时钟与温度.doc

摘要：本次设计以AT89S52芯片为核心，辅以必要的外围电路，设计了多功能电子时钟，它由5V USB直流电源供电。在硬件方面，除了CPU外，使用一LCD1602来进行显示，使用DS1302精确计时，用DS18B20作为温度信号传感器；与传统的数字时钟相比，该时钟能与PC时间同步，便于使用者在PC上就完成对时钟的快速设置。软件系统开发使用C语言。通过LCD1602能够准确显示年、月、日、星期、时、分、秒以及温度。四个简单的按键实现对时间的调整，闹钟设置等。整个电子钟系统能完成时间的显示，调时，定时闹钟，报警等功能。关键词：单片机、LCD、PC同步目录一. 设计目的01二. 设计任务及要求01三. 功能描述01四. 系统图02五. 系统器件简介02六. 原理图04七. 元件清单04八. I/O 分配05九. 程序流程图05十. 源程序06十一. 项目调试说明 24十二. 总结 24十三. 参考资料 24一. 设计目的1. 通过设计，掌握单片机C语言的编程方法及思想；2. 了解时钟芯片DS1302、单线数字温度传感器DS18B20、液晶显示器LCD1602的使用方法；3. 通过设计，掌握独立式键盘的编程控制并认识独立式键盘在实际中运用；4. 通过PC同步设计，了解PC与单片机数据交换的方式；5. 通过设计，初步了解单片机系统开发的基本方法和调试手段。二. 设计任务及要求任务：设计一个可同步PC调时的数字电子时钟要求：1. 用DS1302来实现对时间的计算；2. 用LCD1602来显示时间；3. 用独立式键盘来进行调时；4. 用DS18B20获取温度参数；5. 用CH341T与PC进行数据同步。三. 功能描述1. 设置按键进行时间、闹铃以及PC同步设置，调整内容切换。2. 进入设置界面后，在按设置键可以将设置焦点移到下一个设置项中。3. 在设置界面按键后被设置的选项增加1；按键后被设置的选项减少1。4. 在设置状态按下退出键立即返回时间显示界面。5. 在时间显示界面按退出键，进入秒表模式。6. 在秒表模式按设置键可暂停秒表，在按设置键恢复秒表。7. 在时间显示界面按下键可进行摄氏度和华氏度之间的转换（C/F）。四. 系统图 五. 系统器件简介（1） AT89S52图1AT89S52 （图1）是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。（2） DS1302DS1302 （图2）是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、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。图2DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302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。 图3此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。（3） DS18B20DS18B20（图3）DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一线总线”数字化温度传感器 同DS1820一样，DS18B20也 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！ DS1822与 DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为2C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。（4） LCD1602 LCD1602是字符型液晶显示器（图4）液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。 （图4） 液晶显示器各种图形的显示原理:线段的显示图5点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共168=128个点组成，屏上6416个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由68或88点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。（5） CH341TCH341T（图5）是一个 USB 总线的转接芯片，通过 USB 总线提供异步串口、打印口、并口以及常用的 2 线 和 4线等同步串行接口。 在异步串口方式下，CH341T提供串口发送使能、串口接收就绪等交互式的速率控制信号以及常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到 USB总线。在打印口方式下，CH341T提供了兼容 USB相关规范和 Windows操作系统的标准USB打印口，用于 将普通的并口打印机直接升级到 USB总线。 在并口方式下， 并行接口，用于在不需要单片机/DSP/MCU的环境下，直接输入输出数据。 除此之外，CH341T芯片还支持一些常用的同步串行接口。 六. 原理图七. 元件清单元件名称元件标号元件型号元件数量电阻R15K1R21K1RP10K*81陶瓷电容C10.11C20.011C3 C420P2C6 C730P2电解电容C516V/101晶体X112M1X232.768K1X311.0952M1USB芯片U1CH341T1时钟芯片U2DS13021传感器U3DS18B201MCUU4AT89S521按键K1-K5-5三极管Q190121蜂鸣器SP1-1液晶屏幕-LCD16021导线-若干排针-若干芯片插槽-若干八. I/O口分配引脚名称功能模块定义内容P1.0温度传感器QDP1.3时钟芯片SCLKP1.4I/OP1.5CEP3.0USB通讯芯片TXP3.1RXP3.3蜂鸣器-P0.0LCD显示模块D7P0.1D6P0.2D5P0.3D4P0.4D3P0.5D2P0.6D1P0.7D0P2.7EP2.6R/WP2.5R/SP2.3键盘接口MenuP2.2+P2.1-P2.0Ok九. 程序流程图开始DS1302初始化DS18B20初始化LCD1602初始化LCD1602显示数据闹钟开启？闹钟时间到？YN开起闹铃直到有按键按下YN功能键按下？Y进入设置状态串口发送时间、温度数据串口接收时间数据N十. 源程序#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit DS1302_CLK = P13; /实时时钟时钟线引脚 sbit DS1302_IO = P14; /实时时钟数据线引脚 sbit DS1302_RST = P15; /实时时钟复位线引脚sbit wireless_1 = P30;sbit wireless_2 = P31;sbit wireless_3 = P32;sbit wireless_4 = P33;sbit ACC0 = ACC0;sbit ACC7 = ACC7;char hide_sec,hide_min,hide_hour,hide_day,hide_week,hide_month,hide_year; /秒,分,时到日,月,年位闪的计数sbit Set = P20; /模式切换键sbit Up = P21; /加法按钮sbit Down = P22; /减法按钮sbit out = P23; /立刻跳出调整模式按钮sbit DQ = P10; /温度传送数据IO口char done,count,temp,flag,up_flag,down_flag;uchar temp_value; /温度值uchar TempBuffer5,week_value2;/*液晶显示函数*/void show_time(); /液晶显示程序sbit LcdRs = P25;sbit LcdRw = P26;sbit LcdEn = P27;sfr DBPort = 0x80;/P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.数据端口unsigned char LCD_Wait(void) /内部等待函数LcdRs=0;LcdRw=1;_nop_();LcdEn=1;_nop_(); LcdEn=0;return DBPort;#define LCD_COMMAND 0#define LCD_DATA 1#define LCD_CLEAR_SCREEN0x01 / 清屏#define LCD_HOMING 0x02 / 光标返回原点void LCD_Write(bit style, unsigned char input) /内部等待函数LcdEn=0;LcdRs=style;LcdRw=0;_nop_();DBPort=input;_nop_();/注意顺序LcdEn=1;_nop_();/注意顺序LcdEn=0;_nop_();LCD_Wait();/设置显示模式#define LCD_SHOW 0x04 /显示开#define LCD_HIDE 0x00 /显示关 #define LCD_CURSOR 0x02 /显示光标#define LCD_NO_CURSOR 0x00 /无光标 #define LCD_FLASH 0x01 /光标闪动#define LCD_NO_FLASH 0x00 /光标不闪动void LCD_SetDisplay(unsigned char DisplayMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x08|DisplayMode);/设置输入模式#define LCD_AC_UP 0x02#define LCD_AC_DOWN 0x00 / default#define LCD_MOVE 0x01 / 画面可平移#define LCD_NO_MOVE 0x00 /defaultvoid LCD_SetInput(unsigned char InputMode)LCD_Write(LCD_COMMAND, 0x04|InputMode);/初始化LCDvoid LCD_Initial()LcdEn=0;LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38); /8位数据端口,2行显示,5*7点阵LCD_Write(LCD_COMMAND,0x38);LCD_SetDisplay(LCD_SHOW|LCD_NO_CURSOR); /开启显示, 无光标LCD_Write(LCD_COMMAND,LCD_CLEAR_SCREEN); /清屏LCD_SetInput(LCD_AC_UP|LCD_NO_MOVE); /AC递增, 画面不动void GotoXY(unsigned char x, unsigned char y) /液晶字符输入的位置if(y=0)LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|x);if(y=1)LCD_Write(LCD_COMMAND,0x80|(x-0x40);void Print(unsigned char *str) /将字符输出到液晶显示while(*str!=0)LCD_Write(LCD_DATA,*str);str+;/*DS1302时钟部分子程序*/typedef struct _SYSTEMTIME_unsigned char Second;unsigned char Minute;unsigned char Hour;unsigned char Week;unsigned char Day;unsigned char Month;unsigned char Year;unsigned char DateString11;unsigned char TimeString9;SYSTEMTIME;/定义的时间类型SYSTEMTIME CurrentTime;#define AM(X)X#define PM(X)(X+12) / 转成24小时制#define DS1302_SECOND0x80 /时钟芯片的寄存器位置,存放时间#define DS1302_MINUTE0x82#define DS1302_HOUR 0x84 #define DS1302_WEEK 0x8A#define DS1302_DAY 0x86#define DS1302_MONTH0x88#define DS1302_YEAR 0x8C void DS1302InputByte(unsigned char d) /实时时钟写入一字节(内部函数) unsigned char i; ACC = d; for(i=8; i0; i-) DS1302_IO = ACC0; /相当于汇编中的 RRC DS1302_CLK = 1; DS1302_CLK = 0; ACC = ACC 1; unsigned char DS1302OutputByte(void) /实时时钟读取一字节(内部函数) unsigned char i; for(i=8; i0; i-) ACC = ACC 1; /相当于汇编中的 RRC ACC7 = DS1302_IO; DS1302_CLK = 1; DS1302_CLK = 0; return(ACC); void Write1302(unsigned char ucAddr, unsigned char ucDa)/ucAddr: DS1302地址, ucData: 要写的数据 DS1302_RST = 0;/Write1302(0x8e,0x00); DS1302_CLK = 0; DS1302_RST = 1; DS1302InputByte(ucAddr); / 地址，命令 DS1302InputByte(ucDa); / 写1Byte数据 DS1302_CLK = 1; DS1302_RST = 0; unsigned char Read1302(unsigned char ucAddr)/读取DS1302某地址的数据 unsigned char ucData; DS1302_RST = 0; DS1302_CLK = 0; DS1302_RST = 1; DS1302InputByte(ucAddr|0x01); / 地址，命令 ucData = DS1302OutputByte(); / 读1Byte数据 DS1302_CLK = 1; DS1302_RST = 0; return(ucData);void DS1302_GetTime(SYSTEMTIME *Time) /获取时钟芯片的时钟数据到自定义的结构型数组unsigned char ReadValue;ReadValue = Read1302(DS1302_SECOND);Time-Second = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F); /高三位取出读出乘ReadValue = Read1302(DS1302_MINUTE);Time-Minute = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_HOUR);Time-Hour = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_DAY);Time-Day = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_WEEK);Time-Week = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_MONTH);Time-Month = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);ReadValue = Read1302(DS1302_YEAR);Time-Year = (ReadValue&0x70)4)*10 + (ReadValue&0x0F);void DateToStr(SYSTEMTIME *Time) /将时间年,月,日,星期数据转换成液晶显示字符串,放到数组里DateString if(hide_year2) /这里的if,else语句都是判断位闪烁,2就不显示,输出字符串为 2007/07/22 Time-DateString0 = 2; Time-DateString1 = 0; Time-DateString2 = Time-Year/10 + 0; Time-DateString3 = Time-Year%10 + 0; else Time-DateString0 = ; Time-DateString1 = ; Time-DateString2 = ; Time-DateString3 = ;Time-DateString4 = /; if(hide_monthDateString5 = Time-Month/10 + 0; Time-DateString6 = Time-Month%10 + 0; else Time-DateString5 = ; Time-DateString6 = ; Time-DateString7 = /;if(hide_dayDateString8 = Time-Day/10 + 0; Time-DateString9 = Time-Day%10 + 0; else Time-DateString8 = ; Time-DateString9 = ; if(hide_weekWeek%10 + 0; /星期的数据另外放到 week_value数组里,跟年,月,日的分开存放,因为等一下要在最后显示 else week_value0 = ; week_value1 = 0;Time-DateString10 = 0; /字符串末尾加 0 ,判断结束字符void TimeToStr(SYSTEMTIME *Time) /将时,分,秒数据转换成液晶显示字符放到数组 TimeString; if(hide_hourTimeString0 = Time-Hour/10 + 0; Time-TimeString1 = Time-Hour%10 + 0; else Time-TimeString0 = ; Time-TimeString1 = ;Time-TimeString2 = :; if(hide_minTimeString3 = Time-Minute/10 + 0; Time-TimeString4 = Time-Minute%10 + 0; else Time-TimeString3 = ; Time-TimeString4 = ; Time-TimeString5 = :; if(hide_secTimeString6 = Time-Second/10 + 0; Time-TimeString7 = Time-Second%10 + 0; else Time-TimeString6 = ; Time-TimeString7 = ; Time-DateString8 = 0;void Initial_DS1302(void) /时钟芯片初始化 unsigned char Second=Read1302(DS1302_SECOND);if(Second&0x80) /判断时钟芯片是否关闭 Write1302(0x8e,0x00); /写入允许Write1302(0x8c,0x07); /以下写入初始化时间 日期:07/07/25.星期: 3. 时间: 23:59:55Write1302(0x88,0x07);Write1302(0x86,0x25);Write1302(0x8a,0x07);Write1302(0x84,0x23);Write1302(0x82,0x59);Write1302(0x80,0x55);Write1302(0x8e,0x80); /禁止写入/*ds18b20延迟子函数（晶振12MHz ）*/ void delay_18B20(unsigned int i)while(i-);/*ds18b20初始化函数*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ复位 delay_18B20(8); /稍做延时 DQ = 0; /单片机将DQ拉低 delay_18B20(80); /精确延时 大于 480us DQ = 1; /拉高总线 delay_18B20(14); x=DQ; /稍做延时后 如果x=0则初始化成功 x=1则初始化失败 delay_18B20(20);/*ds18b20读一个字节*/ unsigned char ReadOneChar(void)uchar i=0;uchar dat = 0;for (i=8;i0;i-) DQ = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ = 1; / 给脉冲信号 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(4); return(dat);/*ds18b20写一个字节*/ void WriteOneChar(uchar dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ = 0; DQ = dat&0x01; delay_18B20(5); DQ = 1; dat=1; /*读取ds18b20当前温度*/void ReadTemp(void)unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned char t=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); / 跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0x44); / 启动温度转换delay_18B20(100); / this message is wery importantInit_DS18B20();WriteOneChar(0xCC); /跳过读序号列号的操作WriteOneChar(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度delay_18B20(100);a=ReadOneChar(); /读取温度值低位b=ReadOneChar(); /读取温度值高位temp_value=b4; void temp_to_str() /温度数据转换成液晶字符显示 TempBuffer0=temp_value/10+0; /十位 TempBuffer1=temp_value%10+0; /个位 TempBuffer2=0xdf; /温度符号 TempBuffer3=C; TempBuffer4=0;void Delay1ms(unsigned int count)unsigned int i,j;for(i=0;icount;i+)for(j=0;j0;delay-) for(i=0;i0x59) /超过59秒,清零 temp=0; break; case 2: temp=Read1302(DS1302_MINUTE); /读取分数 temp=temp+1; /分数加1 up_flag=1; if(temp0x59) /超过59分,清零 temp=0; break; case 3: temp=Read1302(DS1302_HOUR); /读取小时数 temp=temp+1; /小时数加1 up_flag=1; if(temp0x23) /超过23小时,清零 temp=0; break; case 4: temp=Read1302(DS1302_WEEK); /读取星期数 temp=temp+1; /星期数加1 up_flag=1; if(temp0x7) temp=1; break; case 5: temp=Read1302(DS1302_DAY); /读取日数 temp=temp+1;