電力系統(tǒng)設(shè)計作業(yè) 依據(jù)時段可變顯示亮度電子鐘

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐

依據(jù)時段可變顯示

亮度電子鐘

摘要

本次設(shè)計以AT89c52芯片為中心，加上必要的外部電路，組成了一個依據(jù)時

段可變顯示亮度數(shù)字電子時鐘。

硬件方面，除單片機外，使用了8個七段LED數(shù)碼管來進行顯示，采用的是

動態(tài)掃描顯示，利用74LS573進行數(shù)碼管段驅(qū)動，利用ULN2803A進行位驅(qū)動。

通過LED能夠比較準確顯示時、分、秒以及日期和當前室溫。利用幾個簡單的按

鍵分別實現(xiàn)對時間的調(diào)整，年月日顯示的切換，以及溫度顯示切換。時鐘日歷來

源于DS1302芯片。溫度測量功能來自DS18BU20芯片。軟件方面采用C語言編程,

在單片機環(huán)境下，加設(shè)中斷，定時，以完成功能實現(xiàn)。整個電子鐘系統(tǒng)能完成時

間的顯示，調(diào)時，定鬧及溫度顯示等功能。

關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)設(shè)計電子時鐘溫度顯示AT89C52DS1302DS18B20

目錄

一、實驗?zāi)康募叭蝿?wù)、功能、具體工作內(nèi)容

二、重要硬件簡介與相應(yīng)模塊設(shè)計

三、主程序設(shè)計實現(xiàn)

四、系統(tǒng)框圖

五、總體設(shè)計系統(tǒng)電路原理圖和PCB版圖

六、程序流程圖

七、系統(tǒng)調(diào)試總結(jié)

八、實驗遇到的問題及改進

九、實驗總結(jié)及感想

十、參考書目

十一、源程序

一.實驗?zāi)康募叭蝿?wù)、功能、具體工作內(nèi)容

1.目的及任務(wù)：

(1)通過查閱相關(guān)資料，深入了解電子鐘的組成結(jié)構(gòu)和工作原理；

(2)學習有關(guān)動態(tài)顯示方式及原理；

(3)復習“MCS-51單片機原理及C語言程序設(shè)計”，掌握其接口擴展，如：

顯示、鍵盤等；

(4)設(shè)計具有報時報溫功能電子鐘的原理圖，構(gòu)建硬件平臺；

(5)采用匯編或C語言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過；

(6)制作出樣機并測試達到功能和技術(shù)指標要求；

(7)寫出設(shè)計報告和答辯PPT。

2.設(shè)計產(chǎn)品功能

此次設(shè)計產(chǎn)品要實現(xiàn)一個依據(jù)時段可變顯示亮度電子鐘，具體如下：

1.能夠?qū)崿F(xiàn)基本時鐘的走時，顯示范圍是00:00:00—23:59:59。能夠?qū)?/p>

現(xiàn)時鐘的調(diào)整，通過按鍵可以對“時”位和“分”位進行加1調(diào)節(jié)，并能

當加至最大值時能重新歸零。

2.能夠?qū)崿F(xiàn)當前室溫的測量功能，并在數(shù)碼管上予以顯示。

3.能夠?qū)崿F(xiàn)年月日的顯示與切換。

4.能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的顯示與切換。

5.能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)時段自動改變顯示亮度。

3.具體工作內(nèi)容：

1.組建依據(jù)時段可變顯示亮度電子鐘的總體結(jié)構(gòu)框圖；

2.根據(jù)題目要求，選擇所要使用的主要器件，通過理論分析和計算

選擇電路參數(shù)；

3.根據(jù)操作功能要求，確定鍵盤控制功能；

4.按設(shè)計要求確定顯示位數(shù)、指示類型和單位；

5.采用匯編或C語言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過；

6.對系統(tǒng)進行測試和結(jié)果分析；

7.撰寫設(shè)計報告和答辯PPL

二.重要硬件簡介及應(yīng)用

DS18B20溫度傳感器,DS1302時鐘日歷芯片。

1、溫度模塊

該模塊使用了芯片DS18B02,該芯片可以檢測室溫并將溫度實時傳感至單片機。

在本模塊中，我們主要采用了書上的程序，在寫主函數(shù)時做了一點改動。

(DDS18B20主要資料

DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92

小體積封裝形式；溫度測量范圍為-55℃?+125C,可編程為9位?12位A/D

轉(zhuǎn)換精度，默認分辨率為12位，測溫分辨率可達0.0625C,被測溫度用符號擴

展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電

源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就

能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電

路。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1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。DS18B20的管腳排列如圖2所

示，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端(在

寄生電源接線方式時接地。

<-*■。儲Hi掉制港線

41

位

INTERNALVs和島速標存器外門融世黔川

長而觸發(fā)器TI

■__供'I*.I*

和置福汴躁

圖1)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DALLAS

DSIMB2O

DSI8B20TO?9陰裝或機；￥|

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NCEH

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DSIHB2QZ8WS(lKHU

圖2DS18B20的管腳排列

DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用16位符號擴展的二進制補讀

數(shù)形式提供，以0.0625C/LSB形式表達，其中S為符號位。例如+125C的數(shù)字

輸出為07D0H,+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H,-25.0625℃的數(shù)字輸出FF6FH,

—55℃的數(shù)字輸出為FC90Ho

(2)DS18B20芯片與單片機之間的數(shù)據(jù)傳輸

單發(fā)送命令字

片DS18B

機20

詼出溫度值

由于DS18B20與單片機之間是通過一個端口進行連接的，故其與單片機之間是采

用的是串行通信方式。通過單片機向DS18B20發(fā)送命令控制字，然后再接收相應(yīng)

的數(shù)值，比如溫度值等。下面是單片機向DS18B20讀溫度值的過程：

讀溫度前的準備：

tmwbyte(Oxcc);〃跳過ROM

tmwbyte(Oxbe);〃開始轉(zhuǎn)換

讀取溫度值：

a=tmrbyte();〃讀取溫度低字節(jié)

b=tmbyte();〃讀取溫度高字節(jié)

即讀溫度前單片機要向DS18B20發(fā)送兩個控制命令字Oxcc和Oxbe,然后再接收

DS18B20送來的溫度值，此溫度值由兩個字節(jié)組成，每個字節(jié)的單方如下：

MSBLSB

即低字節(jié)的最低位對應(yīng)于1/16攝氏度，即其分辨率為0.0625o高字節(jié)后5位為

符號位，當讀出的溫度值是正值時符號位S=0,反之則S=l。這樣當當前溫度值

為正值時就可以直接把溫度值的各個位提出來，而當當前溫度值為負值時就必須

先把讀出來的兩字節(jié)取補后再提取各位，把提出來的數(shù)放在相應(yīng)的數(shù)組中就可以

顯示。

讀出溫度函數(shù)為：

unsignedcharread_T（）；

此函數(shù)把讀出的溫度殖的各位提取出來，分別放在display_buffer[8]數(shù)組的各

位中以待顯示。動態(tài)顯示程序能夠?qū)崟r把display_buffer[8]里面的數(shù)通過數(shù)碼

管顯示出來。

（3）溫度模塊的設(shè)計：

溫度模塊主要有下列兒個要素：

（1）DS18b20采用一根端口線和CPU傳輸數(shù)據(jù)。

（2）利用循環(huán)移位功能來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

（3）在讀取DS1820的溫度數(shù)據(jù)時要注意讀取的時序，要嚴格按照時序表來。

（4）因為時分秒和年月日的顯示都是6位，可以利用顯示剩下的兩個數(shù)碼管來

顯示溫度（故溫度只取到整數(shù)）。

（5）設(shè)計時，我們考慮用按鍵的方式來進入溫度顯示，后考慮再三，采用進入

read_T之后延時一段時間，再自動跳回read_time讀取時間。具體如下：

if(sl==0&s2==l)

{read_timel();

delayl(5000);

read_time();}

2、日歷模塊

該模塊使用了芯片DS13O2,該芯片可以向單片機提供時、分、秒以及年、月、

日等時間信息。在本模塊中，我們?nèi)匀恢饕捎昧藭系某绦颍捎冒存I的方式

實現(xiàn)了時間和日期之間的轉(zhuǎn)換。

⑴、DS1302主要資料

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘|日

歷和31個字節(jié)靜態(tài)RAM,通過簡單的串行接口與單片機進行通信，實時時鐘|日

歷電路提供秒、分、日、日期、月、年的信息、每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可以自

動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24小時或12小時格式，DS1302

與單片機之間能簡單地采用同步的方式進行通信，僅需用到RES復位，I/O數(shù)據(jù)

線、SCLK串行時鐘3個口線。對時鐘、RAM的讀/寫?？梢圆捎脝巫止?jié)方式或多

達31個字節(jié)的字符組方式。DS1302工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功

率小于ImWoDS1302廣泛應(yīng)用于電話傳真、便攜式儀器及電池供電的儀器儀表等

產(chǎn)品領(lǐng)域中。

DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理：

I.引腳功能及結(jié)構(gòu)

DS1302的弓|腳排列，其中Vccl為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉

的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vccl或Vcc2兩者中的較大者

供電。當Vcc2大于Vccl+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vccl時,

DS1302由Vccl供電。XI和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/片

選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功

能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST

提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送

被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會

終止此次數(shù)據(jù)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。I/O為串

行數(shù)據(jù)輸入輸出端（雙向），后面有詳細說明。SCLK為時鐘輸入端。

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目36□

IO

24SP

碣

圖I所示為DS13O2的引腳圖

II.DS1302的控制字節(jié)

DS1302的控制字如圖所示?？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(shù)據(jù)寫入DS1302中，位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);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，控制字節(jié)總是從最低位開始輸

出。

76543210

圖2控制字節(jié)的含義

111.數(shù)據(jù)輸入輸出（I/O）

在控制指令字輸入后的下一個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(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位70

IV.DS1302的寄存器

DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)

位為BCD碼形式，其日歷、時間寄存器及其控制字見下表。

表2DS1302的日歷、時許寄存器及其控制字

命令字各位內(nèi)容

寄存器名取值范玉

寫快作讀操作765432u0

杪寄“器80H81H00-59CHI0SECSEC

分鐘寄存器82H83H00-59010MINMIN

12/24010

小時寄存器84H85H01-12或00-23APHHHR

日期寄存器86H87H01-28,29,30.3100IODATEDATE—

月份寄*器88H89H01-12000KWMOMH

冏日寄“器8AH8BH01-0700000DAY

年份寄存器8CHSDH00-9910YEARYEAR

DS1302內(nèi)部寄存器

CH:時鐘停止位存器2的第7位12/24小時標志

CH=0振蕩器工作允許bit7=l,12小時模式

CH=1振蕩器停止bit7=0,24小時模式

WP:寫保護位寄存器2的第5位:AM/PM定義

WP=0寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭階P=1下午模式

WP=1寄存器數(shù)據(jù)不能寫入AP=0上午模式

TCS:涓流充電選擇DS:二極管選擇位

TCS=1010使能涓流充電DS=01選擇一個二極管

TCS=其它禁止涓流充電DS=10選擇兩個二極管

DS=00或11,即使TCS=1010,充電功能也被禁止

00-59CH10SECSEC

00-59010MINMM

01-1212/

01QHRHR

00-2324A/P

01-28/29

01-300010DATEDATE

01-31

010MONTH

00M

01-0700000DAY

00-9910YEARYEAR

TCSTCSTCSTCSDSDSRSRS

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(guān)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(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM

單元，共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(shù)為讀操作，偶數(shù)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）。

錯誤！未找到引用源。.DS1302與單片機之間的通信方式。

DS1302與單片機之間也是采用串行的通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。單片機通

過向DS1302發(fā)送相應(yīng)的寄存器地址實現(xiàn)相應(yīng)的功能。

單片機向DS1302置入數(shù)據(jù)的框圖如下：

址

存器地

單發(fā)送寄

片0x80

機DS130

2

據(jù)

置入數(shù)

21

H0x

02

DS13

先向

，則需

始走時

初值開

以這個

中讓其

1302

入DS

時置

為21

時數(shù)

把小

如要

時

的小

1302

樣DS

送，這

02發(fā)

DS13

21向

間0x

把時

后再

80,然

字0x

控制

寫時

發(fā)送

個字

數(shù)的一

進制的

為十六

的時間

處置入

的是此

要注意

，特別

21時

就為

初值

計數(shù)

秒等

月日分

置入年

位，要

的個

小時

4位為

位，低

的十

小時

4位為

的高

字節(jié)

節(jié)，此

。

如此

也是

：

如下

框圖

間的

2讀時

S130

機向D

單片

播

址寄存

單發(fā)送地

片0x81

機DS130

2

據(jù)GO

接收數(shù)

據(jù)。

的數(shù)

送來

02發(fā)

DS13

接收

后再

，然

地址

存器

送寄

02發(fā)

DS13

先向

片機

為單

此圖

節(jié)就