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文檔簡介
1、<p><b> 摘 要</b></p><p> 日常生活中,實時地掌握溫度和時間信息對于人們來說必不可少。本設計是基于單片機的多功能溫度計,實現(xiàn)時間顯示和溫度顯示兩種功能。</p><p> 整個硬件系統(tǒng)采用AT89S52單片機作為主芯片,協(xié)調(diào)整機工作并進行數(shù)據(jù)處理。溫度測量模塊以DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為核心,單線接口即可實現(xiàn)與處理器的雙
2、向通訊;時鐘模塊則采用實時時鐘電路DS1302,提供秒、分、時、日期的信息;1602字符液晶提供的32個字符的顯示容量足以顯示時間和溫度;電源方面,直接使用USB接口供電;由四個按鍵組成的鍵盤電路用以設置日期時間。</p><p> 本設計采用Proteus作為仿真軟件,根據(jù)硬件設計思想,將系統(tǒng)所需要的元件在ISIS中連接好后,在AT89S52單片機中加載編譯好的hex文件,即可進行仿真。仿真運行正常后,進入實
3、物制作階段,最終實物實現(xiàn)了設想功能。</p><p> 關鍵字:AT89S52; DS18B20; DS1302; 1602字符液晶; Proteus</p><p><b> Abstract</b></p><p> It's necessary to get the information about the real-ti
4、me and temperature in our daily life。This design is expect to display the real-time and temperature by a multifunctional thermometer which is based on one type of singlechip .</p><p> The hardware system u
5、ses AT89S52 Micro-chip Controller Unit as a core to coordinate the whole system's work and process the datas.In the temperature measure module ,temperature sensor DS18B20 is a good choice since it can achieve a two-w
6、ay communication with the singlechip by only one interface.The real-time module is based on the real-timer DS1302 which can provide the the information about the present year,date and time.As a monitor,Character Mode LCD
7、(Liquid Crystal Display)1602 has a big enou</p><p> This design uses Proteus as the simulation software, Connect the required components according to the hardware system design in the ISIS , and load the co
8、mpiled hex files to the AT89S52 microcontroller.Then can run into the physical production stage, the ultimate achievement can realise expected function.</p><p> Keywords: AT89S52; DS18B20; DS1302; Charac
9、ter Mode LCD 1602;</p><p><b> Proteus</b></p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要I</b></p><p> AbstractII</p><p><
10、b> 1前 言1</b></p><p> 1.1選題背景1</p><p> 1.2選題意義2</p><p> 2 多功能溫度計的硬件設計3</p><p> 2.1 系統(tǒng)分析3</p><p> 2.1.1 處理器分析3</p><p> 2
11、.1.2 時鐘模塊分析3</p><p> 2.1.3 溫度測量模塊分析4</p><p> 2.1.4 顯示模塊分析4</p><p> 2.2 硬件系統(tǒng)總體方案設計4</p><p> 2.2.1 硬件系統(tǒng)總體結(jié)構4</p><p> 2.2.2 硬件系統(tǒng)原理圖5</p><
12、;p> 2.3 各部分硬件電路設計5</p><p> 2.3.1 AT89S52單片機最小系統(tǒng)5</p><p> 2.3.2 DS18B20溫度傳感器電路9</p><p> 2.3.3 DS1302實時時鐘電路13</p><p> 2.3.4 多功能溫度計顯示終端—字符型LCD液晶18</p>
13、<p> 2.3.5 鍵盤輸入電路20</p><p> 3 多功能溫度計的軟件設計21</p><p> 3.1 系統(tǒng)主程序流程圖21</p><p> 3.2 時鐘模塊程序流程圖22</p><p> 3.3 溫度模塊程序流程圖23</p><p> 3.4 顯示模塊程序流程圖23
14、</p><p> 3.5 鍵盤輸入程序流程圖24</p><p> 4 系統(tǒng)仿真及實物制作26</p><p> 4.1仿真軟件介紹26</p><p> 4.2 仿真結(jié)果27</p><p> 4.3 實物制作27</p><p> 5 總結(jié)與展望29</p&g
15、t;<p><b> 5.1 總結(jié)29</b></p><p><b> 5.2 展望29</b></p><p><b> 致 謝30</b></p><p><b> 參考文獻31</b></p><p> 附錄 多功
16、能溫度計部分程序清單32</p><p><b> 1前 言</b></p><p><b> 選題背景</b></p><p> 單片機具有體積小、功能強、可靠性高、價格低廉等一系列優(yōu)點,不但已成為工業(yè)測控領域廣泛采用的智能化控制工具,而且已滲入到人們工作和和生活的各個方面,有力地推動了各行業(yè)的技術改造和產(chǎn)品的更
17、新?lián)Q代,應用前景廣闊。</p><p> 溫度是我們?nèi)粘Ia(chǎn)和生活中時刻在接觸到的物理量,但是它不能直觀看到的,僅憑感覺只能猜測到大概的溫度值,傳統(tǒng)的指針式的溫度計雖然能指示溫度,但是精度低,使用不夠方便,顯示不夠直觀,溫度計的出現(xiàn)改變了這一狀況。</p><p> 最早的溫度計由意大利科學家伽利略(1564~1642)于1593年發(fā)明的。他設計溫度計是一根一端敞口的玻璃管,另一端帶有
18、乒乓球大的玻璃泡。使用時需先加熱玻璃泡,然后將玻璃管插入水中。伴隨溫度的變化,玻璃管中的水面會上下移動,根據(jù)移動的量就可以判定溫度的高低和變化。由于溫度計受熱脹冷縮的作用,所以這種溫度計受大氣壓強等外界環(huán)境因素的影響較大,測量誤差也就較大。 </p><p> 之后伽利略的學生和其他科學家,在伽利略的設計基礎上反復改進,如把玻璃管翻轉(zhuǎn),將液體放在管內(nèi),將玻璃管封閉等。其中法國人布里奧在1659年設計的溫度計較為
19、突出,他將玻璃泡的體積縮小,并選擇水銀作為測溫物質(zhì),這樣的溫度計已具備了現(xiàn)代溫度計的雛形。荷蘭人華倫海特在1709年使用酒精,在1714年又使用水銀作為測溫物質(zhì),制造了更精確的溫度計。他觀察了水的沸點、水和冰混合時的溫度、鹽水和冰混合時的溫度;經(jīng)過反復試驗與修正,最終將一定濃度的鹽水凝固時的溫度規(guī)定為0℉,把純水凝固時的溫度定為32℉,把標準大氣壓下水沸騰的溫度定為212℉,℉表示華氏溫度,這就是華氏溫度計。 </p>&
20、lt;p> 在華氏溫度計問世的同時,法國人列繆爾(1683~1757)也設計制造了一種溫度計。他認為水銀的膨脹系數(shù)太小,不適合做測溫物質(zhì)。他反復試驗發(fā)現(xiàn),含有20%水的酒精,在水的冰點和沸點之間,其體積從1000個體積單位增大到1080個體積單位。因此他將冰點和沸點之間分為80份,定為自己溫度計的溫度分度,也就是列氏溫度計。</p><p> 華氏溫度計制成后又經(jīng)過30多年,瑞典人攝爾休斯于1742年改
21、進了華倫海特溫度計的刻度,他把水的沸點定為0度,把水的冰點定為100度。之后他的同事施勒默爾將兩個溫度點的數(shù)值又倒過來,就成了現(xiàn)在的攝氏溫度,用℃表示。華氏溫度與攝氏溫度的關系為℉=9/5℃+32,或℃=5/9(℉-32)。 </p><p> 現(xiàn)在英、美國家多采用華氏溫度,德國多用列氏溫度,而世界科技界和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,以及我國、法國等大多數(shù)國家則多用攝氏溫度。</p><p><
22、b> 選題意義</b></p><p> 數(shù)字溫度計可以準確的測量溫度,并以數(shù)字形式顯示出來。數(shù)字溫度計的出現(xiàn)可以讓人們直觀的了解自己想知道的溫度到底是多少度。而時間更是人們尤為關注的物理量,無論安排日程或是記錄數(shù)據(jù)都必不可少,因此,集成顯示溫度和時間的工具就顯得非常實用。</p><p> 本設計提供了一個實現(xiàn)溫度和時間測量與顯示的方案,字符液晶的采用能清晰直觀地
23、顯示這兩種常用物理量,對于老人尤其便利。</p><p> 2 多功能溫度計的硬件設計</p><p><b> 2.1 系統(tǒng)分析</b></p><p> 2.1.1 處理器分析</p><p> 多功能溫度計采用的處理器要負責整個硬件系統(tǒng)的計算處理及各個模塊的工作協(xié)調(diào)??蛇x擇的一個方案為采用凌陽16位單片機S
24、PCE061A,它具有DSP功能,內(nèi)置有十六位硬件乘法器和加法器,并配有DSP特有的指令,大大加快了各種算法的實現(xiàn)速度。并且,SPCE061A可使用內(nèi)部AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換)單元實現(xiàn)輸入溫度電壓信號的轉(zhuǎn)化,不但轉(zhuǎn)換速度快,精度也有較高保證;由于AD等模塊單元集成在芯片內(nèi)部,其可靠性和抗干擾能力相對提高,而且由于SPCE061A具備語音功能,可以實現(xiàn)溫度的語音播報功能。但是,這種單片機價格相對昂貴。</p><p>
25、另一個可行的方案是采用AT89S52單片機,它是一種低功耗、高性能的CMOS 8位單片機,具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器,與我們所學習的MCS-51單片機產(chǎn)品兼容,而且與C系列單片機相比,AT89S52具備的ISP在線編程功能不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離就能夠改寫單片機存儲器內(nèi)的程序,易于調(diào)試和修改。考慮到成本因素以及對單片機的熟悉程度,本設計采用這一方案。</p><p> 2.1.2 時鐘模塊分析&l
26、t;/p><p> 多功能溫度計中時間顯示功能的實現(xiàn)可以直接利用單片機內(nèi)置的定時器,完成時鐘、日期程序,這種方法不需使用外圍芯片,成本較低,但軟件編寫復雜,可靠性較低,通常達不到需要的精度且斷電后時鐘無法繼續(xù)運行。</p><p> 更好的選擇是采用實時時鐘芯片,例如DS1302。這種方案時間精度較高,耗電少,在無主電源情況下有備用電池供電,確保時鐘再斷電后能繼續(xù)運行。雖然成本增加,但考慮
27、到斷電情況,采用實時時鐘芯片更符合多功能溫度計的設計要求。 </p><p> 2.1.3 溫度測量模塊分析</p><p> 溫度測量是多功能溫度計的核心功能,可采用應用普遍,技術成熟度高的熱敏電阻器,但其可靠性不高,電路復雜精度卻低。而采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20不但外圍電路簡單,而且精度高,雖然由于要求延時精確,其編程較為復雜但考慮到精度要求,DS18B20是更好的選擇。&
28、lt;/p><p> 2.1.4 顯示模塊分析</p><p> 顯示模塊作為多功能溫度計的終端是人們直觀看到的部分,若采用LED(Light Emitting Diode)數(shù)碼管,雖然其有價格低廉,編程簡單,顯示內(nèi)容醒目等諸多優(yōu)勢,但同時占用較多單片機I/O端口,電路復雜,特別是需顯示內(nèi)容較多時不易排列。</p><p> 若采用字符液晶顯示,其顯示內(nèi)容豐富且電
29、路簡單,占用I/O 端口少。雖然其價格相對較高,顯示內(nèi)容也不夠醒目但考慮到需要顯示的內(nèi)容較多,本設計采用字符液晶顯示。</p><p> 2.2 硬件系統(tǒng)總體方案設計</p><p> 2.2.1 硬件系統(tǒng)總體結(jié)構</p><p> 圖2-1 硬件系統(tǒng)總體結(jié)構框圖</p><p> 如圖2-1所示,硬件系統(tǒng)的核心處理器為AT89S52
30、的最小系統(tǒng),負責硬件系統(tǒng)的計算處理及協(xié)調(diào)工作。由于時鐘需要進行校對和調(diào)整,因此需要在系統(tǒng)中設置4個輸入按鍵以對時鐘進行設置;而DS18B20是直接數(shù)字輸出的溫度傳感器,不需要在AT89S52系統(tǒng)中擴展A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p> 2.2.2 硬件系統(tǒng)原理圖</p><p> 圖2-2 硬件系統(tǒng)原理圖</p><p> 圖2-2 即為多功能溫度計的硬件系統(tǒng)原
31、理圖,各個模塊會在下文中做詳細的介紹。 </p><p> 2.3 各部分硬件電路設計</p><p> 2.3.1 AT89S52單片機最小系統(tǒng)</p><p> AT89S52 單片機最小系統(tǒng)擔當整個硬件系統(tǒng)的核心,它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器,又負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。如圖2-4所示,最小系統(tǒng)主要由主芯片、時鐘電路、復位電路組成。</p>&
32、lt;p> ?。?)AT89S52單片機介紹</p><p> 本設計采用的主芯片為AT89S52單片機:一種低功耗、高性能且具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器的CMOS 8位微控制器。AT89S52具有以下標準功能: 8K字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32 位I/O口線,看門狗定時器,2 個數(shù)據(jù)指針,三個16 位定時器/計數(shù)器,一個6向量2級中斷結(jié)構,全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外,A
33、T89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復位為止。</p><p> 如圖2-3所示為AT89S52單片機的引腳分布圖:</p><p> 圖2-3 AT89S52引腳分布圖</p>
34、<p> 下面對AT89S52各引腳功能進行簡要的介紹:</p><p> P0口:PO口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口,每位可以驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫高電平時,引腳當作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時,P0口也被作為低8位A/D(地址/數(shù)據(jù))復用,在這種模式下,P0具有內(nèi)部上拉電阻。在使用Flash編程時,P0口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗時,輸出指令字,
35、此時,需要外部上拉電阻。 </p><p> P1 口:P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口,P1 輸出緩沖器可以驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1 端口寫高電平時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以用作輸入口。作為輸入口使用時,被外部拉低的引腳將由于內(nèi)部電阻的原因而輸出電流。 </p><p> 此外,P1.0和P1.2分別用作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P1.0/T2)
36、和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX)。在Flash編程和校驗時,P1口接收低8位地址字節(jié)。 </p><p> P2 口:P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口,P2 輸出緩沖器可以驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2 端口寫高電平時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以用作輸入口。作為輸入口使用時,被外部拉低的引腳將由于內(nèi)部電阻的原因而輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存
37、儲器時,P2 口送出高8位地址。在這種應用中,P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送高電平。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗時,P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 </p><p> P3口:P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口,P3 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3 端口寫高電平時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可用作為輸入口。作為輸入
38、使用時,被外部拉低的引腳將由于內(nèi)部電阻的原因而輸出電流。 </p><p> P3口也作為AT89S52特殊功能(第二功能)使用,其中P3.0第二功能為串行輸入口(RXD),P3.1第二功能為串行輸出口(TXD),P3.2第二功能為外部中斷0(INT0),P3.3第二功能為外部中斷1(INT1),P3.4第二功能為用作定時/計數(shù)器0(T0),P3.5第二功能為用作定時/計數(shù)器1(T1),P3.6第二功能為外部數(shù)
39、據(jù)存儲器寫選通口(WR),P3.7第二功能為外部數(shù)據(jù)存儲器度選通口。</p><p> 此外,P3口還接收一些用于Flash閃存編程和程序校驗的控制信號。 </p><p> RST:復位輸入端,當晶振工作時,RST引腳出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。 </p><p> ALE/PROG:當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時,ALE(地址鎖存控
40、制信號)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。在一般情況下,ALE以時鐘振蕩頻率的六分之一輸出固定的脈沖信號,因此它可用來作為外部定時器或時鐘使用,然而,值得特別強調(diào)的是,每此訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。 </p><p> 如果需要,可通過對特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的D0位置高電平,從而禁止ALE操作。該位置位后,僅在執(zhí)行MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外,該引腳會被微弱拉
41、高,單片機執(zhí)行外部程序時,應設置ALE禁止位無效。</p><p> 對FLASH存儲器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)</p><p> PSEN:外部程序存儲器選通信號。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PSEN被激活兩次,當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將不被激活。</p><p> EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制
42、信號。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH),EA端必須保持低電平(接地)。如EA端為高電平,CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 </p><p> 在Flash編程期間,該引腳加上+12V的編程允許電源。</p><p> XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p> XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端
43、。</p><p><b> ?。?)時鐘電路</b></p><p> 時鐘電路方面,時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。由于采用內(nèi)部振蕩方式時,電路簡單,所得的時鐘信號也相對穩(wěn)定,實際使用中這種方式更為普遍。AT89S52單片機有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的反向放大器,引腳XTAL1(X1)和XTAL(X2)分別是此放大器的輸入端和輸出端,在其外接晶
44、體振蕩器(簡稱晶振)和陶瓷諧振器都可以用來一起構成自激振蕩器。如圖2-4所示,外接晶振連同兩個值為30pF的電容構成并聯(lián)諧振電路,它們起快速起振、穩(wěn)定振蕩頻率的作用,晶振頻率為 12MHz。</p><p> 圖2-4 AT89S52最小系統(tǒng)主要部分示意圖</p><p><b> ?。?)復位電路</b></p><p> 復位可以初始化
45、單片機內(nèi)部的某些特殊功能寄存器,單片機的復位是靠外電路來實現(xiàn)的。在正常運行情況下,只要RST引腳上出現(xiàn)連續(xù)兩個機器周期高電平,即可引起單片機復位,但如果RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)高電平,單片機就將處于循環(huán)復位狀態(tài),因此需要單片機復位后能脫離復位狀態(tài)。根據(jù)實際應用的需求,復位操作通常有上電復位和開關復位兩種基本形式。上電復位要求單片機通電后,自動實現(xiàn)復位操作;而開關復位要求在電源接通的情況下,若單片機在運行期間發(fā)生死機,通過按扭開關操作實現(xiàn)單片
46、機復位。本設計采用上電復位且開關復位電路,如圖2-4所示,當接通電源后,電容充電,使RST引腳出現(xiàn)持續(xù)一段時間的高電平,從而實現(xiàn)上電且開關復位操作。通常電容值在10~30uF范圍內(nèi)選擇,電阻值為10KΩ。復位后,輸入/輸出(I/O)端口 P0~P3置為FFH, 堆棧指針SP 置為07H, SBUF內(nèi)置為不定值,其它的寄存器全部被清零,內(nèi)部RAM的狀態(tài)則不受復位的影響。</p><p> 2.3.2 DS18B2
47、0溫度傳感器電路</p><p> DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的一款支持“一線總線”接口的數(shù)字化溫度傳感器,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。下面詳細介紹DS18B20溫度傳感器的使用。</p><p> ?。?)DS18B20的性能指標</p><p> DS18B20溫度傳感器的主要性能指標如下:</p>
48、;<p> ①工作電壓:3.0V~5.5V;</p><p> ?、跍y量溫度范圍及精度:-55℃~+125℃,以0.5℃遞增;</p><p> ?、蹨囟葦?shù)字量轉(zhuǎn)換時間:200ms</p><p><b> ?、芙涌冢簡尉€接口;</b></p><p> ?、萦脩艨稍O定的非易失性溫度報警設置;</p
49、><p> ?、逌y量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送;</p><p> ?、呖赏ㄟ^數(shù)據(jù)線供電,零待機功耗。</p><p> ?。?)DS18B20的引腳定義</p><p> DS18B20具有8-Pin的SOIC封裝和3引腳的TO-92封裝,其引腳分布如圖2-5所示。</p><p> 圖2-5 DS18B20
50、的引腳分布</p><p> DS18B20的各引腳的功能說明如下:</p><p> ?、貵ND:電源供給地</p><p><b> ?、贒Q:數(shù)據(jù)I/O</b></p><p><b> ?、郏和饨庸╇娸斎?lt;/b></p><p><b> ?、躈C:空腳&
51、lt;/b></p><p> DS18B20的內(nèi)部結(jié)構如圖2-6所示:</p><p> 圖2-6 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構</p><p> ?。?)DS18B20的溫度格式</p><p> DS18B20采用12位記錄溫度值,最高5位為符號位,表2-1為DS18B20的溫度數(shù)據(jù)存儲格式,當溫度為負值時S=1,溫度為正值時S
52、=0,如:0550H為+85℃,F(xiàn)C90H為-55℃。</p><p> 表2-1 DS18B20溫度數(shù)據(jù)格式</p><p> LS Byte bit7 bit0</p><p> MS Byte bit15
53、 bit8</p><p> ?。?)DS18B20時序</p><p><b> ?、俪跏蓟瘯r序</b></p><p> 如圖2-7(a)所示DS18B20的所有通信都由由復位脈沖組成的初始化序列開始,該初始化序列由主機發(fā)出,后跟由DS18B20發(fā)出的應答復位脈沖的存在脈沖。主機將總線拉低至少480來釋放復位脈沖,
54、之后釋放總線,由于5KΩ的上拉電阻的作用,總線恢復到高電平,DS18B20檢測到上升沿后等待15到60,然后以拉低總線60到240的方式發(fā)出存在脈沖。</p><p> 圖2-7 DS18B20時序示意圖</p><p><b> ?、趯憰r序</b></p><p> 如圖2-7(b)所示,主機在寫時隙向DS18B20寫入數(shù)據(jù),并在讀時隙從
55、DS18B20讀出數(shù)據(jù),在單總線上每個時隙只傳送一位數(shù)據(jù)。所有的寫時隙必須至少保持60的持續(xù)時間,且相鄰兩個寫時隙必須要有至少1的恢復時間,而所有的寫時隙,無論寫0還是寫1,都由拉低總線產(chǎn)生。</p><p> 為產(chǎn)生寫1時隙,主機必須在拉低總線后15內(nèi)釋放總線,且拉低的電平至少要持續(xù)1,由于上來電阻的作用,總線電平恢復為高電平,直至完成寫時隙。為產(chǎn)生0時隙,拉低總線后主機持續(xù)拉低總線即可,直至寫時隙完成后釋放
56、總線,持續(xù)60到120。DS18B20會在寫時隙產(chǎn)生后的15到60內(nèi)采樣總線,由此來確定是寫0還是寫1。</p><p><b> ?、圩x時序</b></p><p> 如圖2-7(c)所示,DS18B20只有在主機發(fā)出讀時隙后才會向主機發(fā)送數(shù)據(jù),因此主機在放出讀暫存器命令或讀電源命令后必須即刻產(chǎn)生讀時隙以使DS18B20提供相應的數(shù)據(jù)。</p>&l
57、t;p> 所有的讀時隙必須至少持續(xù)60,且相鄰兩個讀時隙要有至少1的恢復時間。所有讀時隙都由拉低總線至少1后釋放總線產(chǎn)生。由于DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在下降沿產(chǎn)生15后有效,釋放總線和主機采樣總線等動作要在15內(nèi)完成。</p><p> ?。?)DS18B20的單片機接口電路</p><p> 當使用AT89S52控制DS18B20進行溫度信息采集時,只需要使用AT89S52的一
58、個引腳和DS18B20的DQ引腳按照通信協(xié)議進行通信即可, 其電路如圖2-8所示。</p><p> 圖2-8 DS18B20的單片機接口電路</p><p> 2.3.3 DS1302實時時鐘電路</p><p> DS1302是由Dallas公司生產(chǎn)的涓流充電時鐘芯片,其內(nèi)置有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM,經(jīng)由簡單的串行接
59、口與單片機進行通訊。實時時鐘/日歷電路可以日工年、月、日、時、分、秒的信息,不同月的天數(shù)和閏年的天數(shù)能夠自動調(diào)整,而時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24小時格式還是12小時格式。</p><p> ?。?)DS1302的性能指標</p><p> DS1302的主要性能指標如下:</p><p> ?、賹崟r時鐘具有能計算2100年之前的年、月、日、時、分、秒的
60、能力,并能夠完成閏年自動調(diào)整;</p><p> ?、?1×8位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM;</p><p> ?、酃ぷ麟妷海?.0V~5.5V;</p><p> ?、芄ぷ麟娏鳎?.0V時,小于300nA;</p><p> ?、荽蠭/O口方式使得管腳數(shù)量最少;</p><p><b> ?、藓唵稳€接
61、口;</b></p><p> ?、咦x/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時,有兩種傳送方式:單字節(jié)傳送和字符組傳送;</p><p><b> ?、喙ぷ鲿r功耗極低;</b></p><p> ?、釋τ锌蛇x的涓流充電能力;</p><p> ?。?)DS1302的引腳定義</p><p> 圖2-9
62、 DS1302的引腳分布</p><p> 如圖2-9所示,DS1302具有8引腳DIP封裝或可選的8引腳SOIC封裝。</p><p> DS1302的各引腳定義如下:</p><p> ?、賆1,X2:32.768晶振引腳;</p><p><b> ?、贕ND:地;</b></p><p&g
63、t;<b> ?、跼ST:復位腳;</b></p><p> ?、躀/O:數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳;</p><p> ?、軸CLK:串行時鐘;</p><p> ?、?:電源供電引腳。</p><p> ?。?)DS1302內(nèi)部寄存器</p><p> DS1302共有十二個內(nèi)部寄存器,其中有7個寄
64、存器與時鐘、日歷相關,以BCD碼的形式存放數(shù)據(jù)位。表2-2為DS1302內(nèi)部的七個與時間、日期有關的寄存器及一個寫保護寄存器的控制字示意表,設計中實時時鐘就是通過將初始設置的日期、時間數(shù)據(jù)寫入這些寄存器,然后再不斷地從這些寄存器中獲取實時時間和日期。</p><p> 表2-2 DS1302內(nèi)部寄存器控制字示意表</p><p> 下面是表2-2中一些特殊的控制位的定義:</p&
65、gt;<p> ?、貱H:時鐘停止位,當CH=0時,振蕩器工作允許,當CH=1時,振蕩器停止;</p><p> ?、赪P:寫保護位,當WP=0時,寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?,當WP=1時,寄存器數(shù)據(jù)不能寫入;</p><p> ?、蹠r寄存器的第7位:12/24小時標志位,bit7=0時為24小時模式,bit7=1時則為12小時模式,;</p><p> ?、?/p>
66、時寄存器的第5位:AM/PM定義位,AP=0時為上午模式,AP=1時則為下午模式。</p><p> ?。?)DS1302的讀寫操作說明 </p><p> 除了電源和接地,DS1302只有SCLK、I/O、RST(即CE)三個引腳與單片機連接,其數(shù)據(jù)讀寫是通過I/O串行進行的。DS1302進行一次讀寫操作時至少讀兩個字,第一個字為控制字,即一個命令;第二個字極為要讀或?qū)懙臄?shù)據(jù),表2-3
67、為DS1302控制字示意表。</p><p> 表2-3 DS1302控制字示意表</p><p> 7 6 5 4 3 2 1 0</p><p> 如表2-3所示,控制字總是從最低位開始輸出,其最高有效位(位7)必須為1,若為0,則不能向DS1302中寫入數(shù)據(jù)
68、;位6為1時表示RAM,即尋址內(nèi)部存儲器地址,為0時尋址內(nèi)部寄存器;位5至位1指示操作單元的地址;位0為1時表示下一步進行讀操作,為0時表示下一步操作將要“寫”。</p><p> 圖2-10為DS1302進行單字節(jié)讀寫操作時的時序圖,如圖2-10所示,DS1302在進行單字節(jié)寫操作之前須先將CE(即RST)置為高電平,然后單片機將控制字的最低位放到I/0上,I/O的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后,SCLK被置為高電平,DS130
69、2檢測到SCLK的上升沿后將讀取I/O上的數(shù)據(jù),此后SCLK被置為低電平,再將控制字的位1放到I/O上,如此反復將一個字節(jié)控制字的八位傳送給DS1302,接著將字節(jié)中要寫的數(shù)據(jù)的字傳送給DS1302,傳送結(jié)束后,單片機將CE置為低電平。</p><p> 圖2-10 DS1302單字節(jié)讀寫時序圖</p><p> 單字節(jié)讀操寫控制字的過程同寫操作基本相同,但在寫控制字的最后一個位,即最
70、高位時,SCLK還處于高電平時DS1302就將數(shù)據(jù)放到I/O上,單片機將SCLK置為低電平后鎖存數(shù)據(jù),接著單片機就可以讀取I/O上的數(shù)據(jù)。如此反復就將字節(jié)中要讀的數(shù)據(jù)讀入單片機。</p><p> 由以上內(nèi)容就可總結(jié)出對DS1302進行操作的步驟:首先要通過寫保護寄存器WP位取消寫保護以將日期、時間的初值寫入各對應寄存器,寫入初值的同時通過將秒寄存器CH位的值置為0,DS1302開始走時運行,為防止誤改寫寄存器
71、的值需將寫保護寄存器WP位再次置1,然后不斷讀取各日期、時間寄存器的值,將它們顯示到字符液晶上。</p><p> ?。?)DS1302的單片機接口電路</p><p> 如圖2-11所示,除了電源與接地,DS1302僅有SCLK、I/O、RST三個引腳分別與AT89S52單片機的P3.5、P3.6、P3.7連接,接系統(tǒng)電源,在系統(tǒng)上電后,DS1302即可運行,在接口外接電源可保證系統(tǒng)掉
72、電后時鐘繼續(xù)運行。</p><p> 圖2-11 DS1302的單片機接口電路</p><p> 2.3.4 多功能溫度計顯示終端—字符型LCD液晶</p><p> AT89S52接收到采集的時間和溫度信息并處理后,需要顯示給最終用戶,相比于LED數(shù)碼管,LCD具有功耗低、接口靈活、顯示質(zhì)量高等優(yōu)點。本設計采用了1602字符型LCD。</p>
73、<p> ?。?)LCD1602主要技術參數(shù)</p><p> ①顯示容量:16×2個字符;</p><p> ?、谧址叽纾?.95×4.35(W×H)mm;</p><p> ?、坌酒ぷ麟妷海?.5~5.5V;</p><p> ?、苣K最佳工作電壓:5.0V;</p><p
74、> ?、莨ぷ麟娏鳎?.0mA(5.0V)。</p><p> ?。?) LCD1602的單片機接口電路與引腳定義</p><p> 圖2-12為14腳(無背光)LCD1602的單片機接口電路,其中,D0~D7數(shù)據(jù)輸入輸出接口連接到的單片機接口需要在軟件中定義。</p><p> 圖2-12 LCD1602單片機接口電路</p><p&g
75、t;<b> 各引腳說明如下:</b></p><p><b> GND:電源地;</b></p><p><b> VDD:電源;</b></p><p> VEE:液晶顯示偏壓信號,可接到一電位器上調(diào)節(jié)液晶顯示的亮度;</p><p> RS:數(shù)據(jù)/指令選擇端,高
76、電平時輸入數(shù)據(jù),低電平時輸入指令;</p><p> RW:讀/寫選擇端,高電平時從LCD讀取信息,低電平時向LCD寫入數(shù)據(jù)或指令;</p><p> E:使能信號,高電平時讀取信息,下降沿執(zhí)行指令;</p><p> D0~D7:8位雙向數(shù)據(jù)線,其中D0為最低位,D7為最高位;</p><p> BGVCC:LCD背光電源正極(見于
77、16腳LCD1602接口);</p><p> BGGND:LCD背光電源負極(見于16腳LCD1602接口)</p><p> ?。?) LCD1602指令說明及時序</p><p><b> ① 基本操作時序</b></p><p> 讀狀態(tài):輸入位RS=0,RW=1,E=1,輸出位DO~D7為狀態(tài)字;<
78、/p><p> 寫指令:輸入位RS=0,RW=1,D0~D7為指令碼,E為高脈沖;</p><p> 讀數(shù)據(jù):輸入位RS=1,RW=1,E=1,輸出位D0~D7為數(shù)據(jù);</p><p> 寫數(shù)據(jù):輸入位RS=1,RW=0,DO~D7為數(shù)據(jù),E為高脈沖,無輸出。</p><p><b> ?、跔顟B(tài)字說明</b></
79、p><p> 如表2-4所示,STA0~6存儲當前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值,STA7為讀寫操作使能位,當該位為0時允許讀寫操作,反之,則禁止讀寫操作。對控制器每次進行讀寫操作之前,都要確保STA7為0。</p><p> 表2-4 狀態(tài)字說明表</p><p><b> ③ RAM地址映射</b></p><p> 要顯示
80、字符時要先輸入顯示字符地址,即LCD顯示字符的位置信息,圖2-13為LCD1602RAM地址映射圖。</p><p> 圖2-13 RAM地址映射圖</p><p> 2.3.5 鍵盤輸入電路</p><p> 由于多功能溫度計具備時鐘的功能,因此需要具有設置時鐘的按鍵輸入設備,本設計采用了4個按鍵作為輸入設備,與AT89S52的P2.3~P2.6相連。圖2-
81、14即為鍵盤輸入電路示意圖。</p><p> 圖2-14 鍵盤輸入電路</p><p> 3 多功能溫度計的軟件設計</p><p> 3.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p> 圖3-1為多功能溫度計系統(tǒng)主程序流程圖,系統(tǒng)上電后,對各個芯片進行初始化,此后,若有按鍵操作,將進入時鐘調(diào)整模式,LCD1602將對應按鍵操作顯示;若無按
82、鍵操作,LCD1602將維持初始顯示。源代碼詳見附錄主函數(shù)部分。</p><p><b> N</b></p><p><b> Y</b></p><p> 圖3-1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p> 3.2 時鐘模塊程序流程圖</p><p> 圖3-2為多功
83、能溫度計系統(tǒng)時鐘模塊程序流程圖,系統(tǒng)上電后,對DS1302進行讀操作,讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后送交LCD1602顯示,若有按鍵操作,則進入時鐘調(diào)整模式,調(diào)整后的數(shù)據(jù)寫入DS1302寄存器,再由單片機讀取,LCD1602更新顯示;若無按鍵操作,則繼續(xù)讀取DS1302數(shù)據(jù),LCD更新顯示。源代碼詳見附錄DS1302子程序部分。</p><p><b> N</b></p><p&
84、gt;<b> Y</b></p><p> 圖3-2 時鐘模塊程序流程圖</p><p> 3.3 溫度模塊程序流程圖</p><p> 圖3-3為多功能溫度計系統(tǒng)溫度模塊程序流程圖,系統(tǒng)上電后,對DS18B20寫入命令以啟動溫度測量,單片機讀取溫度數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制后送交LCD1602顯示。源代碼詳見附錄DS18B20子程序部
85、分。</p><p> 圖3-3 溫度模塊程序流程圖</p><p> 3.4 顯示模塊程序流程圖</p><p> 圖3-4為多功能溫度計系統(tǒng)顯示模塊程序流程圖:</p><p><b> N</b></p><p><b> Y</b></p>&
86、lt;p> 圖3-4 顯示模塊程序流程圖</p><p> 如圖所示,系統(tǒng)上電后,若無按鍵操作,LCD1602將顯示程序中設定的默認內(nèi)容,若有按鍵操作,將進入時鐘調(diào)整模式,LCD1602將根據(jù)調(diào)整更新顯示內(nèi)容。具體源代碼詳見附錄液晶顯示程序部分。</p><p> 3.5 鍵盤輸入程序流程圖</p><p> 圖3-5為多功能溫度計系統(tǒng)鍵盤輸入程序流程
87、圖:</p><p><b> N</b></p><p><b> Y</b></p><p> 圖3-5 鍵盤輸入程序流程圖</p><p> 如圖所示,系統(tǒng)上電后,對按鍵連接的端口進行初始化,之后,若有按鍵操作,則進入時鐘調(diào)整模式,四個按鍵分別執(zhí)行模式切換、數(shù)值加一、數(shù)值減一、退出調(diào)整
88、模式功能,LCD1602將根據(jù)按鍵操作更新顯示內(nèi)容;若無按鍵操作,將進入等待狀態(tài),直至掃描到按鍵操作。源代碼詳見附錄按鍵功能程序部分。</p><p> 4 系統(tǒng)仿真及實物制作</p><p><b> 4.1仿真軟件介紹</b></p><p> 通過軟件對系統(tǒng)進行仿真,是進行實物制作前的必要步驟,通過軟件仿真,可以觀察到系統(tǒng)模擬運行的
89、結(jié)果,對于軟件調(diào)試和實物焊接具有重要的指導意義。</p><p> 本設計采用Proteus作為仿真軟件,版本為7.4sp3。Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真及印制電路板設計軟件,它可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路,軟件提供了大量模擬與數(shù)字元器件及外部設備,各種虛擬儀器,特別是它具有對單片機及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真功能。</p><p>
90、 Proteus主要由ISIS和ARES兩部分組成,ISIS的主要功能是原理圖設計及與電路原理圖的交互仿真,ARES主要用于印制電路板的設計。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng),可仿真各種電路和IC,并支持單片機,元件庫齊全,使用方便,是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。圖4-1為Proteus ISIS的運行界面。</p><p> 圖4-1 Proteus ISI
91、S運行界面</p><p><b> 4.2 仿真結(jié)果</b></p><p> 根據(jù)硬件設計思想,將系統(tǒng)所需要的元件在ISIS中連接好后,在AT89S52單片機中加載編譯好的hex文件,即可進行仿真。圖4-2為多功能溫度計的仿真結(jié)果。</p><p> 圖4-2 多功能溫度計仿真運行結(jié)果</p><p><
92、b> 4.3 實物制作</b></p><p> 仿真運行正常后,就可以著手購買器件進行實物制作。本次設計所用器件主要由網(wǎng)上購買,由于DS1302和DS18B20的單片機接口電路并不復雜,實物制作過程比較順利。圖4-3為多功能溫度計實物實拍圖片。</p><p> 圖4-3 多功能溫度計實物實拍圖</p><p><b> 5 總
93、結(jié)與展望</b></p><p><b> 5.1 總結(jié)</b></p><p> 基于單片機的多功能溫度計并不是一個硬件設計難度較大的題目,難點主要還是集中在軟件設計上。最初采用的程序在Proteus中仿真運行正常,但在實物中燒入程序后,LCD顯示發(fā)生異常,參考同學資料對連接引腳進行修改后,實物運行正常,可見,自己對AT89S52單片機的引腳功能了解
94、還不夠透徹。實物焊接中,許多引腳的焊點較為粗糙,焊功有待提高,還須多加練習。</p><p><b> 5.2 展望</b></p><p> 雖然預想的功能在實物中都能實現(xiàn),但還有許多地方可以改進。首先,由于采用的LCD1602的字符位數(shù)較少,顯示內(nèi)容的布局還不甚理想,需要多加揣摩,且因為不支持中文顯示,顯示的內(nèi)容還不夠豐富,可改用LCD12864以實現(xiàn)更豐富的
95、顯示。其次,多功能溫度計雖稍顯低端,卻貼近人們的日常生活,為了使用的方便,可將本設計采用的USB供電方式改為更加靈活的電池供電,此外,也可加裝外殼,使多功能溫度計整體顯得更加美觀。</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 這畢業(yè)設計較以往的課程設計要求更高,經(jīng)過長時間的準備和不斷的修改完善,終于順利實現(xiàn)了設想功能。首先要感謝我的指導老師xx老
96、師,他從畢業(yè)設計開始到完成都給了我很多的指導和幫助,提出我在論文中的一些不足之處,并給予了修正建議。</p><p> 周圍的同學在資料收集,程序修改,實物制作等方面給我提供了很大幫助,感謝他們。同時,也要感謝網(wǎng)上那些無私分享資料的朋友,整個設計中硬件設計和軟件設計部分都參考了大量從網(wǎng)上得來的資料。</p><p> 最后,在即將結(jié)束四年大學生活之際,要感謝各位老師的諄諄教導,感謝學校
97、為我們提供如此豐富的學習資源和如此美麗的校園。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1]余發(fā)山,王福忠等.單片機原理及應用技術.徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2008:7-63</p><p> [2]張靖武,周靈彬.單片機原理、應用與PROTEUS仿真.北京:電子工業(yè)出版社,2008:18-68</p>
98、;<p> [3]張?zhí)旆驳?51單片機C語言開發(fā)詳解.北京:電子工業(yè)出版社,2008:14-361</p><p> [4]譚浩強.C程序設計.北京:清華大學出版社,2005:37-66</p><p> [5]徐愛均. 單片機原理實用教程 基于Proteus虛擬仿真。北京:電子工業(yè)出版社,2009:185-212</p><p> [6]林立
99、.單片機原理及應用 基于Proteus和Keil C.北京:電子工業(yè)出版社,2009:196-218</p><p> [7]江世明.基于Proteus的單片機應用技術.北京:電子工業(yè)出版社,2009:73-126</p><p> [8]孫育才,王榮興,孫華芳等.ATMEL新型AT89S52系列單片機及其應用.北京:清華大學出版社,2005:3-78</p><p
100、> [9]郭觀七.基于 C 語言的 MCS-51 系列單片機軟件開發(fā)系統(tǒng).武漢:華中理工大學出版社,1997:17-97</p><p> [10]劉文濤.單片機語言C51典型應用設計.北京:人民郵電出版社,2005:170-243</p><p> 附錄 多功能溫度計部分程序清單</p><p><b> 主函數(shù)部分:</b>&
101、lt;/p><p><b> main()</b></p><p><b> {</b></p><p> flag=1;//時鐘停止標志</p><p> LCD_Initial();//液晶初始化</p><p> Init_DS18B20( ) ;//DS1
102、8B20 初始化</p><p> Initial_DS1302(); //時鐘芯片初始化</p><p> up_flag=0;</p><p> down_flag=0;</p><p> done=0;//進入默認液晶顯示</p><p><b> while(1)</b><
103、;/p><p><b> {</b></p><p> while(done==1)</p><p> keydone();//進入調(diào)整模式</p><p> while(done==0)</p><p><b> {</b></p><p>
104、 show_time();//液晶顯示數(shù)據(jù)</p><p><b> flag=0;</b></p><p> Setkey();//掃描各功能鍵</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p>
105、<b> }</b></p><p> DS1302子程序部分:</p><p> typedef struct __SYSTEMTIME__</p><p><b> {</b></p><p> unsigned char Second;</p><p> u
106、nsigned char Minute;</p><p> unsigned char Hour;</p><p> unsigned char Week;</p><p> unsigned char Day;</p><p> unsigned char Month;</p><p> unsigned
107、char Year;</p><p> unsigned char DateString[11];</p><p> unsigned char TimeString[9];</p><p> }SYSTEMTIME; //定義的時間類型結(jié)構體</p><p> SYSTEMTIME CurrentTime; //
108、時間類型結(jié)構體變量</p><p> #define AM(X) X </p><p> #define PM(X) (X+12) // 轉(zhuǎn)成 24 小時制</p><p> #define DS1302_SECOND0x80 //時鐘芯片的寄存器位置,存放時間</p><p> #define DS1
109、302_MINUTE0x82</p><p> #define DS1302_HOUR 0x84</p><p> #define DS1302_DAY 0x86</p><p> #define DS1302_MONTH0x88</p><p> #define DS1302_WEEK 0x8A</
110、p><p> #define DS1302_YEAR 0x8C</p><p> void DS1302InputByte(unsigned char d) //實時時鐘寫入一字節(jié)(內(nèi)部函數(shù))</p><p><b> {</b></p><p> unsigned char i;</p>&l
111、t;p><b> ACC = d;</b></p><p> for(i=8; i>0; i--)</p><p><b> {</b></p><p> DS1302_IO = ACC0; //相當于匯編中的 RRC</p><p> DS1302_CLK = 1;&l
112、t;/p><p> DS1302_CLK = 0;</p><p> ACC = ACC >> 1;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> unsigned char DS1302OutputByte(
113、void)//實時時鐘讀取一字節(jié)(內(nèi)部函數(shù))</p><p><b> {</b></p><p> unsigned char i;</p><p> for(i=8; i>0; i--)</p><p><b> {</b></p><p> ACC =
114、 ACC >>1; //相當于匯編中的 RRC</p><p> ACC7 = DS1302_IO;</p><p> DS1302_CLK = 1;</p><p> DS1302_CLK = 0;</p><p><b> }</b></p><p> return(
115、ACC);</p><p><b> }</b></p><p> /////////////////////////////////////////////////////////////</p><p> void Write1302(unsigned char ucAddr, unsigned char ucDa)</p&g
116、t;<p> //ucAddr: DS1302 地址, ucData: 要寫的數(shù)據(jù)</p><p><b> {</b></p><p> DS1302_RST = 0;</p><p> DS1302_CLK = 0;</p><p> DS1302_RST = 1;</p>&l
117、t;p> DS1302InputByte(ucAddr); // 地址,命令</p><p> DS1302InputByte(ucDa); // 寫 1Byte 數(shù)據(jù)</p><p> DS1302_CLK = 1;</p><p> DS1302_RST = 0;</p><p><b> }</b&g
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