基于单片机的温度电子钟显示系统

1、本 科 生 毕 业 设 计（论 文）论文题目：基于单片机的温度电子钟显示系统姓名：邓华龙学号：班级：年级：2009级专业：测控技术与仪器学院：核工程与地球物理学院指导教师：谢军（副教授）完成时间：2013年 5 月25日作 者 声 明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论

2、文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。毕业设计（论文）作者（签字）： 签字日期： 年 月 日 本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。 学位论文指导教师签名： 年 月 日 基于单片机的温度电子钟显示系统邓华龙Temperature electronic clock display system based on microcomputerDeng,Hua long2013年 5 月25日摘 要当今社会人们因为工作需，时间安排越来愈紧凑，人们的生活节奏越

3、来越快，人们对时间的关注度更强。在人们日常生活以及各类社会活动中，时间占有重要地位，时间与人们的生活密切相关。所以在很早时候人们就用各种方法来计时，电子钟就是一种比较好的计时方法。电子钟功能单一，只能显示时间，因此人们就发明了温度电子钟。相对于传统的电子钟，它不仅能更准确的显示时间，而且还具有显示星期和温度的功能。具有电路简单易懂、读取方便、显示清晰直观，功能实用多样，价格便宜等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势，能过很好的适应市场环境。该温度电子钟主要采用AT89S51单片机作为主控核心，由DS1302时钟芯片提供时钟、DS18B20温度传感是用来采集当前温度、然后通过单片机的处理后把信号

4、传送给LCD1602液晶进行显示器显示。AT89S51单片机工作时耗能少，可选用5V电压供电；时钟芯片DS1302可以准确地进行计时，而且DS1302的误差小，使用寿命比较长；数字显示是用LCD1602液晶显示器来显示的，可以同时显示精确到秒的时间和温度等信息。此外，该温度电子钟还可以随时对时间进行校准、高低温报警、闹铃等几种功能。时钟芯片DS1302获取时钟的信号传送给单片机，对信号进行处理后可以显示时间；温度传感器DS18B20是用来采集温度信号，并把送该信号传输给单片机进行处理；然后，单片机再把处理后的时间数据和温度数据送液晶显示器1602显示；键盘是用来功能切换和调整时间的。关键词：A

5、T89S51单片机；DS1302时钟芯片；DS18B20温度传感；LCD1602液晶显示器。AbstractIn todays society, people increasingly fast pace of life, peoples attention more time. In peoples daily life and a variety of social activities, time plays an important role, time and peoples lives are closely related. So at a very early times pe

6、ople will use various methods to time, until now evolved into a bell. The temperature electronic clock to provide a convenient, it can display time, week and temperature, has a simple circuit to understand, easy to read, intuitive display, cheap, versatile and many other advantages, in line with the

7、 development trend of electronic instrumentation can too well adapted to the market environment.The temperature electronic clock used mainly as a master AT89S51 microcontroller core, clocked by the clock chip DS1302, DS18B20 temperature sensor capture the current temperature, LCD1602 LCD display. AT

8、89S51 microcontroller, it is low power consumption, optional 5V supply voltage; clock chip DS1302 can accurately year, month, day, hour, minute, seconds chronograph and other functions, and the DS1302 error is small, relatively long service life; digital display is used to display LCD1602 LCD that c

9、an display hours, minutes, seconds, year, month, day, week and temperature information. In addition, the temperature electronic clock also has a time calibration, high and low temperature alarm, alarm and other types of functions.DS1302 clock chip microcontroller through Get clock models, the signal

10、 processing can display time; temperature sensor DS18B20 is used to collect temperature signal and send the signal to the microcontroller for processing; Then, the microcontroller then processed time data and LCD display temperature data sent 1602; keypad is used to switch the function and adjust th

11、e time.Key words:AT89S51microcontroller;DS1302clockchip;DS18B20temperature sensor;LCD1602 monitor.目 录绪 论11.1 系统开发背景及现状11.2 系统开发的目的12 基础方案及论证22.1 功能要求22.2 设计方案和选择的论证22.2.1 单片机的选择22.2.2 时钟芯片选择的方案和论证22.2.3 键盘方式的选择和论证22.2.4 显示模块的方案选择和论证32.2.5 温度传感器选择的方案和论证32.3 电路方案33. 硬件电路设计43.1 原理框图43.2 单片机AT89S5153.2.

12、1 AT89S51单片机的介绍53.2.2 单片机主控模块原理图63.3 DS1302芯片73.3.1 DS1302芯片73.2.2 DS1302的性能特性73.3.3 DS1302操作原理83.3.4 DS1302时钟电路模块113.4 LCD1602液晶显示113.4.1 介绍LCD1602液晶显示器113.4.2 LCD1602的工作参数133.4.3 引脚功能说明143.4.4 LCD1602的常用电路143.5 传感器DS18B20153.5.1 传感器DS18B20概况153.5.2 DS18B20的特性介绍153.5.3 DS18B20的外形和内部结构153.5.4 DS18B2

13、0工作原理163.5.5 DS18B20的应用电路173.6 键盘模块设计173.7 蜂鸣器模块设计183.8 复位电路183.9 晶振电路194. 软件设计205. 调试结果23结 论24致 谢25参考文献26绪 论1.1 系统开发背景及现状现今，人们对电子产品的要求越来越高，人们对时钟在准确度、性能和功能方面的需求不断增加，传统的挂钟、手表时钟在很多方面已不能满足人们的需求，因此，传统的时钟正在逐渐的被淘汰。而多功能的温度电子钟，则已开始被人们广泛的使用起来。比起传统的时钟，在精度与显示方面都有明显的优势；而且在性能、功能、款式上都有质的飞跃。1.2 系统开发的目的时间显示，闹钟，温度采集

14、和报警是温度电子时钟的最基本的功能，这种设计能够为人们的生活提供便利。本课题设计的精髓是以单片机作为控制器，数字时钟芯片DS1302可以提供秒，分钟，小时，时间校正时间的功能，使用液晶显示器1602进行显示。这个设计包括AT89S51主控核心，时钟芯片DS1302，按键，电源，液晶屏，温度采集等模块的硬件系统。系统包含特殊的液晶屏和硬件按键，可以直观准确的显示时间和当前温度等信息，可根据用户个人生活习惯与需求，选择的时间。温度电子钟具有直观的，功能多样化的，电路设计与焊接较为简单，成本低等特点，适合人们现在的物质需求。2 基础方案及论证2.1 功能要求（1）具有年、月、日、时、分、秒、星期的显

15、示和校准功能；（2）具备温度显示，高低温报警功能；（3）具备闹钟设置功能；2.2 设计方案和选择的论证2.2.1 单片机的选择单片机具有很多优点，它是一个强大的计算，编程的灵活性，可以使用多种算法和控制逻辑编程软件，由于其拥有成本低，功耗低和体积小等多种优点，因此被广泛用于各种领域中的电子产品中。 AT89S51在电路中一般都会用来作为核心控制芯片，其主要特点：指令比较简单，容易学习，容易理解，简单的外围电路设计，硬件设计方便，IO端口操作简单，价格便宜，购买方便，数据丰富，而且编写的程序简单易懂。2.2.2 时钟芯片选择的方案和论证方案一：直接通过单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现秒、

16、分、时、日、周、月、年计数。这种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，接线较多，容易出错，而且时间误差较大。故不采用此方案。方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可通过内部定时计数器对时间进行计数，而且采用这种方法的电路简单测得的结果精度高。2.2.3 键盘方式的选择和论证在时间和日期地校准过程中，系统需要产生激励电流，因此需要调节与校准按钮。键盘一般分为两种，一种是按钮直接与I/O口相连所构成的单个按键电路这种键盘为独立式键盘，另一种时由列线和行线两条接线构成的，按键就在两条线的交点处，这两条线连接在按键开关四个引脚上这种键盘叫做矩阵式键盘。方案

17、一：采用第一种键盘。这种键盘连接电路灵活，设计软件简单，接线简单，焊接不易出错。方案二：采用第二种连接方式的键盘。矩阵式键盘的特点在于于设计简单且成本低，但矩阵键盘的接线比上一方案复杂，而且它适合按键数较多的设计中。本设计需按键不多，所以采用方案一使用独立式键盘。2.2.4 显示模块的方案选择和论证方案一：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管比较适合用来显示文字，这样显得太浪费,而且价格高。方案二：采用LCD液晶显示器，微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中，对于显示文字和数字都能很好的显示。所以，在本次设计作为温度电子钟的显示还是采用LCD1602液晶显示器

18、比较好。2.2.5 温度传感器选择的方案和论证方案一：使用热敏电阻作为传感器时设计的电路需用A/D转换电路，设计中温度的测量范围较窄，而且设计成本会比较高，电路设计较为复杂，时间一长，测量误差较大，因此不适合作为电子钟的温度采集。方案二：使用数字式温度传感器DS18B20，DS18B20传感器与单片机连接简单，所以电路简单，并且设计中无需采用A/D转换电路。其测量的范围相对较广、测量精度比较准确。综合上述两种方案本次设计采用DS18B20温度传感器。2.3 电路方案综上各方案所述,此次设计的方案初步选择为：采用AT89S51单片机作为主控制系统，DS1302提供时钟，DS18B20温度传感器采

19、集温度，LCD1602液晶显示器为显示,独立键盘作为调节，较准。由系统设计功能要求，初步确定设计任务由单片机主控模块、时钟模块、温度采集模块、按键接口模块、显示模块和闹铃模块这六个模块组成。3. 硬件电路设计AT89S51LCD1602显示模块DS18B20传感器模块时钟电路模块键盘输入模块复位电路模块电源蜂鸣器模块3.1 原理框图图3-1 系统原理框图3.2 单片机AT89S513.2.1 AT89S51单片机的介绍图3-2 AT89S51引脚图(1)VSS:电源。(2)GND:地端。(3)XTAL1与XTAL2：这两个引脚前一个为片内反相放大器的输入端与另一个为输出端。当用这两个引脚外接晶

20、体时，晶体两端应以这两引脚相接，这样可以借助外接晶体，使片内反向放大器与晶体构成一个振荡器。(4)P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口，即地址/数据总线复用口。在不接外存储器与不扩展I/O接口时，可作为准双向输入/输出接口。在接有片外存储器或扩展I/O接口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。(5)P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。可作为准双向I/O接口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可作定时器/计数器2的计数

21、脉冲输入端T2；P1.1可作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。(6)P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。一般可作为准双向I/O接口；在接有片外存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用为高8位地址总线(7)P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。P3口亦作为准双向I/O接口使用外，还可以作为特殊功能（第二功能）使用，如3-1所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-1 引脚第二功能引脚第二功能P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD

22、 （串行输出口）P3.2/INT0 （外部中断0请求输入端）P3.3/INT1 （外部中断1请求输入端）P3.4T0 （定时/记数器0计数脉冲输入端）P3.5T1 （定时/记数器1计数脉冲输入端）P3.6/WR （片外存储器写选通信号输出端）P3.7/RD （片外存储器读选通信号输出端）(8)RST/VPP:RST写全位RESET,复位输入端。单片机的振荡器工作时，该引脚上出现持续2个机器周期高电平就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电后，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器A

23、UXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。(9) ALE/PROG：地址锁存有效信号输出端，在访问片外部程序存储器时，每机器周期该信号出现两次，其下降沿用于控制锁存P0口输出的低8位地址。即使不在访问片外程序存储器期间，该信号也以上述频率（振荡频率fosc的1/6）出现，因此可用作对外输出的时钟脉冲。但在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个，作为时钟输出就不妥了。(10)/EA/VDD:有片外存储作用。我们可以在此引脚开始出现低电平时只可选取片外的程序存储器。3.2.2 单片机主控模块原理图单片机主控模块原理图如图3-3所示,18引

24、脚和19引脚接时钟电路模块,XTAL2接外部晶振和电容的一端,是振荡器倒相放大器的输出端,XTAL1接外部晶振和电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入。第9引脚为RST/VPD,连接电阻,开关及电容后电路为复位电路。其中，20引脚接地,40引脚接+5V电源。图3-3 单片机控制模块原理图3.3 DS1302芯片3.3.1 DS1302芯片低功耗时钟芯片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

25、现的原因查找有重要意义。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

26、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。3.2.2 DS1302的性能特性（1）实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月进行计数；（2）用于高速数据暂存的318位RAM；（3）最少引脚的串行I/O；（4）2.55.5V电压工作范围。3.3.3 DS1302操作原理图3-4 示出DS1302的引脚排列其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源断电情况下，后备电源供电也能保持时钟的连续运行。但当DS1302由Vcc1和Vcc2同时供电

27、时，就由较大者供电。X1和X2是振荡源，外接晶振。RST是复位端，在VCC 掉电期间，要想保存片内RAM中的数据。我们可以在该引脚上接上一个备用电源+5V的VDD，当最后VCC下降至某一规定值以下时，VPD便开始利用自身的优点，并向片内的RAM寄存器供电。通过把RST输入电平调为高电平来是所有数据传送。RST输入有两种功能：一，RST接通控制逻辑，能够允许命令/地址序列送入移位寄存器；二，RST终止数据的传送手段。当RST电平为1时，所有的数据都会初始化，就可以对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST电平为0，则会终止此次数据传送。在通电过程中， Vcc大于或等于2.5v之前，RST必须

28、保持电平为0。SCLK始终是输入端。表3-2 各引脚的功能引脚名称功能1VCC2主电源2，3X1，X2外接晶振，振荡源4GND地线5RST复位/片选线6IO输入或输出端7SCLK数据输入端8VCC1后备电源DS1302的内部结构如图3-5所示，主要组成部分为：移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟以及RAM。虽然数据分成两种，但是对单片机的程序而言，其实是一样的，就是对特定的地址进行读写操作。图3-5 DS1302的内部结构图DS1302含充电电路，可以对作为后备电源的可充电电池充电，并可选择充电使能和串入的二极管数目，以调节电池充电电压。不过对我们目前而言，最需要熟悉的是和时钟相关部分的功能

29、。DS1302的控制字如表3-3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3-3 DS1302的控制字为了提高对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

30、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。数据读写程序如图3-6所示。图3-6 数据读写程序表3-4 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秒寄存器分钟寄存器80H82H81H83H00-5900-59CH010SEC10MINSECMIN小时寄存器84H85H01- 12或00-2312/24010APHRHR日期寄存器86H87H01-28,29,30,310010DATEDAT

31、E月份寄存器88H89H01-12000IOMMONTH周日寄存器8AH8BH01-0700000DAY年份寄存器8CH8DH00-9910YEARYEARDS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位其日历、时间寄存器及其控制字见表3-4其中奇数为读操作，偶数为写操作。3.3.4 DS1302时钟电路模块图3-7 时钟电路图如图3-7所示，DS1302与单片机之间的通讯，仅需I/O数据线，SCLK串行时钟，RST复位这三个口线。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

32、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）。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。3.4 LCD1602液晶显示3.4.1 介绍LCD1602液晶显示器LCD1602是一种点阵液晶显示器,其能显示32个字符，指令系统简单，能很好满足设计显示且不必进行日期时间之间的切换显示，既减少了硬件的资源，也减少了软件设计的复杂度。功耗低，体积小，适用

33、于小场合的仪表显示，使用寿命长久。液晶模块能稳定的显示出字符，用简单的51单片机就能很好的控制。（1）LCD1602显示器的结构:1602LCD的RAM地址映射及标准字库表,液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在，哪里显示字符。LCD16字*2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F1027404142434445464748494A4B4C4D4E4F5067图3-8 1602的内部显示地址（2）主要技术参数:显示容量:162个字符，芯片工作电压

34、:4.55.5V， 工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm（3）引脚功能说明:表3-5 1602LCD各引脚接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用

35、时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。（4）1602液晶模块内部的控制器：图3-6 1602的内部控制器指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置指令

36、2：光标复位，光标返回到地址00H指令3：光标和显示位置设置I/D，光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。指令4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C ：高电平时显示移动的文字，低电平时移动光标指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5X1

37、0的显示字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，如果为低电平表示不忙。3.4.2 LCD1602的工作参数LCD1602技术参数：（1）在5.0V的工作电压下，工作电流2.0mA；（2）工作电压不能低于4.5 V，不能高于5.5 V；（3）芯片工作时的电压为5.0V是最好；（4）最多能显示1602个字符。3.4.3 引脚功能说明本设计中的LCD1602采用标准的16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-6表3-6 LCD1602引脚概括引脚名称功能引脚名称功能1VSS电源地9D2

38、数据端2VDD接 5V电源正极10D3数据端3V0调整对比度11D4数据端4RS寄存器选择12D5数据端5R/W读选通/写选通13D6数据端6E使能端14D7数据端7D0数据端15BLA空脚或光线暗正极8D1数据端16BLK空脚或背光源负极3.4.4 LCD1602的常用电路图3-10 LCD1602的常用电路3.5 传感器DS18B203.5.1 传感器DS18B20概况DS18B20数字化温度传感器是由DALLAS发明的， DS18B20 只有一个引脚与单片机相连，可测的温度范围最低为-55C，不高于+125C，而且测量结果与真实值相差不大。可以把实时温度通过“一线总线”的方式传输给单片机

39、，这样可以减少干扰。把DS18B20电路放置在比较恶劣环境中，也可以对温度进行测量，DS18B20数字化温度传感器能够在3v到5v的电压下工作。3.5.2 DS18B20的特性介绍(1)接口方式为单线接口，DS18B20只占用单片机的一个IO口，就可以与单片机进行双向通讯。(2)可测的温度范围为55到125。(3)测得的信号结果，直接以一线总线的方式传送给单片机，受到的干扰较小。(4)DS18B20的全部传感元件及转换电路都集成在集成一个电路内。因此，在使用中只需要单个的传感器，不需要连接其他的器件来组成电路，就可直接把测得的数据传输信号到单片机。3.5.3 DS18B20的外形和内部结构DS

40、18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管脚排列如图3-11；结构图如图3-12。图3-11 DS18B20的引脚DS18B20引脚定义：(1)VDD为电源接口 (2)DQ可提供信号的输入与输出；(3)GND为电源接地。图3-12 DS18B20结构图3.5.4 DS18B20工作原理图3-13为DS18B20测温原理图。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄

41、存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3-13 DS18B20原理图3.5.5 DS18B20的应用电路DS18B20测温系统的电路比较简单、接线方便不易出现接线错误、测量结果误差较小、而且占用单片机的口线少等优点。在有电源供电的情况下，GND接地，由VCC引脚接入电源，I/O向提供温度信号。DS18B20的GND引

42、脚不能悬空，否则不能转换温度。应用电路如图3-14所示。图3-14 测温电路3.6 键盘模块设计图3-15 键盘模块原理图本设计中的键盘需要四个按键，它们共占用了单片机的四个I/O口，在这些引脚上使用一个独立式的键盘接口，每个按键都应该接一根地线和一根输入线，通过检测输入线电平来对那个按钮是否被按下进行判断的，并且，通过键盘可以进行手动设置。3.7 蜂鸣器模块设计该电路采用一个普通的三极管和一个蜂鸣器组成来实现报警与闹钟、当时间和温度其中的某个到达预先设定的值，蜂鸣器响。蜂鸣器只占用了单片机的1个I/O口P0.0。图3-16 声音模块原理图3.8 复位电路图3-17 复位电路复位电路一般分为上

43、电复位和手动复位这两种类型。本次设计采用手动复位。当单片机振荡器运行时，在所接的单片机的引脚会出现2个机器周期的高电平（有低电平到高电平的跳变），将使单片机复位。此时只要将按键按下便能产生复位。3.9 晶振电路图3-18 晶振电路图3-18为晶振电路与单片机相连的电路。它为单片机提供一个时钟脉冲信号。本设计中与两个电容相连的是频率为12MHz晶振，单片机如果没有接入晶振电路是不能正常工作。晶振两端分别接入单片机的第18、19引脚，晶振应与2个30pF的电容并联起来以此来帮助起振。在设计中电容应焊接在应尽量靠近单片机芯片的位置。4. 软件设计软件系统在整个设计中是最为重要的，因为系统实现功能，大

44、部分都靠软件来实现，而且控制部分同样需要软件的密切配合才能顺利实现。因为软件设计比较复杂，所以一般都采C语言进行编程，而不采用效率高但可读性不强的汇编语言进行编写。流程图4-1。开始系统初始化数据采集LCD显示按键检测功能设置设置完毕结束否是图4-1 主程序流程图开始初始化定时器，中断各变量初值将K3按下次数存入D，D6时，D=0是否D=0？是否D=1？是否D=2?是否D=3?是否D=4,5,6？时钟设置：分钟显示主显程序时钟设置：小时显示星期设置：星期显示年月日设置：日期显示NNNNYYY图4-2 日期设置流程图时间的设置主要是通过判断K3键按下的次数来判定设置哪一块时间，然后可以用加一键或

45、减一键设计。开始初始化定时器，中断变量初值将K2按下次数存入E，E5时，E=0是否E=0？是否E=1？是否E=2？是否E=3？是否E=4？是否E=5？主显程序闹钟分设置高温报警设置闹钟秒设置高温报警设置闹钟时设置NYNNNNYY图4-3 闹钟报警流程图闹钟和温度报警的设置是通过先按K2键进入设置界面，然后判断P25键的按下次数来确定设置部分。5. 调试结果首先，用软件对程序进行测试，需用开发板把程序烧到单片机里边，再照着原理图准确无误的焊接实物图。设计完成后，给电路板通电后，最终显示结果如图5-1所示。图5-1 仿真结果通电后，按P24按钮，按一下进入闹钟报警温度设置界面。按一下P25键，进行

46、分钟设置，按两下则进入小时设置，依次类推到年份设置，按下加一键或减一键就可以进行时间的设置系统的调试可分为两种，分别为对硬件进行调试和用软件进行调试。其中，前一种调试主要通过是检测硬件电路来进行调试的，检测电路的连接、接线错误和检测焊接处是否虚焊等。DS1302是很容易检测的，因为它的硬件电路很简单，仅仅只有3根线和单片机连接在一起，所以主要是检查除这3根以外的引脚，如与晶振连接的引脚和与电源连接的引脚等是否接好。检查无误后，证明硬件电路没明显问题就，接下来就可以进行软件调试。软件调试通过编写子程序，如编写只含有读写程序，显示程序和只含DS1302的计时程序。通过这些程序来测试DS1302的正

47、常是否工作。最后，检测时间调整程序是否发挥作用。还有一种方式，即应用仿真软件搭建电路的软件平台，再导入程序进行仿真调试。如果电路出错，可以在计算机上方便的修改电路，程序出错可以重新编辑程序，这种方法节时、省力，经济、方便本次设计应用的仿真软件为Proteus。结 论本设计在电路中用到的元器件较少，电路简单，主要用到了AT89S51单片机、DS18B20温度传感器、LCD1602液晶显示器和DS1302时钟芯片等主要器件,实现了预计要求与功能。在对芯片的引脚功能和工作原理有一定的了解后，根据设计要求设计硬件电路，包括单片机控制电路、时钟电路、显示电路、键盘扫描电路和闹铃电路。然后通过软件编程，实

48、现了年、月、日、时、分、秒、星期、温度的显示，并具有闹铃功能，温度报警，校正时间等多种功能功能。温度电子钟可以正常显示温度、时间，能设置闹铃、温度上下限并进行时间校准，基本完成了设计想要的结果。致 谢四年的大学生活就这样过去了，这四年是我人生中的非常重要的四年。在这四年里，我有幸能够接触到这些不断传授我知识、学问，指导我的人生与价值追求的良师。在此，我真诚地向我的老师们表达我深深的谢意！这篇论文是在我的指导老师谢军谢老师的指导下完成的，从论文的选题到结构安排再到论文的编写，谢老师都给我提出了切实可行的建议。谢老师不辞辛劳指导我做毕业设计，并细心全面的帮助我修改论文。谢老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向谢老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢和我一起生活了四年同学，和我一起度过快乐的大学生活，在我困难时给我的帮助！最后，再次感谢为我们默默地无私奉献自己的各位老师，老师们辛苦！参考文献1 刘利.液晶显示原理M，上海：电子工业出版社，2002.5，52702 胡辉.单片机原理及应用设计M.北京：中国水利水电出版社，2005，97993 康华.光电子技术基础M.