基于單片機(jī)和DS12C887芯片的萬(wàn)年歷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、Tianjin University of Technology and Education課 程 設(shè) 計(jì) 學(xué)院： 電子工程學(xué)院 班 級(jí)： 應(yīng)電1211班 學(xué)生姓名： 畢羽 （12） 韓玉鳳 （） 路開堯（） 指導(dǎo)教師： 馬寧 梁彩鳳 2015年7月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)應(yīng) 電 專 業(yè) 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 電子工程 學(xué)院 應(yīng)電1211 班 學(xué)生： 課程設(shè)計(jì)課題：一、課程設(shè)計(jì)工作日自 2015 年 7 月 6 日至 2015 年 7 月 24日二、同組學(xué)生： 三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求：要求全班同學(xué)每3人一組自由分組，每組在下列題目中任選2題，完成電路設(shè)計(jì)仿真、硬件焊接以及軟件的編程與調(diào)試（統(tǒng)一

2、采用AT89系列單片機(jī)）：題目1：基于單片機(jī)的多功能計(jì)算器設(shè)計(jì)題目（顯示設(shè)備采用1602液晶模塊）基本要求：以4×4鍵盤作為輸入，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)加減乘除計(jì)算功能，并顯示；擴(kuò)展功能：進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)乘方、開方、對(duì)數(shù)、階乘等科學(xué)計(jì)算功能。題目2：基于單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)（顯示設(shè)備采用1602液晶模塊）基本要求：通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)年月日時(shí)間顯示及時(shí)間設(shè)定等功能；擴(kuò)展要求：進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)定時(shí)鬧鐘功能。題目3：基于單片機(jī)的溫度采集顯示電路設(shè)計(jì)（顯示設(shè)備采用4位數(shù)碼管）基本要求：實(shí)現(xiàn)用DS18B20采集溫度，并實(shí)時(shí)顯示；擴(kuò)展要求：進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)溫度告警功能。四、設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容要求：（每組1份）1、題目4、

3、電路仿真7、總體電路圖10、參考文獻(xiàn)2、主要技術(shù)指標(biāo)5、系統(tǒng)組成框圖8、調(diào)試過(guò)程及測(cè)試結(jié)果3、方案論證及選擇6、單元電路設(shè)計(jì)9、總結(jié)（每人一份）指導(dǎo)教師：梁彩鳳、馬寧目 錄1基于單片機(jī)的電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)基本要求：通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)年月日時(shí)間顯示及時(shí)間設(shè)定等功能；擴(kuò)展要求：進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)定時(shí)鬧鐘功能。1.2 設(shè)計(jì)方案1.2.1 總體方框圖 圖1.1總體方框圖1.2.2 整體功能說(shuō)明：本論文一主要研究基于單片機(jī)的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)。當(dāng)程序執(zhí)行后，LCD顯示即時(shí)時(shí)間、年月日、星期、溫度。設(shè)置3個(gè)操作鍵：K1：設(shè)置鍵；K2：上調(diào)鍵；K3：下調(diào)鍵。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：1、了解單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，熟悉萬(wàn)年

4、歷各模塊的工作原理；2、選擇適當(dāng)?shù)男酒驮骷?，確定系統(tǒng)電路，繪制電路原理圖，尤其是各接口電路；3、熟悉單片機(jī)使用方法和C語(yǔ)言的編程規(guī)則，編寫出相應(yīng)模塊的應(yīng)用程序；4、分別在各自的模塊中調(diào)試出對(duì)應(yīng)的功能，在Proteus軟件上進(jìn)行仿真。1.3 電路設(shè)計(jì)與分析1.3.1 設(shè)計(jì)要求1、 具備在液晶上顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的功能；2、 具備年、月、日、星期、時(shí)、分、秒校準(zhǔn)功能；3、 具有與即時(shí)時(shí)間同步的功能；4、 具有實(shí)現(xiàn)鬧鐘的功能。1.3.2 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證方案一:采用AT89S51芯片作為硬件核心，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲(chǔ)空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系

5、列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù)，所以在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。方案二:采用STC89C52芯片,STC89C52是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，具有8K的可編程Flash存儲(chǔ)器。同樣具有AT89S51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞,因此選擇采用STC89C52作為主控制系統(tǒng)核心。1.3.3 顯示模塊選擇方案和論證方案一：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃

6、描,LED數(shù)碼管價(jià)格適中,對(duì)于顯示數(shù)字合適,采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí),雖然占用的單片機(jī)口線少，但連線還需要花費(fèi)一點(diǎn)時(shí)間，所以也不用此種作為顯示。方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合,若采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi),且價(jià)格也相對(duì)較高,所以在此也不用此種作為顯示。方案三：采用1602液晶顯示屏,該液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大,內(nèi)置192種字符，可顯示大量符號(hào)、數(shù)字,清晰可見,而且功率消耗小壽命長(zhǎng)抗干擾能力強(qiáng)。所以在此設(shè)計(jì)中采用1602液晶顯示屏。1.3.4時(shí)鐘芯片的選擇方案和論證方案一：直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、

7、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大,所以不采用此方案。方案二： DS12C887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片功能豐富，可 以用來(lái)直接代替 IBP時(shí)鐘日歷芯片 DS12887，同時(shí)，它的管腳也和 MC146818B、DS12887 相兼容。由于 DS12C887 能夠自動(dòng)產(chǎn)生世紀(jì)、 年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，其內(nèi) 部又增加了世紀(jì)寄存器，從而利用硬件電路 解決子“千年”問題；DS12C887 中自帶有鋰電 池，外部掉電時(shí)，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保 持 10 年之久；對(duì)于一天內(nèi)的時(shí)間記錄，有12 小時(shí)制和 24 小時(shí)制兩種模式。在 12 小時(shí) 制模式中，

8、用 AM 和 PM 區(qū)分上午和下午； 時(shí)間的表示方法也有兩種，一種用二進(jìn)制數(shù) 表示，一種是用 BCD 碼表示；DS12C887 中 帶有 128 字節(jié) RAM，其中有 11 字節(jié) RAM 用來(lái)存儲(chǔ)時(shí)間信息，4 字節(jié) RAM 用來(lái)存儲(chǔ) DS12C887 的控制信息，稱為控制寄存器，113 字節(jié)通用 RAM 使用戶使用；此外用戶還 可對(duì) DS12C887 進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)多種方波輸 出，并可對(duì)其內(nèi)部的三路中斷通過(guò)軟件進(jìn)行 屏蔽。1.3.5復(fù)位選擇方案與論證方案一：1、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這上狀態(tài)開始工作。（1）單片機(jī)常見的復(fù)位電路通常

9、單片機(jī)復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位電路，按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位電路：上電復(fù)位是單片機(jī)上電時(shí)復(fù)位操作，保證單片機(jī)上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)。它利用的是電容充電的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按鍵復(fù)位電路：它不僅具有上電復(fù)位電路的功能，同時(shí)它的操作比上電復(fù)位電路的操作要簡(jiǎn)單的多。如果要實(shí)現(xiàn)復(fù)位的話，只要按下RESET鍵即可。它主要是利用電阻的分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的方案二：在此設(shè)計(jì)中，采用的按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路如圖1.2所示。圖1.2復(fù)位電路（2）復(fù)位電路工作原理上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能

10、保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位，而且在單片機(jī)運(yùn)行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作1.3.6晶振電路的方案論證晶振電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地工作。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，如圖1.3中Y1、C1、C2?？梢愿鶕?jù)情況選擇6MHz、12MHz或24MHz等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。 圖1

11、.3時(shí)鐘振蕩電路1.3.6 電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述,對(duì)此次作品的方案選定: 采用STC89C52作為主控制芯片，DS12C887時(shí)鐘芯片計(jì)時(shí)，按鍵復(fù)位電路及晶振，LCD1602作為顯示模塊。1.4 整機(jī)電路圖與仿真波形圖 圖1.4電路圖1.5 焊接調(diào)試與性能檢測(cè)1.5.1 焊接調(diào)試電子萬(wàn)年歷的電路系統(tǒng)比較復(fù)雜，焊接方面不可輕視，只要電路系統(tǒng)中出于一處的錯(cuò)誤，就會(huì)對(duì)檢測(cè)造成很大的不便，而且電路的交線較多，對(duì)于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會(huì)刺破帶有包皮的導(dǎo)線，則會(huì)對(duì)電路造成短路現(xiàn)象。在本次電子萬(wàn)年歷的設(shè)計(jì)調(diào)試中遇到了很多的問題。回想這些問題只要認(rèn)真多思考都是可以避免的，以下為主要的問

12、題：（1）對(duì)萬(wàn)年歷修改時(shí)間或日期時(shí)，有時(shí)LCD液晶顯示屏被屏蔽掉，造成不亮現(xiàn)象。解決：根據(jù)儀器的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電路的驅(qū)動(dòng)能力不足，最后在DS12C887時(shí)鐘芯片的/CS、SCLKRET端接入5.1K的上拉電阻后,電路的驅(qū)動(dòng)能力才能滿足，即可解決不亮現(xiàn)象。（2）燒入程序后，LCD液晶顯示屏不顯示或者亮度不好。解決：不顯示時(shí)首先使用萬(wàn)用表對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試,觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞的現(xiàn)象。若無(wú)此問題查看燒寫的程序是否正確無(wú)誤，對(duì)程序進(jìn)行認(rèn)真修改。當(dāng)顯示亮度不好時(shí)一遍旋轉(zhuǎn)10K歐的滑動(dòng)變阻器，一遍觀看LCD顯示屏，直到看到合適的亮度為止。經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)調(diào)試試與分析,可以對(duì)電路的原理及功能更加熟悉

13、,同時(shí)提高了設(shè)計(jì)能力與及對(duì)電路的分析能力。同時(shí)在軟件的編程方面得到更到的提高,對(duì)編程能力得到加強(qiáng)，同時(shí)對(duì)所學(xué)的知識(shí)得到很大的提高與鞏固。如下為硬件實(shí)物圖： 圖1.5萬(wàn)年歷硬件圖1.5.2 性能指標(biāo)測(cè)試與記錄 圖1.6性能測(cè)試結(jié)果1.5.3 元器件清單表11元器件清單 名稱 數(shù)量 名稱 數(shù)量上拉電阻 11K電阻 8330電阻 130PF電容 2晶振 1發(fā)光二極管 3點(diǎn)動(dòng)按鍵 510uF電容 110K滑動(dòng)變阻器 1STC89C52芯片 1LCD1602液晶顯示器 1DS12C887時(shí)鐘 1杜邦線 若干排針 若干下載器 11.6 設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我們組通過(guò)自己的實(shí)踐對(duì)書本上的知識(shí)進(jìn)行了與生

14、活相關(guān)的運(yùn)用。在這個(gè)程序中主要運(yùn)用了所學(xué)習(xí)的條件語(yǔ)句，循環(huán)語(yǔ)句，數(shù)組以及調(diào)用函數(shù)。這些知識(shí)的運(yùn)用使我對(duì)課本內(nèi)容的認(rèn)識(shí)得到加深。 在編寫程序的過(guò)程中，也出現(xiàn)了很多的錯(cuò)誤。比如程序語(yǔ)句錯(cuò)誤導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)連續(xù)報(bào)錯(cuò);函數(shù)語(yǔ)句編寫錯(cuò)誤導(dǎo)致輸出結(jié)果與實(shí)際不符等。出現(xiàn)這些情況后，通過(guò)對(duì)教材的深入的理解和解讀，我發(fā)現(xiàn)了自己的程序的問題所在并進(jìn)行了改正。最后得到正確的結(jié)果。 2 基于單片機(jī)的溫度采集顯示電路設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)基本要求：實(shí)現(xiàn)用DS18B20采集溫度，并實(shí)時(shí)顯示；擴(kuò)展要求：進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)溫度告警功能。2.2 設(shè)計(jì)方案2.2.1 總體方框圖 圖2.1總體框圖2.2.2 整體功能說(shuō)明以MCS-51系列單片

15、機(jī)為核心器件，組成一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55°C至+125°C，最大分辨率可達(dá)0.0625°C。DS18B20可以直接讀出被測(cè)量的溫度值，而采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)溫度檢測(cè)，檢測(cè)精度為±0.1攝氏度。溫度顯示采用LCD1602顯示，兩位整數(shù)，一位小數(shù)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由三個(gè)模塊組成：主控制器STC89C52，溫度傳感器DS18B20，驅(qū)動(dòng)顯示電路.2.3 電路設(shè)計(jì)與分析2.3.1方案論證（1）溫度傳感模塊方案一：采用熱

16、敏電阻，熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的，也不能滿足測(cè)量范圍。在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，也常采用單片溫度傳感器，比如AD590，LM35等。但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī)，這樣就使測(cè)溫系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。另外，這種測(cè)溫系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。 方案二：采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量溫度，直接輸出數(shù)字信號(hào)。便于單片機(jī)處理及控制，節(jié)省硬件電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，此元件線形性能好，在0100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線

17、的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和微控制器AT89C51構(gòu)成的溫度裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)到微控制器。每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)有的不可修改的64位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)可訪問不同的器件。這樣一條總線上可掛接多個(gè)DS18B20傳感器，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量，輕松的組建傳感網(wǎng)絡(luò)。 綜上分析，我們選用第二種方案圖2.2。圖2.2 溫度傳感模塊仿真圖(2) 顯示模塊 方案一：采用8位段數(shù)碼管，將單片機(jī)得到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。該方案簡(jiǎn)單易行，但所需的元件較多，且不容易進(jìn)行操作，可讀性差，一旦設(shè)定后很難再加入其他的功能，顯示格式受限制，且大耗電量大，不宜用電池給系統(tǒng)供電。 方案二：采用液晶顯示

18、器件，液晶顯示平穩(wěn)、省電、美觀，更容易實(shí)現(xiàn)題目要求，對(duì)后續(xù)的園藝通兼容性高，只需將軟件作修改即可，可操作性強(qiáng)，也易于讀數(shù)，采用RT1602兩行十六個(gè)字符的顯示，能同時(shí)顯示其它的信息如日期、時(shí)間、星期、溫度。 綜上分析，我們采用了第二個(gè)方案圖2.3圖2.3 顯示模塊仿真圖2.3.2 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 采用AT89S52單片機(jī)作為控制核心對(duì)溫度傳感器DS18B20控制，讀取溫度信號(hào)并進(jìn)行計(jì)算處理，并送到液晶顯示器LCD1602顯示。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成：主控制器、測(cè)溫電路和顯示電路。2.4 整機(jī)電路圖與仿真波形圖2.5 焊接調(diào)試與性能檢測(cè)2.5.1 焊接調(diào)試 圖2.4焊接圖2.5.2 性能指標(biāo)測(cè)試與記錄 圖2.5調(diào)試結(jié)果2.5.3 元器件清單表2-1元器件的清單名稱數(shù)量名稱數(shù)量上拉