工業(yè)標準SPICE3F5,實現(xiàn)數字/模擬電路的混合仿真;超過27000個仿真器件:可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件,Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件,還可導入第三方發(fā)布的仿真器件。 </p><p>  多樣的激勵源:

97、包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻(使用wav文件)、指數信號、單頻FM、數字時鐘和碼流,還支持文件形式的信號輸入。 </p><p>  豐富的虛擬儀器:13種虛擬儀器,面板操作逼真,如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數字圖案發(fā)生器、頻率計/計數器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器等。 </p><p>  生動的仿真顯示:用色點顯

98、示引腳的數字電平,導線以不同顏色表示其對地電壓大小,結合動態(tài)器件(如電機、顯示器件、按鈕)的使用可以使仿真更加直觀、生動。 </p><p>  高級圖形仿真功能(ASF):基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標,包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等,還可以進行一致性分析。</p><p>  (3)獨特的單片機協(xié)同仿真功能(VSM)</p>

99、<p>  支持主流的CPU類型:如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等,CPU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加,如即將支持CORTEX、DSP處理器。</p><p>  支持通用外設模型:如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/

100、伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等等,其COMPIM(COM口物理接口模型)還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現(xiàn)雙向異步串行通信。 </p><p>  實時仿真:支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真?!?lt;/p><p>  編譯及調試:支持單片機匯編語言的編輯/編

101、譯/源碼級仿真,內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器,也可以與第三方集成編譯環(huán)境(如IAR、Keil和Hitech)結合,進行高級語言的源碼級仿真和調試。</p><p> ?。?)實用的PCB設計平臺</p><p>  原理圖到PCB的快速通道: 原理圖設計完成后,一鍵便可進入ARES的PCB設計環(huán)境,實現(xiàn)從概念到產品的完整設計?!?lt;/p><p>  先進

102、的自動布局/布線功能:支持器件的自動/人工布局;支持無網格自動布線或人工布線;支持引腳交換/門交換功能使PCB設計更為合理。 </p><p>  完整的PCB設計功能:最多可設計16個銅箔層,2個絲印層,4個機械層(含板邊),靈活的布線策略供用戶設置,自動設計規(guī)則檢查,3D 可視化預覽?!?lt;/p><p>  多種輸出格式的支持:可以輸出多種格式文件,包括Gerber文件的導入或導出,便

103、利與其它PCB設計工具的互轉(如Protel)和PCB板的設計和加工。</p><p><b>  3. 軟件仿真:</b></p><p>  支持當前的主流單片機,如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。   </p><p>  (1)提供軟件調試功能。   &l

104、t;/p><p> ?。?)提供豐富的外圍接口器件及其仿真。RAM,ROM,鍵盤,馬達,LED,LCD,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件。</p><p>  (3)提供豐富的虛擬儀器,利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性?! ?lt;/p><p>  (4)具有強大的原理圖繪制功。</p><p>  4. 電路功能仿真:<

105、;/p><p>  在PROTUES繪制好原理圖后,調入已編譯好的目標代碼文件:*.HEX,可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。PROTUES 是單片機課堂教學的先進助手。PROTUES不僅可將許多單片機實例功能形象化,也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果,后者則是實物演示實驗難以達到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相

106、當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能,例:元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。課程設計、畢業(yè)設計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。</p><p>  由于PROTUES提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫,提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表,因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。隨著科技的發(fā)展“計算機仿真技術”已成為許多設計部門重要

107、的前期設計手段。它具有設計靈活,結果、過程的統(tǒng)一的特點??墒乖O計時間大為縮短、耗資大為減少,也可降低工程制造的風險。相信在單片機開發(fā)應用中PROTUES也能獲得愈來愈廣泛的應用。</p><p>  4.2 軟件仿真的過程</p><p><b>  1. 繪制原理圖</b></p><p>  圖4.2 用protues畫的原理圖</p

108、><p><b>  2. 導入程序</b></p><p> ?。?)在Keil c軟件中最后生成的是*.hex文件。</p><p> ?。?)在Protues軟件中畫好原理圖后,然后雙擊主芯片AT89S52就會彈出如圖(4.4)所示的對話框。然后再選擇上面生成的*.hex文件。最后進行運行。</p><p>  圖4.

109、4程序加載的界面</p><p><b>  4.3仿真結果</b></p><p>  8位數碼管中分別顯示的是:溫度、年/時、月/分、日/秒,如圖4.5所示。</p><p>  圖4.5(a)顯示的是初始化的溫度、時、分、秒</p><p>  圖4.5(b)顯示的是初始化的溫度、年、月、日</p>

110、<p><b>  致謝</b></p><p>  感謝指導老師趙秀英老師,在這次課題設計中趙老師幫助我了很多,程序或者是仿真軟件的繪圖出現(xiàn)錯誤導致不能正確運行時,老師都給予了耐心指導,最終使我的設計完美運行沒有錯誤。通過這次課程設計我對單片機課程的學習有了更進一步的認識,我對單片機也有了鉆研的興趣,學習了很多,收獲了很多。</p><p><b&g

111、t;  參考文獻</b></p><p>  【1】李軍.51系列單片機高級實例開發(fā)指南.北京航空航天大學出版社.2004</p><p>  【2】王守義,聶元銘.51單片機開發(fā)入門與典型實例.人民郵電出版社.2009</p><p>  【3】李全利.單片機原理及應用技術.高等教育出版社.2004</p><p>  【4】高

112、偉.AT89單片機原理及應用.北京國防工業(yè)出版社.2008</p><p>  【5】蔡朝陽.單片機控制實習與專題制作.京航空航天大學出版社.2006</p><p>  【6】劉建清.從零開始學單片機技術.國防工業(yè)出版社.2006</p><p>  【7】李全利.單片機原理及應用技術.高等教育出版社.2004</p><p>  【8】徐

113、愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計.北京航空航天大學出版社.2004</p><p>  【9】楊志忠,衛(wèi)樺林.數字電子技術基礎.高等教育出版社.2004</p><p><b>  附錄一:總原理圖</b></p><p><b>  附錄二:程序</b></p><p>  T_RST BIT

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