1、南華大學電氣工程學院單片機原理及應用課程設計PAGE 第 PAGE 55 頁 共 NUMPAGES 56 頁南華大學電氣工程學院單片機原理及應用課程設計第 PAGE 1 頁 共 NUMPAGES 54 頁單片機原理(yunl)及應用課程設計任務書1課程設計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）：一、設計一多功能數(shù)字鐘以一晝夜24小時為一個計數(shù)周期。二、主要技術指標與要求：（1）基本功能a 準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間；b小時的計時為12進位，分和秒的計時為60進位；c 校時功能。（2）擴展功能a定時控制；b整點報時。c 星期提示d其他功能（顯示溫度、濕度等） 2對課程設

2、計成果的要求包括圖表、原理圖、仿真圖等：設計電路，編寫程序，安裝調(diào)試或仿真，分析實驗結(jié)果，并寫出設計說明書,語言流暢簡潔，文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用proteus軟件繪出原理圖,器件的選擇要有計算依據(jù)。3主要參考文獻：1李朝青. 單片機原理及接口技術. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2005,53龔運新. 單片機C語言開發(fā)技術. 北京:清華大學出版社, 2006,94孫涵芳. MCS-51系列單片機原理及應用M. 北京: 北京航空航天大學出版社 1996,45賈好來. MCS51單片機原理及應用 機械工業(yè)出版社 2007年6陳海宴. 51單片機原理及應用基

3、于Keilc與Proteus北京: 北京航空航天大學出版社 2010,74課程設計工作進度計劃：序號起 迄 日 期工 作 內(nèi) 容12014-9-6布置任務，教師講解設計方法及要求22014-9-6至11查找閱讀資料，初定方案,小組會議討論并確定方案32014-9-11至16硬件電路設計及程序編寫42014-9-16至19仿真、實驗并寫說明書，小組討論52014-9-19答辯指導教師汪普林日期： 2014 年 9 月 19 日前言(qin yn)隨著科技的快速發(fā)展，從擺鐘到現(xiàn)在(xinzi)電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀錄。目前，單片機技術的應用(yngyng)產(chǎn)品已經(jīng)走進了千家萬戶，電子時鐘

4、的出現(xiàn)給人們的生活帶來了諸多方便，隨著微電子技術的高速發(fā)展，單片機在國民經(jīng)濟的個人領域得到了廣泛的運用，單片機以體積小、功能全、性價比高等諸多優(yōu)點，在工業(yè)控制、家用電器、通信設備、信息處理、尖端武器等各種測控領域的應用中獨占鰲頭，單片機開發(fā)技術已成為電氣、通信、自動化、機電一體化等專業(yè)技術人員必須掌握的技術。單片機單芯片的微小體積和低的成本，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動化設備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個人信息終端及通訊產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具，于是基于單片機的醒目而時尚(shshng)的電子多功能時鐘順應而生。基于單片機

5、的電子多功能(gngnng)時鐘結(jié)合了時鐘和日歷的功能，將其二者融為一體，在顯示時間的同時還能顯示日期和年、月，它主要是通過單片機來讀取時鐘芯片的時間、日期，然后送給顯示設備顯示出來。而電子萬年歷作為電子類小設計不僅(bjn)是市場上的寵兒，也是是單片機實驗中一個很常用的題目。因為它的有很好的開放性和可發(fā)揮性，因此對作者的要求比較高，不僅考察了對單片機的掌握能力更加強調(diào)了對單片機擴展的應用，而且在操作的設計上要力求簡潔，功能上盡量齊全，顯示界面也要出色，數(shù)字顯示的時鐘已經(jīng)越來越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等使用，壁掛式LED數(shù)碼管顯示的日歷鐘逐漸受到人們的歡迎。

6、LED數(shù)字顯示的日歷鐘顯示清晰直觀、走時準確、可以進行夜視，并且還可以擴展出多種功能。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc398890571 前言 PAGEREF _Toc398890571 h 3 HYPERLINK l _Toc398890572 目錄 PAGEREF _Toc398890572 h 4 HYPERLINK l _Toc398890573 摘要 PAGEREF _Toc398890573 h 6 HYPERLINK l _Toc398890574 ABSTRACT PAGEREF _Toc398890574 h 7 HYPERLINK l

7、_Toc398890575 1. 系統(tǒng)(xtng)的方案設計與論證 PAGEREF _Toc398890575 h 8 HYPERLINK l _Toc398890576 1.1 單片機芯片設計(shj)與論證 PAGEREF _Toc398890576 h 9 HYPERLINK l _Toc398890577 1.2按鍵控制(kngzh)模塊設計與論證 PAGEREF _Toc398890577 h 9 HYPERLINK l _Toc398890578 1.3時鐘模塊設計與論證 PAGEREF _Toc398890578 h 9 HYPERLINK l _Toc398890579 1.4

8、溫度采集模塊設計與論證 PAGEREF _Toc398890579 h 10 HYPERLINK l _Toc398890580 1.4.1 溫度測量的步驟 PAGEREF _Toc398890580 h 10 HYPERLINK l _Toc398890581 1.4.2 DS18B20的操作時序 PAGEREF _Toc398890581 h 10 HYPERLINK l _Toc398890582 1.5 顯示模塊模塊設計與論證 PAGEREF _Toc398890582 h 11 HYPERLINK l _Toc398890583 1.5.1 1602字符型LCD簡介 PAGEREF

9、_Toc398890583 h 11 HYPERLINK l _Toc398890584 1.5.2 1602引腳功能說明 PAGEREF _Toc398890584 h 11 HYPERLINK l _Toc398890585 1.5.3 1602LCD的指令說明及時序 PAGEREF _Toc398890585 h 12 HYPERLINK l _Toc398890586 1.5.4 1602LCD的RAM地址映射及標準字庫表 PAGEREF _Toc398890586 h 14 HYPERLINK l _Toc398890587 1.5.5 1602LCD的一般初始化（復位）過程 PAG

10、EREF _Toc398890587 h 15 HYPERLINK l _Toc398890588 1.5.6 1602LCD的電路連接 PAGEREF _Toc398890588 h 15 HYPERLINK l _Toc398890589 1.6 蜂鳴器鬧鈴電路 PAGEREF _Toc398890589 h 16 HYPERLINK l _Toc398890590 2 系統(tǒng)硬件的設計 PAGEREF _Toc398890590 h 17 HYPERLINK l _Toc398890591 2.1 AT89S51單片機 PAGEREF _Toc398890591 h 17 HYPERLIN

11、K l _Toc398890592 2.2 時鐘芯片DS1302接口設計與性能分析 PAGEREF _Toc398890592 h 20 HYPERLINK l _Toc398890593 2.2.1 DS1302性能簡介 PAGEREF _Toc398890593 h 20 HYPERLINK l _Toc398890594 2.2.2 DS1302接口電路設計 PAGEREF _Toc398890594 h 21 HYPERLINK l _Toc398890595 2.3 溫度芯片DS18B20接口設計與性能分析 PAGEREF _Toc398890595 h 23 HYPERLINK l

12、 _Toc398890596 2.3.1 DS18B20性能簡介 PAGEREF _Toc398890596 h 23 HYPERLINK l _Toc398890597 1.DS18B20的主要特性 PAGEREF _Toc398890597 h 23 HYPERLINK l _Toc398890598 2.3.2 DS18B20接口電路設計 PAGEREF _Toc398890598 h 24 HYPERLINK l _Toc398890599 2.3.3 DS18B20的工作時序 PAGEREF _Toc398890599 h 24 HYPERLINK l _Toc398890600 2

13、.4 LCD顯示模塊 PAGEREF _Toc398890600 h 27 HYPERLINK l _Toc398890601 2.4.1 LCD1602的特性及使用說明 PAGEREF _Toc398890601 h 27 HYPERLINK l _Toc398890602 2.4.2 LCD1602與MCU的接口電路 PAGEREF _Toc398890602 h 28 HYPERLINK l _Toc398890603 2.5 按鍵(n jin)模塊設計 PAGEREF _Toc398890603 h 28 HYPERLINK l _Toc398890604 2.6 復位(f wi)電路

14、的設計 PAGEREF _Toc398890604 h 28 HYPERLINK l _Toc398890605 3 系統(tǒng)(xtng)的軟件設計 PAGEREF _Toc398890605 h 30 HYPERLINK l _Toc398890606 3.1主程序流程圖的設計 PAGEREF _Toc398890606 h 30 HYPERLINK l _Toc398890607 主程序流程 PAGEREF _Toc398890607 h 31 HYPERLINK l _Toc398890608 3.2時間設置子程序流程 PAGEREF _Toc398890608 h 31 HYPERLINK

15、 l _Toc398890609 3.3 鬧鐘設置子程序流程 PAGEREF _Toc398890609 h 32 HYPERLINK l _Toc398890610 參考文獻 PAGEREF _Toc398890610 h 33 HYPERLINK l _Toc398890611 附錄：單片機多功能時鐘程序 PAGEREF _Toc398890611 h 34 HYPERLINK l _Toc398890612 心得與感悟 PAGEREF _Toc398890612 h 54摘要本文介紹了基于AT89S52單片機的多功能電子萬年歷的硬件結(jié)構(gòu)和軟硬件設計方法。本設計由數(shù)據(jù)顯示模塊、溫度采集模塊

16、、時間處理模塊和調(diào)整設置模塊四個模塊組成。系統(tǒng)以AT89S52單片機為控制器，以串行時鐘日歷芯片DS1302記錄日歷和時間，它可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，還具有閏年補償?shù)榷喾N功能。溫度采集選用DS18B20芯片，萬年歷采用直觀的數(shù)字顯示，數(shù)據(jù)顯示采用1602液晶顯示模塊，可以在LCD上同時顯示年、月、日、周日、時、分、秒，還具有時間校準等功能。此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。關鍵字：時鐘顯示(xinsh) 調(diào)整 溫度計 液晶顯示ABSTRACTThis paper introduces the based on AT89S5

17、2 multi-function electronic calendar of the hardware structure and software and hardware design method. This design by data display module, temperature acquisition module, time processing module and set module four modules. With AT89S52 single-chip microcomputer system for the controller to serial c

18、lock calendar chip DS1302 record calendar and time, it can be to date and time, minutes and seconds for the time, also has a leap year compensation and other functions. Temperature gathering choose DS18B20 chip, calendar by using object digital display, data showed that the 1602 liquid crystal displ

19、ay module, can be in the LCD shows at the same time year, month, day, Sunday, when, minutes and seconds, still have time calibration etc. Function. This calendar has read the convenient, direct display, functional diversity, simple circuit, low cost, and many other advantages, has a broad market pro

20、spect. Key words：The clock display adjustment thermometer LCD display1. 系統(tǒng)(xtng)的方案設計與論證(lnzhng)單片機電子萬年歷的制作有多種方法，可供選擇的器件和運用的技術也有很多種。所以，系統(tǒng)的總體設計方案應在滿足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要簡單使用、易于實現(xiàn)，器件的選用著眼于合適的參數(shù)(cnsh)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。系統(tǒng)的功能往往決定了系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過成本，性能，功耗等多方面的考慮決定用三個8位74LS164串行接口外接LED顯示器，RESPACK-8對單片機A

21、T89S52進行供電，時間芯片DS1302連接單片機AT89S52。從而實現(xiàn)電子萬年歷的功能。按照系統(tǒng)設計的要求，初步確定系統(tǒng)由電源模塊、時鐘模塊、顯示模塊、鍵盤接口模塊、溫度測量模塊和鬧鐘模塊共六個模塊組成，電路系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。圖1 硬件電路(dinl)框圖1.1 單片機芯片設計(shj)與論證方案(fng n)一: 采用AT89C51芯片作為硬件核心，采用Flash ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲空間,能用于3V的超低電壓工作,而且與MCS-51系列單片機完全兼容,但是運用于電路設計中時由于不具備ISP在線編程技術, 當在對電路進行調(diào)試(dio sh)時，由于程序的錯誤修改或

22、對程序的新增功能需要燒入程序時，對芯片的多次拔插會對芯片造成一定的損壞。方案(fng n)二:采用AT89S52芯片作為硬件核心,采用Flash ROM，能以3V的超低電壓工作，而且與MCS-51系列單片機完全兼容，該芯片內(nèi)部存儲器為8KB ROM 存儲空間。同樣具有AT89S52的功能，且具有在線編程可擦除技術，當在對電路進行調(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，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。由于AT89S52內(nèi)部具有8KBROM存儲芯片并且支持ISP在線編程，因此采用AT89S52作為主控芯片。按鍵控制模塊設計與論證方案一：采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實

23、現(xiàn)數(shù)值的直接鍵入，但在系統(tǒng)中需要CPU不間斷的對其端口掃描。方案二：采用獨立按鍵，查詢簡單，程序處理簡單,可節(jié)省CPU資源。因系統(tǒng)中所需按鍵不多，為了釋放更多的CPU占有時間，操作方便，故采用方案二。時鐘模塊設計與論證方案一：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)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。方案二：采用DS1302時鐘芯片實現(xiàn)時鐘，DS1302芯片是一種高性能的時鐘芯片，可自動對秒、分、時、日、周、月、年以及閏年補償?shù)哪赀M行計數(shù)，而且精度高,位的RAM作為數(shù)據(jù)暫存區(qū)，工作電壓2.5V5.5V范圍內(nèi)，2.5V時耗

24、電小于300nA.由于(yuy)DS1302時鐘芯片計數(shù)時間精度高，而且具有(jyu)閏年補償功能等優(yōu)點，故采用(ciyng)方案二。溫度采集模塊設計與論證方案一：采用溫度傳感器（如熱敏電阻或AD590），再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，精度較準，但價格昂貴，電路較復雜。方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，但準確度不高，誤差最大達2度。因為用DS18B20溫度芯片，采用單總線訪問，降低成本、降低制作難度且可節(jié)省單片機資源，故采用方案二。1.4.1 溫度測量的步驟(1).Read ROM（33h），每次對DS

25、1820進行操作之前都要對它進行初始化，主要目的在于確定傳感器已經(jīng)連接到單總線上。(2).Search ROM（F0h），這條指令使處理器用排除的方法去辨別總線上的DS1820。(3).Match ROM（55h），只有準確的符合64位ROM序列的DS1820才能響應其后的指令，當然，單點測溫時可以使用SkipROM（CCh）指令來跳過這一步。(4).Convert T（44h），發(fā)完指令后應查詢總線上的電平，當電平位高時溫度轉(zhuǎn)換完成。(5).Read Scratchpad（BEh），將讀指令發(fā)出后，就可從總線上讀得表示溫度的2字節(jié)二進制數(shù)。1.4.2 DS18B20的操作時序由于采用單總線數(shù)

26、據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線完成，因此，對讀寫的操作時序要求嚴格。它的各種時序如圖2-5所示為了保證DS18B20的嚴格I/O時序。需要做較精確的延時。在DS18B20操作中，用到的延時有15S，90S，270S，540S等。因這些延時均為15S的整倍，因此在程序中可以編寫一個以15S為基準的延時函數(shù)。圖2-6溫度采集電路1.5 顯示模塊模塊設計(shj)與論證方案一：采用靜態(tài)顯示方法，靜態(tài)顯示模塊的硬件(yn jin)制作較復雜及功耗大，要用到多個移位寄存器，但不占用端口，只需兩根串口線輸出。方案二：采用動態(tài)顯示方法，動態(tài)顯示模塊(m kui)的硬件制作簡單，段掃描和位

27、掃描各占用一個端口，總需占用單片機14個端口，采用間斷掃描法功耗小、硬件成本低及整個硬件系統(tǒng)體積相對減小。方案三:采用LCD的方法,具有硬件制作簡單可直接與單片機接口,顯示內(nèi)容多,功耗小,成本低等優(yōu)點,LCM1602可顯示32個字符,采用LCD的缺點是亮度不夠。比較以上三種方案：方案一硬件復雜體積大、功耗大；方案二硬件簡單、功耗小；方案三硬件簡單，顯示內(nèi)容多,功耗小,成本低等。本系統(tǒng)設計要求達到功耗小、體積小、成本低，顯示信息多等要求，權衡三種方案，選擇方案三。1.5.1 1602字符型LCD簡介字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，本設計采用16列*2行的字符型

28、LCD1602帶背光的液晶顯示屏。1602LCD主要技術參數(shù)：顯示容量:162個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm1.5.2 1602引腳功能說明各引腳接口說明如表所示:表2-1編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極表2-1：引腳接口說明：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V

29、正電源。第3腳：VL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。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行(jnxng)讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者(huzh)顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以(ky)讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源

30、正極。第16腳：背光源負極。1.5.3 1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2-2所示：表2-2序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)

31、11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容表2-2字符控制命令說明：1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S

32、/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。芯片(xn pin)時序表如下：讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸

33、入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無表2-3基本操作時序(sh x)表讀寫操作時序(sh x)如圖2-7和2-8所示：圖2-7讀操作時序圖2-8 寫操作時序1.5.4 1602LCD的RAM地址映射及標準字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖2-9是1602的內(nèi)部顯示地址。圖2-9液晶內(nèi)部顯示地址例如(lr)第二行第一個字符的地址是40H，那么是否(sh fu)直接寫入40H就

34、可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為(yn wi)寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。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個不同的點陣字符圖形，如圖10-58所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。圖2-10 字符代碼與圖形對應圖1

35、.5.5 1602LCD的一般初始化（復位）過程延時15mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙寫指令38H：顯示模式設置寫指令08H：顯示關閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標移動設置寫指令0CH：顯示開及光標設置1.5.6 1602LCD的電路連接液晶5端為讀/寫選擇端，因為我們不從液晶中讀取數(shù)據(jù)，只向其寫入命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地。液晶6端為使能信號，是操作時必須的信號。其電路如圖2-11所示：圖2-11 1602的電路(dinl)連接6

36、蜂鳴器鬧鈴電路(dinl)當單片機給蜂鳴器一個低電平時，三極管導通驅(qū)動(q dn)蜂鳴器發(fā)出聲音作為定時鬧鈴，其電路圖如圖2-12所示：圖2-12 蜂鳴器連接電路2 系統(tǒng)硬件的設計根據(jù)上述所確定的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進行系統(tǒng)硬件電路的具體(jt)設計，系統(tǒng)的具體設計在下面會詳細介紹。2.1 AT89S51單片機本系統(tǒng)采用的是美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，首先我們來熟悉一下(yxi)AT89S52單片機的外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1.單片機的引腳功能(gngnng)AT89S52單片機有40個引腳。Vcc：電源電壓+5VGND：接地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址

37、/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線服用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 Flash 編程和程序校驗期間，

38、P1接收低8位地址。P2口：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（MOVX Ri指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程和程序校驗期間，P2亦接收低高位地址和其他控制

39、信號。P3口：P3口是一組帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，P3的輸出(shch)緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般(ybn)的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，見表1所示：P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序(chngx)校驗的控制信號。表1 P3口的第二功能圖端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時/計時器0外部輸入

40、）P3.5T1（定時/計時器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。WDT溢出將使引腳輸出高電平，設置SFR AUXR的DISRT0（地址8EH）可打開或關閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存器允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲

41、器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過多特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置，可禁止ALE操作。該位置后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。PSEN：程序存儲允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFF

42、FFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的變成電壓(diny)Vpp.XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部(nib)時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出(shch)端。AT89S52單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.AT89S52單片機與MCS-51完全兼容 看門狗（WDT）：WDT是一種需要軟件控制的復位方式。WDT 由13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復位存儲器（WDTRST）構(gòu)成。WDT 在默認情況下無法

43、工作；為了激活WDT，用戶必須往WDTRST 寄存器（地址：0A6H）中依次寫入01EH 和0E1H。當WDT激活后，晶振工作，WDT在每個機器周期都會增加。WDT計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復位（硬件復位或WDT溢出復位），沒有辦法停止WDT工作。當WDT溢出，它將驅(qū)動RSR引腳輸出一個高電平。可編程串口（UART）在AT89S52中，UART 的操作與AT89S52 和AT89C52 一樣。AT89S52系列單片機的串行通信口可以工作于同步和異步通信方式。當工作于異步方式時，它具有全雙工的操作功能，也就是說，它可以同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。串行口內(nèi)的接收器采用的是雙緩沖結(jié)構(gòu)，能夠在接收

44、到的第一個字節(jié)從接收寄存器讀走之前就開始接收第二個字節(jié)（當然，如果第二個字節(jié)接收完畢，而第一個字節(jié)仍然沒有被讀走，那將會丟掉一個字節(jié)）。串行口的發(fā)送和接收操作都是通過特殊功能寄存器中的數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF進行的，但在SBUF的內(nèi)部，接收寄存器和發(fā)送寄存器在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨立的。如果將數(shù)據(jù)寫入SBUF，數(shù)據(jù)會被送入發(fā)送寄存器準備發(fā)送。如果執(zhí)行SBUF指令，則讀出的數(shù)據(jù)一定來自接收緩存器。因此，CPU對SBUF的讀寫，實際上是分別訪問2個不同的寄存器。這2個寄存器的功能決不能混淆。振蕩電路：AT89S52系列單片機的內(nèi)部振蕩器，由一個單極反相器組成。XTAL1反相器的輸入，XTAL2為反相器的

45、輸出。可以利用它內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生時鐘，只要XTAL1和XTAL2引腳上一個晶體及電容組成的并聯(lián)諧振電路，便構(gòu)成一個完整的振蕩信號發(fā)生器，此方式稱為內(nèi)部方式。另一種方式由外部時鐘源提供一個時鐘信號到XTAL1端輸入，而XTAL2端浮空。在組成一個單片機應用系統(tǒng)時，多數(shù)采用這種方式，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可靠性高。在電路中，對電容C1和C2的值要求不是很嚴格，如果使用高質(zhì)的晶振，則不管頻率為多少，C1、C2通常都選擇30pF。定時/計數(shù)器：AT89S52單片機內(nèi)含有2個16位的定時器/計數(shù)器。當用于定時器方式時，定時器的輸入來自內(nèi)部時鐘發(fā)生電路，每過一個機器周期，定時器加1，而一個機器周期包

46、含有12個振蕩周期，所以，定時器的技術頻率為晶振頻率的1/12，而計數(shù)頻率最高為晶振頻率的1/24。為了實現(xiàn)定時和計數(shù)功能，定時器中含有3種基本的寄存器：控制寄存器、方式寄存器和定時器/計數(shù)器。控制寄存器是一個8位的寄存器，用于控制定時器的工作狀態(tài)，方式寄存器是一個8位的寄存器，用于確定定時器的工作方式，定時器/計數(shù)器是16位的計數(shù)器，分為高字節(jié)和低字節(jié)兩部分。RAM：高于7FH內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址是8位的，也就是說其地址空間只有256字節(jié)，但內(nèi)部RAM的尋址方式實際上可提供384字節(jié)。的直接地址訪問同一個存儲空間，高于7FH的間接地址訪問另一個存儲空間。這樣，雖然高128字節(jié)區(qū)分與專用寄器

47、，即特殊功能寄存器區(qū)的地址是重合的，但實際上它們是分開(fn ki)的。究竟訪問哪一區(qū)，存是通過不同的尋址方式加以區(qū)分的。SFR：SFR是具有特殊功能的所有(suyu)寄存器的集合，共含有22個不同寄存器，它們的地址分配在80HFFH中。雖然如此，不是所有的單元都被特殊功能寄存器占用，未被占用的單元，其內(nèi)容是不確定的。如對這些單元進行讀操作，得到的是一些隨機數(shù)，而寫入則無效，所以在編程時不應該將數(shù)據(jù)寫入這些未確定的地址單元中，特殊功能寄存器主要有累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字寄存器PSW、堆棧指針(zhzhn)SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、I/O端口、串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF、定時器寄存器、捕捉

48、寄存器、控制寄存器。中斷系統(tǒng)：AT89S52單片機有6個中斷源，中斷系統(tǒng)主要由中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP、優(yōu)先級結(jié)構(gòu)和一些邏輯門組成。IE寄存器用于允許或禁止中斷；IP寄存器用于確定中斷源的優(yōu)先級別；優(yōu)先級結(jié)構(gòu)用于執(zhí)行中斷源的優(yōu)先排序；有關邏輯門用于輸入中斷請求信號。在整個中斷響應過程中CPU所執(zhí)行的操作步驟如下：（1）完成當前指令的操作（2）將PC內(nèi)容壓入堆棧（3）保存當前的中斷狀態(tài)（4）阻止同級的中斷請求（5）將中斷程序入口地址送PC寄存器（6）執(zhí)行中斷服務程序（7）返回2.2 時鐘芯片DS1302接口設計與性能分析2.2.1 DS1302性能簡介DS1302是Dallas公

49、司生產(chǎn)的一種實時時鐘芯片。它通過串行方式與單片機進行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機提供包括秒、分、時、日、月、年等在內(nèi)的實時時間信息，并可對月末日期、閏年天數(shù)自動進行調(diào)整；它還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳，在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。另外，它還能提供31字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的RAM。DS1302時鐘芯片內(nèi)主要包括移位寄存器、控制邏輯電路、振蕩器。DS1302與單片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送依靠RST，I/O，SCLK三根端線即可完成。其工作過程可概括為：首先系統(tǒng)RST引腳驅(qū)動至高電平，然后在SCLK時鐘脈沖的作用下，通過I/O引腳向DS1302輸入地址/命令字節(jié)，隨后再在SCLK時鐘

50、脈沖的配合下，從I/O引腳寫入或讀出相應的數(shù)據(jù)字節(jié)。因此,其與單片機之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實現(xiàn)的，DS1302的引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2：DS1302引腳說明(shumng)： X1，X2 32.768kHz晶振引腳GND 地線RST 復位(f wi)端I/O 數(shù)據(jù)輸入(shr)/輸出端口SCLK 串行時鐘端口VCC1 慢速充電引腳VCC2 電源引腳 圖2 DS1302管腳 2.2.2 DS1302接口電路設計1時鐘芯片DS1302的接口電路及工作原理：圖3 DS1302與MCU接口電路圖3為DS1302的接口電路，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。VCC1在單電源與電池供電的系統(tǒng)

51、中提供低電源并提供低功率的電池備份。VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運用方式中VCC1連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由VCC1或VCC2 兩者中較大者供電。當VCC2大于VCC1+0.2V時，VCC2給DS1302供電。當VCC2小于VCC1時，DS1302由VCC1供電。 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5所示。表-1為DS1302的控制字，此控制字的位7必須置1，若為0則不能對DS1302進行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6，若對時間進行讀/寫時

52、，CK=0，對程序進行讀/寫時RAM=1。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；進行寫操作時，該位為0。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”是時鐘暫停標志位，當該位為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當該位為0時，時鐘開始運行。“WP”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“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(kngzh)字DS1302的控制字如表2所示。控制字節(jié)的高有效(yuxio)位（位7）必須是邏輯1，如果(rgu)它為

53、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1表示進行讀操作，為0表示進行寫操作。控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。表2 DS1302的控制字格式 1 RAM/CKA4A3A2A1A0RD/WR3、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7。如下圖4所示。 圖4 DS1302讀/寫時序圖4、DS1302的寄存

54、器 EQ * jc0 * Font:Times New Roman * hps12 o ad(s up 11(),AM)DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，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表3。 表3 DS1302的日歷、時間寄存器寫寄存器讀寄存器Bit7Bit6Bit5Bit7Bit3Bit2Bit1Bit080H81HCH10秒秒82H83H10分分84H85H12/ EQ * jc0 * Font:宋體 * hps8 o ad(s up 9(),24)010時時 EQ * jc0 * Font:Times New Roman * hps

55、12 o ad(s up 11(),AM)/PM86H87H0010 日日88H89H00010月月8AH8BH00000星期8CH8DH 10年年8EH8FHWP0000000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)(z ji)，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

56、令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。2.3 溫度(wnd)芯片DS18B20接口設計與性能分析2.3.1 DS18B20性能(xngnng)簡介1.DS18B20的主要特性DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。現(xiàn)場溫度直接以一線總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。

57、其性能特點可歸納如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；測溫范圍在-55到125，分辨率最大可達0.0625；采用了3線制與單片機相連，減少了外部硬件電路；零待機功耗；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍在3.0V-5.5V；用戶可定義的非易失性溫度報警設置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱燒毀，只是不能正常工作。2.DS18B20工作原理 DS18B20的讀寫時序(sh x)和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換(zhunhun)時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B

58、20測溫原理(yunl)如圖5所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖5中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器

59、1的預置值。LSB位置/清除增加計數(shù)器1斜率累加器計數(shù)比較器溫度寄存器減到0預置計數(shù)器2減到0停止預置低溫度系數(shù)晶振高溫度系數(shù)晶振圖5 DS18B20測溫原理2.3.2 DS18B20接口電路設計如6圖所示，該系統(tǒng)中采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，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，用P3.7與DS18B20的DQ口連接，Vcc接電源，GND接地。 圖6溫度傳感器DS18B20接口電路2.3.3 DS18B20的工作時序1、復位時序圖圖7復位(f wi)時序圖2 . 讀時序(sh x)圖圖8讀時序(sh x)圖3、寫時序圖圖9 寫時序圖 3、工作時序

60、1）總線時序圖10 總線(zn xin)時序2）寫周期(zhuq)時序圖11寫周期(zhuq)時序3）起始/停止時序圖12 起始/停止時序4）應答時序圖13 應答時序5）立即地址讀時序圖14 立即地址讀時序(sh x)2.4 LCD顯示(xinsh)模塊2.4.1 LCD1602的特性(txng)及使用說明LCD1602的接口信號說明如表4:表4 LCM1602的接口信號編號引腳符號功能說明編號引腳符號功能說明1VSS電源地9D2DATA I/O2VDD電源正極10D3DATA I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4DATA I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5DATA I/O5R/W