多功能溫濕度傳感器論文.doc

石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書系別電氣電子工程系專業(yè)電氣自動化班級07-1指導(dǎo)教師郝敏釵題目多功能溫濕度控制儀一、設(shè)計內(nèi)容設(shè)計并制作“多功能溫濕度控制儀”二、設(shè)計（論文）要求：1、收集相關(guān)資料，課題調(diào)研2、產(chǎn)品指標(biāo)：1.能夠測量溫濕度，其中溫度：精度0.5，測量范圍0100，濕度：精度：5%，測量范圍0100%；能夠設(shè)定溫濕度的上下限，并能夠超限報警，還能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制外部設(shè)備調(diào)節(jié)溫濕度；2.具有時鐘功能，該時鐘有“斷電不斷時”的功能，用戶能夠設(shè)置4個斷點時間，并能自行關(guān)閉開啟鬧鐘；3.為了方便用戶使用，具有遠距離控制功能4.所有的用戶信息要求永久保留。5.具有語音播放功能。3、編寫畢業(yè)論文三、畢業(yè)設(shè)計完成的圖紙和資料1、設(shè)計的流程圖2、程序設(shè)計3、編寫的設(shè)計說明書4、設(shè)計實物，指標(biāo)合格結(jié)題形式： “多功能溫濕度控制儀”產(chǎn)品實物、論文時間分配：12月8號1月8號 畢業(yè)實習(xí)、課題調(diào)研1月9號3月16號 設(shè)計課題的初步設(shè)計方案3月17號4月30號 設(shè)計并制作設(shè)計實物5月1號5月20號 實物調(diào)試、編寫論文5月21號5月31號 打印修改論文 臨答辯 整理說明書、答辯聯(lián)系電話郵箱：指導(dǎo)形式校內(nèi)：面對面指導(dǎo) 校外：電話或電子郵件、面對面指導(dǎo)等31多功能溫濕度控制儀學(xué)生姓名： 張穎指導(dǎo)教師： 郝敏釵系 別： 電氣與電子工程系專 業(yè)： 電氣自動化年 級： 07級電氣1班提交論文時間： 2010年6月5號摘 要本論文是STC89C52為控制核心，利用 DS12C887實時時鐘芯片進行時間的讀取，采用SHT10溫濕度傳感器實現(xiàn)對溫度和濕度的采集、并將當(dāng)前的溫濕度、時間經(jīng)單片機處理后顯示在12864圖形液晶上，同時利用存儲芯片存儲當(dāng)前用戶信息。根據(jù)當(dāng)前用戶所設(shè)定的溫濕度數(shù)值、鬧鐘數(shù)值進行溫濕度聲光報警、鬧鈴響應(yīng)、自動調(diào)節(jié)加熱或加濕器件以實現(xiàn)溫濕度的自動調(diào)節(jié)和采集。本次設(shè)計還具有語音播報萬年歷功能，真正的實現(xiàn)了“多功能溫濕度控制儀”。關(guān)鍵詞：多功能 STC89C52 控制儀 STH10 溫濕度DS12C887 12864圖形液晶 語音播報目 錄第一章 前言2第二章 系統(tǒng)的方案論證31 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成32 控制要求分析3 方案設(shè)計與論證4 理論數(shù)值分析計算6第三章 硬件電路設(shè)計7 微控制器設(shè)計7 信息的采集、及硬件電路設(shè)計11第四章 軟件程序設(shè)計19 主程序設(shè)計及功能實現(xiàn)分析19 子程序設(shè)計及功能實現(xiàn)分析22第五章 技術(shù)指標(biāo)26第六章 總結(jié)29參考文獻29附錄A.1整體電路原理圖30附錄A.2 系統(tǒng)設(shè)計原理圖31第一章 前言溫度與濕度與人們的身體健康息息相關(guān)。人們每天都在談?wù)撝鞖?，同時溫度也是必談的話題之一，人們根據(jù)戶外的溫度變化逐漸的調(diào)整著自己的衣物，使自己處于最佳的狀態(tài)。在溫度這個十分敏感的話題外，濕度也是與人們的身體健康有著十分密切的關(guān)系。人們處于十分干燥或者十分濕潤的環(huán)境中都十分容易生病，處于合適的濕度的環(huán)境中生活、工作將十分有益于人們的身體健康。生產(chǎn)出一種溫濕度檢測、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)將會十分有益于人們的生活的。人們在什么樣的溫度和濕度情況下，人們的身體狀況為最佳狀態(tài)呢？冬天溫度為18至25，濕度為30%至80%；夏天溫度為23至28，濕度為30%至60%。在此范圍內(nèi)感到舒適的人占95%以上。在裝有空調(diào)的室內(nèi)，室溫為19至24，濕度為40%至50%時，人會感到最舒適。如果考慮到溫、濕度對人思維活動的影響，最適宜的室溫度應(yīng)是工作效率高。18，濕度應(yīng)是40%至60%，此時，人的精神狀態(tài)好，思維最敏捷。溫度在其它的工業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的作用也不可忽視。工業(yè)生產(chǎn)上，無論是加工的器件還是用于加工的機器，溫度過高或過低，都會影響其生產(chǎn)質(zhì)量和效率；濕度過高或過低已影響著產(chǎn)品的存儲，例如：鐵在濕潤的環(huán)境中容易生銹，汞在干燥的環(huán)境中容易揮發(fā)等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，溫度過高或過低都會影響植物的生長。溫度過高時，植物的蒸騰作用比較旺盛，如不及時補充水分，都會使植物失水過多而影響生長甚至死亡。濕度過高或過低，也不利于植物的生長。介于以上種種因素，對溫濕度的檢測和調(diào)整，是人們在生產(chǎn)、生活中十分重要的事情。在這高速發(fā)達的電子信息時代，溫濕度自動控制將會大大的方便人們的生活、生產(chǎn)的。溫濕度檢測、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本功能是：該系統(tǒng)能夠自動檢測當(dāng)前的溫濕度、并能夠根據(jù)人們所設(shè)定的指標(biāo)，調(diào)整當(dāng)前的溫度和濕度數(shù)值，使當(dāng)前的溫度和濕度處于人們設(shè)定的范圍內(nèi)；該系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置時鐘信息，以便根據(jù)當(dāng)前時間記錄當(dāng)前的數(shù)據(jù)；種種數(shù)據(jù)信息，該系統(tǒng)應(yīng)該有一定的存儲結(jié)構(gòu)，以便斷電后能夠保持當(dāng)前用戶設(shè)置的信息。第二章 系統(tǒng)的整體設(shè)計 系統(tǒng)的要求分析根據(jù)當(dāng)前生產(chǎn)生活的需要、設(shè)計任務(wù)的基本要求，設(shè)計并制作“多功能溫濕度控制儀”，要求該控制儀能夠完成以下任務(wù)要求：1、具有時鐘功能，并具有語音報時功能，要求該時鐘信息不受外界因素的影響，不用經(jīng)常的調(diào)換電池和調(diào)整時間，并能夠設(shè)置四個斷點鬧鐘功能，用戶可根據(jù)需要開啟和關(guān)閉鬧鐘；2、能夠采集當(dāng)前溫度和濕度，溫度精度0.5，測量范圍0100，濕度精度5%,測量范圍0100%，并能夠?qū)崟r的顯示出來，并能夠設(shè)置溫度和濕度的上下限數(shù)值，并能超限聲光報警指示，并能根據(jù)上下限數(shù)值對外界的加溫或加濕裝置進行調(diào)整；3、該儀器能夠進行無線遠程控制，并能具有“休眠”和“快速啟動”的功能。4、所有的用戶信息要求具有斷電保持功能。5、具有語音朗讀功能。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成 1. “多功能溫濕度控制儀”的設(shè)計結(jié)構(gòu)：溫濕度采集鍵盤輸入微控制器信息顯示時鐘信息用戶信息存儲信息處理控制圖2.2.1 “多功能溫濕度控制系統(tǒng)”設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖說明：根據(jù)設(shè)計要求，微控制器采用8051系列單片機，由于微控制器要處理的信息數(shù)量大，既要接收信息，又要處理信息，為了增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，信息的處理控制模塊，采用輔助控制器，來進行信息的處理控制。語音朗讀從機控制器主機信息聲光報警外部控制圖2.2.2 信息處理設(shè)計框圖方案設(shè)計與論證控制器選擇：根據(jù)任務(wù)要求，選擇8051系列單片機作為主機控制器和從機控制器，主機處理的信息多、任務(wù)量大，采用具有STC89C52單片機，從機主要受主機的信息管理控制，從機的任務(wù)量相對較少，因此選用STC12C4052單片機作為從機控制器。1. 溫濕度采集模塊方案一：采用模擬溫濕度測量元件，外加模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，向主單片機輸入信息，模擬測溫元件如：熱敏電阻，模擬測濕元件：濕敏電阻；由于分立的的熱敏電阻、濕敏電阻受溫度的影響較大，需要外加溫濕度補償電路，測量的準(zhǔn)確度較低，因此不選擇這一方案。方案二：采用分立的數(shù)字測溫、測濕傳感器，這樣不用外加模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字測溫傳感器如DS18B20,測濕度傳感器如：LSD-5-A型濕度傳感器；輸出的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，但是占用的I/O資源比較多，DS18B20雖然是單總線數(shù)據(jù)操作，但是單總線的軟件程序比較復(fù)雜。方案三：采用集成的溫濕度測量傳感器如：DHTXX,SHTXX；這兩種市售的集成溫濕度測量傳感器，接口簡單測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定。DHTXX系列的溫濕度傳感器相對SHTXX的傳感器價格上只有幾塊錢，但是DHTXX的測溫范圍為050，濕度測量范圍為20%90%，不滿足本此設(shè)計要求，而SHTXX如STH10溫濕度傳感器，測溫范圍為-40120，測濕范圍為0100%,測溫精度：0.5，測濕精度4.5%，滿足本次設(shè)計要求。根據(jù)上述設(shè)計方案論述，選擇SHT10作為溫濕度信息采集模塊。2. 時鐘信息采集模塊方案一：采用單片機內(nèi)部的定時器，通過軟件實現(xiàn)當(dāng)前時鐘信息功能。這樣雖然充分運用了單片機系統(tǒng)，但是單片機在系統(tǒng)掉電后，不能夠繼續(xù)運行時間，不能夠達到本次設(shè)計要求。方案二：采用外部時鐘模塊。如：DS1206,DS12C887等，DS1206實時時鐘價格相對較低，但是DS1206要外加電池供電，不滿足本次設(shè)計要求。DS12C887內(nèi)部含有鋰電池，在系統(tǒng)掉電的情況下，內(nèi)部時鐘仍能夠精確的走10年之久。DS12C887含有自動校準(zhǔn)電路，能夠自動調(diào)整時間，不必用戶自己調(diào)整。根據(jù)上述方案論證：時鐘模塊采用DS12C887。3. 用戶信息存儲模塊當(dāng)前數(shù)據(jù)的存儲芯(EPROM)片1K內(nèi)存(EPROM)有：AT93C46,AT24C08兩種類型的芯片，其中這兩種芯片的基本功能相同：芯片可承受1，000，000次讀寫操作，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲可達100年，低功耗工藝，寫入時自動清除存儲器的內(nèi)容等，區(qū)別：AT93C64讀寫操作采用SPI總線格式，而AT24C08操作為I總線格式，二者比較AT24C08占用的I/O口資源比較少，因此本次設(shè)計采用AT24C08作為數(shù)據(jù)存儲(EPROM)芯片。4. 信息顯示模塊方案一：數(shù)碼管：操作方便，成本比較低，但是功耗比較大，數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，不能夠顯示字符或漢字等，有一定的功能限制；方案二：1602液晶：相對數(shù)碼管的成本較高，但是1602液晶能夠顯示字符、符號、數(shù)字等，功能更加完善，但是外圍接口電路占用的I/O口資源比較多，不能夠顯示漢字，在要達到顯示本次的任務(wù)要求有一定的難度。方案三：12864圖形液晶：成本雖然較高，但是功能更加的完善，內(nèi)部有字庫，能夠顯示數(shù)字、字符、漢字、自定義圖形等，并且功耗比較低，性價比較高，有兩種工作模式選擇：并行數(shù)據(jù)、命令傳輸，串行數(shù)據(jù)、命令傳出；采用串行方式，只需要占用3個I/O口，是本次設(shè)計的最佳選擇。根據(jù)上述方案論證：信息顯示模塊采用12864。5. 當(dāng)前時間的朗讀、鬧鐘聲音、溫濕度超限報警聲音提示、開機音樂等聲音模塊設(shè)計方案：方案一：采用蜂鳴器：優(yōu)點成本比較低，操作十分簡單；缺點是對于各種聲音只能夠通過軟件編程調(diào)節(jié)聲音頻率，然后通過軟件查表實現(xiàn)，但是使用時軟件設(shè)計達到本次設(shè)計要求十分的困難，并且輸出失真比較大，很難實現(xiàn)。方案二：采用語音芯片：使用專用語音錄放芯片實現(xiàn)。專用芯片有很多型號，這里我們選擇了現(xiàn)有產(chǎn)品中性能最好的ISD4004-08M芯片，該芯片能夠連續(xù)錄音8分鐘，可分2400段，同時采用SPI串行總線接口，便于與單片機連接，8K的采樣率可以提供高質(zhì)量的語音信息，對于任務(wù)要求的完成已經(jīng)游刃有余。根據(jù)上述方案論證：語音模塊、聲光報警模塊采用：ISD4004語音芯片。 理論數(shù)值計算1. 發(fā)光二極管指示電路設(shè)計發(fā)光二極管的工作電壓U=1.5V，正常工作的電流為10mA，而電源電壓為VCC=5V。所以為了使發(fā)光二極管能夠正常工作，要串聯(lián)限流電阻R。R= 2. 關(guān)于語音朗讀芯片ISD4004電路電壓設(shè)計ISD4004的工作電壓為3.3V,而電源電壓為5V，為了得到3.3V電壓，有多種方式，可采用市場常見的穩(wěn)壓電路117，但是外圍電路比較復(fù)雜，我采用了ISD4004的電源兩端串聯(lián)一發(fā)光二極管來實現(xiàn)，發(fā)光二極管工作時的管壓降為1.5左右，而串聯(lián)之后剛好滿足條件。3. ISD4004語音電路指定段落放音設(shè)計我們選用的ISD4004-08M芯片采樣頻率8KHz，錄音時間8分鐘，內(nèi)部分2400段信息，每一段200mS，地址范圍為0000H-0960H。末地址計算公式為：，其中A0為首地址，X為段數(shù)。按此公式可唯一確定錄放起始地址和準(zhǔn)確的錄放時間。第三章 硬件電路設(shè)計微控制器設(shè)計本次設(shè)計主機微控制器采用：STC89C52單片機，從機微控制器采用：STC12C4052單片機。STC89C52單片機系統(tǒng)電路設(shè)計STC89C52單片機與傳統(tǒng)的8051單片機兼容，基本信息如下：STC89C52單片機是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。l 微處理器該單片機中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。l 數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。l 程序存儲器由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k字節(jié)。l 中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。l 定時器/計數(shù)器片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器， 具有四種工作方式。l 串行口1個全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M行串行通訊，擴展并行I/O口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。l P1口、P2口、P3口、P4口為4個并行8位I/O口。l 特殊功能寄存器共有21個，用于對片內(nèi)的個功能的部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，STC89C52單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該單片機CPU中的位處理器，它實際上是一個完整的1位微計算機，這個一位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機中8位機和1位機的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機技術(shù)上的一個突破，這也是MCS-51單片機在設(shè)計的精美之處。單片機最小系統(tǒng)設(shè)計圖3.1.1單片機最小系統(tǒng)2. STC12C4052單片機系統(tǒng)電路設(shè)計由于主控芯片的I/O資源有限，并且采集信號和數(shù)據(jù)顯示加長了主程序的的運行時間，為了方便控制，減少主控單片機的運作負荷量，故采用輔助小型單片機STC12C4052作為輔助單片機作為信號的處理，執(zhí)行機構(gòu)。STC12C4052單片機的特點：增強型 8051 CPU，1T，單時鐘/ 機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051l 工作電壓：l STC12C2052AD 系列工作電壓：5.5V - 3.5V（5V 單片機）/ 3.8V - 2.2V（3V 單片機）l 工作頻率范圍：0 - 35 MHz，相當(dāng)于普通8051 的 0420MHzl 用戶應(yīng)用程序空間1K / 2K / 4K / 6K / 8K / 10K / 12K 字節(jié).l 片上集成 512 字節(jié) RAM(STC12C5410AD 系列), STC12C2052AD 系列單片機為256 字節(jié)RAMl 通用I/O 口（27/23/15 個），復(fù)位后為： 準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉，推挽/ 強上拉，僅為輸入/ 高阻，開漏每個I/O 口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不得超過55mAl ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器l 可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片l EEPROM 功能l 看門狗l 內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體12M 以下時，可省外部復(fù)位電路）l 時鐘源：外部高精度晶體/ 時鐘，內(nèi)部R/C 振蕩器l 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時鐘l 常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器頻率為：5.2MHz 6.8MHzl 精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應(yīng)認為是4MHz 8MHzl 共6 個16 位定時器/ 計數(shù)器，l 兩個專用16 位定時器T0 和T1l 再加上PCA 模塊可再實現(xiàn)4 個16 位定時器，STC12C2052AD 系列只有兩路PCAl 外部中斷2 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模式可由外部中斷喚醒l PWM(4 路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列,4 路）,5410 系列是4 路，2052 系列只有兩路l - 也可用來當(dāng)4 路D/A 使用l - 也可用來再實現(xiàn)4 個定時器l - 也可用來再實現(xiàn)4 個外部中斷(上升沿中斷/ 下降沿中斷均可分別或同時支持)l 工作溫度范圍： 0 - 75 / -40 - +85STC12C4052單片機引腳信息圖3.1.2 STC4052單片機STC12C4052 I/O口的基本功能和傳統(tǒng)的8051單片機兼容，P1口為準(zhǔn)輸入輸出口，內(nèi)部集成上拉電阻，因此驅(qū)動電路時，不用外加上拉電阻，P3口沒有P3.6口，除了和傳統(tǒng)的8051單片機的基本功能一樣，還有其他的擴展功能，如PWM調(diào)制電壓輸出，D/A轉(zhuǎn)化功能等，由于本次設(shè)計只用到了STC12C4052的基本功能，對于擴展功能這里不在贅述。特殊說明：P30、P31口具有ISP在線下載功能，因此無需專門的仿真器，下載器。單片機最小系統(tǒng)：圖3.1.3晶振電路圖3.1.4復(fù)位電路本次設(shè)計采用STC12C4052作為信息的處理、控制芯片，根據(jù)上述STC12C4052單片機的特點，完成語音播放功能、溫濕度超限報警功能、定點鬧鐘功能是游刃有余的。與主單片機的接口采用了串口通信的方式，也就是說主單片機通過串口通信的方式來控制從單片機（STC12C4052）但此時要注意，兩單片機應(yīng)采用共地的方式。實際操作中，STC12C4052單片機的波特率設(shè)置應(yīng)比STC89C52單片機的通信波特率大1倍。 信息的采集、及硬件電路設(shè)計1. 溫濕度采集模塊溫濕度采集轉(zhuǎn)換模塊，采用SHT10數(shù)字溫濕度傳感器 SHT10溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。傳感器包括一個電容式聚合體測溫元件和一個能系式測溫元件，并與一個14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上無縫連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性比價極高等優(yōu)點。每個SHT10傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。較準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存儲在OTP內(nèi)存中,傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。兩線制串行接口和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇?？驁D：SCK數(shù)字2-線 接口 &CRC發(fā)生器較準(zhǔn)傳感器溫度傳感器濕度傳感器D14bitAAmplificationDATAGNDVDDSHT10接口電路圖3.2.1 SHT10接口電路SHT10的供電電壓為2.45.5V。傳感器上電后，要等待11ms以越過“休眠”狀態(tài)。此區(qū)間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。串行接口（兩線雙向SHTxx的串行接口，在傳感器信號的讀取及電源損耗方面都做了優(yōu)化處理；但與C接口不兼容）；2. 時鐘模塊DS12C887時鐘芯片能夠自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時、分、秒等時間信息，其內(nèi)部有世紀(jì)寄存器，從而利用硬件電路解決了“千年”問題。DS12C887中自帶鋰電池，外部掉電時，其內(nèi)部時間信息還能夠保持10年之久。對于一天內(nèi)的時間記錄，有12小時制和24小時制兩種模式。在12小時制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午：芯片內(nèi)部時間的存儲方式也有兩種，一種用二進制數(shù)表示，另一種使用BCD碼表示。DS12C887時鐘芯片中帶有128B的RAM，其中11B RAM用來存儲時間信息：4B RAM用來存儲DS12C887的控制信息，稱為控制寄存器；113B通過RAM供用戶使用。此外，用戶還可對DS12C887進行編程以便實現(xiàn)多種方波輸出，并對其內(nèi)部的三路中斷通過軟件進行屏蔽。該芯片內(nèi)部有一個精密的溫度補償電路用來監(jiān)視Vcc的狀態(tài)，如果檢測到主電源的故障，該器件可以自動切換到備用電源供電。V引腳用于支持可充電電池或超級電容，內(nèi)部包括一個時鐘有效的涓流充電器。DS12C887通過一個多路復(fù)用的單字節(jié)接口訪問，該節(jié)都支持Intel和Motorola模式。DS12C887將它自己與石英晶體和電池集成在一起。DS12C887特性描述如下：為充電電池或超級電容提供涓流充電。l RTC計算秒、分、時、星期、日、月、年信息，具有閏年補償，有效日期至2099年。l 具有二進制數(shù)或BCD碼表示時間。l 具有AM，PM表示的12小時或24小時模式。l 夏時制選擇。l 可選擇Intel或Motorla總線時序。l 三路中斷可分別通過軟件屏蔽與檢測。l 鬧鐘可設(shè)置為每秒一次至每星期一次。l 周期可設(shè)置在122us500ms之間。l 時鐘終止刷新周期標(biāo)志。l 可編程的方波輸出信號。l 自動電源失效檢測和切換電路。l 可選的工業(yè)級溫度范圍。引腳結(jié)構(gòu)圖圖3.2.2 DS12C887引腳結(jié)構(gòu)l MOT總線操作時序選擇端。它有兩種總線工作模式，即Motorla和Intel模式。當(dāng)MOT接Vcc時，選用Motorla模式；當(dāng)MOT接地或懸空時，選擇Intel模式。不同的模式選擇對應(yīng)不同的時序。本次畢業(yè)設(shè)計采用Intel總線模式，將MOT引腳懸空。l 2、3、16，2022（NC）+空引腳。l 411(AD0AD7)復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線。l GND、VCC內(nèi)部電源。l 13 芯片片選端。低電平有效。l AS 地址輸入端。在進行讀/寫操作時，AS的上升沿將AD0AD7上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)地址信息鎖存到DS12C887上，而下一個下降沿清除AD0AD7上的地址信息，不論CS是否有效，DS12C887都將執(zhí)行此操作。l R/ 讀寫輸入端。該引腳也有兩種模式，當(dāng)MOT接VCC時，R/工作在Motorla工作模式，此時，該引腳的作用是區(qū)分讀操作還是寫操作，R/高點平時為讀操作，R/為低電平時為寫操作；當(dāng)MOT引腳接GND或懸空時，該引腳工作在Intel模式，此時該引腳作為寫允許輸入，即Wirte Enable，此信號的上升沿鎖存信號。l 數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳，Intel模式是讀允許輸入引腳，即Read Enable。l 18 芯片的復(fù)位引腳。低電平有效，通常將該引腳接VCC即可。l 23 SQW 方波輸出引腳。當(dāng)供電電壓VCC大于4.25V時，SQW引腳可輸出方波，此時，用戶可以通過對控制寄存器的編程來得到13種方波信號的輸出。DS12C887各寄存器定義（以二進制模式為例）0009為DS12C887的時間寄存器，用戶可通過對這些寄存器的讀、寫來實現(xiàn)時間的讀取和修改，例如：用戶讀取00H位寄存器的內(nèi)容，可得到秒的信息，同時用戶可通過對相應(yīng)的寄存器寫操作進行時間的修改。0A0D寄存器為DS12C887的控制寄存器，通過對這些位的操作，用戶可實現(xiàn)相應(yīng)的功能設(shè)置：開啟或關(guān)閉內(nèi)部電池、設(shè)置方波輸出、選擇時間讀取的二進制模式或BCD模式、選擇24小時或12小時制等。DS12C887接口電路：圖3.2.3 DS12C887接口電路1. 存儲模塊存儲模塊采用AT24C08。AT24C08接口介紹：圖3.2.4 AT24C08引腳結(jié)構(gòu)圖1、2、3引腳A0、A1、A2為內(nèi)部地址設(shè)置，當(dāng)總線上有多個I器件時，通過1、2、3的不同接線方式，能夠設(shè)置芯片讀取時的地址。本次設(shè)計，采用1、2、3引腳接地，對該芯片讀操作時：0xa1，其中a為高4位，固定數(shù)值，A0、A1、A2為低四位的高三位地址，最低位為1時是讀命令，為0時是寫命令。5、6引腳為數(shù)據(jù)輸入、時鐘信號端，為數(shù)據(jù)讀寫的控制信號端。7引腳為數(shù)據(jù)的寫保護端，不用時通常接低電平。4、8引腳為電源端。AT24C08接口電路： 圖3.2.5 AT24C08接口電路2 顯示模塊電路設(shè)計顯示模塊電路采用：12864圖形液晶。帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864,內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點陣的漢字。也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊 基本特性:低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V）顯示分辨率:12864點內(nèi)置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選)內(nèi)置 128個168點陣字符2MHZ時鐘頻率顯示方式：STN、半透、正顯驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS視角方向：6點背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/51/10通訊方式：串行、并口可選內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓無需片選信號，簡化軟件設(shè)計工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +60 串行操作模式：基本接口電路圖3.2.6液晶接口電路3. 語音朗讀、報警電路設(shè)計語音朗讀、報警模塊采用ISD4004語音芯片。ISD4004-08M芯片介紹：ISD4004-08M語音芯片的工作電壓3V，單片錄放時間8分鐘，音質(zhì)好，適用于移動電話及其他便攜式電子產(chǎn)品。芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪即高密度多電平閃爍存儲陣列。芯片設(shè)計是基于所有操作必須有微控制器控制，操作命令可通過串行通訊接口（SPI或Microwire）送入。芯片采用多電平直接模擬存儲技術(shù)，每個采樣值直接存儲在片內(nèi)閃爍存儲器中，因此能夠非常真實、自然的再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。采樣頻率可謂4.0kHz，5.3kHz，6.4kHz,8.0kHz,頻率越低，錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存儲器中，可在斷點情況下保存100年以上（典型值），反復(fù)錄音10萬次以上。接口電路：圖3.2.7 ISD4004電路電路接口說明：中斷(INT)引腳可檢測ISD4004的錄放操作是否已達到存儲器末尾，當(dāng)檢測到EOM或OVF信號，該引腳變低；行地址時鐘（RAC）每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進行了一行（ISD4004系列中的存儲器共2400行），該信號175ms高電平，25ms低電平，該端可用于存儲管理技術(shù)。SPI總線編程時，CS、MSISO、MOSI、SCLK可按照SPI總線寫時序即可。4. 外部設(shè)備控制電路設(shè)計外部電路設(shè)備控制電路，我們主要采用繼電器控制，用單片機的一個I/O口控制繼電器，但是8051單片機的輸出電流比較小，所以采用中功率放大的三極管8050構(gòu)成電流放大電路來驅(qū)動繼電器。圖3.2.8 外部設(shè)備驅(qū)動電路第四章 軟件程序設(shè)計 主程序設(shè)計及功能實現(xiàn)分析1. 主程序流程圖開始主菜單顯示進入到相應(yīng)的模式各模塊程序初始化中斷程序初始化等待從機上電向從機發(fā)送播放開機音樂命令確認鍵是否按下？選擇鍵是否按下？否是否是 圖4.1.1 主程序流程圖（主機）初始化從機進入相應(yīng)的模式接受主機模式、數(shù)據(jù)進入模式0（各部分禁止?fàn)顟B(tài)）主機是否發(fā)送命令播放、執(zhí)行是否結(jié)束否是否是圖4.1.2 主程序流程圖（從機）2. 功能實現(xiàn)分析開機后，首先串口中斷程序進行初始化，以便后續(xù)主機（STC89C52單片機）和從機（STC12C4052單片機）進行通信，等待1s，目的是等待從機上電，這是十分必要的，如果沒有等待，在下面的主機發(fā)送開機音樂的情況下，從機很有可能接收不到信號。等待1s后，從機上電結(jié)束，主機向從機發(fā)送開機音樂命令，從機開始執(zhí)行命令。此后從機播放開機音樂一直到主程序初始化結(jié)束，主從機模式的好處從這點就開始體現(xiàn)出來了。開機音樂模式播放的同時，主機繼續(xù)進行一下步驟，主機進行各部分初始化工作，讀取用戶上次設(shè)置的溫濕度數(shù)值、開關(guān)控制器情況；讀取當(dāng)前時間：年、月、日、時、分、秒，并讀取用戶設(shè)置的四個定點鬧鐘數(shù)值及鬧鐘的開關(guān)情況；讀取當(dāng)前的溫濕度數(shù)值一切讀取時間一共有1s左右，緊接著進入顯示模塊初始化狀態(tài)，顯示制作者的信息等，顯示結(jié)束后開機音樂同時結(jié)束進入主菜單顯示模式。主菜單模式：1.萬年歷2.定點鬧鐘設(shè)置3.溫濕度控制；按下選擇鍵，可隨著光標(biāo)選擇相應(yīng)的模式，按下確認鍵，則進入響應(yīng)的模式下。從機默認狀態(tài)處于禁止輸出狀態(tài)，主機無任何命令時，從機輸出為0，當(dāng)主機發(fā)送相應(yīng)的命令，從機執(zhí)行相應(yīng)的模式。 子程序設(shè)計及功能實現(xiàn)分析1 萬年歷程序流程圖萬年歷模式初始化進入鬧鐘模式或溫濕度報警模式鬧鐘、溫濕度報警是否開啟檢測鬧鐘、溫濕度報警狀態(tài)顯示當(dāng)前時間讀取DS12C887中的時間信息，溫濕度信息，鬧鐘信息播放當(dāng)前時間圖4.2.1 萬年歷模式程序流程圖萬年歷模式功能實現(xiàn)說明：進入萬年歷模式情況下，首先進行萬年歷初始化，讀取當(dāng)前的溫濕度數(shù)值，當(dāng)前時間信息。并重新刷屏顯示出來，這一點很重要。并主機向從機發(fā)送播放當(dāng)前時間命令，從機播放當(dāng)前時間。此后進入萬年歷實時顯示階段。實時讀取當(dāng)前的時間、溫濕度數(shù)值，并顯示出來；與此同時檢測鬧鐘狀態(tài)和溫濕度報警狀態(tài)，如果滿足鬧鐘或溫濕度報警信息，則進入相應(yīng)的狀態(tài)。2 定點鬧鐘設(shè)置流程圖定點鬧鐘設(shè)置模式初始化修改當(dāng)前數(shù)值確認鍵是否按下選擇相應(yīng)的時間存儲當(dāng)前用戶調(diào)整信息，指針歸位選擇按鍵是否按下+、-鍵是否按下否是是否圖4.2.2 定點鬧鐘設(shè)置模式程序流程圖定點鬧鐘設(shè)置模式功能實現(xiàn)說明：進入定點鬧鐘設(shè)置模式后，用戶可設(shè)置四個定點鬧鐘時間設(shè)置，用戶可設(shè)置鬧鐘的開關(guān)狀態(tài)。首先進行定點鬧鐘設(shè)置模式初始化操作，主要讀取先前用戶設(shè)置的鬧鐘信息：四個鬧鐘設(shè)置的時間，鬧鐘的開關(guān)狀態(tài)。此時，通過選擇鍵的調(diào)整可選擇要修改的時間，當(dāng)光標(biāo)在相應(yīng)的時間下面閃爍，用戶可通過加減鍵調(diào)整當(dāng)前時間的數(shù)值，按下確認鍵，用戶將設(shè)置的信息存儲到存儲信息模塊中去。3 溫濕度控制模式流程圖溫濕度控制模式初始化否+、-鍵是否按下STH10溫濕度傳感器中實時讀取當(dāng)前溫濕度數(shù)值，報警信息是數(shù)值調(diào)整將當(dāng)前溫濕度實時顯示，并檢測報警信號否否確認鍵是否按下選擇鍵是否按下是是存儲當(dāng)前用戶的調(diào)整信息選擇要調(diào)整的溫濕度上下限數(shù)值圖4.2.3溫濕度控制模式程序流程圖溫濕度控制模式功能實現(xiàn)說明：進入溫濕度控制模式下，用戶可以實時的觀測到溫濕度的變化。溫濕度的精度為小數(shù)點后一位。首先進行溫濕度模式初始化，讀取當(dāng)前溫濕度數(shù)值及溫濕度的上下限數(shù)值，溫濕度報警標(biāo)志位數(shù)值。此后，進入當(dāng)前溫濕度顯示，并實時檢測當(dāng)前報警情況，一旦標(biāo)志位置，則發(fā)送報警信號。此后，用戶要修改當(dāng)前信息，可通過按鍵進行調(diào)整，具體調(diào)整方法與定點鬧鐘設(shè)置模式一樣，這里不在贅述。 程序分析補充及編程時的注意事項1. 程序分析補充無線遙控對系統(tǒng)待機的使用：按下無線遙控的c鍵，當(dāng)接收信號燈閃爍，此后黃色待機指示燈發(fā)出黃色指示信號，表明主機已經(jīng)進入待機狀態(tài)。此時，液晶屏上的顯示不變，但是數(shù)據(jù)已經(jīng)停止更新，按鍵的功能也失去作用；當(dāng)按下a鍵，接受信號燈閃爍，在按下d鍵，此時解除待機狀態(tài)。編程過程是利用8051單片機的休眠功能，對PCON寄存器操作。2. 編程時的注意事項操作DS12C887時的注意事項：DS12C887時鐘芯片在出廠時內(nèi)部振蕩器均為關(guān)閉狀態(tài)，這是為了避免在開始使用前消耗鋰電池的能量。寄存器A的46位為010時，打開振蕩器并使計時鏈可用。為11X組合使用時，(DV2=1,DV1=1,DV0=X)打開振蕩器，但振蕩器的計時鏈保持復(fù)位狀態(tài)。這三位的其他組合方式均使振蕩器關(guān)閉。