电子钟表和温度表的设计.doc

目录 摘要。2一前言。3二方案分析和论证。3三调试。12四总结。16附录1元件明细表。17附录2电路原理图。、。18附录3程序清单。18摘要本系统使用STC89C52RC单片机为主要控制器，辅以74LS138译码器、74LS245总线驱动器、温度传感器DS18B20、矩阵键盘以及LCD显示等电路，实现了时间时分秒的显示、实时温度的显示（每秒刷新一次、测量范围为-40+60）、时分秒参数的手动调整设置，并扩充以秒表功能。该系统使用单片机的中断方式进行计时，能有效减小了系统误差，再使用译码器进行片选，节省了单片机的I/O口，使用了矩阵键盘进行功能的选择。该系统具有设计简单，结构清晰，界面友好的特点，经测试，能够较好的实现题目所要求的基本和扩充功能。电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。电子时钟要求完成时、分、秒的准确计时，并能进行时、分、秒时间的设置和时间的效准功能。时间的设置通过键盘中的数字按键进行设置。设置完成后按确认键时钟开始运行，执行计时操作。当需要重置时间时可以按重置键，这时时钟时间暂停，让后按数字键重置，重置完成后按确认键，时钟从新设置的时间开始运行，这时重置操作完成。并实现了时间、温度、秒表的无缝切换。功能：若KEY1按下，显示时间 若KEY2按下，显示温度 若KEY4按下，执行秒表 当前显示时间时，若KEY2按下，显示温度，若KEY4按下，执行秒表，若KEY7按下，调整时参数，若KEY8按下，调整分参数，若KEY9按下，调整秒参数。此后若KEY3按下，调整单元加1.当前显示温度时，若KEY1按下，显示时间，若KEY4按下，执行秒表。执行秒表功能时，开始均显示0，若KEY5按下，启动秒表，若KEY5再按下，暂停秒表，若KEY6按下，秒表清0。若KEY1按下，显示时间。若KEY2按下，显示温度。关键词：STC89C52RC单片机、时间、温度、秒表一、 前言近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。电子时钟和温度显示在日常生活中最常见，应用也最广泛。本次设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。实现了时间、温度、秒表功能。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性，而且系统具有一定的可扩展性。二、方案分析和论证1、硬件设计（1）所需设备：STC89C52RC单片机、74LS138译码器、74LS245总线驱动器、温度传感器DS18B20、按键以及LCD显示、短路块若干，电阻电容若干、MAX232、CON232、12MHz晶振、LED指示灯为了实现数码管显示，需要用到74LS138译码器接P1.0-P1.2做片选和74LS245作驱动控制显示内容。STC89C52 单片机介绍：STC89C52提供以下标准功能：8k字节可重擦写Flash闪速存储器、2568字节内部RAM、32个可编程I/O口线、一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡及时钟电路。同时，STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。STC89C52的引脚封装图如下图所示： 1） 电源及时钟引脚l Vcc：电源接入引脚；l GND：接地引脚；l XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚（采用 外部振荡器时，此引脚接地）；l XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端）。2） 控制线引脚l RST：复位信号输入引脚。3）并行I/O口引脚l P0.0P0.7：一般I/O口引脚或数据/低位地址总线复用引脚；l P1.0P1.7：一般I/O口引脚l P2.0P2.7：一般I/O口引脚或数据/高位总线引脚；l P3.0P3.7：一般I/O口引脚或第二功能引脚。晶振电路：在设置STC89C52的振荡频率时，我们采用内部时钟方式，。在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF,典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围为1.2-12MHz，典型值为12MHz和6MHz。本次设计我们选择了12MHz。数字温度传感器DS18B20介绍：1、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯3、 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内5、温范围55125，在-10+85时精度为0.56、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温7、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快8、测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力9、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。*74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。*当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。*当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）*DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入（P0.iDi），其它时间处于输出（P0.iDi）。74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其工作原理如下：当一个选通端（E3）为高电平，另两个选通端（E1)和/(E2)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。数码显示管为共阴极数码显示管（2）总体接线： 按图将电路连接并焊好。P0口通过接驱动器连接数码管，用来控制显示内容。P1.0-P1.2通过接译码器和驱动器连接至数码管，用来控制片选以及报警提示。P1.3用来接温度传感器数据口。P2口用来接3*3矩阵键盘。P3.0-P3.1用来接串口，为单片机烧制程序。（3）本实验中，按键对应功能定义如下：KEY1显示时间；KEY2显示温度；KEY3调时单元加1；KEY4开启秒表；KEY5秒表开始/暂停；KEY6秒表清零；KEY7时参数设置；KEY8分参数设置；KEY9秒参数设置2、软件设计本系统软件设计程序主要分为主程序、键盘扫描子程序、时间程序、温度程序、秒表程序、中断服务子程序。下面分别详细介绍(1)主程序流程图 (2)键盘扫描子程序流程图KEY7键按下？有键按下？KEY2键按下？KEY5键按下？KEY4键按下？KEY3键按下？KEY1键按下？开始时间单元清0键盘扫描子程序定义转移表首地址KEY6键按下？KEY8键按下？KEY9键按下？转至温度程序转至时间程序转至秒表程序延时20MS消抖RET按键释放？按键释放？取特征码查表求键值有按键按下开始置列为输入找到按键？有按键按下逐行键盘扫描延时20MS消抖扫描完否？RET(3)时间数据处理子程序流程图 分参数设置秒表程序温度程序调用显示子程序时参数设置键盘扫描子程序秒参数设置开始数据存显示单元T0设为16位计数器模式使能T0中断KEY4键按下？KEY2键按下？KEY9键按下？KEY8键按下？KEY7键按下？(4)秒表数据处理子程序流程图执行温度程序KEY2按下？调用显示子程序执行时间程序显示单元清0开启T1中断键盘扫描子程序开启总中断定义T1中断初值开始KEY5按下？下？键盘扫描子程序调用显示子程序调用键盘子程序键盘扫描子程序KEY1按下？KEY6按下？KEY5按下？(5)温度数据处理子程序流程图 温度开始程序 读温度转换值子程序初始化跳过匹配跳过ROM匹配发送温度转换命令延时750usP1.3置一DS18B20复位FLAG=1？发送度温度命令调用数据子程序返回显示温度生成显示码调数据处理程序读取转换温度值调用初始化初始化，设置常量开始写DS18B20命令子程序ACC带进位右移1位设R2=8进位标志位C清零P1.3置“0”短延时P1.3置“1”P1.3置“1”短延时将C值写入P1.3已读8位？返回读温度值子程序 (6)时参数设置子程序流程图设R1=31H为P1.3提供一个低脉冲进位标志位C清0设R2=8（8位数据）设R4=2（2字节）将P1.3值读入CACC带进位右移1位将ACC的值存入R1R1=R1-1已读8位？读完2字节返回KEY1按下？KEY3按下？调用加1子程序计时单元清0调用时间显示子程序转至时间程序取计时单元存储显示数据关T0中断调用时间显示子程序键盘扫描子程序=24H？3、软硬件系统总体软件工作原理：如图，在给电路板上电之后，按下KEY1后，执行时间显示，按下KEY2后，执行温度显示，按下KEY4后，开启秒表功能。当前为时间显示时，按下KEY2后，执行温度显示，按下KEY4后，开启秒表功能，按下KEY6-KEY8，分别执行时分秒的调整，按下KEY3，执行给调整单元+1，当前为温度显示时，按下KEY1后，执行时间显示功能，按下KEY4后，开启秒表功能。当前为秒表显示时，按下KEY1后，执行时间显示功能，按下KEY2后，执行温度显示，按下KEY5,秒表开始计时，再按下KEY5，秒表暂停，按下KEY6，秒表清0，再按下KEY1或KEY2，执行时间或温度的显示。三、 调试1、功能实现过程说明(1)、时间显示实现仿真图如下：(2)、温度显示实现仿真图如下：(3)、秒表显示实现仿真图如下2、硬件实现图(1)、时间显示实现图：(2)、温度显示实现图：(3)、秒表显示实现仿真图：3、调试出现的问题及解决办法(1)、在Proteus软件里仿真时，先显示时间，接着按下KEY2不能显示温度解决办法：首先检查键盘程序，然后检查时间程序，发现执行时间程序时没有检测KEY2键，进行修改程序，然后在进行仿真。(2)、按下KEY2显示温度时显示始终为00C解决办法：首先检查程序，再看仿真时是否有问题，最后经过检查电路板，发现温度传感器的数据端信号没有送到P1.3，用导线直接把两端连接，运行正常。(3)、在Proteus里将程序调试及仿真成功后，写入电路板，发现按键无反应解决办法：检查矩阵键盘程序是否正确，与电路板上的键盘是否一一对应，最终发现电路板上的键盘与原理图上键盘不是对应的，修改矩阵键盘程序的特征码，调试之后运行正常。(4)、测试时发现调整时间时，调至24、60时，单元不清0解决办法：在执行加一程序时需要将加后的数据进行保存，经过调试后，运行正常。(5)、在最后测试时发现在调整时间参数后不能保存，又回到清0状态解决办法：在检查程序时发现所保存数据单元弄错，在改过之后，运行正常。4、总结 通过这次单片机课程设计我受益匪浅，让我明白了理论联系实际的重要性，这次设计不仅巩固了所学单片机理论知识，还培养了我的动手能力以及如何合理的查找资料，利用资料的能力。本次课程设计大致可分为焊接电路板、编写程序、调试、检测四个阶段。焊接电路板是实现本次课设要求的基本保障，首先要明确自己所需电路图，考察了以前的电路知识。焊接过程还需要十分的耐心和细心。编写程序是这次课设的主要内容，首先要明确所要实现的功能，然后再画框图，最后编写程序。这个过程中，使我认识到先画框图的重要性，并且要注意是否有重复使用的单元，避免出现一些由于细小的错误造成不理想的结果。之后在WAVE软件进行调试程序，然后在Proteus软件里进行仿真，检验程序实现的情况，然后不断进行修改程序、调试，直至仿真成功。最后将程序写入电路板进行检测，检查是否完成本次设计要求，然后重复检查电路焊接情况、修改程序、调试、检测。本次课程设计最后实现的情况仍不太理想，没有完成时间秒表的暂停显示。应该可以在秒表显示子程序稍作修改以改进。总体上来说，通过这次课程设计学习，检验了平时对理论的学习，使我进一步熟悉了单片机的结构及工作原理，锻炼了我的动手能力，提高了自学能力，为以后的学习打下了好的开端。最后，还要感谢指导老师的悉心教导，同时陈增辉等同学对完成本次给与了很大帮助，在此也表示感谢。参考文献1段晨东.单片机原理及接口技术.北京:清华大学出版社,20082周润景 郝晓霞.传感器及检测技术.北京:电子工业出版社,20093楼然苗 李光飞.51系列单片机设计实例.北京: 北京航天航空大学出版社,2006附录：1）元件明细表：元器件数量备注电阻31K电阻45.1K电阻28K独石电容60.1uF独石电容230PF电解电容110Uf 25V51单片机实验板189C52芯片1MAX232芯片174LS245芯片274LS138芯片1DS18B201三极管90122PNP二极管IN40011数码管2三位八段 共阴晶振111.0592MHz芯片座6电源座1三脚 5V通信插座1CON232电源适配器1通讯电缆1微型按钮开关10实验插板1单排插针若干双排插针若干短路块若干导线若干2）电路原理图：3）程序清单：；*；变量定义；*FLAG1 BIT 15HSIGN BIT 16H；*; 中断入口程序 ;；*ORG 0000H ;程序执行开始地址AJMP MAIN ;跳至MAIN执行ORG 000BH ;定时器T0中断程序入口LJMP INTT0 ;跳至INTT0ORG 001BH ;定时器T1中断程序入口LJMP INTT1 ;跳至INTT1；*; 主程序 ;；*MAIN:MOV R0,#50H ;清70H7AH共十一个内存单元 MOV R7,#06H CLEARDISP:MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP LCALL SCAN_KEY ;调用键盘扫描子程序 MOV A,R5 ;把键值送往A MOV DPTR,#JMP_TABLE ;设置转移表首地址 CJNE A,#0FFH,TIAO ;判断是否有键按下，有键按下调至TIAO SJMP MAIN ;无键按下，调至MAINTIAO:RL A ;AJMP指令代码为双字节，键值乘以2 JMP A+DPTR JMP_TABLE:AJMP P_FUN0 AJMP P_FUN1 AJMP P_FUN2 AJMP P_FUN3 AJMP P_FUN4 AJMP P_FUN5 AJMP P_FUN6 AJMP P_FUN7 AJMP P_FUN8 P_FUN0: AJMP TIMESTART ;调至时间开始程序P_FUN1: AJMP WENDU ;调至温度开始程序P_FUN2: AJMP MAIN P_FUN3: AJMP MBSTART ;调至秒表开始程序P_FUN4: SJMP MAIN P_FUN5: SJMP MAIN P_FUN6: LJMP MAIN P_FUN7: LJMP MAIN P_FUN8: LJMP MAIN；*; 时间开始程序 ;；*TIMESTART: MOV 03H,#00H ;清03H（标志用） MOV TMOD,#01H ；设T0为16位定时器 MOV TL0,#0F2H ；10ms定时初值 MOV TH0,#0D8H SETB EA ；总中断开放 SETB ET0 ；允许T0中断 SETB TR0 ；开启T0定时器 MOV R4,#64H ；1s定时用初值（10ms100）STA: LCALL TIMEDISPLAY ；调用时间显示子程序 LCALL SCAN_KEY ；扫描键盘 MOV A,R5 CJNE A,#6,CHECKMIN ；KEY7是否按下 LJMP TIMESET1 ；按下，调至TIMESET1CHECKMIN: CJNE A,#7,CHECKSEC ；KEY8是否按下 LJMP TIMESET2 ；按下，调至TIMESET2CHECKSEC: CJNE A,#8,JIANCHA ；KEY9是否按下 LJMP TIMESET3 ；按下，调至TIMESET3JIANCHA: CJNE A,#1,ZHUAN ；KEY2是否按下 CLR TR0 ；关中断T0 LJMP WENDU ；按下，调至WENDUZHUAN: CJNE A,#3,STA ；KEY4是否按下 LJMP MBSTART ；按下，调至MBSTART；*; 秒表开始程序 ;；*MBSTART:MOV R0,#60H ；秒表显示单元清0 MOV R7,#0BHCLEARDIS:MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDIS MOV 10H,#00H MOV 6AH,#0AH MOV TL1,#078H ；定义T1数据寄存器初值 MOV TH1,#0ECH SETB EA ；总中断开放 mov TMOD，#10h ；定义T1工作方式PROG05:LCALL SCAN_KEY MOV A,R5 CJNE A,#4,PROGF CLR 10H ；KEY5按下，开启中断T1，开始计时 CLR 11H SETB ET1 SETB TR1PROG01: LCALL MBDISPLAY LCALL SCAN_KEY MOV A,R5 CJNE A,#4,PROG01 SETB 10H SETB 11H CLR TR1 ；KEY5按下，关中断，秒表暂停 LCALL SCAN_KEY MOV A,R5 CJNE A,#5,PROG05 MOV R0,#60H ；KEY6按下，秒表清0 MOV R2,#06H LABEL: MOV R0,#00H INC R0 DJNZ R2,LABEL LCALL MBDISPLAYPROGF: LCALL SCAN_KEY MOV A,R5 CJNE A,#0,PROG03 LJMP TIMESTART ；KEY1按下，跳至TIMESTARTPROG03: CJNE A,#1,PROG04 LJMP WENDU ；KEY2按下，跳至WENDUPROG04: LCALL MBDISPLAY LJMP PROG05 ；无键按下，调至PROG05；*; 温度开始程序 ;；*WENDU: LCALL INIT_1820 ；DS18B20初始化 LCALL GET_TEMPER ；读取转换数据 LCALL DATA_PROC ；数据处理 LCALL SEG_GEN ；生成显示码 LCALL WENDUDISPLAY ；数码显示 LCALL SCAN_KEY MOV A,R5 CJNE A,#0,CHECK1 LJMP TIMESTARTCHECK1:CJNE A,#3,CHECK2 LJMP MBSTARTCHECK2:SJMP WENDU；*；DS18B20复位初始化子程序；*INIT_1820: SETB P1.3 NOP CLR P1.3 MOV R1,#3TSR1: MOV R0,#107 DJNZ R0,$ DJNZ R1,TSR1 SETB P1.3 ；拉高数据线 NOP NOP NOP MOV R0,#25HTSR2: JNB P1.3,TSR3 ；等待DS18B20回应 DJNZ R0,TSR2 ；延时并检测应答信号 LJMP TSR4TSR3: SETB FLAG1 ；置标志位，表示DS18B20存在 LJMP TSR5TSR4: CLR FLAG1 ；清标志位，表示DS18B20不存在 LJMP TSR6TSR5: MOV R0,#117 DJNZ R0,$ ；延时TSR6: SETB P1.3 RET；*；读出转换后的温度值；*GET_TEMPER:SETB P1.3 LCALL INIT_1820 ；先复位DS18B20 JB FLAG1,TSS2 RET ；判断DS18B20是否存在TSS2: MOV A,#0CCH ；跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ；发出温度转换指令 LCALL WRITE_1820 LCALL DL5MS ；等待AD转换结束 LCALL INIT_1820 MOV A,#0CCH ；跳过ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ；发出读温度指令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_1820 ；将读出的温度数据保存到34H/35H RET；*；写DS18B20子程序；*WRITE_1820:MOV R2,#8 ；总共8位数据 CLR CWR1: CLR P1.3 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV P1.3,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB P1.3 NOP DJNZ R2,WR1 SETB P1.3 RET；*读DS18B20的程序，从DS18B20中读出两个字节的温度数据；*READ_1820: MOV R4,#2 ；将温度高位和低位从DS18B20中读出 MOV R1,#31H ；低位存入31H,高位存入30HRE00: MOV R2,#8RE01: CLR C SETB P1.3 NOP NOP CLR P1.3 NOP NOP NOP SETB P1.3 MOV R3,#9RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,P1.3 MOV R3,#23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET；*；温度处理子程序，判断正负，数据存在32H；*DATA_PROC: CLR C CLR SIGN MOV A,30H RLC A JC NEG ；判断符号位 LJMP PROPNEG: CLR C ；对负数取补码 SETB SIGN MOV A,31H CPL A ADD A,#1 MOV 31H,A MOV A,30H CPL A ADDC A,#0 MOV 30H,APROP: MOV A,30H SWAP A ANL A,#0F0H MOV 32H,A MOV A,31H SWAP A ANL A,#0FH MOV R0,#32H ORL A,R0 MOV 32H,A RET；*；生成显示码子程序，十位存在34H，个位存在35H；*SEG_GEN: MOV DPTR,#TAB JB SIGN,S_NEG MOV 33H,#00H SJMP S_INTS_NEG: MOV 33H,#40HS_INT: MOV A,32H MOV B,#10 DIV AB MOVC A,A+DPTR MOV 34H,A ；十位数段码 MOV A,B MOVC A,A+DPTR MOV 35H,A ；个位数段码 MOV 36H,#39H ；符号“C”的短码 RET；*; 1S计时