基于單片機萬年歷的設(shè)計畢業(yè)論文.doc

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 本文借助電路仿真軟件Protues對基于AT89S51單片機的電子萬年歷的設(shè)計方法及仿真進行了全面的闡述。該電子萬年歷在硬件方面主要采用AT89C51單片機作為主控核心，由DS1302時鐘芯片提供時鐘、1602LCM點陣液晶顯示屏顯示。AT89C51單片機是由Atmel公司推出的，功耗小，電壓可選用46V電壓供電；DS1302時鐘芯片是美國DALLAS公司推出的具有涓細電流充電功能的低功耗實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，還具有閏年補償?shù)榷喾N功能，而且DS1302的使用壽命長，誤差??；數(shù)字顯示是采用的LED液晶顯示屏來顯示，可以同時顯示年、月、日、星期、時、分、秒等信息。此外，該電子萬年歷還具有時間校準(zhǔn)等功能。在軟件方面，主要包括日歷程序、時間調(diào)整程序，顯示程序等。所有程序編寫完成后，在Keil軟件中進行調(diào)試，確定沒有問題后，在Proteus軟件中嵌入單片機內(nèi)進行仿真。論文主要研究了液晶顯示器LCM及時鐘芯片DS1302，溫度傳感器DS18B20與單片機之間的硬件互聯(lián)及通信，對數(shù)種硬件連接方案進行了詳盡的比較，在軟件方面對日歷算法也進行了論述。研究結(jié)果表明，由于萬年歷的應(yīng)用相當(dāng)普遍，所以其設(shè)計的核心在于硬件成本的節(jié)約軟件算法的優(yōu)化，力求做到物美價廉，才能擁有更廣闊的市場前景。關(guān)鍵詞：單片機；DS1302；DS18B20；LCM1602I目 錄第1章 方案設(shè)計.11.1 單片機芯片的選擇11.2 顯示模塊選擇方案和論證11.3 時鐘芯片的選擇方案和論證11.4 溫度傳感器的選擇方案與論證21.5 電路設(shè)計最終方案決定2第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)32.1 電路設(shè)計框圖32.2 系統(tǒng)硬件概述32.3 主要單元電路的設(shè)計42.3.1 AT89S51單片機主控制模塊的設(shè)計42.3.2 單片機中斷系統(tǒng)62.3.3時鐘電路模塊的設(shè)計82.3.4溫度采集模塊設(shè)計92.3.5 顯示模塊的設(shè)計102.3.6 DS1302原理及說明112.3.7 LCM1602工作原理及說明132.3.8 系統(tǒng)仿真電路14第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計163.1 程序流程框圖163.2子程序18III第4章 系統(tǒng)測試194.1 硬件測試194.2 軟件測試19總結(jié).19致謝21參考文獻22附錄：程序23III第1章 方案設(shè)計1.1 單片機芯片的選擇本設(shè)計采用AT89S51芯片作為硬件核心，該芯片采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM存儲空間,相對于本設(shè)計而言程序空間完全夠用。能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,而且運用于電路設(shè)計中時具備ISP在線編程技術(shù),當(dāng)在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，避免芯片的多次拔插對芯片造成的損壞。1.2 顯示模塊選擇方案和論證方案一： 采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費,且價格也相對較高,所以也不用此種作為顯示。方案二： 采用LED數(shù)碼管動態(tài)掃描,LED數(shù)碼管價格雖適中,對于顯示數(shù)字也最合適,而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時,占用的單片機口線少。但是由于數(shù)碼管動態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器進行移位，該芯片在電路調(diào)試時往往會有很多障礙，所以不采用LED數(shù)碼管作為顯示。方案三： 采用LCD液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見3,對于電子萬年歷而言，一個1602的液晶屏即可，價格也還能接受,需要的接口線較多,但會給調(diào)試帶來諸多方便，所以此設(shè)計中采用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊。1.3 時鐘芯片的選擇方案和論證方案一： 直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然可以減少時鐘芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。所以不采用此方案。方案二：采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS130是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與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)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。因此，本設(shè)計中采用DS1302提供時鐘。.4 溫度傳感器的選擇方案與論證方案一： 使用熱敏電阻作為傳感器，用熱敏電阻與一個相應(yīng)阻值電阻相串聯(lián)分壓，利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，采集這兩個電阻變化的分壓值，并進行A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計方案需用A/D轉(zhuǎn)換電路，增加硬件成本而且熱敏電阻的感溫特性曲線并不是嚴格線性的，會產(chǎn)生較大的測量誤差。方案二： 采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，此類傳感器為數(shù)字式傳感器而且僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，易于與單片機連接，可以避免A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，降低硬件成本，簡化系統(tǒng)電路。另外，數(shù)字式溫度傳感器還具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點。因此，本設(shè)計DS18B20溫度傳感器作為溫度采集模塊。1.5 電路設(shè)計最終方案決定 綜上各模塊的選擇方案與論證，確定最后的主要硬件資源如下：采用AT89S51作為主控制系統(tǒng)；第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)2.1 電路設(shè)計框圖 本系統(tǒng)的電路系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。AT89S51單片機對DS1302和DS18B20寫入控制字并讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，繼而控制LCM1602作出對應(yīng)的顯示。LCD1602液晶顯示模塊AT89S51主控模塊鍵盤控制模塊DS1302時鐘模塊溫度采集模塊 圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖2.2 系統(tǒng)硬件概述本電路是由AT89S51單片機作為控制核心，能在3V超低壓工作，AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案；時鐘電路由DS1302提供，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與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)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31*8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器?？僧a(chǎn)生年、月、日、周、時、分、秒，具有使用壽命長，精度高和低功耗等特點，同時具有掉電自動保存功能；溫度的采集由DS18B20完成，它具有獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，測溫范圍 55125，固有測溫分辨率0.5，支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實現(xiàn)多點測溫，工作電源:35V/DC，在使用中不需要任何外圍元件；顯示部份由LCD1602液晶顯示器完成，該顯示器為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符（16列2行）。2.3 主要單元電路的設(shè)計2.3.1 AT89S51單片機主控制模塊的設(shè)計 AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4kBytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128Bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89S52單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3,MCS-51單片機共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入 。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心，1然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，如果不對端口置1，端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q為1加到場效應(yīng)管柵極的信號為1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口。 單片機的最小系統(tǒng)如圖2.2所示：18引腳和19引腳接時鐘電路,XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端,在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出.第9引腳為復(fù)位輸入端,接上電容,電阻及開關(guān)后夠上電復(fù)位電路,20引腳為接地端,40引腳為電源端.單片機的最小系統(tǒng)如下圖所示：圖2.2中的晶振頻率為12MHz，復(fù)位方式為上電自動復(fù)位。 圖2.2 單片機最小系統(tǒng)2.3.2 單片機中斷系統(tǒng) 在提及單片機的最小系統(tǒng)后，現(xiàn)對單片機的另一重要應(yīng)用系統(tǒng)即中斷系統(tǒng)做一個比較詳細的介紹。 在CPU 與外設(shè)交換信息時，存在著一個快速CPU與慢速的外設(shè)之間的矛盾。為解決這個問題，發(fā)展了中斷的概念。單片機在某一時刻只能處理一個任務(wù)，當(dāng)多個任務(wù)同時要求單片機處理時，這一要求應(yīng)該怎么實現(xiàn)呢？通過中斷可以實現(xiàn)多個任務(wù)的資源共享。所謂的中斷就是，當(dāng)CPU正在處理某項事務(wù)的時候，如果外界或者內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求CPU暫停正在處理工作而去處理這個緊急事件，待處理完后，再回到原來中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序，這個過程稱作中斷。 從中斷的定義我們可以看到中斷應(yīng)具備中斷源、中斷響應(yīng)、中斷返回這樣三個要素。中斷源發(fā)出中斷請求，單片機對中斷請求進行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后應(yīng)進行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。MCS-51單片機的中斷源共有兩類，它們分別是：外部中斷和內(nèi)部中斷。外部中斷0(INT0)來自P3.2引腳，通過外部中斷0觸發(fā)方式控制位IT0(TCON.0)，來決定中斷輸入信號是低電平有效還是負跳變有效。一旦輸入信號有效，便使IE0標(biāo)志置一，向CPU申請中斷；外部中斷1(INT1)來自P3.3引腳，通過外部中斷1觸發(fā)方式控制位IT1(TCON.2)，來決定中斷輸入信號是低電平有效還是負跳變有效。一旦輸入信號有效，便使IE0標(biāo)志置一，向CPU申請中斷。內(nèi)部中斷有三個：TF0,TF1,RI或TI。TF0（TCON.5），片內(nèi)定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時/計數(shù)器T0發(fā)生溢出時，置位TF0，并向CPU申請中斷；TF1（TCON.7），片內(nèi)定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時/計數(shù)器T1發(fā)生溢出時，置位TF1，并向CPU申請中斷；RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請求標(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時置位TI，向CPU申請中斷。 MCS-51單片機為用戶提供了四個專用寄存器，來控制單片機的中斷系統(tǒng)。定時器控制寄存器（TCON），該寄存器用于保存外部中斷請求以及定時器的計數(shù)溢出。進行字節(jié)操作時，寄存器地址為88H。按位操作時，各位的地址為88H8FH，當(dāng)CPU采樣到INT0（或INT1）端出現(xiàn)有效中斷請求時，IE0（IE1）位由硬件置“1”。當(dāng)中斷響應(yīng)完成轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時，由硬件把IE0（或IE1）清零， 當(dāng)計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)溢出時，相應(yīng)的溢出標(biāo)志位由硬件置“1”。當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時，再由硬件自動清“0”。計數(shù)溢出標(biāo)志位的使用有兩種情況：采用中斷方式時，作中斷請求標(biāo)志位來使用；采用查詢方式時，作查詢狀態(tài)位來使用；串行口控制寄存器（SCON），進行字節(jié)操作時，寄存器地址為98H。按位操作時，各位的地址為98H9FH，當(dāng)發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置“1”；在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，用軟件清“0”，當(dāng)接收完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置“1”；在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，用軟件清“0”。串行中斷請求由TI和RI的邏輯或得到。就是說，無論是發(fā)送標(biāo)志還是接收標(biāo)志，都會產(chǎn)生串行中斷請求；中斷允許控制寄存器（IE），進行字節(jié)操作時，寄存器地址為0A8H。按位操作時，各位的地址為0A8H0AFH，可見，MCS-51單片機通過中斷允許控制寄存器對中斷的允許（開放）實行兩級控制。即以EA位作為總控制位，以各中斷源的中斷允許位作為分控制位。當(dāng)總控制位為禁止時，關(guān)閉整個中斷系統(tǒng)，不管分控制為狀態(tài)如何，整個中斷系統(tǒng)為禁止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)總控制位為允許時，開放中斷系統(tǒng)，這時才能由各分控制位設(shè)置各自中斷的允許與禁止。MCS-51單片機復(fù)位后（IE）00H，因此中斷系統(tǒng)處于禁止?fàn)顟B(tài)。單片機在中斷響應(yīng)后不會自動關(guān)閉中斷。因此在轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序后，應(yīng)根據(jù)需要使用有關(guān)指令禁止中斷，即以軟件方式關(guān)閉中斷。中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP）MCS-51單片機的中斷優(yōu)先級控制比較簡單，因為系統(tǒng)只定義了高、低2個優(yōu)先級。高優(yōu)先級用“1”表示，低優(yōu)先級用“0”表示。各中斷源的優(yōu)先級由中斷優(yōu)先級寄存器（IP）進行設(shè)定。IP寄存器地址0B8H，位地址為0BFH0B8H。2.3.3時鐘電路模塊的設(shè)計 DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與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)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302的引腳排列,其中Vcc1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Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc10.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)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(dāng)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Vcc2.0V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)，SCLK為時鐘輸入端。DS1302的控制字節(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。 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7。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。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C0HFDH，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)。DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。實際上，在調(diào)試程序時可以不加電容器，只加一個32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上面的電路中加入DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占用CPU一個口線即可。單片機與DS1302連接圖如圖2.3所示。圖2.3 DS1302與單片機的連接2.3.4溫度采集模塊設(shè)計 采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路連接簡單特點，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，使用0.7與DS18B20的I/O口連接加一個上拉電阻,Vcc接電源,Vss接地。獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V無需備用電源 測量溫度范圍為-55度至+125度。-10度至+85度范圍內(nèi)精度為0.5度溫度傳感器可編程的分辨率為912位。DS18B20連線如圖2.4所示。圖2.4 DS18B20管腳連線2.3.5 顯示模塊的設(shè)計如下圖5所示，采用LCM1602液晶顯示器，單片機P1口作為數(shù)據(jù)輸出口，RS，RW，E分別通過10K的上拉電阻連接到單片機的P0.0，P0.1,P0.2。VDD接5V電源，VSS接地。VEE為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。R/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。DB0-DB7為雙向數(shù)據(jù)總線，同時最高位DB7也是忙信號檢測位。BLA、BLK分別為顯示器背光燈的正、負極。圖2.5 LCM1602與單片機的連接2.3.6 DS1302原理及說明 (1) 時鐘芯片DS1302的工作原理DS1302在每次進行讀、寫程序前都必須初始化，先把SCLK端置 “0”，接著把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖；讀/寫時序如下圖7所示。圖6為DS1302的控制字，此控制字的位7必須置1，若為0則不能把對DS1302進行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6，若對程序進行讀/寫時RAM=1，對時間進行讀/寫時，CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進行讀操作時，該位為1；該位為0則表示進行的是寫操作。控制字節(jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表2為DS1302的日歷、時間寄存器內(nèi)容：“CH”是時鐘暫停標(biāo)志位，當(dāng)該位為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當(dāng)該位為0時，時鐘開始運行?！癢P”是寫保護位，在任何的對時鐘和RAM的寫操作之前，WP必須為0。當(dāng)“WP”為1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。 (2) DS1302的控制字DS1302的控制字如圖6所示?？刂谱止?jié)的高有效位（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。圖2.6 DS1302的控制字 (3) 數(shù)據(jù)輸入輸出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7。如下圖2.7所示： 圖2.7 DS1302讀與寫的時序圖(3) 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圖2.8。 圖2.8 DS1302的日歷、時間寄存器 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C0HFDH，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)。 2.3.7 LCM1602工作原理及說明(1)寄存器選擇控制 1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符15,圖形寄存器選擇控制表如表2.1所示：表2.1 1602寄存器選擇控制表 RS R/W 操作說明 0 0 寫入指令寄存器（清屏指令等） 0 1 讀busy flag,以及讀取位址計數(shù)器（DB0DB6）的值 1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等） 1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù) (2)指令集 1602通過D0D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置(初始化)001110000x38設(shè)置162顯示，57點陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置：(初始化) 00001DCBD顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有效)。000001NS N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1并且光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1并且光標(biāo)減1)，S=1且N=1(當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移)，S=0當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動。數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)。其他設(shè)置：01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。2.3.8 系統(tǒng)仿真電路 本次仿真使用軟件Protues7.0，該軟件元件庫豐富，元件封裝要求相對簡單且參數(shù)調(diào)整方便，除此之外，程序還可進行動態(tài)調(diào)試。系統(tǒng)仿真截圖如圖2.9所示。圖2.9 系統(tǒng)仿真電路圖 如圖，左上角為顯示模塊LCM1602，U1是時鐘芯片DS1302,U2是主控模塊AT89C51， 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 開始初始化讀、寫日期、時間和溫度分離日期時間溫度顯示值 顯示子程序日期、時間修改子程序閏月子程序 返回 3.1 程序流程框圖 圖3.1 主程序流程圖主程序流程圖如上圖3.1所示。由于LCM1602，DS18B20,DS1302的數(shù)據(jù)讀取及指令寫入函數(shù)均已在各自的頭文件中完成，在主程序中只須引用即可。由于在硬件電路方面上設(shè)計了時間調(diào)整按鍵和開關(guān)，因此應(yīng)有對應(yīng)的時間調(diào)整程序。時間調(diào)整程序的流程圖如圖3.所示 圖3.2 時間調(diào)整程序流程圖3.2 子程序 由于本系統(tǒng)程序涉及的可編程器件有LCM1602，DS18B20以及DS1302，各芯片的控制字及數(shù)據(jù)讀寫如果混雜，將會使程序可讀性大大降低，因此采用子程序的方法進行調(diào)用并將其封裝于各自的頭文件中。詳盡的程序設(shè)計見附錄。第4章 系統(tǒng)測試4.1 硬件測試在Protues仿真結(jié)束后，于焊接板上完成了硬件組裝。在調(diào)試硬件時遇到過很多問題，但只要細心、認真檢查這些問題都是可以避免的，主要問題及解決辦法現(xiàn)列如下：(1) 接通電源后LCM1602沒有正確的顯示。在不通電狀態(tài)下用萬用表檢測電路是否正常連接，在檢查回路時發(fā)現(xiàn)有的點之間看似連接，但由于虛焊導(dǎo)致其并無電氣連接，只能對焊腳進行在加工直到解決問題。(2) 電路工作一段時間之后有的芯片發(fā)熱嚴重。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)原來是有尖銳的管腳刺破鄰近的漆包線造成短路，斷掉該線并再次連接可解決問題。4.2 軟件測試 由于本系統(tǒng)涉及到多個子程序，多個芯片的編程。首先必須對可編程芯片的控制字即其控制指令要熟記于心。其次，芯片很多都有時鐘輸入端，需要晶振支持。對芯片的讀寫都需要在相應(yīng)的觸發(fā)沿到來時才能進行。由于DS18B20是串行通信數(shù)據(jù)，只用一個口線傳輸，在處理采集的模擬信號時需要一定的時間，會對延時有較高要求。所以在調(diào)用溫度子程序時，先關(guān)閉定時器1中斷允許，在溫度子程序反回時再打開定時器1中斷允許?？偨Y(jié)在整個設(shè)計過程中，發(fā)揮團隊精神，分工合作，充分發(fā)揮人的主觀能動性，自主學(xué)習(xí)，學(xué)到了許多沒學(xué)到的知識。較好的完成了作品。達到了預(yù)期的目的，在最初的設(shè)計中，發(fā)揮“三個臭皮匠，頂個諸葛亮”的作用。相互學(xué)習(xí)、相互討論、研究。完了最初的設(shè)想。在研究時雖然沒什么大問題，但從中也知道了整個作品中的重要性，電路工程量大，不能心急，一個個慢慢來不能急于求成。反而達到事半功倍的效果。對電路的設(shè)計、布局要先有一個好的構(gòu)思，才顯得電路板美觀、大方。程序編寫中，由于思路不清晰，開始時遇到了很多的問題，經(jīng)過靜下心來思考，和同組員的討論，理清了思路，反而得心應(yīng)手。在此次設(shè)計中，知道了做凡事要有一顆平常的心，不要想著走捷徑，一步一腳印。也練就了我們的耐心，做什么事都在有耐心。此次比賽中學(xué)到了很多很多東西，這是最重要的?？傊?，我們的能力得到了全方位的提高。致謝在河北化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院的三年學(xué)習(xí)時間即將過去，三年時間并不算長，但對我而言，是磨礪青春、揮灑書生意氣的三年，也是承受師恩、增長才干、提高學(xué)識的三年。我將以積極的面貌重新投入到火熱的工作和事業(yè)中。在此，謹對培育我的母校、教導(dǎo)我的老師、幫助我的同學(xué)們致予最誠摯的謝意和敬意。 這次課程設(shè)計,我一直很努力地去做,過程中得到了老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們大力熱心幫助，并對我的設(shè)計提出許多有益的建議，在此對他們表示衷心的感謝。同時也要感謝學(xué)校能給我這次機會去嘗試自己設(shè)計一些東西，使自己所學(xué)專業(yè)知識與實踐相結(jié)合。最后也要感謝有關(guān)我參考過的文獻的作者，是他們?yōu)槲姨峁┲R的源泉，使我最終能順利地完成這次課程設(shè)計。在畢業(yè)之際，我衷心地同學(xué)和朋友們在以后的人生道路上越走越寬廣，也深深相信在未來的日子里我們將一路攜手前行，會遇到很多的碰撞和交流，我們將始終記得我們曾在河北化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院同窗學(xué)習(xí)，這將是我克服困難、不斷前進的精神動力。參考文獻1胡乾斌，李光斌，李玲，喻紅單片微型計算機原理與應(yīng)用.華中科技大學(xué)出版社，20062劉勇數(shù)字電路電子工業(yè)出版社，20043陳正振電子電路設(shè)計與制作廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系，20074楊子文單片機原理及應(yīng)用西安電子科技大學(xué)出版社，20065王萍電子技術(shù)實驗教程機械工業(yè)出版社，20096沈紅衛(wèi).單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析，北京：北京航空航天大學(xué)出版社.20037李光飛.單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)，北京：北京航空航天大學(xué)出版社. 20048王法能.單片機原理及應(yīng)用，科學(xué)出版社. 20049樓然苗，李光飛51系列單片機設(shè)計實例M北京航空航天大學(xué)出版社，200310朱定華，戴汝平單片微機原理與應(yīng)用M清華大學(xué)出版社，200311胡漢才.單片機原理與接口技術(shù)M清華大學(xué)出版社，200412余家春Protel 99 SE電路設(shè)計實用教程M中國鐵道出版社，200413張培仁基于匯編語言編程MCS-51單片機原理與應(yīng)用北京：清華大學(xué)出版社，200314TSomeya，JSmall，PKim，CNuckolls，JTYardleyAlcohol vapor sensors based on single-walled carbon nanotube field effect transistorsMNano Letters，200315MPenza et alAlcohol detection using carbon nanotubes acoustic and optical sensorsMApplied Physics Letters，200416FRettig，RMoosDirect thermoelectric gas sensors Design aspects and first gas sensorsMSens Actuators B，2007附錄：程序主程序：#include#includelcd1602.h#includeds1302.h#includeds18b20.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint b6;/年、月、日、時、分、秒uchar code row1=2009-01-01;uchar code row2=00:00:00;uchar year112=31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;/平年uchar year212=31,29,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;/潤年uchar j6=0x85,0x88,0x8b,0x84+0x40,0x87+0x40,0x8a+0x40;/LCD地址uchar i,k,jj=0,w,clock=0,bigclock=0,c=0,num;/i循環(huán)數(shù)，k溫度緩存，jj地址位uint temp;sbit b1=P30;/設(shè)置sbit b2=P31;/上調(diào)sbit b3=P32;/下調(diào)sbit b4=P33;/轉(zhuǎn)換sbit b5=P34;/鬧鐘sbit speaker=P35;lcdscan()for(i=0;i6;i+) lcdwrite(ji);lcdshuju(a11-i*2+0x30);lcdwrite(ji+0x01);lcdshuju(a10-i*2+0x30);void key()if(b1=0) dsaddshuju(0x80,(a14)+a0+0x80);while(b1=0)for(i=0;iyear2b1-1)b2=1;else if(b2year1b1-1)b2=1;if(b1=13)b1=1;if(b0=100)b0=0;if(b3=0)delay(3);bjj-;if(b5=-1)b5=59;if(b4=-1)b4=59;if(b3=-1)b3=23;if(b0%4=0&b0%100!=0) | b0%400=0)if(b2=0)b2=year2b1-1;else if(b2=0)b2=year1b1-1;if(b1=0)b1=12;if(b0=-1)b0=99;for(i=0;i6;i+) a11-i*2+clock=bi/10;a10-i*2+clock=bi%10;lcdwrite(jjj);lcdshuju(0);lcdwrite(jjj+1);lcdshuju(0);delay(200);lcdwrite(jjj);lcdshuju(a11-2*jj+clock+0x30);lcdwrite(jjj+1);lcdshuju(a10-2*jj+clock+0x30);delay(200);if(b1=1) dsaddshuju(0x80,(a14)+a0);dson();if(b5=0)clock=12;void main()speaker=0;lcdrw=0;dson();lcdon();lcdwrite(0x83);for(i=0;i10;i+)lcdshuju(row1i);delay(1);lcdwrite(0x84+0x40);for(i=0;i8;i+)lcdshuju(row2i);delay(1);dsrst=0;dssclk=0;while(1)for(i=0;i4)&0x0f;dsrst=1;dswrite(0x8d);k=dsread();dsrst=0;a10=k&0x0f;a11=(k4)&0x0f;delay(100);lcdscan();key();if(b5=0)for(i=0;i12;i+)if(ai+12=ai)num+;if(num=12)bigclock=1;else num=0;lcdwrite(0x8e);lcdshuju(&);else lcdwrite(0x8e);lcdshuju(0x00);if(bigclock=1) speaker=1;c+;if(c=100)bigclock=0;speaker=0;temp=readtemperature();/temp是uint型的。不然會出現(xiàn)溫度到25后回00的現(xiàn)象。可能是由于十六進制與十進制的差異。lcdwrite(0x8d+0x40);lcdshuju(temp/100+0x30);lcdwrite(0x8e+0x40);lcdshuju(temp/10%10+0x30);子程序：LCM1602頭文件：#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit lcdrs=P00;sbit lcdrw=P01;sbit lcden=P02;void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;