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毕业设计说明书(论文)作 者: 学 号:系:专 业:题 目: 电子万年历设计 指导者: (姓 名) (专业技术职务)评阅者: (姓 名) (专业技术职务) 年 月毕业设计(论文)评语学生姓名: 班级、学号: 题 目: 电子万年历设计 综合成绩: 指导者评语: 指导者(签字): 年 月 日毕业设计(论文)评语评阅者评语: 评阅者(签字): 年 月 日答辩委员会(小组)评语: 答辩委员会(小组)负责人(签字): 年 月 日毕业设计说明书(论文)中文摘要随着当今世界经济的快速发展和信息化时代的来临,各种各样的小型智能家电产品陆续出现在我们的生活中。我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。单片机是集CPU ,RAM ,ROM ,定时,计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小,成本低,功能强,广泛应用于智能产业和工业自动化上。这次毕业设计通过对它的学习,应用,从而达到学习、设计、开发软、硬件的能力。本文通过对一个基于单片机的能实现万年历功能电子时钟的设计,从而达到学习、了解单片机相关指令在生活方面的应用。系统由主控制器AT89C52、时钟电路DS1302、显示电路、按键电路、和复位电路等部分构成,能实现时钟日历显示的功能,能进行时、分、秒和温度的显示。关键词 电子万年历 52系列单片机 时钟电路 毕业设计说明书(论文)外文摘要Title The Design of Electronic Calendar AbstractWith the rapid development of world economy and the forthcoming of information era, many kinds of mini-type intelligent domestic electric appliances appear in our life one after another. our lives extensive use of the smart card, electronic pets, which is inseparable from the microcontroller. Monolithic single-chip is the set of CPU, RAM, ROM, the timing, number and variety of interface integrated microcontrollers. Its small size, low cost, high performance, which are widely used in smart industries, and industrial automation. The graduation design Through the study, and thereby achieve the study, design, development hardware and software capabilities. Based on a microcontroller based on the will to achieve calendar of a multi-functional electronic clock design,Thereby achieve studying and understanding the relevant directives SCM in all aspects of the application. By main control AT89C52、clock circuit DS1302、 display circuit、keystroke circuit and restore circuit componented, to achieve clock calendar display function can be carried out, hours seconds of the show and real-time temperature display. Keyvords Electronic calendar 52 series single chip microcomputer Clock circuit 本科毕业设计说明书(论文) 第 页 共 页 目 次1 绪论11.1 设计要求11.2 系统基本方案选择和论证11.3 完成的任务31.4 本章小结32 系统的硬件设计与实现42.1 电路设计框图42.2 系统硬件概述42.3 本章小结233 系统的软件设计243.1 程序流程框图243.2 本章小结264 指标测试274.1 测试仪器274.2 硬件测试274.3 软件测试274.4 测试结果分析与结论284.5 本章小结28结论29致谢30参考文献31附录一32附录二33 本科毕业设计说明书(论文) 第 1 页 共 46 页 1 绪论随着微电子技术的高速发展,单片机在国民经济的个人领域得到了广泛的运用。单片机以体积小、功能全、性价比高等诸多优点,在工业控制、家用电器、通信设备、信息处理、尖端武器等各种测控领域的应用中独占鳌头,单片机开发技术已成为电子信息、电气、通信、自动化、机电一体化等专业技术人员必须掌握的技术。而电子万年历作为电子类小设计不仅是市场上的宠儿,也是是单片机实验中一个很常用的题目。因为它的有很好的开放性和可发 挥性,因此对作者的要求比较高,不仅考察了对单片机的掌握能力更加强调了对单片机扩展的应用。而且在操作的设计上要力求 简洁,功能上尽量齐全,显示界面也要出色。数字显示的日历钟已经越来越流行,特别是适合在家庭居室、办公室、大厅、会议 室、车站和广场等使用,壁挂式LED数码管显示的日历钟逐渐受到人们的欢迎。LED数字显示的日历钟显示清晰直观、走时准确、可以进行夜视,并且还可以扩展出多种功能。所以,电子万年历无论作为比赛题目还是练习题目都是很有价值1。1.1 设计要求1.1.1 基本功能设计一个电子万年历,主要功能是可以显示年月日时分秒及周信息,具有可调整日期和时间功能。采用LED或LCD显示年、月、日、时、分、秒、星期。1.1.2 发挥部分1) 具有温度显示功能,采用DS18B20温度传感器,实现温度的实时显示;2) 通过按键功能能够任意设定时间;3) 能够完成掉电保护功能。1.2 系统基本方案选择和论证1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证:方案一:采用89C51芯片作为硬件核心,采用Flash ROM,内部具有4KB ROM存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定损坏。 本科毕业设计说明书(论文) 第 2 页 共 46 页 方案二:采用AT89S52,片内ROM全都采用Flash ROM;能以3V的超底压工作;同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KBROM存储空间,同样具有 89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,所以不会对芯片造成损坏。所以选择采用AT89S52作为主控制系统2。1.2.2 显示模块选择方案和论证:方案一: 采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字最合适,而且采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线少。方案二: 采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,但是价格昂贵,需要的接口线多,本设计所需显示较多且需要文字。所以在此设计中采用LCD液晶显示屏4。1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证:方案一: 直接采用单片机定时计数器提供秒信号,使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用,节约成本,但是,实现的时间误差较大,已不采用。方案二: 用DS1302时钟芯片实现时钟,DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片,可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数,而且精度高,低位的RAM做为数据暂存区,工作电压2.5V5.5V范围内,2.5V时耗电小于300nA方案3。1.2.4 温度传感器的选择方案与论证:方案一: 使用热敏电阻作为传感器,用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测量误差。方案二: 本科毕业设计说明书(论文) 第 3 页 共 46 页 采用数字式温度传感器DS18B20,此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输,易于与单片机连接,可以去除A/D模块,降低硬件成本,简化系统电路。另外,数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定:采用AT89S52 作为主控制系统;DS1302 提供时钟;数字式温度传感器;LCD液晶显示屏作为显示5。1.3 设计的主要内容本次设计主要完成的内容概括成硬件设计模块和程序设计模块两个部分,具体模块的内容如下所述。1) 单片机主控模块单片机是整个系统的核心,用来控制整个系统的稳定工作,其功能主要是读取时间温度信号。2) 温度采集模块采用DS18b20完成温度的测量,温度的精确值为1。3) LCD显示模块通过LCD液晶实现温度和时间的显示。4) 按键模块根据需要设置按键数量,完成功能按键的设计,可以实现温度和时间的切换和显示以及时间的调节。5) 程序设计模块本设计的程序包括主程序和各功能子程序,主程序主要提供初始化程序和各子程序入口判断,各功能子程序则完成温度测量、时间显示和按键测试等功能。1.4 本章小结 本章主要介绍电子万年历目前的应用,以及概括阐述了本设计的设计目的,所完成的具体模块以及系统基本方案的选择,从硬件设计上,详细的说明了控制系统各部分功能和对应的模块内容。 本科毕业设计说明书(论文) 第 4 页 共 46 页 2 系统的硬件设计与实现2.1 电路设计框图系统硬件电路的设计按照系统设计功能的要求,初步确定设计系统由主控模块、 时钟模块、存储模块、键盘接口模块、显示模块共5个模块组成,电路系统构成框图如图2.1所示。图2.1 系统硬件框图2.2 系统硬件概述本电路是由AT89S52单片机为控制核心,具有在线编程功能,低功耗,能在3V超低压工作;时钟电路由DS1302提供,它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个临时性存放数据的RAM寄存器,可产生年、月、日、周日、时、分、秒,具有掉电自动保存功能;温度的采集由DS18B20构成;显示部份为LCD液晶显示屏,能够实现字符与数字同时显示的功能。2.2.1 单片机的主控制模块设计主要单元电路的设计AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的 I/O口(P0、P1、P2、P3),一条I/O线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系统如下图所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。晶振分为有源晶振和无源晶振两种,它的作用是向IC等部件提供基准频率。上电复位原理:VCC上电时,C充电,在1K电阻上出现电压,使得单片机复 本科毕业设计说明书(论文) 第 5 页 共 46 页 位;几个毫秒后,C充满,1K电阻上电流降为0,电压也为0,使得单片机进入工作状态。手动复位原理:工作期间,按下S,C放电。S松手,C又充电,在10K电阻上出现电压,使得单片机复位6。几个毫秒后,单片机进入工作状态,如图2.2所示。图2.2 单片机晶振电路、复位电路使用52系列AT89S52单片机,时钟芯片使用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟芯片DS1302,存储模块采用美国ATMEL公司生产的低功耗CMOS串行EEPROM存储芯片AT24C02。DS1302作为主要计时芯片,可以做到计时准确。更重要的是,DS1302可以在很小电流的后备(2.55.5V 电源,在2.5V时耗电小于300nA)下继续计时,并可编程选择多种充电电流来对后备电源进行慢速充电,可以保证后备电源基本不耗电7。AT89C52主要功能性能1、兼容MCS51指令系统 2、8k可反复擦写(大于1000次)Flash ROM; 3、32个双向I/O口; 4、256x8bit内部RAM; 5、3个16位可编程定时/计数器中断; 6、时钟频率0-24MHz; 7、2个串行中断,可编程UART串行通道; 8、2个外部中断源,共8个中断源; 9、2个读写中断口线,3级加密位10、低功耗空闲和掉电模式,软件置睡眠和唤醒功能; 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式,以适应不同产品的需求。 本科毕业设计说明书(论文) 第 6 页 共 46 页 图2.3 单片机引脚图AT89C52引脚图 AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线,AT89C52可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。引脚图如图2.3所示。主要功能特性: 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次)Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 本科毕业设计说明书(论文) 第 7 页 共 46 页 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能1)主要电源引脚VCC电源端GND接地端2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1接外部晶体的一个引脚,在单片机内部,它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时,该引脚接收振荡器的信号,既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部,它是上述振荡器的反相放 大器的输出端。采用外部振荡器时,此引脚应悬浮不连接。控制或与其它电源复用引脚 RST、ALE/PROG、/PSEN 和/EA/VPPRST复位输入端。当振荡器运行时在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG当访问外部存储器时,ALE(地址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率(此频率为振荡器频率的 1/6)周期性地出现正脉冲信号。因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。 然而要注意的是:每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(/PROG)3) /PSEN程序存储允许(/PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号。当 AT89S52/LV52由外部程序存储器取指令(或常数)时,每个机器周期两次/PSEN 有效(既输出2个脉冲)但在此期间内,每当访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN 信号将不出现。4) /EA/VPP外部访问允许端。CPU只访问外部程序存储器(地址为 0000H FFFFH),则/EA端必须保持低电平(接到GND 端)。当/EA 端保持高电平(接VSS端)时,CPU则执行内部程序存储器中的程序。输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P1.0P1.7、P2.0 P2.7 和 P3.0P3.7 本科毕业设计说明书(论文) 第 8 页 共 46 页 1) P0端口(P0.0 P0.7)P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时,每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入,对端口写1时,又可作高阻抗输入端用。2) P1 端口(P1.0 P1.7)P1 是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。 P1的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写1时,通过 内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。作输入口时,因为有内部的 上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。3) P2 端口(P2.0P2.7)P2 是一个带有内部上拉电阻的8位双向 I/O 端口。 P2的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL 输入。对端口写1时,通过 内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。P2作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。4) P3端口(P3.0P3.7)P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可 接收输出4个TTL门电流。当 P3 口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流,这是由于上拉的缘故8。P3 口也可作为AT89S52的一些特殊功能,这些特殊功能见表2.1所示。表2.1 端口的特殊功能端口引脚简用功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2/INT0(外部中断0)P3.3/INT1(外部中断1)P3.4T0(定时器0的外部输入)P3.5T1(定时器1的外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通)单片机主控制系统如图2.4所示 本科毕业设计说明书(论文) 第 9 页 共 46 页 图2.4 主控制系统2.2.2 时钟电路模块的设计低功耗时钟芯片DS1302可以对年、月、日、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能。DS1302用于数据记录,特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上,能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义。采用DS1302作为记录测控系统中的数据记录,其软硬件设计简单,时间记录准 确,既避免了连续记录的大工作量,又避免了定时记录的盲目性,给连续长时间的测 量、控制系统的正常运行及检查都来了很大的方便,可广泛应用于长时间连续的测控 系统中。在测量控制系统中,特别是长时间无人职守的测控系统中,经常需要记录某 些具有特殊意义的数据及其出现的时间。记录及分析这些特殊意义的数据,对测控系统的性能分析及正常运行具有重要的意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采 样,没有具体的时间记录,因此只能记录数据而无法准确记录其出现的时间;若采用 单片机计时,一方面需要采用计数器,占用硬件资源,另一方面需要设置中断、查询 等,同样耗费单片机的资源, 而且某些测控系统可能不允许。而在系统中采用DS1302 则能很好地解决这个问题9。DS1302的性能特性实时时钟,可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数;用于高速数据暂存的318位RAM;最少引脚的串行I/O; 本科毕业设计说明书(论文) 第 10 页 共 46 页 2.55.5V电压工作范围;2.5V 时耗电小于300nA;用于时钟或 RAM 数据读/写的单字节或多字节(脉冲方式)数据传送方式;简单的3线接口;可选的慢速充电(至VCC1)的能力。DS1302时钟芯片包括实时时钟/日历和31字节的静态RAM。它经过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。 对于小于31天的月和月末的日期自动进行调整,还包括闰年校正的功能。时钟的运行可以采用24h或带AM(上午)/PM(下午)的12h格式。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 有主电源/后备电源双电源引脚:VCC1 在单电源与电池供电的系统中提供低电源,并提供低功率的电池备份;VCC2在双电源系统中提供主电源,在这种运用方式中,VCC1连接到备份电源,以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由 VCC1或VCC2中较大者供电。当VCC2大于VCC1+0.2V时,VCC2给DS1302供电;当VCC2小于VCC1时,DS1302由VCC1供电。DS1302 数据操作原理DS1302在任何数据传送时必须先初始化,把RST脚置为高电平,然后把8位地 址和命令字装入移位寄存器,数据在SCLK的上升沿被输入。无论是读周期还是写周期,开始8位指定40个寄存器中哪个被访问到。在开始8个时钟周期,把命令字节装入移位寄存器之后,另外的时钟周期在读操作时输出数据,在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8加8,在多字节方式下为8加字节数,最大可达248字节数10。图2.5 DS1302管脚图 本科毕业设计说明书(论文) 第 11 页 共 46 页 如果在传送过程中置RST为低电平,则会终止本次数据传送,并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时,在 VCC =2.5V 之前,RST 脚必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时,才能将 RST 置为高电平,DS1302的管脚图如表2.5所示。表2.2 DS1302引脚功能表引脚号引脚名称功能1Vcc2主电源2,3X1,X2振荡器4GND地线5RST复位/片选线6I/O串行数据输入/输出端7SCLK串行数据输入端8Vcc1后备电源表2.2所示 DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源,Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时,Vcc2给DS1302 供电。当Vcc2小于Vcc1时,DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源,外接32.768晶振。RST是复位/片选线,通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能:首先,RST接通控制逻辑,允许地址/命令序列送7入移位寄存器;其次,RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时,所有的数据传送被初始化,允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RSTS置为低电平,I/O引脚变为高阻态。上电动行时,Vcc大于等于2.5V之前,必须保持低电平。在RST中有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平,I/O为串行数据输入端(双向)11。SCLK始终是输入端,DS1302引脚连接图如图2.6所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 12 页 共 46 页图2.6 DS1302引脚连接图DS1302的控制字节如表2.3所示。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1; 如果它为逻辑0,则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0,则表示存取日历时钟数据;为1表示存取 RAM 数据。位51(A4A0)指示操作单元的地址。最低有效位(位0)如为0,表示要进行写操作;为1表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出。表2.3 控制字节的含义1RAMCKA4A3A2A1A0RAM K为了提高对32个地址的寻址能力(地址/命令位 15逻辑 1),可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节(burst)方式。位6规定时钟或 RAM,而位0规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址931或RAM 寄存器中的地址31不能存储数据。在多字节方式中,读或写从地址0的位0开始。必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。但是,当以多字节方式写RAM时,为了传送数据不必写所有31字节。不管是否写了全部 31 字节,所写的每一字节都将传送至RAM。DS1302共有12个寄存器,其中有7个寄存器与日历、时钟相关,存放的数据位为 BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表2.4所示,其中奇数为读操作,偶数为写操作。 本科毕业设计说明书(论文) 第 13 页 共 46 页表2.4 DS1302 的日历、时钟寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范围各位内容写操作读操作76543210秒寄存器80H81H00-59CH10SECSEC分钟寄存器82H83H00-59010MINMIN小时寄存器84H85H01-12或00-2312/24010APHRHR日期寄存器86H87H01-28,29,30,310010DATEDATE月份寄存器88H89H01-1200010MMONTH周日寄存器8AH8BH01-0700000DAY年份寄存器8CH8DH00-9910YEARYEAR时钟暂停:秒寄存器的位7定义位时钟暂停位。当它为1时,DS1302停止振荡,进入低功耗的备份方式。通常在对DS1302 进行写操作时(如进入时钟调整程序),停止振荡。当它为0时,时钟将开始启动。AM-PM/12-24小时方式:小时寄存器的位7定义为12或24小时方式选择位。它为高电平时,选择 12小时方式。在此方式下,位5是AM/PM位,此位是高电平时表示PM,低电平表示AM,24小时方式下,5为第二个10小时位在位(2023h)。DS1302的应用实时时钟芯片DS1302 采用串行数据传输,可为掉电保护电源提供可编程的充电功能,也可以关闭充电功能,芯片采用32768Hz晶振。要特别说明的是,备用电源BT1可以用电池或超级电容(10万F以上)虽然DS1302在主电源掉电后耗电很小。但如果要长时间保证时钟正常,最好选用小型充电电池。如果断电时间较短(几小时或几天),可以用漏电较小的普通电解电容代替(100F 就可以保证1小时的正常走时)。 本科毕业设计说明书(论文) 第 14 页 共46 页 DS1302在第一次加电后,需进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间及闹铃12。DS1302 的时钟电路如图2.7所示。图2.7 DS1302时钟电路2.2.3 液晶显示电路LM016L液晶模块采用HD44780控制器。HD44780具有简单而功能较强的指令集,可以实现字符移动、闪烁等功能。D44780控制器由两个8位寄存器、指令寄存器(IR) 和数据寄存器(DR)、忙标志(BF)、显示数据RAM(DDRAM)、字符发生器ROM(CGROM)、字符发生器RAM(CGRAM)、地址计数器(AC)构成。IR用于寄存指令码,只能写入不能读出;DR用于寄存数据,数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据。BF为1时,液晶模块处于内部处理模式,不响应外部操作指令和接受数据。DDRAM用来存储显示的字符,能存储80个字符码。CGROM由8位字符码生成5 x 7点阵字符160种和510点阵字符32种,8位字符编码和字符的对应关系。CGRAM是为用户编写特殊字符留用的,它的容量仅64字节。可以自定义8个57点阵字符或者4个510点阵字符。AC可以存储DDRAM和CGRAM地址,如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC,同时选择DDRAM或者CGRAM单元13。LMO16L液晶模块的引脚功能见下表2.5所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 15 页 共 46 页 表2.5 LM016L液晶模块的引脚功能管脚号名称电平功能描述1VSS地2VDD电源3VEE亮度调节4RS控制指令位H:数据线上为数据信号L:数据线上为指令信号5RW读写指令位H:读数据模式L:写数据形式6E势能信号使能数据线7-14D80-D87数据线数据线基于Proteus ISIS 7的液晶模块仿真1) 接口设计运行Proteus ISIS7进入设计界面,依照图2.8所示在元件库中选择需要的元件。Lpc2138的P0.0-P0.7端口作为8位数据的输出端,P0.8、P0.9、P0.10作为控制信号的输出端,连接完成的电路如图2.8所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 16 页 共 46 页 图2.8 LM016L与AT89C52的连接图2) 软件设计电路图绘制好之后,就可以编写LM016L的驱动程序。LM016L的操作有两大类:读操作和写操作。一般情况下不需要从液晶中读取数据,所以对液晶操作主要是写指令和写数据两个写操作,对于忙标志(BF),查询的方法,保证液晶模块有足够时间进行内部数据处理。在写源程序时,需要根据液晶模块的时序图编写程序。如图2.9所示为LCD显示模块,采用LCD液晶显示屏。第714脚:D0D8为8位双向数据线。1516脚为背光正负极第一脚:VSS为地电源;第二脚:VDD接正5V;第四脚:RS为寄存器选择;第五脚:R/W为读写信号线;第六脚:E端为使能端,当E端由高电平跳到低电平液晶模块工作。单片机的P0口作为数据的输出端;P2.0和P2.1,P2.2作为控制信号的输出端。 本科毕业设计说明书(论文) 第 17 页 共 46 页 图2.9 LCD液晶显示屏显示模块2.2.4 DS18B20温度传感器1)技术参数核心元件:DS18B20元件精度:0.5测温范围:-55+125;供电电压:35.5VDC;封装材料:不锈钢管或镀镍铜管;管料尺寸:6*50mm(或定制);连接线:屏蔽电缆线(可选择耐高温型的);耐腐蚀,防水性好;用于液体介质或有防水要求的场合温度测量。2)产品特点采用高性能温湿度变送器,准确度和稳定性能高。 采用数字信号传输,布线方便,信号传输距离远。 开放式通讯规约,系统扩展方便。 组态软件界面,系统稳定性有保障。 软件功能丰富、实用,方便维护及功能升级。技术参数表格如表2.6所示 本科毕业设计说明书(论文) 第 18 页 共 46 页 表2.6 DS18B20技术参数数值分辨率0.01测温精度-10至+85时0.5,+10至+40时0.2度测温范围-55-125通讯协议工业通用Modbus协议波特率9600 (可订制其它波特率)通讯端口RS232(可选配CAN、RS485或以太网)工作电压DC 7-12V耗电2W重量120克(不含串口线和传感器)存储温度-40 85运行环境:-20+85支持测温电缆长度长距离普通线500m,特殊线缆700m外形尺寸946626mm安装方式壁挂式3)接线说明特点独特的一线接口,只需要一条口线通信多点能力,简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电,电压范围为3.0 V至5.5 V无需备用电源 测量温度范围为-55C至+125C。华氏相当于是-67F到257华氏度-10C至+85C范围内精度为0.5C。8引脚封装TO-92封装用途描述 5 1 接地 4 2 数字信号输入输出,一线输出:源极开路3 3电源可选电源管脚。见寄生功率一节细节方面。电源必须接地,为行动中,寄生虫功率模式14。4)DS18B20测温原理框图DS18B20有4个主要的数据部件:光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余 本科毕业设计说明书(论文) 第 19 页 共 46 页 校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625/LSB形式表达,其中S为符号位。图2.10 DS18B20接线图DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口,必须在先完成ROM设定,否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一: 1)读ROM, 2)ROM匹配,3)搜索ROM,4)跳过ROM,5)报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号,可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件,同时,总线也可以知道总线上挂有有多少,什么样的设备15。若指令成功地使DS18B20完成温度测量,数据存储在DS18B20的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B20内存中,并可以让阅读发出记忆功能的指挥,阅读内容的片上存储器。温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM 的数据。如果DS18B20不使用报警检查指令,这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读,写都是从最低位开始。DS18B20连接图如图2.10所示。 本科毕业设计说明书(论文) 第 20 页 共 46 页 DS18B20有4个主要的数据部件:1) 光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位(28H)是产品类型标号,接着的48位是该DS18B20自身的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。2) DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,以0.0625/LSB形式表达,其中S为符号位。这是12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际 温度。例如+125的数字输出为07D0H,+25.0625的数字输出为0191H,-25.0625的数字输出为FE6FH,-55的数字输出为FC90H 。DS18B20用9位存储温度值,最高位为符号位,表2.7所示为DS18B20的温存储方式S=1,正温度S=0。如:00AAH为+85,FF92H为-55。表2.7 DS18B20温度存储方式bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0232221202-12-22-32-4LS BYTEbit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8SSSSS262524MS BITEDS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触 本科毕业设计说明书(论文) 第 21 页 共 46 页 发器TH、TL和结构寄存器。温度数据如表2.8所示表2.8 DS18B20温度数据表TEMPERATUREDIGITAL OUTPUT(binary)DIGITAL OUTPUT(hex)+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh-551111 1100 1001 0000FC90h配置寄存器结构低五位一直都是1,TM是测试模式位,用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0,用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率,如下表2.9所示:(DS18B20出厂时被设置为12位)表2.9 配置寄存器结构表TMR1R011111温度分辨率设置表如表2.10所示 本科毕业设计说明书(论文) 第 22 页 共 46 页 表2.10 温度分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms0011位375ms0112位750ms高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成,其分配如表2.11所示。当温度转换命令发布后,经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。单片机可通过单线接口读到该数据,读取时低位在前,高位在后,数据格式如表1所示。对应的温度计算:当符号位S=0时,直接将二进制
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