智能定時(shí)鬧鐘 畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

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. 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 智能定時(shí)鬧鐘 -----溫度、定時(shí)硬件設(shè)計(jì) 院系：工程學(xué)院 年級專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化0801 提交日期： 答辯日期： 答辯委員會(huì)主席（簽名）： 評閱人（簽名）： 年 月 日 精選word范本！ 摘 要 隨著科技的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對時(shí)鐘的精確度和實(shí)用性要求越來越高。本文采用宏晶單片機(jī)STC10F08XE，通過DS1302時(shí)鐘芯片進(jìn)行定時(shí)，并通過LCD 1602字符液晶顯示器顯示。采用C語言程序編寫，將設(shè)計(jì)出更準(zhǔn)確定時(shí)、更省電的數(shù)字時(shí)鐘。單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘具有設(shè)置時(shí)間、日期、星期的基本功能，并且能夠顯示年、月、日、時(shí)、分、秒、星期，溫度。單片機(jī)數(shù)字鐘不管在性能還是在樣式上都發(fā)生了質(zhì)的變化，實(shí)踐證明單片機(jī)數(shù)字時(shí)鐘具有更加準(zhǔn)確性、精密性等功能。本設(shè)計(jì)是定時(shí)鬧鐘的設(shè)計(jì),由單片機(jī) AT89C51 芯片和宏晶單片機(jī)STC10F08XE為核心，輔 以必要的電路，構(gòu)成的一個(gè)單片機(jī)智能定時(shí)鬧鐘。用單片機(jī)來設(shè)計(jì)制 作完成,由于其功能的實(shí)現(xiàn)主要通過軟件編程來完成,那么就降低了硬件電路的 復(fù)雜性,而且其成本也有所降低,所以在該設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)利用 AT89C51,它是 低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位單片機(jī)。 關(guān)鍵字：數(shù)字時(shí)鐘；DS1302；LCD1602;STC10F08XE Abstract In daily life, time is science, technology and everyday life is one of the most basic physics, we often deal with temporal clocks, such as hand watch, wall clock, even on a computer program, the clock on the phone can be generalized a clock display on the clock, along with the rapid development of technology and the continuous improvement of living standards, people on the clocks accuracy and practical demand is higher and higher. Based on the single chip microcomputer principle, USES the monolithic integrated circuit STC10F08XE series, through the hardware circuit and software production procedure formulation, will design a more accurate timing, electricity -saving digital clock, SCM in performance or digital clock no matter in style have undergone a qualitative change, digital clock has proved microcontroller more accuracy, precision sex etc. Function. This design is the design of timing alarm clock, the single chip microcomputer AT89C51 single chip microcomputer chip and macro crystal STC10F08XE as the core, with the necessary auxiliary circuit, constitute a single chip microcomputer intelligent timing of alarm clock . By single chip design system to be completed, because its main through the realization of the function of software programming to complete, then reduce the complexity of the hardware circuit, and the cost is reduced, so in this design using AT89C51 single-chip, it is low power, high-performance CMOS type eight microcontroller. Key Words：Digital clock ; DS1302; LCD1602;STC10F08XE 設(shè)計(jì)說明 時(shí)間，關(guān)乎每個(gè)人的生命，計(jì)時(shí)方法的不斷創(chuàng)新，特別是近年來科學(xué)的飛速發(fā)展，社會(huì)產(chǎn)生了不同的計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)系統(tǒng)不單單具有計(jì)時(shí)功能，還帶有定時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)、日歷顯示等等的功能。計(jì)時(shí)系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用在我們的生活、工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個(gè)方面，例如鐵路安全日顯示屏、生產(chǎn)線看板、體育比賽計(jì)時(shí)屏、電視臺、監(jiān)控系統(tǒng)等等，而51單片機(jī)是各單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。 本設(shè)計(jì)智能定時(shí)鬧鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲?，廣泛用于個(gè)人家庭、學(xué)校生活，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。 設(shè)計(jì)在朱明杰老師指導(dǎo)下完成的，設(shè)計(jì)任務(wù)主要是硬件設(shè)計(jì)制作協(xié)助對軟件仿真及其調(diào)試。 設(shè)計(jì)達(dá)到主要目標(biāo)：清晰顯示年月日時(shí)分秒，能進(jìn)行計(jì)時(shí)，對溫度實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且控制系統(tǒng)要求對各個(gè)按鍵的動(dòng)作出相應(yīng)反應(yīng)。 具體內(nèi)容： (1)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) (2)模擬系統(tǒng)調(diào)試 (3)繪制硬件原理圖 硬件方面：溫度檢測、 時(shí)鐘模塊、顯示模塊等。 關(guān)鍵字：硬件;時(shí)鐘;設(shè)計(jì) 精選word范本！ . 目 錄 1 引言 1 1.1 電子定時(shí)鬧鐘研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1.2 設(shè)計(jì)本電子定時(shí)鬧鐘的目的和意義 1 1.3 本電子鬧鐘的特點(diǎn)和功能介紹 2 1.3.1 數(shù)字鐘介紹 2 1.3.2 本電子鐘設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2 1.3.3 本電子鐘的主要功能 2 2 單片機(jī)介紹 3 2.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史 3 2.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢 4 2.3 單片機(jī)的特點(diǎn) 4 2.4 單片機(jī)的應(yīng)用 5 2.5 單片機(jī)的分類 5 3 方案論證與設(shè)計(jì) 6 3.1 控制芯片 6 3.2 顯示部分 6 3.3 檢測溫度部分 6 4 總體方案設(shè)計(jì) 8 4.1 工作原理 8 4.2 系統(tǒng)模塊圖 8 5 原理分析與硬件電路圖 9 5.1 DS18B20 9 5.1.1 技術(shù)性能描述 9 5.1.2 應(yīng)用范圍 9 5.1.3 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 10 5.1.4 DS18B20工作原理 12 5.2 DS1302S時(shí)鐘芯片 12 5.2.1 DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理 14 5.2.2 引腳功能及結(jié)構(gòu) 14 5.2.3 DS1302的控制字節(jié) 16 5.2.4 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) 16 5.2.5 DS1302的寄存器 16 5.2.6 DS1302實(shí)時(shí)顯示時(shí)間的軟硬件 16 5.2.7 時(shí)鐘電路部分設(shè)計(jì) 17 5.3 1602字符液晶顯示器 18 5.3.1 液晶顯示器的特點(diǎn) 18 5.3.2 1602字符型LCD簡介 19 5.2.3 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能 19 6 系統(tǒng)調(diào)試和分析 22 6.1 時(shí)間顯示 22 6.2 精確度 22 6.3 調(diào)整時(shí)間 22 6.4 計(jì)時(shí)器 22 6.5 設(shè)置鬧鐘 23 6.6 復(fù)位 23 6.7溫度調(diào)試 23 結(jié)束語 24 參考文獻(xiàn) 25 致謝 26 附錄 27 附錄1 27 附錄2 28 1 引 言 1.1 電子定時(shí)鬧鐘研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 現(xiàn)在是一個(gè)高度發(fā)達(dá)的高科技的時(shí)代，目前單片機(jī)正朝向高性能和多品種方向發(fā)展，而且進(jìn)一步向低功耗，小體積，大容量，高性能，低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方向發(fā)展。單片機(jī)的應(yīng)用還從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和方法一個(gè)世紀(jì)以來，單片機(jī)技術(shù)如今已經(jīng)受到了迅速的推廣及運(yùn)用。滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，在智能儀器，工業(yè)控制，家用電器，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信等都得到廣泛的應(yīng)用。世界各大電氣廠家，測控技術(shù)企業(yè)，機(jī)電行業(yè)大批競相把單片機(jī)應(yīng)用于產(chǎn)品更新，作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，智能化的核心部件。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)的性能也在不斷提高，其應(yīng)用的范圍必將越來越寬廣。 LCD電子定時(shí)鬧鐘使用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒計(jì)時(shí)的裝置，有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，壽命更長，廣泛的應(yīng)用于家庭，車站，辦公室等場所，成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚谋匦杵?，它給人們帶來了很大的方便。 由于時(shí)鐘的實(shí)用性和在人們生活中的重要性，所以，以單片機(jī)為核心的數(shù)字時(shí)鐘是很有社會(huì)意義和社會(huì)價(jià)值的。鐘表原先的報(bào)時(shí)功能已經(jīng)原不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的要求，現(xiàn)代的電子時(shí)鐘多帶有類似自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等功能。 現(xiàn)在是高度發(fā)達(dá)的社會(huì)，時(shí)間觀念很重要，自古以來人們對時(shí)間的控制都是十分棘手的問題，俗話說事件就時(shí)間就是生命，LCD電子定時(shí)鬧鐘的多功能化必定將一步一步的開拓出來。與時(shí)間相關(guān)的產(chǎn)品在任何時(shí)候都是不可或缺的物質(zhì)，它的前景一如既往的遠(yuǎn)大。 1.2 設(shè)計(jì)本電子定時(shí)鬧鐘的目的和意義 本設(shè)計(jì)可以讓我對所學(xué)過的知識進(jìn)行系統(tǒng)的回顧和總結(jié)。不僅如此，我在主動(dòng)去找尋找更多的資料的同時(shí)，了解了更多的知識，也培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)能力和解決實(shí)際問題的能力，增強(qiáng)了自我的學(xué)習(xí)能力。通過本LCD電子定時(shí)鬧鐘的設(shè)計(jì)我也初步掌握了組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試等能力應(yīng)用，并且初步了解了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)研制過程，軟件和硬件設(shè)計(jì)的方法。 1.3 本電子鬧鐘的特點(diǎn)和功能介紹 1.3.1 數(shù)字鐘介紹 時(shí)鐘是將小時(shí)、分鐘、秒鐘顯示于人的肉眼的計(jì)時(shí)裝置。而單片機(jī)模塊中最常見的正是數(shù)字鐘，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。而LCD電子定時(shí)鬧鐘是以單片機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對時(shí)、分、秒的數(shù)字顯示的數(shù)字計(jì)時(shí)裝置,它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，另外應(yīng)有校時(shí)功能和一些顯示日期、鬧鐘等附加功能。一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”，“星期”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。 由于時(shí)鐘的實(shí)用性和在人們生活中的重要性，所以嘗試設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的數(shù)字時(shí)鐘是很有意義的。鐘表原先的報(bào)時(shí)功能已經(jīng)原不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的要求，現(xiàn)代的電子時(shí)鐘多帶有類似自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等功能，本設(shè)計(jì)中LCD電子時(shí)鐘采用LCD顯示時(shí)間和日期年月，直觀實(shí)用，而且可以方便的校調(diào)，附帶的萬年歷和定時(shí)功能也是很方便和實(shí)用的。 1.3.2 本電子鐘設(shè)計(jì)特點(diǎn) 本LCD電子定時(shí)鬧鐘是一種基于單片機(jī)技術(shù)的多功能、多用途的電子產(chǎn)品，有電子時(shí)鐘、日期顯示、定時(shí)鬧鈴等多種功能。本設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能卓越，功能豐富，采用LCD顯示更加直觀，是一個(gè)比較實(shí)用的電子產(chǎn)品。 1.3.3 本電子鐘的主要功能 （1）可以顯示24小時(shí)制“時(shí)時(shí)-分分-秒秒”，LCD顯示。 （2）可以顯示日期，具有萬年歷功能。 （3）可以方便的設(shè)定定時(shí)時(shí)間、修改定時(shí)時(shí)間，鬧鈴功能，預(yù)設(shè)定時(shí)時(shí)間到將發(fā)出鬧鈴聲。 （4）能夠修改時(shí)鐘時(shí)間的時(shí)、分、秒，能夠修改日期的年月日。 2 單片機(jī)介紹 2.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了探索---完善---MCU化---百花齊放四個(gè)階段。 （1）芯片化探索階段：20世紀(jì)70午代，美國的Fairchild(仙童)公司首先推出了第一款單片機(jī)F－8，隨后Intel公司推出了影響面大、應(yīng)用更廣的MCS48單片機(jī)系列。MCS48單片機(jī)系列的推出標(biāo)志著在工業(yè)控制領(lǐng)域，進(jìn)入到智能化嵌入式應(yīng)用的芯片形態(tài)計(jì)算機(jī)的探索階段。參與這一探索階段的還有Motorola、Zilog和Ti等大公司，它們都取得了滿意的探索效果，確立了在SCMC的嵌入式應(yīng)用中的地位。這就是Single Chip Microcomputer的誕生年代，單片機(jī)一詞即由此而來。 這一時(shí)期的特點(diǎn)是: ●嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的芯片集成設(shè)計(jì)； ●少資源、無軟件，只保證基本控制功能。 （2）結(jié)構(gòu)體系的完善階段：在MCS-48探索成功的基礎(chǔ)上很快推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS-5l。MCS-51系列單片機(jī)的推出，標(biāo)志著Single Chip Microcomputer體系結(jié)構(gòu)的完善。它在以下幾個(gè)方面奠定了典型的通用總線型單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。 ①完善的總線結(jié)構(gòu)： ●并行總線：8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線及相應(yīng)的控制總線，兩個(gè)獨(dú)立的地址空間； ●串行總線：通信總線，擴(kuò)展總線。 ②完善的指令系統(tǒng)： ●具有很強(qiáng)的位處理功能和邏輯控制功能，以滿足工業(yè)控制等方面的需要； ●功能單元的SFR(特殊功能寄存器)集中管理。 ③完善的MCS-51成為SCMC的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)： 日后，許多電氣商在MCS-51的內(nèi)核和體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出各具特色的單片機(jī)。 （3）從SCMC向MCU化過渡階段：Intel公司推出的MCS96單片機(jī)，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、程序運(yùn)行監(jiān)視器(WDT)、脈寬調(diào)制器(PWM)、高速I/O口納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。由于MCS-51單片機(jī)系列向各大電氣商的廣泛擴(kuò)散，許多電氣商競相使用80C51為核，將許多在測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、可靠性技術(shù)應(yīng)用到單片機(jī)中；隨著單片機(jī)內(nèi)外圍功能電路的增強(qiáng)，進(jìn)一步強(qiáng)化了智能控制器的特征。微控制器(Microcontrollers)成為單片機(jī)較為準(zhǔn)確表達(dá)的名詞。其特點(diǎn)是： ①滿足嵌入式應(yīng)用要求的外圍擴(kuò)展，如WDT、PWM、ADC、DAC、高速I/0口等。 ②眾多計(jì)算機(jī)外圍功能集成，如： ●提供串行擴(kuò)展總線：SPI、I2C、BUS、Microwire； ●配置現(xiàn)場總線接口：CAN BUS。 ③CMOS化，提供功耗管理功能。 ④提供OTP供應(yīng)狀態(tài)，利于大規(guī)模和批量生產(chǎn)。 （4）MCU的百花齊放階段 單片機(jī)發(fā)展到這一階段，表明單片機(jī)已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具-----小到玩具、家電行業(yè)，大到車載、艦船電子系統(tǒng)，遍及計(jì)量測試、工業(yè)過程控制、機(jī)械電子、金融電子、商用電子、辦公自動(dòng)化、工業(yè)機(jī)器人、軍事和航空航天等領(lǐng)域。為滿足不同的要求，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力和多機(jī)通信能力的8位、16位、32位通用型單片機(jī)，小型廉價(jià)型、外圍系統(tǒng)集成的專用型單片機(jī)，以及形形色色各具特色的現(xiàn)代單片機(jī)?？梢哉f，單片機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了百花齊放的時(shí)代，為用戶的選擇提供了廣闊的空間。 2.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢 當(dāng)前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展。預(yù)計(jì)，單片機(jī)將進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方向發(fā)展。 2.3 單片機(jī)的特點(diǎn) （1）性能價(jià)格比高。 （2）集成度高、體積小、可靠性高。由于單片機(jī)將各功能部件集成在一塊芯片上，且內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，從而大大提高單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，因其體積小，對于強(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。 （3）控制功能強(qiáng)。為滿足工業(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接口的邏輯操作極為處理功能。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型計(jì)算機(jī)。 （4）低能耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 （5）外部總線增加了I2C及SPI等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。 （6） 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較經(jīng)典、規(guī)范，易于構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 2.4 單片機(jī)的應(yīng)用 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。 2.5 單片機(jī)的分類 單片機(jī)按照其用途可分為通用型和專用型兩大類： （1）通用型單片機(jī)具有比較豐富的內(nèi)部資源，性能全面且適應(yīng)性強(qiáng)，能覆蓋多種應(yīng)用需求。 （2）專用單片機(jī)是專門針對某個(gè)特定產(chǎn)品的，例如，專用于電機(jī)控制的單片機(jī)、車載電子設(shè)備、語音信號處理和家用電器中的單片機(jī)等。 3 方案論證與設(shè)計(jì) 3.1 控制芯片 方案一：采用Atmel單片機(jī)AT89S51作為總的控制元件。 方案二：采用宏晶單片機(jī)STC10F08XE作為總的控制元件。 比較論證：方案一Atmel單片機(jī)AT89S51功能較少，P0口輸出指令時(shí)要求接上拉電阻，使電路復(fù)雜化,精確度不高。而方案二簡化了電路，增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性，宏晶單片機(jī)STC10F08XE運(yùn)行速度快，超強(qiáng)抗干擾，在設(shè)計(jì)方面提供了極大的方便， IO口狀態(tài)可以設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出，推挽輸出，弱輸入，高阻四種狀態(tài)，P0口無須接上拉電阻，因此可以可采用獨(dú)立式鍵盤，Atmel芯片要用專用的ISP線，而STC的可以用串口進(jìn)行ISP下載程序，提供了便利的編程環(huán)境。 方案選定：采用方案二宏晶單片機(jī)STC10F08XE作為總控制中心。 3.2 顯示部分 方案一：采用多位數(shù)碼管顯示。 方案二：采用LCD 1602字符液晶顯示器顯示。 比較論證：數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一,不生動(dòng)具體，且要求數(shù)量多。而1602字符液晶顯示器給我們提供了更大的發(fā)揮空間,看起來舒服自然,而且能增加顯示的美觀性與直觀性。最重要的是提供了友好的人機(jī)界面。 方案選定：采用方案二1602字符液晶顯示器顯示。 3.3 檢測溫度部分 方案一：采用PT100對溫度信號進(jìn)行采集。 優(yōu)點(diǎn)：(1)測量精度高。 (2)測量范圍大。 缺點(diǎn)：輸出值是模擬。 方案二：采用DS18B20對溫度信號進(jìn)行采集。 優(yōu)點(diǎn)：(1)可防水。 (2)自帶A/D轉(zhuǎn)換。 缺點(diǎn)：輸出精度不夠高。 方案選定：最終選擇的是DS18B20，首先作為太陽能熱水器的溫度檢測模塊，對溫度的精度要求并不高，使用DS18B20能夠滿足需要。其次，帶防水的DS18B20能很好的完成水箱內(nèi)進(jìn)行溫度檢測的任務(wù)。最后，DS18B20的輸出值直接就是數(shù)字量，可以為后續(xù)的編程節(jié)省不少工作量。 4 總體方案設(shè)計(jì) 4.1 工作原理 本定時(shí)鬧鐘，是以單片機(jī)及外圍接口電路為核心硬件，輔以其他外圍硬件電路，用C語言設(shè)計(jì)的程序來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)C51單片機(jī)的外圍接口特點(diǎn)擴(kuò)展相應(yīng)的硬件電路，然后根據(jù)單片機(jī)的指令設(shè)計(jì)出數(shù)字鐘相應(yīng)的軟件，再利用軟件執(zhí)行一定的程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的功能。由于采用集成芯片性的單片機(jī)來制作電子鐘，這樣設(shè)計(jì)制作簡單而且功能多、精確度高，也可方便擴(kuò)充其他功能，實(shí)現(xiàn)也十分簡單。 利用宏晶單片機(jī)STC10F08XE作為本系統(tǒng)的中控模塊。單片機(jī)可把由DS1302時(shí)鐘芯片傳來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，寫入顯示模塊，實(shí)現(xiàn)日歷、時(shí)鐘顯示。在顯示電路中，主要靠按鍵來實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)，計(jì)時(shí)器，鬧鐘等功能。 4.2 系統(tǒng)模塊圖 系統(tǒng)模塊圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)模塊 5 原理分析與硬件電路圖 5.1 DS18B20 DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 5.1.1 技術(shù)性能描述 (1) 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 (2) 測溫范圍 －55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃。 (3) 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 (4) 工作電源: 3~5V/DC。 (5) 在使用中不需要任何外圍元件。 (6) 測量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送。 (7) 不銹鋼保護(hù)管直徑Φ6。 (8) 適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫。 (9) 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選。 (10) PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。 5.1.2 應(yīng)用范圍 (1) 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲(chǔ)罐，電訊機(jī)房，電力機(jī)房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 。 (2) 軸瓦，缸體，紡機(jī)，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 (3) 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 (4) 供熱/制冷管道熱量計(jì)量，中央空調(diào)分戶熱能計(jì)量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制。 5.1.3 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20的外形及管腳排列如下圖所示。 圖2 DS18B20外形及管腳圖 DS18B20溫度傳感器特性： (1) 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在3.0～5.5，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。 (2) 獨(dú)特的單線接口方式，它與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。 (3) 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。 (4) 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路中。 (5) 測溫范圍—55℃～+125℃，在—10℃～+85℃時(shí)精確度為0.5℃。 (6) 可編程分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 (7) 在9位分辨率時(shí)，最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)，最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，顯然速度更快。 (8) 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 (9) 負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20引腳介紹,DS18B20實(shí)物如圖3和圖4所示。 圖3 DS18B20實(shí)物圖 圖4 DS18B20引腳圖 DS18B20引腳定義： (1)I/O為數(shù)字信號輸入/輸出端； (2)GND為電源地； (3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 主要由四部分組成：64位光刻ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器，如圖5所示。 圖5 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 該裝置信號線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器 儲(chǔ)存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來重新充電。 DS18B20的電源也可以從外部3V-5 .5V的電壓得到。 DS18B20采用一線通信接口。因?yàn)橐痪€通信接口，必須在先完成ROM設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： (1) ROM； (2) ROM匹配； (3) 搜索ROM； (4) 跳過ROM； (5) 報(bào)警檢查。這些指令操作作用在沒有一個(gè)器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個(gè)器件選定某一個(gè)器件，同時(shí)，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。 若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS18B20的存儲(chǔ)器。一個(gè)控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲(chǔ)器。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報(bào)警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個(gè)記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫都是從最低位開始。 5.1.4 DS18B20工作原理 DS18B20的讀寫時(shí)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(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。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(jì)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(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)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(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。圖4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(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 5.2 DS1302S時(shí)鐘芯片 DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片,內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM,通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路.提供秒分時(shí)日日期.月年的信息,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時(shí)格式.DS1302 與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信,僅需用到三個(gè)口線:1 RES 復(fù)位,2 I/O 數(shù)據(jù)線,3 SCLK串行時(shí)鐘.時(shí)鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信.DS1302 工作時(shí)功耗很低,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW.DS1302 是由DS1202 改進(jìn)而來,增加了以下的特性.雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)Vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器.它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域. 獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信，多點(diǎn)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3.0 V至5.5 V,無需備用電源,測量溫度范圍為-55 ℃至+125 ℃,華氏相當(dāng)于是-67 F到257華氏度-10 ℃至+85℃范圍內(nèi)精度為0.5 ℃。 溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位,溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置,應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng)。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器,儲(chǔ)存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來重新充電。DS18B20的電源也可以從外部3V-5.5V的電壓得到。 DS18B20采用一線通信接口。因?yàn)橐痪€通信接口，必須在先完成ROM設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1）讀ROM；2）ROM匹配；3）搜索ROM；4）跳過ROM；5）報(bào)警檢查。這些指令操作作用在沒有一個(gè)器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個(gè)器件選定某一個(gè)器件，同時(shí)，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。 若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS18B20的存儲(chǔ)器。一個(gè)控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲(chǔ)器。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報(bào)警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個(gè)記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有的數(shù)據(jù)都讀，寫都是從最低位開始。 DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （1）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 （2） DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。 DS18B20的存儲(chǔ)器包括高速暫存器RAM和可電擦除RAM，可電擦除RAM又包括溫度觸發(fā)器TH和TL，以及一個(gè)配置寄存器。存儲(chǔ)器能完整的確定一線端口的通訊，數(shù)字開始用寫寄存器的命令寫進(jìn)寄存器，接著也可以用讀寄存器的命令來確認(rèn)這些數(shù)字。當(dāng)確認(rèn)以后就可以用復(fù)制寄存器的命令來將這些數(shù)字轉(zhuǎn)移到可電擦除RAM中。當(dāng)修改過寄存器中的數(shù)時(shí)，這個(gè)過程能確保數(shù)字的完整性。 高速暫存器RAM是由8個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器組成；第一和第二個(gè)字節(jié)是溫度的顯示位。第三和第四個(gè)字節(jié)是復(fù)制TH和TL，同時(shí)第三和第四個(gè)字節(jié)的數(shù)字可以更新；第五個(gè)字節(jié)是復(fù)制配置寄存器，同時(shí)第五個(gè)字節(jié)的數(shù)字可以更新；六、七、八三個(gè)字節(jié)是計(jì)算機(jī)自身使用。用讀寄存器的命令能讀出第九個(gè)字節(jié)，這個(gè)字節(jié)是對前面的八個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)。 5.2.1 DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理 DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)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(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 5.2.2 引腳功能及結(jié)構(gòu) DS1302 的引腳功能排列及描述如下圖6所示。 圖6 DS1302引腳圖 管腳描述： X1 X2 32.768KHz 晶振管腳。 GND 地。 RST 復(fù)位腳。 I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。 SCLK 串行時(shí)鐘。 Vcc1,Vcc2 電源供電管腳。 DS1302 串行時(shí)鐘芯片8 腳DIP。 DS1302S 串行時(shí)鐘芯片8 腳SOIC 200mil。 DS1302Z 串行時(shí)鐘芯片8 腳SOIC 150mil。 DS1302 內(nèi)部寄存器： CH: 時(shí)鐘停止位 存器2 的第7 位12/24 小時(shí)標(biāo)志。 CH=0 振蕩器工作允許 bit7=1,12 小時(shí)模式。 CH=1 振蕩器停止 bit7=0,24 小時(shí)模式。 WP: 寫保護(hù)位 寄存器2 的第5 位:AM/PM 定義。 WP=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?AP=1 下午模式。 WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 AP=0 上午模式。 TCS: 涓流充電選擇 DS: 二極管選擇位。 TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個(gè)二極管。 TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個(gè)二極管。 DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充電功能也被禁止。 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(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，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(dòng)置高電平來啟動(dòng)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(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，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)，后面有詳細(xì)說明。SCLK始終是輸入端。 5.2.3 DS1302的控制字節(jié) 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(shí)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(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 5.2.4 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) 在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，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(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 5.2.5 DS1302的寄存器 DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見。 此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)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(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，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(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。 5.2.6 DS1302實(shí)時(shí)顯示時(shí)間的軟硬件 DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。 實(shí)際上，在調(diào)試程序時(shí)可以不加電容器，只加一個(gè)32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時(shí)，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(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度。只要占用CPU一個(gè)口線即可。 LCD還可以換成LED，還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的10位多功能8段液晶顯示模塊LCM101，內(nèi)含看門狗(WDT)/時(shí)鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，并有內(nèi)置顯示RAM，可顯示任意字段筆劃，具有3－4線串行接口，可與任何單片機(jī)、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時(shí)電流為2μA (典型值)，省電模式時(shí)小于1μA，工作電壓為2.4V～3.3V，顯示清晰。 DS1302 存在時(shí)鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)時(shí)鐘混亂等缺點(diǎn)。DS1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄。這種記錄對長時(shí)間的連續(xù)測控系統(tǒng)結(jié)果的分析及對異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因的查找具有重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒有具體的時(shí)間記錄，因此，只能記錄數(shù)據(jù)而無法準(zhǔn)確記錄其出現(xiàn)的時(shí)間；若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且，某些測控系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時(shí)鐘芯片DS1302，則能很好地解決這個(gè)問題。 時(shí)鐘工作原理如圖7所示。 圖7 時(shí)鐘工作原理圖 5.2.7 時(shí)鐘電路部分設(shè)計(jì) AT89C51系列的單片機(jī)的時(shí)鐘方式分為內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式就是在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2的兩引腳外接晶振，就夠成了自激振蕩器在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號。外部時(shí)鐘方式是把外部已經(jīng)有的時(shí)鐘信號引入到單片機(jī)內(nèi)部。時(shí)鐘電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了單片機(jī)系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間。 本LCD電子鬧鐘設(shè)計(jì)是采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，用一個(gè)12MHz晶振和兩個(gè)30Pf瓷片電容組成，為單片機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，其中兩個(gè)瓷片電容起微調(diào)作用.其電路圖見圖8。之所以采用高性能的振蕩電路，因?yàn)椋? （1）單片機(jī)電子鐘的計(jì)時(shí)脈沖基準(zhǔn)是由外部晶振的頻率經(jīng)過12分頻后提供，采用內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。所以，外接晶振頻率精確度直接影響電子鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。 （2）單片機(jī)電 子鐘利用內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出產(chǎn)生中斷（12M晶振一般為50ms）再乘以相應(yīng)的倍率來實(shí)現(xiàn)秒、分、時(shí)的轉(zhuǎn)換。大家都知道從定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生中斷請求到響 應(yīng)中斷需要3-8個(gè)機(jī)器周期，定時(shí)中斷子程序中的數(shù)據(jù)入棧和重裝定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初值還需要占用數(shù)個(gè)機(jī)器周期，還有從中斷入口轉(zhuǎn)到中斷子程序也要占用一定的機(jī)器周期。 圖8 時(shí)鐘電路 5.3 1602字符液晶顯示器 5.3.1 液晶顯示器的特點(diǎn) 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 （2）數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 （3）功耗低，相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 5.3.2 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(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖9和圖10所示。 圖9 字符液晶屏幕 圖10字符型液晶顯示器實(shí)物圖 5.2.3 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能 1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖11所示。 圖11 1602LCD尺寸圖 1602LCD主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:162個(gè)字符 芯片工作電壓:4.5—5.5V 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)mm 引腳功能說明:1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表1所示。 表1 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V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(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)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(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負(fù)極。 6 系統(tǒng)調(diào)試和分析 6.1 時(shí)間顯示 第一行分別為年、月、日、星期（星期一Mon、星期二Tue、星期三Wed、星期四Thu、星期五Fri、星期六Sat、星期天Sun）；第二行為時(shí)、分、秒、溫度，如圖12所示。 圖12 時(shí)間顯示 6.2 精確度 利用秒表的精確記時(shí)與實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間相比較，結(jié)果相差無幾，計(jì)時(shí)精確度調(diào)試測量如表2所示。 表2 計(jì)時(shí)精確度調(diào)試測量 測試次數(shù) 1 2 3 4 5 秒表/s 300．09 623．12 901．32 1280．46 1570．03 實(shí)時(shí)時(shí)鐘/s 300 623 901 1280 1570 6.3 調(diào)整時(shí)間 按下“調(diào)時(shí)鍵”，進(jìn)入調(diào)時(shí)狀態(tài)，光標(biāo)閃爍，此時(shí)按“設(shè)時(shí)加鍵”或“設(shè)時(shí)減鍵”進(jìn)行時(shí)加或時(shí)減，再按“調(diào)時(shí)鍵”依次循環(huán)，直至調(diào)時(shí)結(jié)束。如圖13所示。 圖13 時(shí)間調(diào)整光標(biāo)閃爍顯示 6.4 計(jì)時(shí)器 按下“計(jì)時(shí)鍵”打開計(jì)時(shí)器，此時(shí)按“計(jì)時(shí)開始、暫停鍵”進(jìn)行開始或暫停計(jì)時(shí)器，再次按下“計(jì)時(shí)鍵”，退出計(jì)時(shí)器，如圖14所示。 圖14 秒表計(jì)時(shí) 6.5 設(shè)置鬧鐘 按下“設(shè)置鬧鐘鍵”，進(jìn)入設(shè)鬧鐘狀態(tài)，光標(biāo)閃爍，此時(shí)按“設(shè)時(shí)加鍵”或“設(shè)時(shí)減鍵”進(jìn)行時(shí)加或時(shí)減，再按“設(shè)置鬧鐘鍵”依次循環(huán)，直至設(shè)置鬧鐘結(jié)束，如圖15所示。 圖15 設(shè)置鬧鐘光標(biāo)閃爍顯示 6.6 復(fù)位 在DS1302副電源掉電，或多次亂按鍵盤造成系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，按下“復(fù)位鍵”，將“2012/04/30 Mon 00:00:01”寫入DS1302，然后由液晶顯示，再進(jìn)行調(diào)整正確時(shí)間。 6.7溫度調(diào)試 連接好DS18B20電路，根據(jù)參考時(shí)序圖，編寫程序，修改延時(shí)程序和顯示參數(shù)至符合時(shí)序要求，將讀到溫度顯示在數(shù)碼管上，記錄數(shù)據(jù)，如表3所示。 表3 溫度測量 測量溫度 普通溫度計(jì)測量 28.5℃ 30.3℃ 27.8℃ 25.8℃ 24.8℃ 26.6℃ DS18B20測量 28.0℃ 30.1℃ 27.5℃ 25.0℃ 24.2℃ 26.4℃ 結(jié)束語 經(jīng)過近3個(gè)月的努力，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了。在這設(shè)計(jì)的日子里，我們分工合作，一起討論、研究。正因?yàn)橛辛藞F(tuán)隊(duì)精神，使得我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行的比較順利。雖然在設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)了很多問題，但是我們經(jīng)過思考和討論，最終都把問題解決了。 這次設(shè)計(jì)，我們結(jié)合課堂所學(xué)知識，同時(shí)也在網(wǎng)上充電，自學(xué)所需的知識。在和搭檔討論中，有些本來模糊的東西變清晰了，一些電路的工作原理更加明白。在不斷的嘗試后，功能做出來了。每一次改進(jìn)和成功都使我們很受鼓舞并且有所收獲。 最終我們的設(shè)計(jì)做出來了，功能也達(dá)到當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年學(xué)習(xí)成果的一次大檢閱，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們平時(shí)課堂上的知識得到了進(jìn)一步的鞏固，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)基本可以將平時(shí)所學(xué)的一些知識應(yīng)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)中。 在這次設(shè)計(jì)中，我不僅收獲了專業(yè)知識，還在 與同學(xué)的溝通交流方面有了很大的提高，為未來踏上社會(huì)、步入工作崗位打下了良好基礎(chǔ)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成標(biāo)志著大學(xué)生活的結(jié)束，今后迎接我們的是更多的挑戰(zhàn)，但是通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的磨練，我相信我能夠更好的面對這些，把握機(jī)遇。在大學(xué)里我們得到了最好的鍛煉，我們要將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)換成力量，為了自己的夢想而努力。 參考文獻(xiàn) [1] 童百石,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006:93-99. 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