帶度顯示的電子鬧鐘的設(shè)計-畢業(yè)論文

揚州大學(xué)廣陵學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文 題目 帶溫度顯示的電子鬧鐘的設(shè)計 學(xué)生姓名 葛文強 學(xué)號 052612210 專業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級 信科 80502 班 指導(dǎo)教師 陳衛(wèi)峰老師 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 I 帶溫度顯示的電子鬧鐘的設(shè)計帶溫度顯示的電子鬧鐘的設(shè)計 摘摘要要 電子時鐘主要是利用電子技術(shù)將時鐘電子化 數(shù)字化 擁有時鐘精確 體積小 界 面友好 可擴展性能強等特點 被廣泛應(yīng)用于生活和工作當中 另外 在生活和工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)中 也常常需要溫度 這就需要電子時鐘具有多功能性 本設(shè)計主要為實現(xiàn)一款可正常顯示時鐘 日歷 測量環(huán)境溫度 帶有定時鬧鈴的電子 時鐘 本文采用單片機技術(shù)實現(xiàn)帶溫度顯示的電子鬧 時 鐘 本設(shè)計應(yīng)用 AT89C51 芯片作 為核心 7 位 LED 數(shù)碼管顯示 使用 DS1302 實時時鐘日歷芯片完成時鐘 日歷的基本功 能 同時利用 DS18B20 溫度傳感器測量環(huán)境溫度 這種實現(xiàn)方法的優(yōu)點是電路簡單 性 能可靠 實時性好 時間和溫度精度高 操作簡單 編程容易 該電子時鐘可以應(yīng)用于一般的生活和工作中 也可通過改裝 提高性能 增加新功 能 從而給人們的生活和工作帶來更多的方便 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 電子時鐘 溫度 多功能 AT89C51 時鐘日歷芯片 DS1302 溫度傳感器 DS18B20 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 II With temperature shows that the design of an electronic alarm clock With temperature measurement Abstract The electronic clock mainly uses the electronic technology to make the clock Electronic clock with the clock precision small size user friendly scalable performance and so puterization the digitization with the clock precision small size friendly interface scalable performance and other characteristics Itwas widely used in life and work Measuring temperature in life industry and agricultural production so electronic clock need multi function The design is an electronic clock additional functionality in this alarm the ambient temperature and other functions The design for the main implementing a clock calendar can be displayed normal collecting personal ambient temperature with the timing alarm of the multi function electronic clock The design determines to use the MCU technology to realize the multi functional electron clock This design applicationapplicatesuse AT89C51 as a core chips 7 LED digital displaying using DS1302 real time clock chip to complete the basic function of the clock calendar At the same time the design use of DS18B20 temperature sensors is to foris for collectinging the environmental temperature The method has the advantage of being simple circuit reliable performance good real time high precision of the time and temperature simply operation easy programming The electronic clock can be applied to the general living and working can also be modified to improve performance add new functions and brings more convenient to people s life and work 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 III Key words Electronic clock tTemperature Multi function AT89C51 DS1302 DS18B20 Temperature pickup DS18B20 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 IV 目錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 III 1 1 電子時鐘研究的背景和意義 1 1 2 電子時鐘的功能 2 第二章 電子時鐘設(shè)計方案分析 3 2 1 NE555 時基電路設(shè)計方案 3 2 2 單片機設(shè)計方案 42 2 單片機設(shè)計方案 3 第三章 基于單片機的電子時鐘硬件設(shè)計 6 第三章 基于單片機的電子時鐘硬件設(shè)計 5 3 1 主要 IC 芯片選擇 63 1 主要 IC 芯片選擇 5 3 1 1 微處理器選擇 63 1 1 微處理器選擇 5 3 1 2 常用時鐘芯片的選擇 5 3 1 2 1 常用時鐘日歷芯片 DS1302 簡介 76 3 1 2 2 DS1302 引腳說明 83 1 2 2 DS1302 引腳說明 7 3 1 2 3 DS1302 的控制字和讀寫時序說明 93 1 2 3 DS1302 的控制字和 讀寫時序說明 8 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 V 3 2 1 4 DS1302 的片內(nèi)寄存器 113 2 1 4 DS1302 的片內(nèi)寄存器 10 3 1 3 環(huán)境溫度傳感器 133 1 3 環(huán)境溫度傳感器 12 3 1 3 1 常用溫度傳感器 DS18B20 簡介 12 3 1 3 2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 143 1 3 2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 13 3 2 電子時鐘硬件電路設(shè)計 163 2 電子時鐘硬件電路設(shè)計 15 3 2 1 時鐘電路設(shè)計 173 2 1 時鐘電路設(shè)計 16 3 2 2 環(huán)境溫度采集電路設(shè)計 173 2 2 環(huán)境溫度采集電路設(shè)計 16 3 2 3 顯示電路 183 2 3 顯示電路 17 3 2 4 按鍵電路設(shè)計 193 2 4 按鍵電路設(shè)計 18 3 2 5 鬧鈴電路設(shè)計 213 2 5 鬧鈴電路設(shè)計 20 第四章 電子時鐘軟件設(shè)計 22 第四章 電子時鐘軟件設(shè)計 21 4 1 主程序設(shè)計 224 1 主程序設(shè)計 21 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 VI 4 2 子程序設(shè)計 224 2 子程序設(shè)計 21 4 2 1 實時時鐘日歷子程序設(shè)計 234 2 1 實時時鐘日歷子程序設(shè)計 21 4 2 2 環(huán)境溫度采集子程序設(shè)計 234 2 2 環(huán)境溫度采集子程序設(shè)計 22 4 2 3 顯示子程序設(shè)計 274 2 3 顯示子程序設(shè)計 26 4 2 4 鍵盤掃描子程序 274 2 4 鍵盤掃描子程序 28 4 2 5 鬧鈴子程序設(shè)計 274 2 5 鬧鈴子程序設(shè)計 29 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 30 5 1 硬件調(diào)試 31 5 1 1 單片機基礎(chǔ)電路調(diào)試 31 5 1 2 顯示電路調(diào)試 32 5 1 3 DS1302 電路調(diào)試 32 5 1 4 按鍵電路調(diào)試 33 5 2 軟件調(diào)試 33 5 2 1 環(huán)境溫度采集子程序調(diào)試 34 5 2 2 鍵盤子程序調(diào)試 34 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 VII 結(jié)論 35 結(jié)論 28 參考文獻 29 致謝 30 致謝 36 參考文獻 37 附錄 A帶溫度顯示的電子鬧鐘元器件一覽表31 附錄 A帶溫度顯示的電子鬧鐘元器件 一覽表 38 附錄 B帶溫度顯示的電子鬧鐘硬件電路圖 3239 附錄 C帶溫度顯示的電子鬧鐘 程序 3340 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 1 第一章第一章 緒論緒論 時間是人類生活必不可少的重要元素 如果沒有時間的概念 社會將不會有所發(fā)展 和進步 從古代的水漏 十二天干地支 到后來的機械鐘表以及當今的石英鐘 都充分 顯現(xiàn)出了時間的重要 同時也代表著科技的進步 致力于計時器的研究和充分發(fā)揮時鐘 的作用 將有著重要的意義 溫度是一個和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量 溫度的變化會給我們的生活 工作 生產(chǎn)等帶來重大影響 因此對溫度的測量至關(guān)重要 1 1 電子時鐘電子時鐘研究研究的的背景背景和意義和意義 現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域 有力的推動和提高了社會生產(chǎn)力的發(fā) 展與信息化程度 同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提升 產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來 越快 時間對人們來說總是那么寶貴 工作的忙碌性和繁雜容易使人忘記當前的時間 平 時我們要求上班準時 約會或召開會議必然要提及時間 火車要準點到達 航班要準點 起飛 工業(yè)生產(chǎn)中 很多環(huán)節(jié)都需要用時間來確定工序替換時刻 所以說能隨時準確的 知道時間并利用時間 是我們生活和工作中必不可少的 想知道時間 手表當然是一個很好的選擇 但是 在忙碌當中 我們還需要一個 助 理 及時的給我們提醒時間 所以 計時器最好能夠擁有一個定時系統(tǒng) 隨時提醒容易 忘記時間的人 最早能夠定時 報時的時鐘屬于機械式鐘表 但這種時鐘受到機械結(jié)構(gòu) 動力和體積的限制 在功能 性能以及造價上都沒辦法與電子時鐘相比 電子鐘是采用電子電路實現(xiàn)對時 分 秒進行數(shù)字顯示的計時裝置 廣泛應(yīng)用于個 人家庭 車站 碼頭辦公室等公共場所 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?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 使得數(shù)字鐘的精度 遠遠超過老式鐘 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 2 表 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便 而且大大地擴展了鐘表原先的報 時功能 諸如定時自動報警 0 按時自動打鈴 定時廣播 自動起閉路燈 定時開關(guān)烘 箱 通斷動力設(shè)備 甚至各種定時電氣的自動啟用等 所有這些 都是以鐘表數(shù)字化為 基礎(chǔ)的 因此 研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用 有著非常現(xiàn)實的意義 另外 溫度實時顯示系統(tǒng)應(yīng)用同樣越來越廣泛 比如空調(diào)遙控器上當前室溫的顯示 熱水器溫度的顯示等等 醫(yī)藥衛(wèi)生 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也有很多場合需要測量環(huán)境溫度 如果能夠在電子時鐘上附加溫度采集功能 將使電子時鐘的應(yīng)用更加廣泛 1 2 電子時鐘的功能電子時鐘的功能 電子時鐘主要是利用電子技術(shù)將時鐘電子化 數(shù)字化 擁有時間精確 體積小 界 面友好 可擴展性能強等特點 被廣泛應(yīng)用于生活和工作當中 當今市場上的電子時鐘 品類繁多 外形小巧別致 也有體型較大的 諸如公共場所的大型電子報時器等 電子 時鐘首先是數(shù)字化了的時間顯示或報時器 在此基礎(chǔ)上 人們可以根據(jù)不同場合的要求 在時鐘上加置其他功能 比如定時鬧鈴 萬年歷 環(huán)境溫度 濕度檢測 環(huán)境空氣質(zhì)量 檢測 USB 擴展口功能等 本設(shè)計電子時鐘主要功能為 1 具有時間顯示和手動校對功能 24 小時制 2 具有年 月 日顯示和手動校對功能 3 具有鬧鈴功能 4 具有貪睡功能 5 具有環(huán)境溫度采集和顯示功能 6 掉電后無需重新設(shè)置時間和日期 7 采用交直流供電電源 交流供電為主 直流電源為備用電源 并能自動切換 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 3 第二章第二章 電子時鐘設(shè)計方案分析電子時鐘設(shè)計方案分析 電子鬧鐘既可以通過純硬件實現(xiàn) 也可以通過軟硬件結(jié)合實現(xiàn) 根據(jù)電子時鐘里的 核心部件 秒信號的產(chǎn)生原理 通常有以下兩種形式 2 1 NE555 時基電路設(shè)計方案時基電路設(shè)計方案 555定時器是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成 電路 因輸入端設(shè)計有三個 5K 的電阻而得名 目前 流行的產(chǎn)品主要有 4 種 BJT 兩 個 555 556 含有兩個 555 CMOS 兩個 7555 7556 含有兩個 7555 555 定時器是一種數(shù)字與模擬混合型的集成電路 應(yīng)用廣泛 成本較低 外加電阻 電容等元件就可以構(gòu)成多諧振蕩器 單穩(wěn)電路 施密特觸發(fā)器等 常作為定時器廣泛應(yīng) 用于儀器儀表 家用電器 電子測量及自動控制等領(lǐng)域 采用 NE555 時基電路或其他振蕩電路產(chǎn)生秒脈沖信號 作為秒加法電路的時鐘信號 或微處理器的外部中斷輸入信號 可構(gòu)成電子鐘 由 555 構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器電路見圖 2 1 輸出的脈沖信號 V0 的頻率 F 為 CRRF 2 443 1 21 式 2 1 可通過調(diào)節(jié)式 2 1 中的 3 個參數(shù) 使輸出 V0的頻率為精確的 1Hz 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 9 Jun 2008 Sheet of File H 常亮 常亮畢業(yè)設(shè)計 電路圖 555定時器 ddbDrawn By R DIS 7 THR 6 TRIG 2 GND 1 CVolt 5 R 4 VCC 8 Q 3 555 CC R VCC V0 1 2 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 4 圖 2 1 基于 的秒脈沖發(fā)生器 采用 555 定時器設(shè)計電子時鐘 成本低 容易實現(xiàn) 但是受芯片引腳數(shù)量和功能限 制 不容易實現(xiàn)電子時鐘的多功能性 2 2 單片機設(shè)計方案單片機設(shè)計方案 單片機是微型機的一個主要分支 它在結(jié)構(gòu)上的最大特點使把 CPU 存儲器 定時 器和多種輸入 輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上 就其組成和功能而 言 一塊單片機芯片就是一臺計算機 單片機具有如下特點 有優(yōu)異的性能價格比 1集成度高 體積小 有很高的可靠性 2控制功能強 3低功耗 低電壓 便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 4外部總線增加了 I2C SPI 等串行總線方式 進一步縮小了體積 簡化了結(jié)構(gòu) 5單片機的系統(tǒng)擴展 系統(tǒng)配置較典型 規(guī)范 容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng) 所以單片機的應(yīng)用非常廣泛 在智能儀表 機電一體化 實時控制 分布式多機系 統(tǒng)以及人們的生活中均有用武之地 單片機應(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)計思路和設(shè)計方法 從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功 能 現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了 這種用軟件代替硬件的控制技術(shù) 是對 生產(chǎn)控制技術(shù)的一次革命 利用單片機的智能性 可方便地實現(xiàn)具有智能的電子鐘設(shè)計 單片機均具有時鐘振 蕩系統(tǒng) 利用系統(tǒng)時鐘借助微處理器的定時器 計數(shù)器可實現(xiàn)電子鐘功能 然而系統(tǒng)時鐘 誤差較大 電子鐘的積累誤差也可能較大 所以可以通過誤差修正軟件加以修正 或者 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 5 在設(shè)計中加入高精度時鐘日歷芯片 以精確時間 另外很多功能不同的單片機是兼容的 這就更便于實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能性 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 6 第三章第三章 基于單片機的電子時鐘硬件設(shè)計基于單片機的電子時鐘硬件設(shè)計 在比較了第二章的兩種實現(xiàn)方案之后 考慮單片機貨源充足 價格低廉 可軟硬件 結(jié)合使用 能夠較方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的多功能性 故采用單片機作為本設(shè)計的硬件基礎(chǔ) 3 1 主要主要 IC 芯片選擇芯片選擇 3 1 1 微處理器選擇微處理器選擇 目前在單片機系統(tǒng)中 應(yīng)用比較廣泛的微處理器芯片主要為 8XC5X 系列單片機 該系列單片機均采用標準 MCS 51 內(nèi)核 硬件資源相互兼容 品類齊全 功能完善 性 能穩(wěn)定 體積小 價格低廉 貨源充足 調(diào)試和編程方便 所以應(yīng)用極為廣泛 例如比較常用的 AT89C2051 單片機 帶有 2KB Flash 可編程 可擦除只讀存儲器 E2PROM 的低壓 高性能 8 位 CMOS 微型計算機 擁有 15 條可編程 I O 引腳 2 個 16 位定時器 計數(shù)器 6 個中斷源 可編程串行 UART 通道 并能直接驅(qū)動 LED 輸出 僅僅是為了完成時鐘設(shè)計或者是環(huán)境溫度采集設(shè)計 應(yīng)用 AT89C2051 單片機完全可 以實現(xiàn) 但是將兩種功能結(jié)合在一片單片機上 就需要更多的 I O 引腳 故本設(shè)計采用 具有 32 根 I O 引腳的 AT89C51 單片機 AT89C51 單片機是一款低功耗 低電壓 高性能 CMOS 8 位單片機 片內(nèi)含 4KB 可經(jīng)受 1000 次擦寫周期 的 FLASH 可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 EPROM 器件采用 CMOS 工藝和 ATMEIL 公司的高密度 非易失性存儲器 NURAM 技術(shù)制造 其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS 51 兼容 片內(nèi)的 FLASH 存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編 程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程 因此 AT89C51 是一種功能強 靈活性 高且價格合理的單片機 可方便的應(yīng)用在各個控制領(lǐng)域 AT89C51 具有以下主要性能 1 4KB 可改編程序 Flash 存儲器 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 7 2 全靜態(tài)工作 0 24Hz 3 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 4 32 個外部雙向輸入 輸出 I O 口 5 6 個中斷優(yōu)先級 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器 6 可編程串行通道 7 片內(nèi)時鐘振蕩器 此外 AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的 其工作頻率可下降到 0Hz 并提供兩種可 用軟件來選擇的省電方式 空閑方式 Idle Mode 和掉電方式 Power Down Mode 在空閑方式中 CPU 停止工作 而 RAM 定時器 計數(shù)器 串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工 作 在掉電方式中 片內(nèi)振蕩器停止工作 由于時鐘被 凍結(jié) 使一切功能都暫停 只 保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容 直到下一次硬件復(fù)位為止 圖 3 1AT89C51 芯片 PDIP 封裝引腳圖 AT89C51 為適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求 采用為適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求 采用 PDIP TQFP PLCC 三種封裝形式 本系統(tǒng)三種封裝形式 本系統(tǒng) 采用雙列直插采用雙列直插 PDIP 封裝形式 如圖封裝形式 如圖 3 1 3 1 2 常用時鐘芯片的選擇常用時鐘芯片的選擇 在電子時鐘設(shè)計中 常用的實時時鐘芯片有 DS12887 DS1216 DS1643 DS1302 每種芯片的主要時鐘功能基本相同 只是在引腳數(shù)量 備用電池的安裝方式 計時精度 和擴展功能等方面略有不同 DS12887 與 DS1216 芯片都有內(nèi)嵌式鋰電池作為備用電池 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 8 X1203 引腳少 沒有嵌入式鋰電池 跟 DS1302 芯片功能相似 只是相比較之下 X1203 與 AT89S51 搭配使用時占用 I O 口較多 DS1643 為帶有全功能實時時鐘的 8K 8 非易 失性 SRAM 集成了非易失性 SRAM 實時時鐘 晶振 電源掉電控制電路和鋰電池電 源 BCD 碼表示的年 月 日 星期 時 分 秒 帶閏年補償 同樣 DS1643 擁有 28 只管腳 硬件連接起來占用微處理器 I O 口較多 不方便系統(tǒng)功能拓展和維護 故而 從性價比和貨源上考慮 本設(shè)計采用實時時鐘日歷芯片 DS1302 時鐘日歷芯片選擇 3 1 2 1 常用常用時鐘日歷時鐘日歷芯片芯片 DS1302 簡介簡介 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能 低功耗的實時時鐘日歷芯片 附 加 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 采用 SPI 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)的時鐘信號和 RAM 數(shù)據(jù) 實時時鐘可提供秒 分 時 日 星期 月和 年 一個月小于 31 天時可以自動調(diào)整 且具有閏年補償功能 工作電壓寬達 2 5 5 5V 采用雙電源供電 主電源和備用電源 可設(shè)置備用電源充電方式 提供了對后備電源進 行涓細電流充電的能力 有主電源和備份電源雙引腳 而且備份電源可由大容量電容 1F 來替代 需要強調(diào)的是 DS1302 需要使用 32 768KHz 的晶振 3 1 2 2 DS1302 引腳說明引腳說明 DS1302 引腳圖參照圖 3 2 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 9 Jun 2008 Sheet of File C Documents and Settings Administrator 桌面 常亮畢業(yè)設(shè)計 電路圖 多功能電子時鐘畢業(yè)設(shè)計電路圖 ddbDrawn By VCC1 1 X1 2 X2 3 GND 4 VCC2 8 SCLK 7 I O 6 RST 5 DS1302 圖 3 2 DS1302 芯片引腳圖 其的引腳功能參照表 3 1 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 9 表 3 1 DS1302 引腳功能說明 引腳號名稱功能 1VCC1備份電源輸入 2X132 768KHz 晶振輸入 3X232 768KHz 晶振輸出 4GND地 5RST控制移位寄存器 復(fù)位 6I O數(shù)據(jù)輸入 輸出 7SCLK串行時鐘 8VCC2主電源輸入 3 1 2 3 DS1302 的控制字和讀寫時序說明的控制字和讀寫時序說明 在編程過程中要注意 DS1302 的讀寫時序 DS1302 是 SPI 總線驅(qū)動方式 它不僅要 向寄存器寫入控制字 還需要讀取相應(yīng)寄存器的數(shù)據(jù) 要想與 DS1302 通信 首先要先 了解 DS1302 的控制字 DS1302 的控制字如表 3 2 表 3 2 DS1302 控制字 即地址及命令字節(jié) BIT7BIT6BIT5BIT4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 0 1 RAM A4A3A2A1A0 RD CKWR 控制字的作用是設(shè)定 DS1302 的工作方式 傳送字節(jié)數(shù)等 每次數(shù)據(jù)的傳輸都是由 控制字開始 控制字各位的含義和作用如下 1 BIT7 控制字的最高有效位 必須是邏輯 1 如果它為 0 則不能把數(shù)據(jù)寫入到 DS1302 中 2 BIT 6 如果為 0 則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù) 為 1 表示存取 RAM 數(shù)據(jù) 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 10 3 BIT 5 至 BIT 1 A4 A0 用 A4 A0 表示 定義片內(nèi)寄存器和 RAM 的地址 定義如下 當 BIT 6 位 0 時 定義時鐘和其他寄存器的地址 A4 A0 0 6 順序為秒 分 時 日 月 星期 年的寄存器 當 A4 A0 7 為芯片寫保護寄存器地址 當 A4 A0 8 為慢速充電參數(shù)選擇寄存器 當 A4 A0 31 為時鐘多字節(jié)方式選擇寄存器 當 BIT 6 1 時 定義 RAM 的地址 A4 A0 0 30 對應(yīng)各子地址的 RAM 地址 31 對應(yīng)的是 RAM 多字節(jié)方式選擇寄存器 4 BIT 0 最低有效位 如為 0 表示要進行寫操作 為 1 表示進行讀操作 控制字總是從最低位開始輸出 在控制字指令輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿 時 數(shù)據(jù)被寫入 DS1302 數(shù)據(jù)輸入從最低位 0 位 開始 同樣 在緊跟 8 位的控制字 指令后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿 讀出 DS1302 的數(shù)據(jù) 讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位 到最高位 圖 3 3 DS1302 數(shù)據(jù)讀寫時序 DS1302 的數(shù)據(jù)讀寫方式有兩種 一種是單字節(jié)操作方式 一種是多字節(jié)操作方式 每次僅寫入或讀出一個字節(jié)數(shù)據(jù)稱為單字節(jié)操作 每次對時鐘 日歷的 8 字節(jié)或 31 字節(jié) RAM 進行全體寫入或讀出的操作 稱其為多字節(jié)操作方式 當以多字節(jié)方式寫時鐘寄 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 11 存器時 必須按數(shù)據(jù)傳送的次序依次寫入 8 個寄存器 但是 當以多字節(jié)方式寫 RAM 時 不必寫所有31字節(jié) 不管是否寫了全部31字節(jié) 所寫的每一個字節(jié)都將傳送至RAM 圖 3 3 DS1302 數(shù)據(jù)讀寫時序 為了啟動數(shù)據(jù)的傳輸 CE 引腳信號應(yīng)由低變高 當把 CE 驅(qū)動至邏輯 1 的狀態(tài)時 SCLK 必須為邏輯 0 數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿串行輸入 無論是讀周期還是寫周期 也 無論送方式是單字節(jié)傳送還是多字節(jié)傳送 都要通過控制字指定 40 字節(jié)中的哪個將被訪 問 在開始 8 個時鐘周期把命令字 具有地址和控制信息的 8 位數(shù)據(jù) 裝入移位寄存器 之后 另外的時鐘在讀操作時輸出數(shù)據(jù) 在寫操作時輸入數(shù)據(jù) 所有的數(shù)據(jù)在時鐘的下 降沿變化 所有寫入或讀出操作都是先向芯片發(fā)送一個命令字節(jié) 對于單字節(jié)操作 包 括命令字節(jié)在內(nèi) 每次為 2 個字節(jié) 需要 16 個時鐘 對于時鐘 日歷多字節(jié)模式操作 每次為 7 個字節(jié) 需要 72 個時鐘 而對于 RAM 多字節(jié)模式操作 每次則為 32 字節(jié) 需要多達 256 個時鐘 這里僅給出單字節(jié)讀寫時序 如圖 3 3 多字節(jié)操作方式與其類似 只是后面跟的字節(jié)數(shù)不止一個 3 1 2 4 DS1302 的片內(nèi)寄存器的片內(nèi)寄存器 表 3 3 DS1302 有關(guān)日歷 時間的寄存器 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 12 讀寄讀寄 存器存器 寫寄寫寄 存器存器 BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0范圍范圍 81H80HCH10 秒秒00 59 83H82H10 分分00 59 85H84H 24 12 0 10 時時 1 12 0 23 AM P M 87H86H0010 日日1 31 89H88H0010 月月1 12 8BH8AH00000周日1 7 8DH8CH10 年年00 99 8FH8EHWP0000000 通過控制字對 DS1302 片內(nèi)寄存器進行尋址之后 即可就所選中寄存器的各位進行 操作 片內(nèi)各寄存器及各位的功能定義如表 3 3 DS1302 有關(guān)日歷 時間的寄存器共有 10 個 時鐘 日歷包含在其中的 7 個寫 讀寄 存器內(nèi) 這 7 個寄存器分別是秒 分 小時 日 月 星期和年 小時寄存器 85H 84H 的位 7 用于定義 DS1302 是運行于 12 小時模式還是 24 小 時模式 當為 12 小時制式時 位 5 為 0 表示 AM 為 1 表示 PM 在 24 小時制 式下 位 5 是第二個 10 小時位 20 23 時 秒寄存器 81H 80H 的位 7 定義為時鐘暫停標志 CH 當該位置為 1 時 時鐘 振蕩器停止 DS1302 處于低功耗狀態(tài) 當該位置為 0 時 時鐘開始運行 一般在設(shè)置 時鐘時 可以停止其工作 設(shè)定完之后 再啟動其工作 控制寄存器 8FH 8EH 的位 7 是寫保護位 WP 其它 7 位均置為 0 在任何片 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 13 內(nèi)時鐘 日歷寄存器和 RAM 在寫操作之前 WP 位必須為 0 否則將不可寫入 當 WP 位為 1 時 寫保護位防止對任一寄存器的寫操作 因此 通過置寫保護位 可以提高數(shù) 據(jù)的安全性 另外 還有慢速充電控制寄存器和 RAM 寄存器 如表 3 4 表 3 4 充電控制寄存器和 RAM 寄存器各位定義 慢速充電 寄存器控制著 DS1302 的慢速充電特性 寄存器的 BIT4 BIT7 TCS 決定是否具備充 電性能 僅在編碼為 1010 的條件下才具備充電性能 其他編碼組合不允許充電 BIT2 和 BIT3 選擇在 VCC2和 VCC1之間是一個還是兩個二極管串入其中 如果編碼 DS 是 01 選擇一個二極管 如果編碼是 10 選擇兩個二極管 其他編碼將不允許充電 該寄存器的 BIT0 和 BIT1 用于選擇與二極管相串聯(lián)的電阻值 其中編碼 RS 01 為 2 K RS 10 為 4 K RS 11 為 8 K 而 RS 00 將不允許進行充電 因此 根據(jù)慢速充電寄 存器的不同編碼可得到不同的充電電流 其具體計算如公式 3 1 I充電 V0 VD VE R 3 1 式中 V0 所接入的 5 0V 工作電壓 VD 二極管壓降 一個按 0 7V 計算 R 慢速充電控制寄存器 0 和 1 位編碼決定的電阻值 VE VCC1腳所接入的電池電壓 RAM 寄存器尋址空間一次排列的 31 字節(jié)靜態(tài) RAM 可為用戶使用 備用電源位 RAM 提供了掉電保護功能 寄存器和 RAM 的操作通過命令字節(jié)的 BIT6 加以區(qū)別 當 BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0 充電控制寄存器TCSTCSTCSTCSDSDSRSRS RAM 寄存器 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 14 BIT6 為 0 時對 RAM 區(qū)進行尋址 否則將對時鐘 日歷寄存器尋址 其操作方法與前 述相同 3 1 3環(huán)境溫度傳感器環(huán)境溫度傳感器 3 1 3 1 常用溫度傳感器常用溫度傳感器 DS18B20 簡介簡介 DS18B20 是美國 Dallas 公司生產(chǎn)的基于單線 1 wire 技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器芯片 其管腳分布如圖 3 4 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 5 Jun 2008 Sheet of File C Documents and Settings Administrator 桌面 常亮畢業(yè)設(shè)計 時序圖 DS1302讀寫時序圖 ddbDrawn By 123 GNDDQ VDD PR35封裝 SOIC封裝 NC 1 NC 2 DQ 4 VDD 3 GND 5 NC 6 NC 7 NC 8DS18B20 圖 3 4 DS18B20 引腳分布圖 每片 DS18B20 在出廠時都設(shè)有唯一的產(chǎn)品序列號 此序列號存放在它的內(nèi)部 ROM 中 微處理器通過簡單協(xié)議 就能識別這些序列號 因此多個 DS18B20 可以掛接于同一 條單總線上 這允許在許多不同的地方放置溫度傳感器 特別適合于構(gòu)成多點溫度測控 系統(tǒng) 所以 DS18B20 多應(yīng)用與 HVAC 環(huán)境控制 建筑物 設(shè)備或機械內(nèi)的溫度檢測 以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測 管腳功能描述參見表 3 5 表 3 5 DS18B20 詳細引腳功能描述 序號序號名稱名稱引腳功能描述引腳功能描述 1GND地信號 2DQ數(shù)據(jù)輸入 輸出引腳 開漏單總線接口引腳 當被用在寄生電源下 也可以 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 15 向器件提供電源 3VDD可選擇的 VDD 引腳 當工作于寄生電源時 此引腳必須接地 3 1 3 2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3 5 所示 主要由 4 部分組成 64 位 ROM 溫度傳感器 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 配置寄存器 圖 3 5 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 配置寄存器為高速暫存存儲器中的第 5 個字節(jié) DS18B20 在工作時按此寄存器中的 分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值 其各位定義如表 3 6 所示 其中 TM 為測試模式 標志位 出廠時被寫入 0 不能改變 R0 R1 是溫度計分辨率設(shè)置位 表 3 6 DS18B20 配置寄存器結(jié)構(gòu)表 BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0 TMR1R011111 MSBLSB 其對應(yīng)四種分辨率如表 3 7 所示 出廠時 R0 R1 被置為 1 默認設(shè)置是 12 位分 辨率 用戶可根據(jù)需要給寫配置寄存器以獲得合適的分辨率 表 3 7 配置寄存器與分辨率關(guān)系表 R0R1溫度計分辨率 bit最大轉(zhuǎn)換時間 ms 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 16 00993 75 0110187 50 1011375 1112750 溫度信息的低位 高位字節(jié)內(nèi)容還包括了符號位 S 是正溫度還是負溫度 和二進 制小數(shù)部分 其具體形式如圖 3 6 圖 3 6 DS18B20 溫度值格式表 圖 3 6 所示是 12 位分辨率的情況 如果配置為低分辨率 則其中無意義位為 0 在 DS18B20 完成溫度變換之后 溫度值與存儲在 TH 和 TL 內(nèi)的告警觸發(fā)值相比較 由于這些是 8 位寄存器 所以 9 12 位在比較時忽略 TH 或 TL 的高位直接對應(yīng)于 16 位溫度寄存器的符號位 如果溫度測量的結(jié)果高于 TH 或低于 TL 那么器件內(nèi)告警標志 將置位 每次溫度測量都會更新此標志位 只要告警標志置位 DS18B20 就將響應(yīng)告警 搜索命令 這也就允許單線上多個 DS18B20 同時進行溫度測量 即使某處溫度越限 也 可以識別出正在告警的器件 特別需要注意的是 與 DS18B20 配套使用的是頻率為 11 0592MHz 單片機晶振 這 決定了指令的運行時間 在軟件設(shè)計中將根據(jù)此指令運行時間編寫各種延時程序 3 2 電子時鐘硬件電路設(shè)計電子時鐘硬件電路設(shè)計 電子鬧鐘至少要包括秒信號發(fā)生器 時間顯示電路 按鍵電路 供電電源 鬧鈴指 示電路等幾部分 另外 本設(shè)計要求該電子鐘能夠采集環(huán)境溫度 所以還需要溫度采集 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 17 芯片 硬件電路框圖參照圖 3 7 該系統(tǒng)使用 AT89C51 單片機作為核心 通過讀取時鐘日歷芯片 DS1302 和溫度傳感 器 DS18B20 的數(shù)據(jù) 完成此電子時鐘的主要功能 時鐘 日歷和環(huán)境溫度采集 使用 比較通用的 8 段共陰數(shù)碼管 做 7 位顯示 分別顯示時 年 分 月 秒 日 以及環(huán)境溫 度值 圖 3 7 多功能電子時鐘硬件系統(tǒng)框圖 鍵盤是為了完成時鐘 日歷的校對和日歷 溫度的顯示功能 由于此電子時鐘要求具 有鬧鈴功能 所以設(shè)計有鬧鈴電路 進行聲音響鈴 整個電路使用了兩種電源 5V 電源將為整個電路供電 而 3V 電源僅作為 DS1302 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 18 的備用電源 當 5V 電源被切斷后 DS1302 啟用 3V 電源 可以保持 DS1302 繼續(xù)工作 當 5V 電源恢復(fù)供電 LED 依舊顯示當前時間 而不會因為斷電使系統(tǒng)復(fù)位到初始化時 間 避免了重新校時的麻煩 具體電路圖請參見附錄 3 2 1 時鐘電路設(shè)計時鐘電路設(shè)計 系統(tǒng)時鐘應(yīng)用了實時時鐘日歷芯片 DS1302 其連接如圖 3 8 該硬件電路設(shè)計簡單 抗干擾能力強 如圖 AT89C51 單片機 P1 7 直接接 DS1302 的 RST 端 上電后 AT89C51 的 P1 7 腳自動輸出高電平 P1 5 作為串行時鐘接口 P1 6 作為時鐘數(shù)據(jù)的 I O DS1302 采用雙 電源供電 平時由 5V 電源供電 當 5V 掉電之后 由圖中 BT1 3V 備用電池 供電 特別需要注意 X1 和 X2 兩端連接的晶振 Y1 該晶振頻率為 32 768KHz 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 5 Jun 2008 Sheet of File C Documents and Settings Administrator 桌面 常亮畢業(yè)設(shè)計 電路圖 多功能電子時鐘畢業(yè)設(shè)計電路圖 ddbDrawn By Y1 32 768KHz BT1 BATTERY VCC1 1 X1 2 X2 3 GND 4 VCC2 8 SCLK 7 I O 6 RST 5 U2 DS1302 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 6 7 P1 5 6 P1 7 8 RST 9 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 U1 AT89S51 5 圖 3 8 系統(tǒng)時鐘電路 3 2 2 環(huán)境溫度采集電路設(shè)計環(huán)境溫度采集電路設(shè)計 本設(shè)計中使用 DS18B20 溫度傳感器進行環(huán)境溫度采集和轉(zhuǎn)化 如圖 3 9 所示 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 19 AT89C51 單片機的 P3 3 腳接 DS18B20 的 I O 腳 作為數(shù)據(jù)的讀入和寫出口 電阻 R11 作為 DS18B20 的 I O 口的上拉電阻 在讀時隙結(jié)束時 I O 引腳將通過此上拉電阻拉回 至高電平 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 8 Jun 2008 Sheet of File C Documents and Settings Administrator 桌面 常亮畢業(yè)設(shè)計 電路圖 多功能電子時鐘畢業(yè)設(shè)計電路圖 ddbDrawn By Y2 11 0592MHZ P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 6 7 P1 5 6 P1 7 8 RST 9 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 U1 AT89S51 C1 30pF C2 30pF 5 5 R11 4K7 5 VCC 3 DQ 2 GND 1 U3 DS18B20 圖 3 9 系統(tǒng)環(huán)境溫度采集電路 3 2 3 顯示電路顯示電路 就時鐘而言 通常可采用 LCD 顯示或 LED 顯示 對于一般的段式 LCD 需要專門 的驅(qū)動電路 而且 LCD 顯示的可視性較差 對于具有驅(qū)動電路和微處理器接口的液晶顯 示模塊 字符或點陣 一般采用并行接口 對微處理器的接口要求較高 占用資源多 另外 AT89C51 本身沒有專門的液晶驅(qū)動接口 LED 結(jié)構(gòu)簡單 體積小 功耗低 響應(yīng) 速度快 易于匹配 壽命長 可靠性高 而且顯示亮度高 價格便宜 市場上也有專門 的時鐘顯示組合 LED 故本設(shè)計中應(yīng)用 7 位 8 段共陰 LED 實現(xiàn)顯示部分 顯示面板分 布如圖 3 10 LED 顯示分動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示 動態(tài)顯示方式的硬件電路簡單 但設(shè)計上如果處 理不當 易造成亮度低 閃爍問題 因此合理的設(shè)計既應(yīng)保證驅(qū)動電路易實現(xiàn) 又要保 揚州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 20 證圖像穩(wěn)定 無閃爍 動態(tài)顯示采用多路復(fù)用技術(shù)的動態(tài)掃描顯示方式 復(fù)用的程度不 是無限增加的 因為利用動態(tài)掃描顯示使我們看到一幅穩(wěn)定畫面的實質(zhì)是利用了人眼的 暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管發(fā)光時間的長短 發(fā)光的亮度等因素 靜態(tài)顯示 是由微型計算機一次輸出顯示模型后 就能保持該顯示結(jié)果 直到下次 發(fā)送新的顯示模型為止 靜態(tài)顯示驅(qū)動程序簡單 且 CPU 占用率低 但每個 LED 數(shù)碼 管需要一個鎖存器來鎖存每一個顯示位的筆段代碼 硬件開銷大 僅適合顯示位數(shù)較少 的場合 為了在顯示部分節(jié)省單片機 I O 口 故采用靜態(tài)顯示方式 電路圖參見圖 3 10 74LS164 是 8 位移位寄存器 應(yīng)用該芯片驅(qū)動 LED 做顯示部分 其優(yōu)點在于連線簡 單 節(jié)省單片機 I O 口 軟件編程容易 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 5 Jun 2008 Sheet of File C Documents and Settings Administrator 桌面 常亮畢業(yè)設(shè)計 電路圖 多功能電子時鐘畢業(yè)設(shè)計電路圖 ddbDrawn By A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U4 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U5 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U6 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U7 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U8 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U9 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 GND 7 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 VCC 14 U10 74LS164 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp LED0 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp LED1 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp LED2 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp LED3 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp LED4 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp LED5 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp 9 GND a bf c g d e dp LED6 R1 300K R2 300K R3 300K R4 300K R5 300K R6 300K R7 300K 5 年 時月 分日 秒 P1 0 P1 1 圖 3 10 顯示面板 LED 分布圖 3 2 4 按鍵電路設(shè)計按鍵電路設(shè)計 根據(jù)功能需要 本時鐘需要設(shè)置以下功能鍵 校對選擇鍵 加 1 操作鍵 減 1 操作 鍵 顯示日期鍵 顯示溫度鍵