LCD時(shí)鐘溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

1、LCD時(shí)鐘溫度計(jì)的設(shè)計(jì)摘 要我們設(shè)計(jì)的LCD時(shí)鐘溫度系統(tǒng)是由中央控制器、溫度檢測器、時(shí)鐘系統(tǒng)、存儲(chǔ)器、顯示器及鍵盤部分組成?？刂破鞑捎脝纹瑱C(jī)W78E516B，溫度檢測部分采用DS18B20溫度傳感器，時(shí)鐘系統(tǒng)用時(shí)鐘芯片DS1302，用LCD液晶12232F作為顯示器，用AT24C16作為存儲(chǔ)器件。單片機(jī)通過時(shí)鐘芯片DS1302獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)處理后顯示時(shí)間；溫度傳感器DS18B20采集溫度信號(hào)送該給單片機(jī)處理，存儲(chǔ)器通過單片機(jī)對(duì)某些時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；單片機(jī)再把時(shí)間數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)送液晶顯示器12232F顯示，12232F還可以顯示漢字；鍵盤是用來調(diào)時(shí)和溫度查詢的。關(guān)鍵字：單片機(jī) 匯編語言

2、 查表 LCD液晶 DS18B20 AT24C161.1 方案設(shè)計(jì)與論證按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能要求，本時(shí)鐘溫度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須采用單片機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的自動(dòng)控制能力配合按鍵控制，來控制時(shí)鐘、溫度的存儲(chǔ)和查詢及顯示。初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由單片機(jī)主控模塊、時(shí)鐘模塊、測溫模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊共6個(gè)模塊組成，電路系統(tǒng)框圖如圖（1）所示。主控器件AT89C52溫度檢測DS0820時(shí)鐘DS1302存儲(chǔ)器AT24C16LCD顯示器12232F鍵盤部分圖1 對(duì)于單片機(jī)的選擇，如果用8031系列，由于它沒有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而不可用；51系列單片機(jī)的ROM為4K，對(duì)于我們

3、設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可能有點(diǎn)小，這里我們用W78E516B，它與AT89C52單片機(jī)產(chǎn)品兼容，有8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器W78E516B是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。 時(shí)鐘功能的實(shí)現(xiàn)有兩種方案：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，直接用單片機(jī)的定時(shí)器編程以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘；二是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘的記時(shí)，再把時(shí)間數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，由單片機(jī)控制顯示。比較兩種方案，用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘固然可以，但是程序運(yùn)行的每一步都需要時(shí)間，多一步或少一步程序都會(huì)影響記時(shí)的準(zhǔn)確度，用專用時(shí)鐘芯片可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確記時(shí)。選二方案。時(shí)鐘和溫度的顯示可以用數(shù)碼管，但是數(shù)碼管的只能顯示簡單的數(shù)字，我們設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有很多東西需要顯示，還是用顯示功能

4、更好的液晶顯示器比較好，它能顯示更多的數(shù)據(jù)，用可以顯示漢字的液晶顯示器還可以增加顯示信息的可讀性，讓人看起來會(huì)很方便。1.2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)根據(jù)方案的選擇，系統(tǒng)由W78E516B、時(shí)鐘芯片DS1302、AT24C16存儲(chǔ)電路、液晶顯示電路、鍵掃描電路組成。其各功能模塊如下：1.2.1 復(fù)位電路上電復(fù)位采用電平方式開關(guān)復(fù)位。如圖（2）所示。 上電復(fù)位用RC電路，電容用20F，電阻用10K。1.2.2 晶振電路單片機(jī)的晶振頻率應(yīng)低于40MHZ，所以我們采用12MHZ，加兩個(gè)30F電容。圖（3）所示。 圖（2） 圖（3）1.2.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用12232F液晶顯示器。12232F

5、是一種內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字庫和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集圖形點(diǎn)陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動(dòng)器/ 列驅(qū)動(dòng)器及128×32全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示,也可以顯示7.5×2個(gè)(16×16點(diǎn)陣)漢字.與外部CPU接口采用串行方式控制。主要技術(shù)參數(shù)和性能:1.電源:VDD:+3.0+5.5V。（電源低于4.0伏LED背光需另外供電）2.顯示內(nèi)容:122(列)×32(行)點(diǎn)。3.全屏幕點(diǎn)陣。4.2M ROM(CGROM)總共提供8192個(gè)漢字(16×16點(diǎn)陣)。5.16K ROM（HCGROM）總共提供128個(gè)字符（16

6、5;8點(diǎn)陣）。6.2MHZ頻率。7.工作溫度: 0 +60 ,存儲(chǔ)溫度: -20 +701.2.4 溫度傳感器設(shè)計(jì)由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對(duì)較高。而DS18B20溫度傳感器是美國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，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。電路圖如圖（4）所示。圖（4）DS18B20的性能特點(diǎn)如下：（1） 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；（2） 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；（3）

7、 無須外部器件；（4） 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V；（5） 零待機(jī)功耗；（6） 溫度以9或12位數(shù)字量讀書；（7） 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；（8） 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；（9） 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。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。頭兩個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第三和第四字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第五個(gè)字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用

8、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)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖4.2所示。低5位一直為1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。溫度 LSB溫度 MSBTH 用戶字節(jié)1TL 用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留 CRC圖 4.1高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖1字節(jié)2字節(jié) 3字節(jié) 4字節(jié) 5字節(jié)6字節(jié) 7字節(jié) 8字節(jié)9字節(jié)EEROMTH 用戶字節(jié)1TL 用戶字節(jié)2TMR1R011111圖 4.2 配置寄存器 1.2.5 存儲(chǔ)電路 存儲(chǔ)電路采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT24C16（圖（5）所示），具有16KB的存儲(chǔ)空間。其管腳接法

9、是1、2、3、4接地，5、6分別接單片機(jī)的端口，7、8接5V電源。 圖（5）1.2.6 時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)我們采用DS1302作為主要計(jì)時(shí)芯片，主要為了提高計(jì)時(shí)精度，更重要的就是DS1302可以在很小的后備電源下繼續(xù)計(jì)時(shí)，并可編程選擇充電電流來對(duì)后備電源進(jìn)行充電，可以保證后備電源基本不耗電。電路圖如圖（6）所示。圖（6）1.2.7 鍵盤接口的設(shè)計(jì)由于按鍵只有4個(gè)，分別實(shí)現(xiàn)為時(shí)間調(diào)整、時(shí)間的加減、查詢溫度。用查詢法完成讀鍵功能。系統(tǒng)原理圖：單片機(jī)W78E516B是本系統(tǒng)的核心部分，它控制著數(shù)據(jù)顯示、溫度檢測存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等功能。根據(jù)以上各功能模塊得到應(yīng)用電路總原理圖。 1.3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.3.1 主

10、程序 系統(tǒng)主程序首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括設(shè)置定時(shí)器、中斷和端口；然后顯示開機(jī)畫面。由于單片機(jī)沒有停止指令，所以可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序不斷地循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。下圖是系統(tǒng)的流程圖。 圖1.3.21.3.2 時(shí)間顯示程序 我們采用了時(shí)鐘芯片DS1302，所以只需從DS1302各寄存器中讀出小時(shí)、分鐘、秒，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中讀取數(shù)據(jù)，再經(jīng)過處理后，送給顯示緩沖單元。流程圖見圖1.3.2。1.3.3 時(shí)間調(diào)整程序設(shè)計(jì)調(diào)整時(shí)間用3個(gè)調(diào)整按鈕，1個(gè)做為移位控制用，另外兩個(gè)做為加減用，分別定義控制按鈕、加按鈕、減按鈕。在調(diào)整時(shí)間過程中，要調(diào)整

11、的那位與別的位應(yīng)該有區(qū)別，所以增加了閃爍功能，即調(diào)整的那位一直在閃爍直到調(diào)整下一位。閃爍原理就是讓要調(diào)整的那一位，每隔一定時(shí)間熄滅一次，比如說50MS。利用定時(shí)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)整程序程序流程圖如圖1.3.3。1.3.4 讀取溫度子程序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的測量溫度值，溫度測量每1s進(jìn)行一次，流程圖如圖1.3.4。讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9個(gè)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

12、度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖1.3.5。1.3.5 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(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750毫秒，在本程序設(shè)計(jì)中采用1秒顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。1.3.6 計(jì)算溫度子程序計(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1.3.6。YESYESNONO初始化調(diào)用顯示子程序讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令1秒到?初次上電?圖1.3.4 DS18B20溫度計(jì)主程序流程圖YESNONOYES結(jié)束讀取操作,CRC校驗(yàn)移入溫度暫存器9字節(jié)完?CRC校驗(yàn)正確?圖1.3.5 讀

13、出溫度子程序流程圖發(fā)DS18B20復(fù)位命令位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)讀取溫度命令YESNO開 始溫度值取補(bǔ)碼置“-”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值溫度零 下?圖1.3.6 計(jì)算溫度子程序流程圖置“+”標(biāo)志計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值結(jié)束NOYESNOYES結(jié)束溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)顯示符號(hào)百位數(shù)不顯示十位數(shù)零?百位數(shù)零?圖1.3.7 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)）1.3.7 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要時(shí)對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為零時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖1.3.7。1.3.8 溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法從DS18B20讀取出的

14、二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值，才能用于字符的顯示。因?yàn)镈S18B20的轉(zhuǎn)換精度為9-12位可選的，為了提高精度采用12位。在采用12位轉(zhuǎn)換精度時(shí)，溫度寄存器里的值是以0.0625為步進(jìn)的，即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制值乘以0.0625，就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值。下表就是二進(jìn)制和十進(jìn)制的近似對(duì)應(yīng)關(guān)系表。表 1 小數(shù)部分二進(jìn)制和十進(jìn)制的近似對(duì)應(yīng)關(guān)系表小數(shù)部分二進(jìn)制值0123456789ABCDEF十進(jìn)制值0011233455667889存儲(chǔ)時(shí)間對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)開始是否為6點(diǎn)？是否為9點(diǎn)？是否為12點(diǎn)？是否為15點(diǎn)？是否為00點(diǎn)？是否為18點(diǎn)？存儲(chǔ)最高最低溫度溫度結(jié)束NYNYNYNYNYNY Y圖1.

15、3.81.4.7 溫度值存儲(chǔ)子程序根據(jù)要求，系統(tǒng)要存儲(chǔ)某幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溫度，在時(shí)鐘到達(dá)這幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)時(shí)，通過軟件判斷，把此時(shí)的溫度數(shù)據(jù)讀到單片機(jī)內(nèi)存，再通過24C16的讀寫程序把溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到24C16對(duì)應(yīng)地址單元，這樣溫度數(shù)據(jù)就儲(chǔ)存起來了。程序流程圖見圖1.3.8。1.4.8 查詢子程序 根據(jù)實(shí)際要求將某一天某一個(gè)時(shí)間的具體溫度值可進(jìn)行查看，以及當(dāng)天溫度的最高、最低溫度（可查詢10天）。通過按鈕確定要顯示第幾天的溫度值，把溫度值讀到單片機(jī)內(nèi)存，發(fā)命令給24C16的讀寫程序，查找對(duì)應(yīng)的地址單元，把地址單元內(nèi)容讀取出來。程序流程圖見圖1.3.9。顯示前一天0點(diǎn)時(shí)溫度開始溫度查詢鍵按下時(shí)間1S天數(shù)改變

16、鍵按下1S溫度查詢鍵按下時(shí)間1S時(shí)間改變鍵按下1S查最高最低溫度鍵按下1S結(jié) 束轉(zhuǎn)天數(shù)改變轉(zhuǎn)時(shí)間改變顯示當(dāng)天最高最低溫度 圖1.3.91.4 測試方法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.4.1測試儀器 萬用表、溫度計(jì)、51系列仿真器1.4.2 硬件調(diào)試1.硬件調(diào)試時(shí)，可先檢查印制板及焊接的質(zhì)量是否符合要求，有無虛焊點(diǎn)及線路間有無短路、斷路。然后用萬用表測試或通電檢測，檢查無誤后，可通電檢查LCD液晶顯示器亮度情況，一般情況下取背光電壓為45.5V即可得到滿意的效果。2.DS1302與單片機(jī)相連的只有3根線，很容易檢查，主要檢查DS1302管腳與晶振、電源是否連接好。3.DS18B20在測溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)溫度命令轉(zhuǎn)換后，程序要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦線路不好或斷線，將陷入死循環(huán)，所以線路一定要檢查清楚。1.4.3 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是在MedWin編譯器下進(jìn)行，源程序編譯及仿真調(diào)試應(yīng)分段或以子程序?yàn)閱挝恢饌€(gè)進(jìn)行，最后結(jié)合硬件實(shí)時(shí)調(diào)試。 子程序調(diào)試包括：1. DS1302的計(jì)時(shí)和讀寫程序、顯示程序；2. AT24C16讀寫程序；3. DS18B20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。 本系統(tǒng)需用微機(jī)的“超級(jí)終端”進(jìn)行控制。調(diào)試