AT89S52單片機(jī)多功能時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

目錄摘要(1)ABSTRACT(2)第 1 章 前言(3)第 2 章 設(shè)計(jì)電路原理和器件簡(jiǎn)介(4)第 2.1 節(jié) 總體設(shè)計(jì)電路框圖 （4）第 2.2 節(jié) AT89S52 單片機(jī)介紹（4）第 2.3 節(jié) 各功能模塊器件應(yīng)用說(shuō)明 （8）2.3.1 液晶顯示簡(jiǎn)介 （8）2.3.2 溫度傳感器說(shuō)明 （9）2.3.3 數(shù)字時(shí)鐘簡(jiǎn)介（10）2.3.4 鍵盤調(diào)節(jié)模塊（11）第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)(13)第 3.1 節(jié) 硬件設(shè)計(jì)原理圖（13）第 3.2 節(jié) 單片機(jī)外圍電路原理（13）3.2.1 復(fù)位、時(shí)鐘、電源電路原理（13）3.2.2 DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片說(shuō)明（14）3.2.3 128*64 LCD 接口和顯示原理（17）3.2.4 高精度數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 實(shí)現(xiàn)方式（19）- 1 -3.2.5 鍵盤對(duì)于時(shí)間調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)說(shuō)明（21）第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)(22)第 4.1 節(jié) 軟件設(shè)計(jì)流程圖（22）第 4.2 節(jié) 各模塊程序框圖（23）第 4.3 節(jié) 軟件主程序和各模塊子程序（25）第 5 章 時(shí)鐘控制系統(tǒng)調(diào)試(27)第 5.1 節(jié) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試工具說(shuō)明（27）第 5.2 節(jié) 程序調(diào)試（28）結(jié)論（29）參考文獻(xiàn)（30）致謝（31）附錄（32）【摘要】 本論文介紹了多功能時(shí)鐘控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)具有時(shí)間設(shè)置及顯示、定時(shí)鬧鈴、溫度檢測(cè)并顯示等功能。系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，主要進(jìn)行基于 AT89S52低功耗 MCU 的字符型數(shù)字鐘及其系統(tǒng)的研究。系統(tǒng)帶有 GXM12864 液晶顯示器，配合按鍵提供友好的用戶界面，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)具有實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)功能。該數(shù)字鐘能夠長(zhǎng)期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的工作；同時(shí)還具有體積小、功耗低等特點(diǎn)，便于攜帶，使用方便。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括單片機(jī)及其外圍硬件部分和計(jì)算機(jī)軟件編程部分。硬件部分主要為軟件的實(shí)現(xiàn)提供一個(gè)運(yùn)行的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)軟件編程主要實(shí)現(xiàn)鍵盤調(diào)節(jié)、液晶顯示、溫度檢測(cè)等各模塊的功能，采用 C 語(yǔ)言編程。- 2 -關(guān)鍵字 單片機(jī) 液晶顯示 溫度檢測(cè) 數(shù)字鐘 鍵盤輸入 【ABSTRACT】 This thesis describes the design of a multifunctional digital clock and control system. It as displaying and setting time for clock and alarm, this system has another special feature, as temperature measurement and display. The core part of the system is based on a king of an advanced MCU, AT89S52, this system mainly carries on low power consume MCU the character list type the research of the digital clock and its system according to the AT89S52. The system takes GXM 128*64 Liquid Crystal Display, matching with a key to provide amity of customer interface, the operation is simple, having the temperature examination function in the meantime. Consecution, credibility, stable work, still have a - 3 -physical volume in the meantime small, the power consume a low etc. characteristics, easy to take, the usage convenience. The system design includes a MCU with its periphery hardware circuit unit and a computer soft programming unit. The hardware circuit unit only provides the run basement for the software, the computer software programming unit mainly contains keyboard adjust, Liquid Crystal Display, temperature examination functions, adoption the C language.Keyword Single-Chip Microcomputer, LCD, Temperature Examination, Digital Clock, Keyboard Input第 1 章 前言近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透, 單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。因此，可以利用單片機(jī)來(lái)控制一些外圍電路實(shí)現(xiàn)更多的功能，比如數(shù)字時(shí)鐘，溫度測(cè)控，屏幕顯示等。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，分，秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)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钪胁豢缮俚谋匦杵?，由于?shù)字集成電- 4 -路、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)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)起閉路燈、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究多功能數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多以熱敏電阻為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差、測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，而且必須經(jīng)過(guò)專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能由單片機(jī)處理，因此，本次設(shè)計(jì)采用一種數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)其高性能。單片機(jī)的主要輸出方式除了發(fā)光二極管，數(shù)碼管以外，還有一種重要的方式：液晶顯示。液晶模塊已經(jīng)成為單片機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要輸出器件，液晶顯示正廣泛應(yīng)用于便攜式儀器儀表、智能充電、消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域。對(duì)于現(xiàn)在流行的嵌入式電子產(chǎn)品，顯示輸出模塊是必不可少的，而且液晶顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)友好的人機(jī)界面，在諸多的顯示方式中，液晶顯示已經(jīng)成為首選。第 2 章 設(shè)計(jì)電路原理和器件簡(jiǎn)介第 2.1 節(jié) 總體設(shè)計(jì)電路框圖本設(shè)計(jì)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，控制其它外圍電路，以液晶顯示作為其顯示方式，通過(guò) 4 個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)節(jié)功能，用三端穩(wěn)壓管 7805 把 9V 直流電源轉(zhuǎn)換為 5V 直流電作為單片機(jī)的工作電壓，通過(guò)外接的編程口 STK500 實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的在線編程，高精度的溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍的溫度的測(cè)量，利用實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘芯片提供當(dāng)前的年、月、日、星期、小時(shí)、分鐘、秒鐘，時(shí)鐘電路提供單片機(jī)的工作時(shí)鐘，復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的復(fù)位功能。- 5 -總體框圖如下圖（1）：圖（1）第 2.2 節(jié) AT89S52 單片機(jī)介紹單片機(jī)全稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer） ，指的是一種單硅片上集成微型計(jì)算機(jī)主要功能部件的集成芯片。AT89S52 其內(nèi)部集成了中央處理器（CPU） 、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM ） 、只讀程序存儲(chǔ)器（ROM） 、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、輸入/輸出（I/O）接口電路和串行通信接口等主要功能部件。S52 單片機(jī)引腳分布如圖（2）：- 6 -圖（2）1、電源引腳 VCC 和 GNDVCC（40 腳）：電源端，為+5V。GND（20 腳）：接地端。2、時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3、控制信號(hào)引腳 RST、ALE、PSEN、EARST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN 將不被激活。EA/VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash 編程期間，EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。4、I/O 輸入輸出端口 P0、P1、P2、P3P0：P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)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(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)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(lái)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：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(xiě)“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 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器- 7 -2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX） ，具體如下表（1）所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。表（1）P2 ：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(xiě)“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(wèn)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位地址訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2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 ：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(xiě)“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，如下表（2）所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。- 8 -表（2）S52 內(nèi)部功能模塊如下圖（3）：它可以劃分為 CPU、存儲(chǔ)器（RAM 和 ROM） 、并行口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)等幾個(gè)部分。圖（3）第 2.3 節(jié) 各功能模塊器件應(yīng)用說(shuō)明2.3.1 液晶顯示簡(jiǎn)介液晶顯示是通過(guò)液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)的，液晶顯示模塊（LCD Module）是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB 線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器件具有一下優(yōu)點(diǎn)：顯示質(zhì)量高，數(shù)字式接口，體積小、重量輕，功率消耗低。本設(shè)計(jì)所用 128*64LCD 實(shí)物如圖（4）所示：- 9 -圖（4）液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示黑色，這樣即可顯示出圖形。通常按照液晶顯示方式可以分為段式、點(diǎn)字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，LCD 還有多灰度和彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分，可分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（Static ） 、單純矩陣驅(qū)動(dòng)（Simple Matrix） 、主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（Active Matrix）3 種。液晶顯示器 LCD 的顯示原理：（1）線段的顯示點(diǎn)陣圖形式液晶有 M*N 個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行由 16 字節(jié)，共 16*8=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上 64*16個(gè)顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H-00FH 的 16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000）=FFH 時(shí)，則屏的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為 8 個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH 時(shí)，則顯示屏的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH， （001H）=00H， （002H）=FFH， （003H）=00H，（00EH）=F