嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計--基于arm的數(shù)字式萬年歷

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　題目: 基于ARM的數(shù)字式萬年歷 </p><p>　　課 程： 嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　2017年 6 月 20 日&l

2、t;/p><p>　　信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　2017年6月20日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了基于STC89C52單片機(jī)的多功能電子萬年歷的硬件結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計方法。本設(shè)計由數(shù)據(jù)顯示模塊、溫度采集模塊、時間處理模塊和

3、調(diào)整設(shè)置模塊四個模塊組成。系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)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(jìn)行計時，還具有閏年補(bǔ)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LCD1602上同時顯示年、月、日、周日、時、分、秒，還具有時間校準(zhǔn)整點(diǎn)燈光提醒等功能。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(diǎn)，具有廣

4、闊的市場前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī),時鐘芯片, 溫度傳感器, 1602液晶顯示器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 任務(wù)提出與方案論證2</p><p>　　1.1單片機(jī)芯片設(shè)計與論證2</p><p>　　方案1：采用51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)

5、控制器2</p><p>　　方案2：采用fpga單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器2</p><p>　　1.2按鍵控制模塊設(shè)計與論證2</p><p>　　1.3時鐘模塊設(shè)計與論證2</p><p>　　方案二：采用DS1302為計時時鐘芯片3</p><p>　　方案三：采用DS12C887為計時時鐘芯片3<

6、;/p><p>　　1.4溫度采集模塊設(shè)計與論證3</p><p>　　1.5顯示模塊模塊設(shè)計與論證3</p><p><b>　　2 總體設(shè)計3</b></p><p>　　3.1 STC89C52單片機(jī)3</p><p>　　3.1.1 最小系統(tǒng)設(shè)計5</p><p&

7、gt;　　3.1.2 時鐘電路5</p><p>　　3.1.3 復(fù)位電路6</p><p>　　3.2時鐘芯片DS1302接口設(shè)計與性能分析6</p><p>　　3.2.1 DS1302性能簡介6</p><p>　　3.2.2 DS1302接口電路設(shè)計7</p><p>　　3.3溫度芯片DS18B20

8、接口設(shè)計與性能分析8</p><p>　　3.3.1 DS18B20性能簡介8</p><p>　　1.DS18B20的主要特性8</p><p>　　3.3.2 DS18B20接口電路設(shè)計9</p><p>　　3.4 LCD顯示模塊10</p><p>　　3.4.1 LCD1602的特性及使用說明10

9、</p><p>　　3.4.2 LCD1602與MCU的接口電路11</p><p>　　3.5按鍵模塊設(shè)計11</p><p>　　3 詳細(xì)設(shè)計及仿真12</p><p>　　3.1 proteus仿真12</p><p>　　3.2主程序流程圖的設(shè)計13</p><p><

10、b>　　4 總結(jié)15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p>　　1 任務(wù)提出與方案論證</p><p>　　單片機(jī)電子萬年歷的制作有多種方法，可供選擇的器件和運(yùn)用的技術(shù)也有很多種。所以，系統(tǒng)的總體設(shè)計方案應(yīng)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(shí)現(xiàn)，器

11、件的選用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。</p><p>　　按照系統(tǒng)設(shè)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。 </p><p><b>　　圖1 硬件電路框圖</b></p><p>　　1.1單片機(jī)芯片設(shè)計與論證</

12、p><p><b>　　方案一: </b></p><p>　　方案1：采用51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器</p><p>　　單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積較小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且抗干擾性能好。</p><p>　　方案2：采

13、用fpga單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器</p><p>　　因51單片機(jī)價格比fpga低得多，且本設(shè)計不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，本設(shè)計選擇了方案1。</p><p>　　1.2按鍵控制模塊設(shè)計與論證</p><p>　　方案一：采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實(shí)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。</p><p&

14、gt;　　方案二：采用獨(dú)立按鍵，查詢簡單，程序處理簡單,可節(jié)省CPU資源。</p><p>　　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。</p><p>　　1.3時鐘模塊設(shè)計與論證</p><p>　　方案一：直接采用單片機(jī)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

15、本，但是，實(shí)現(xiàn)的時間誤差較大。</p><p>　　方案二：采用DS1302為計時時鐘芯片</p><p>　　該芯片是串行電路，與單片機(jī)接口簡單，但需另備電池和32.768kHz晶振，因焊接工藝和晶振質(zhì)量等原因會導(dǎo)致精度降低。</p><p>　　方案三：采用DS12C887為計時時鐘芯片</p><p>　　該芯片與單片機(jī)采用8位并口通信

16、，傳遞信息速度快。自帶有鋰電池和晶振，外部掉電后，其內(nèi)部時間信息還能夠保持10年之久，因電路被封裝在一起，可以保證很高的精度和抗干擾能力。而且芯片功能豐富，可以通過內(nèi)部寄存器設(shè)置鬧鐘，并產(chǎn)生鬧鐘中斷。</p><p>　　由于DS1302時鐘芯片計數(shù)時間精度高，而且具有閏年補(bǔ)償功能且價格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)，故采用方案二。</p><p>　　1.4溫度采集模塊設(shè)計與論證</p>

17、<p>　　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(zhǔn)，但價格昂貴，電路較復(fù)雜。</p><p>　　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(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，但準(zhǔn)確度不高，誤差最大達(dá)2度。</p><p>　　因?yàn)橛肈S18B20溫度芯片，采用單總線訪問，降低成本、

18、降低制作難度且可節(jié)省單片機(jī)資源，故采用方案二。</p><p>　　1.5顯示模塊模塊設(shè)計與論證</p><p>　　方案一：采用靜態(tài)顯示方法，靜態(tài)顯示模塊的硬件制作較復(fù)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。</p><p>　　方案二：采用動態(tài)顯示方法，動態(tài)顯示模塊的硬件制作簡單，段掃描和位掃描各占用一個端口，總需占用單片機(jī)14個端口

19、，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。</p><p>　　方案三:采用LCD的方法,具有硬件制作簡單可直接與單片機(jī)接口,顯示內(nèi)容多,功耗小,成本低等優(yōu)點(diǎn),LCM1602可顯示32個字符,采用LCD的缺點(diǎn)是亮度不夠。</p><p>　　比較以上三種方案：方案一硬件復(fù)雜體積大、功耗大；方案二硬件簡單、功耗??；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(shè)計要

20、求達(dá)到功耗小、體積小、成本低，顯示信息多等要求，權(quán)衡三種方案，選擇方案三。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)上述所確定的系統(tǒng)方案構(gòu)想，下面進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的具體設(shè)計，系統(tǒng)的具體設(shè)計在下面會詳細(xì)介紹。</p><p>　　3.1 STC89C52單片機(jī)</p><p>　　單片微型

21、計算機(jī)是隨著微型計算機(jī)的發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的。自從1975 年美國德克薩斯儀器公司的第一臺單片微型計算機(jī)（ 簡稱單片機(jī)）TMS-1000 問世以來，迄今為止，單片機(jī)技術(shù)已成為計算機(jī)技術(shù)的一個獨(dú)特分支，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，特別是在工業(yè)控制中經(jīng)常遇到對某些物理量進(jìn)行定時采樣與控制的問題，在儀器儀表智能化中也扮演著極其重要的角色。</p><p>　　單片機(jī)是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計算機(jī)，這些元件

22、包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時鐘部件的集成和I/O接口電路。由于單片機(jī)具有體積小、價格低、可靠性高、開發(fā)應(yīng)用方便等特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代電子技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，在智能儀表中單片機(jī)是應(yīng)用最多、最活躍的領(lǐng)域之一。在控制領(lǐng)域中,現(xiàn)如今人們更注意計算機(jī)的底成本、小體積、運(yùn)行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，提高計算機(jī)的運(yùn)算速

23、度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。</p><p><b>　　單片機(jī)主要特點(diǎn)：</b></p><p>　?。?）有優(yōu)異的性能價格比。</p><p>　?。?）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對于

24、強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。</p><p>　?。?）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。</p><p>　?。?）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。</p><p>　?。?）外部總線增加了I2C（Inter

25、-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p><b>　　優(yōu)異的性能價格比。</b></p><p>　　1）集成度高、體積小

26、、有很高的可靠性。 </p><p>　　單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。</p><p>　　此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。</p><p><b>　　2）控制功能強(qiáng)。</b>

27、;</p><p>　　為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。</p><p>　　51單片機(jī)引腳圖如下：</p><p>　　圖2 STC89C52單片機(jī)引腳圖</p><p>　　3.1.1 最小系統(tǒng)設(shè)計</p>

28、<p>　　最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進(jìn)行存儲器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。</p><p>　　STC89C52是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用STC89C52單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)

29、時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。</p><p>　　圖3 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　3.1.2 時鐘電路</p><p>　　STC89C52單片機(jī)的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式如圖3所示。在STC89C52單片機(jī)

30、內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5~30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。</p><p>　　圖4 STC89C52內(nèi)部時鐘電路</p><p>

31、　　3.1.3 復(fù)位電路</p><p>　　當(dāng)在STC89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。</p><p>　　復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。</p><p>　　最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實(shí)現(xiàn)的。只要

32、Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。</p><p>　　除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST(9)端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路見圖4。時鐘頻率用11.0592MHZ時C取10uF,R取10kΩ。</p><p>　　圖5 STC89C52 復(fù)位電路</p&

33、gt;<p>　　3.2時鐘芯片DS1302接口設(shè)計與性能分析</p><p>　　3.2.1 DS1302性能簡介</p><p>　　DS1302是Dallas公司生產(chǎn)的一種實(shí)時時鐘芯片。它通過串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機(jī)提供包括秒、分、時、日、月、年等在內(nèi)的實(shí)時時間信息，并可對月末日期、閏年天數(shù)自動進(jìn)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

34、源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)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。</p><p>　　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(jī)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時鐘脈沖的

35、配合下，從I/O引腳寫入或讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)字節(jié)。因此,其與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實(shí)現(xiàn)的，DS1302的引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2：</p><p>　　DS1302引腳說明： </p><p>　　X1，X2 32.768kHz晶振引腳</p><p>　　GND 地線</p><p>　　RST

36、 復(fù)位端</p><p>　　I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出端口</p><p>　　SCLK 串行時鐘端口</p><p>　　VCC1 慢速充電引腳</p><p>　　VCC2 電源引腳 </p><p>　　圖6

37、 DS1302管腳圖</p><p>　　3.2.2 DS1302接口電路設(shè)計</p><p>　　1時鐘芯片DS1302的接口電路及工作原理：</p><p>　　圖7 DS1302與MCU接口電路</p><p>　　圖6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)中提供低電源并提供

38、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(yùn)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)。</p><p>　　DS1302由VCC1或VCC2 兩者中較大者供電。當(dāng)VCC2大于VCC1+0.2V時，VCC2給DS1302供電。當(dāng)VCC2小于VCC1時，DS1302由VCC1供電。</p><p>　　DS1302在每次進(jìn)行讀、寫程序前都必

39、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(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6，若對時間進(jìn)行讀/寫時，CK=0，對程序進(jìn)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(jìn)行讀操作時，該位為1；進(jìn)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

40、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(yùn)行?！癢P”是寫保護(hù)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(hù)位防止對任一寄存器的寫操作。</p><p>　　2、DS1302的控制字</p><p>　　DS1302的控制字如表2所示。控制字節(jié)的高有效位（位7）必須是邏輯1，如

41、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1表</p><p>　　示進(jìn)行讀操作，為0表示進(jìn)行寫操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸出。</p><p>　　表1 DS1302的控制字格式</p><p>　　3.3溫度芯片DS18B20接口設(shè)計與性能分析&l

42、t;/p><p>　　3.3.1 DS18B20性能簡介</p><p>　　1.DS18B20的主要特性</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度</p><p>　　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(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方

43、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(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V～5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。其性能特點(diǎn)可歸納如下：</p><p>　　1.獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；</p><p>　　2.測溫范圍在-55℃到1

44、25℃，分辨率最大可達(dá)0.0625℃；</p><p>　　3.采用了3線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路；</p><p><b>　　4.零待機(jī)功耗；</b></p><p>　　5.可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍在3.0V-5.5V；</p><p>　　6.用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置；</p>

45、<p>　　7.報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； </p><p>　　8.負(fù)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。</p><p>　　2.DS18B20工作原理   </p><p>　　

46、DS18B20的讀寫時序和測溫原理與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)換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖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(yù)置在－55℃所對應(yīng)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(jìn)行減法

47、計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)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(jìn)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(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。</p><p>　　圖8 DS18B20測溫原</p><p>　　3.3

48、.2 DS18B20接口電路設(shè)計</p><p>　　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(diǎn)，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，用P3.7與DS18B20的DQ口連接，Vcc接電源，GND接地。DS18B20的工作電流約為1mA，VCC一般為5V，則電阻R=5V/1mA=5KΩ，目前用的電阻一般不是可調(diào)電阻，只是固定阻值，市場上有的就那么幾個型號。其中DS1

49、8B20接有電源，則需要一個上拉即可穩(wěn)定的工作。這個電阻通常比較大，我們選擇10K電阻的來起到上拉作用，使之為高電平，使后續(xù)電路保護(hù)。</p><p>　　圖9 溫度傳感器DS18B20接口</p><p>　　3.4 LCD顯示模塊</p><p>　　3.4.1 LCD1602的特性及使用說明</p><p>　　LCD1602的接口信號

50、說明如表3</p><p>　　表3 LCD1602的接口信號</p><p>　　2 基本操作時序如下：</p><p>　　1）讀狀態(tài)：RS=L，RW=H，E=H</p><p>　　2）寫指令：RS=L，RW=L，D0～D7=指令碼，E=高脈沖</p><p>　　3）讀數(shù)據(jù)：RS=H，RW=H，E=H<

51、/p><p>　　4）寫數(shù)據(jù)：RS=H，RW=L，D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖</p><p><b>　　3 初始化設(shè)置</b></p><p>　　1）顯示模式設(shè)置如表5：</p><p><b>　　表4 顯示模式設(shè)置</b></p><p>　　顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置如表

52、6：</p><p>　　表7 顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置</p><p>　　3.4.2 LCD1602與MCU的接口電路</p><p>　　LCD的D0～D7分別接單片機(jī)的的P0口，作為數(shù)據(jù)線，因?yàn)镻0口內(nèi)部沒有上</p><p>　　拉電阻，所以外部另外加上4.7K的上拉電阻；P2.5—P2.7分別接LCD的RS、RW、</p>

53、<p>　　E三個控制管腳；RV1用來調(diào)節(jié)LCD的顯示灰度；BLK、BLA為背光的陰極和陽極，接上相應(yīng)電平即點(diǎn)亮背光燈。如圖18</p><p><b>　　圖10 顯示電路</b></p><p>　　其中1602的第3腳接10K與1.5K的串聯(lián)電阻起到分壓作用，能夠調(diào)節(jié)第一行與第二行亮度對比。第16接個三極管的作用放大，是為了能夠讓液晶顯示器的背光燈

54、亮起，從而在夜間也能觀看萬年歷。</p><p><b>　　3.5按鍵模塊設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)用到了4個按鍵，其中一個用作系統(tǒng)手動復(fù)位，另外4個采用獨(dú)立按鍵，該種接法查詢簡單，程序處理簡單,可節(jié)省CPU資源，按鍵電路如圖19所示，4個獨(dú)立按鍵分別與STC89C52的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3接口相連。</p><p

55、><b>　　圖11 按鍵電路</b></p><p>　　對以上4個按鍵作簡要說明：K1——SET 鍵，K2——UP鍵，K3——DOWN鍵，K4——OUT/STOP鍵。SET 鍵：按下SET鍵進(jìn)入時間校準(zhǔn)狀態(tài)，按一下進(jìn)入秒調(diào)整，兩下分調(diào)整，依此類推可進(jìn)行各年月日，時分秒以及星期的校準(zhǔn)；UP鍵：當(dāng)SET鍵按下時，UP進(jìn)行SET選定項(xiàng)（如：小時）的加操作;DOWN鍵：當(dāng)SET鍵按下時，D

56、OWN進(jìn)行SET選定項(xiàng)（如：小時）的減操作；OUT鍵：當(dāng)OUT鍵按下時，此鍵功能為退出校準(zhǔn)功能，進(jìn)入下一模式，顯示溫度值和上下限的溫度值。</p><p><b>　　3 詳細(xì)設(shè)計及仿真</b></p><p>　　電子萬年歷的功能是在程序控制下實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法與硬件設(shè)計相對應(yīng)，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進(jìn)行設(shè)計、編程和調(diào)試，最后通過主程序?qū)⒏?/p>

57、程序模塊連接起來。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強(qiáng)了程序的可移植性。</p><p>　　本系統(tǒng)的軟件部分主要要進(jìn)行公歷計算程序設(shè)計，溫度測量程序設(shè)計，按鍵的掃描輸入等。程序開始運(yùn)行后首先要進(jìn)行初始化，把單片機(jī)的各引腳的狀態(tài)按程序里面的初始化命令進(jìn)行初始化，初始化完成后運(yùn)行溫度測量程序，讀取出溫度傳感器測量出來的溫度，然后運(yùn)行公歷計算程序，得到公歷的時間、日期信息。 </p><p>　　3

58、.1 proteus仿真</p><p>　　運(yùn)用proteus軟件對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，具體粘土如下圖所示：</p><p><b>　　圖12系統(tǒng)仿真圖</b></p><p>　　將代碼燒錄到51單片機(jī)中，可以觀察到時間以及溫度，還有溫馨小提示，具體如系統(tǒng)仿真運(yùn)行圖：</p><p>　　圖12系統(tǒng)仿真運(yùn)行圖</p

59、><p>　　可以看到，系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)都正常，完全達(dá)到了設(shè)計要求，具有時間顯示以及溫度顯示的功能。</p><p>　　3.2主程序流程圖的設(shè)計</p><p>　　主程序流程圖如圖13：</p><p>　　系統(tǒng)啟動，進(jìn)行初始化，先對DS1302進(jìn)行初始化，對DS1302進(jìn)行設(shè)置，對51單片機(jī)的定時器進(jìn)行初始化設(shè)置，讀取DS1302傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，

60、對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并送給LCD1602進(jìn)行顯示。定期掃描按鍵，如果有按鍵按下，將進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和顯示。</p><p>　　圖13 主程序流程圖</p><p><b>　　3.3制作實(shí)物</b></p><p><b>　　圖14 實(shí)物圖</b></p><p><b>　　4 總結(jié)&l

61、t;/b></p><p>　　在整個設(shè)計過程中，硬件方面主要設(shè)計了STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)、DS1302接口電路、DS18B20接口電路、整點(diǎn)燈光提醒及LCD顯示；軟件方面借助各個渠道的資料，主要設(shè)計了溫度采集程序、燈光提醒程序以及LCD顯示程序；系統(tǒng)的調(diào)試主要是通過一塊單片機(jī)開發(fā)板，再借助于Keil、STC以及少許自己搭建的外圍電路實(shí)現(xiàn)的；再此過程中，分步調(diào)試時顯示出了陽歷的日期及時間，還有實(shí)時

62、溫度，集中調(diào)試時沒有達(dá)到預(yù)期效果。此萬年歷具有讀顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。</p><p>　　在整個設(shè)計過程中學(xué)到了許多沒學(xué)到的知識，在電路焊接時雖然沒什么大問題，但從中也知道了焊接在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(dá)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

63、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，理清了思路，反而得心應(yīng)手。在此次設(shè)計中，知道了做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，做什么事都要有耐心。在本次設(shè)計中學(xué)到了很多很多東西，這是最重要的。</p><p>　　總之，此次畢業(yè)設(shè)計使我們的能力得到了全方位的提高，這次設(shè)計的電子萬年歷也存在的不足的地方，有待于以后的改進(jìn)。</p><p&

64、gt;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蘇平.單片機(jī)的原理與接口技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2006,1-113.</p><p>　　[2] 王忠民.微型計算機(jī)原理[M].西安:西安科技大學(xué)出版社，2003,15-55.</p><p>　　[3] 左金生.電子與模擬電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004

65、,105-131.</p><p>　　[4] 新編單片機(jī)原理與應(yīng)用（第二版）.西安電子科技大學(xué)出版社，2007.2</p><p>　　[5] 張萌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實(shí)例[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2007.7</p><p>　　[6] 朱思榮．51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)公歷與農(nóng)歷、星期的轉(zhuǎn)換[Z].當(dāng)當(dāng)電子網(wǎng)</p><p>　　[7]