旋转时钟系统的总体毕业设计

1、旋转时钟系统的总体毕业设计目录摘要iabstractii第1章绪论11.1旋转时钟的发展背景11.2旋转时钟的特点11.3旋转时钟的发展趋势11. 4新旧led社会调研2第2章系统的总体设计22. 1方案可行性论证22. 1. 1需求分析22. 1.2方案论证32.2关键技术与解决方案52.3系统总体方案62. 3. 1系统硬件构成72.3.2系统软件构成72.4本章小结8第3章系统的硬件93.1单系统的主控单元构成73. 1. 1单片机at89s52简介103. 1.2主要功能及特点103. 1.3管脚图管脚说明93. 1.4复位电路113. 1.5震荡电路123. 1.6芯片擦除123.2

2、显示单元部分133. 2. 1 led 特性133. 2.2 9013三极管的特性及相关参数133.3测温部分143. 3. 1测温模块143. 3.2ds18b20的主要特征有以下几点143. 3. 3ds18b20的工作原理143. 3.4温度采集153.4单测速定位部分203.5电机的搭建和供电的设计223. 5. 1电机的配置223. 5.2电刷的供电设计2436本章力、纟吉25第4章系统的软件部分224. 1模拟表盘部分234.2模糊控制部分244. 3本章小结25第5章取模工具介绍25第6章 最后成果26第7章总结与展望2631结束语30致谢3 2 33 4 4录录录附附附第1章绪

3、论1.1旋转时钟的发展背景现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，卅界上各大芯片制造公司 都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流 c51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提 供广阔的天地。ed显示屏已广泛应用于广告、车站、银行、商场等公共场所。它 具有功耗小、寿命长、色彩好等优点。现在的led显示屏的发光器件主要采用led 平板模块，大型的led点阵的显示屏。它给我们日常生活中带来了方便和快捷。 但是这种类型的显示屏有很大的弊病。新型的旋转式显示屏，克服了以上两个不 足，以单排led或双排led转动的方式代替逐行扫描，成本

4、大大降低，采用以少 显多的方案来组成大型虚拟的led点阵显示，其内容紧凑有条理，并且容易查找 出led失真的具体原因，很快捷的加以维修处理以及它可以和点阵一样显示原理。如果你在网上用google搜索"pov led” 一词(p0v即persistance of vision),会找到卅界各地的各种led旋转屏的制作介绍。那些摇晃出的空中图案, 漂浮在车轮上的动画，以及形态各异的时钟，一定给你留下深刻印象。1.2旋转时钟的特点旋转吋钟的主要特点就是结构新颖，效果奇特。加入了现代科技的元素，利 用人眼的视觉暂留特性，用单片机作为主控芯片，采用电机带动发光二极管高速 旋转，霍尔传感器进行定

5、位，利用刷屏显示原理呈现吋钟画面及ds18b20温度显 示。造型及显示效果个性、新颖，解决了传统时钟结构单一，显示效果固定的缺 陷，更好了满足了人们对美的追求。1.3旋转时钟的发展趋势现今人们家庭用的时钟主要还是传统意义上的时钟，固定的表盘与表针，显 示效果单一，不能满足时钟不但用来看时间述是一件很好的装饰品的要求。随着 科技的发展网络上出现了以diy为主要形式的旋转时钟作品。但是随着单片机技术、高亮发光二极管制造技术和高速稳定电机制造技术的 发展，这种千奇百怪、创意无限的电子旋转时钟必将走进千家万户。1.4新旧led社会市场调研据报导大型的led点阵显示屏从06年开始在各大公共场合登陆舞台，

6、到2010 年占据了中国的绝大部分的市场。在市场中广泛流通的是传统型的显示屏。普通小型的8*8点阵在市场报价：杜阳3208点阵钟¥ 80.008x8点阵led灯3.75mm红色共阳高亮（38x38mm 面积）普通稍大点3208点阵在市场报价:可见成本成多倍增长。若大型广告显示屏，车站显示屏其可见成本要远远大 于实用成本，普通点阵用户花销费用巨大，不经济不实惠。而新型的可旋转的led显示屏，在国内儿乎没有个人和企业应用。这个新生 产业技术才刚刚起步，拥有巨大的市场发展潜力！它只需要儿个发光led,便可以 实现虚拟大型的点阵显示屏。普通发光二极管的市场报价：白发白请看商品说明普通led贴

7、片市场报价:*0.70白色光50505!占片led三芯贴片led贴 片发光二极管超高葱占片盂信用卡可见器件成本对比度十分的悬殊！时间就是金钱，成本就是效益！!第2章系统的总体设计2.1方案可行性论证2. 1. 1需求分析随着科技的发展和人们对创新事物和美感的追求，传统的固定的电子时钟无法 满足现代人们的物质和文化生活的需要，必将被淘汰。这种新兴的，创意无限的, 视觉效果好的创意电子旋转时钟必将越来越多的走进人们的生活。这种新兴的旋转时钟将会倍受人们的青睐，成为人们装饰、送人的首选佳品。2. 1.2方案论证旋转时钟是一种利用人眼的视觉惰性，让led高速旋转形成led屏，显示文字、 数字及图形的l

8、ed屏显示的电子产品。主要构成：在at89s52单片机的po、p2 口 上接上16个贴片的led；在分别用pl.o、p1.1和p1.2上接上一个三极管9013, 分别用三极管驱动8个贴片led,总共40个贴片。用霍尔传感器cs3144来测定转 速，用ds18b20温度传感器来测温。采用取字模软件将字符和图案自动生成扫描 码。系统采用两节3v电子供电，旋转由一个电机带动。2.2关键技术与解决方案可旋转led就是运用以少胜多的理念，把动起来的一排或多排led抽象成 一个巨大的点阵屏幕，是利用人们的视觉残留来实现显示图像数字的功能。a：普通的点阵屏是利用刷屏的方式来显示东西的，例如：图2-1点阵成像

9、原理它是随着不同频率的个点成像来达到成像，也就是说当画面以一定速率新时我 们看到的就是一个完成的图像了。b：新颖的可旋转的led和老式的成像原理基本相近，举例说明： 一条由30个led组成的条形显示板：-*+*#*： *： *k 当它转动的时候可形成一个复杂的圆形点阵:图2-2模拟点阵成像由此可知一条发光led板子转动可利用人的视觉残留留下一个虚拟的点阵显示屏。 整个设计的供电系统。电机供电旋转时钟系统有两个部分需要供电，一是 底座上的电机，二是单片机系统。可选用分离供电，即一组电池提供单片机系统 的电源（它必定随着电路板旋转，因此体积和重量需要尽量轻），另外一组固定在 底座上的电池为电机提供

10、电源。可以使用同一个电源，但是需要处理电力的传递 问题，可通过电刷方式。在电机的转轴上安装绝缘的塑料皮和一个外加导电铁皮, 铁皮固定到电路板上，电机转动带动板子，在导电铁皮的旁边设置电刷，可供应 电路板的正常用电。而整个的电机控制转速可以采用霍尔芯片来测定它的转动过 程。2. 3系统总体方案系统总体分为软件部分和硬件部分两部分构成。硬件部分由主控芯片部分、测速定位部分、温度测试部分、信息采集传输部分、 显示部分、电机部分组成。总体框图如下：主控部分（单片机）电机部分测温系统测速定位系统显示部分图2-3系统总体框图2.3. 1系统的硬件构成系统的硬件部分主要有单片机（at89系列）及其最小系统，

11、霍尔传感器（cs3144） 测速定位系统ds18b20数字温度传感器测温系统及led显示部分组成。单片机是系统的核心，是系统的主控单元。单片机及其构成的最小系统单元控制 系统信息的釆集，及测速定位系统的各项数据，来调节系统。霍尔传感器是用来测定 电机转速，根据转速来定扫描时间。led显示部分是通过电机带动高速旋转利用人眼 的视觉暂留特性来呈现时钟画面。图24系统硬件图2. 3. 2系统的软件构成利用层次图来表示系统中各模块之间的关系。层次方框图是用树形结构的一系 列多层次的矩形框描绘数据的层次结构。顶层是一个单独的矩形框，代表完整的 数据结构，下面的各层矩形框代表各个数据的子集，最底层的各个矩

12、形框代表组 成这个数据的实际数据元素（不能再分割的元素）。随着结构的精细化，层次方框 图对数据结构也描绘得越来越详细，这种模式非常适合于需求分析阶段的需要。本系统一共分为led显示、时钟调整、红外控制、温度控制、电机控制五大模块, 每个模块之间虽然在表面上是相互独立的，但是对整个系统是紧密相连的。每个 模块的功能都是按照在调研中搜集的资料进行编排制作具体详细程序见附录i。图2-5系统软件图2. 4本章小结经过长达2周的时间，确定了我的毕业设计的基本制作方向选定了制作的基 本器件在考虑性能/价格比的前提下，在本次设计中我选择最容易实现产品的指标 的几种仿真器件如下：(1) 、主机：intel (

13、r) cotctm2 duo pc 机，伟福仿真器；(2) 、主控芯片：兼容mcs-51系列中的89s52系列芯片；(3) 、时钟芯片:ds1302芯片;(4) 、转速调整芯片：3144霍尔传感；(5) 、led数码管或led贴片；(6) 、稳定电机；(7) 、红外控制(可选)；(8) 、温度传感器：用数字温度传感器ds18b20组成一个温度检测电路(可选);深入的了解我的设计的整体思路为以后软硬件的搭建开创了先河。第3章系统的硬件3.1系统的主控单元构成系统的主控单元由at89s52及其最小工作系统构成，主要功能是控制系统的总 体，是系统的核心，相当于系统的大脑和心脏。其电路图如下：系统的整

14、体屯路图如下:1 1 |w|lxi(fl*r5tngnruxi：41011dll :b.nrrrix工|iii.11ii1ii©ii图3t系统总体电路图3. 1. 1单片机at89s52简介at89s52是-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。3.1.2主要功能及

15、特性at89s52具有以下标准功能：8k字节flash, 256字节ram, 32位i/o 口线，看 门狗定吋器，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0脱 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、定吋器/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。与mcs-51单片机产品兼容 8k字节在系统可编程flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0hz33hz三级加密程序存储器

16、 32个可编程i/o 口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工uart串行通道低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符3.1.3管脚图管脚说明(t2> f=-1 .o 匸 ex> f=1 匚f=>1.2 匚 1=1.3 ezf>1.4 匚 (mc-si ) f=>1.s 匚 l：miso> f i.e ez (sck> 7 匸 何!st匚z ：rxo>3.0 匸 <"txjoi > f>3：1 匸 (tfttc-> f>3.2 ez <imt 1 > 1=3.3

17、 匚 <to：. f3.4 匚 :t1i> fs.® ez:. f>3.e<ro>37 xt-a12 >cta1_1gimc-4-o3q3837*3e"x33:73oannnnnnnnnnnnnnnnnnnn21图3-3 at89s52引脚图vcc：供电电压。gnd：接地。po 口： po口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，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。当访问外部程序和数 据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，p0具有内部上拉 电阻。在flash编程时，p0口

18、也用來接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。 程序校验时，需要外部上拉电阻。p1 口： p1 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o 口，pl输出缓冲器能 驱动4个ttl逻辑电平。对p1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时 可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因, 将输出电流（iil） o此外，p1.0和p1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入 （p1.0/t2）和时器/计数器2的触发输入（p1.1/t2ex）,具体如表3-1所示。在flash编程和校验时，p1 口接收低8位地址字节。表3-1 p1 口的第二功能引脚号第二功能p1.0t2 （定

19、时器/计数器t2的外部计数输入）,时钟输出pl. 1t2ex （定时器/计数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制）p1.5mosi （在系统编程用）p1.6mtso （在系统编程用）p1. 7sck （在系统编程用）p2 口： p2 口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o 口，p2 口缓冲器可接收，输 出4个ttl门电流，当p2 口被写时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输 入。并因此作为输入时，p2 口的 管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上 拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时， p2 口输出地址的高八位。在给 出地址“1”时，它利用内部上拉优势，

20、当对外部八 位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在 flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3 口： 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（ill）这是由于上拉的缘故。p3 口作为at89c51的一些特殊功能口，如表32所示：表32 p3 口的特殊功能口管脚备选功能p3. 0 rxd（串行输入口）p3. 1 txd（串行输出口）p3. 2 /into（外部中断0）p3. 3 /inti（外部

21、中断1）p3. 4 to（记时器0外部输入）p3. 5 t1（记时器1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）p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电 平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输岀电平用于锁存地址 的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以 不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6o因此它可用作对 外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器吋, 将跳过

22、一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时，ale 只有在执行movx, movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如 果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机 器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号 将不出现。/ea/vpp：当/ea保持低电平吋，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh）, 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1吋，/ea将内部锁定 为reset；当 /ea端保持高电平吋，此间内部程序存储器。在flash编程期

23、间，此引脚也用于 施加12v编程电源（vpp）oxtal1：反向振荡放大器的输入及内部吋钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。3.1.4复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电 路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5v±5%,即 4.755.25v。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电 源上电时，只有当vcc超过4.75v低于5.25v以及晶体振荡器 稳定工作时，复 位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。口前为止，单片机复位电路主要有四种类型：（1）微分型复位电路；（2）积 分型复位电路;（

24、3）比较器型复位电路；（4）看门狗型复位电路。电路图如下：3.1.5震荡电路晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再 串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其 中较低 的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振（电路图如图3-5）o由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范 围内，晶振等效为一个屯感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成 并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡 电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很人, 这个振荡器的频率也不会有很

25、大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电 容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡屯路都是在一个反相放犬器（注意是放犬器不是反相器）的两 端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地， 这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般tc的引脚都有等效输 入屯容，这个不能忽略。3.1.6芯片擦除整个perom阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ale管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任 何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此夕卜，at89c51设有稳态

26、逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持 两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu停止工作。但ram,定时器，计 数 器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram的内容并且冻结振荡器, 禁止所有其它芯片功能。3.2显示单元部分显示部分主要由40个贴片发光二极管和三个9013三极管组成。3.2.1 led 特性导体发光二极管(led)作为第三代半导体照明光源。这种产品具有很多梦幻般 优点：(1) 光效率高：光谱几乎全部集中于可见光频率，效率可以达到80%-90%o而 光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%o(2) 光线质量高：由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有

27、辐射，属 于典型的绿色照明光源。(3) 能耗小：单体功率一般在0.05-lw,通过集群方式可以量体裁衣地满足不同 的需要，浪费很少。以其作为光源，在同样亮度下耗电量 仅为普通白炽灯的 l/8-l/10o(4) 寿命长：光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。一个半导体灯正常情 况下可以使用50年，即使长命百岁的人，一生最多也就用2只灯。(5) 可靠耐用：没有钩丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很小，维护费 用极为低廉。(6) 应用灵活：体积小，可以平面封装，易开发成轻薄短小的产品，做成点、 线、面各种形式的具体应用产品。(7) 安全：单位工作电压大致在1.5-5v之间，工作电流在20-7

28、0ma之间。(8) 绿色环保：废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯一样含有汞成分。(9) 响应时间短：适应频繁开关以及高频运作的场合。3.2.2 9013三极管的特性及相关参数c9013 np7三极管相关参数如下:集电极-发射极电压25v集电极-基电压45v射极-基极电压5v集电极电流0. 5a耗散功率0. 625w贮存温 tstg -55-150 °c封装形式常见的为to-92型3.3测温部分3.3.1测温模块木设计的测温元件采用的是ds18b20测温元件,ds18b20是由dallas （达拉斯） 公司生产的一种温度传感器。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精 度高，附加功

29、能强，使得ds18b20很受欢迎。这是世界上第一片支持“一线总线” 接口的温度传感器。ds18b20数字温度计提供9位（二进制）温度读数，指示器件的 温度。信息经过单线接口送入ds18b20或从ds18b20送出，因此从单片机到ds18b20 仅需一条线连接即可。它可在1秒钊u典型值）内把温度变换成数字。3.3.2 ds18b20的主要特征有以下几点全数字温度转换及输出；先进的单总线数据通信；最高12位分辨率，精度可达土 0.5°c； 12位分辨率吋的最人工作周期为750毫秒；可选择寄生工作方式； 检测温度范围为- 55°c+125°c；内置eeprom，限温报警

30、功能； 64位光刻rom,内置产品序列号，方便多机挂接；多样封装形式，适应不同硬件系统。ds18b20芯片有3个引脚：gnd为电压地直接接地；dq为单数据总线用来与 单片机相连接，本系统中dq与单片机p2.2接口连接，仅此一个连接就能保证 ds18b20与单片机之间的数据交换；vdd引脚接电源电压。3.3.3 ds18b20的工作原理ds18b20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。18b20共有三种形态的存储器资源，分别是：rom只读存储器，用于存放ds18b20td编码，其前8位是单线系列编码（ds18b20的编

31、码是19h）,后面48 位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的crc码（兀余校验）。数据在 出产吋设置不由用户更改。ds18b20共64位rom, ram数据暂存器，用于内部 计算和数据存取，数据在掉电后丢失，ds18b20共9个字节ram,每个字节为8 位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户eeprom （常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节 则是用户第3个eeprom的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户 得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。 第9个字节为前8个字节的crc码。ee

32、prom非易失性记忆体，用于存放长期需要 保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，ds18b20共3位eeprom,并在ram 都存在镜像，以方便用户操作。我们在每一次读温度之前都必须进行复杂的且 精准吋序的处理，因为ds18b20的硕件简单结果就会导致软件的巨大开消。3.3.4温度采集通过ds18b20单线总线的所有执行处理都从一个初始化序列开始。初始化序列包 括一个由总线控制器发出的复位脉冲和随后由从机发出的存在脉冲：1、复位:首先我们必须对ds18b20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机） 给ds18b20单总线至少480us的低电平信号。当18b20接到此复位信号后则会在1560u

33、s后回发一个芯片的存在脉冲。2、存在脉冲：在复位电平结束z后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于 在1560us后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60240us的低电平信号。至此，通信 双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与18b20间的数据通信。3、控制器发送rom指令：双方打完了招呼z后最要将进行交流了，rom指令共 有5条，每一个工作周期只能发一条，rom指令分别是读rom数据、指定匹配芯片、 跳跃rom、芯片搜索、报警芯片搜索。各自功能如下：read rom （读rom） 3311（方括号中的为16进制的命令字）这个命令允许总线控制器读到ds18b20的64位rom。只有当总线上只

34、存在一个 ds18b20的时候才可以使用此指令。match rom （指定匹配芯片）5511这个指令后面紧跟着由控制器发出了64位序列号，当总线 上有多只ds18b20时， 只有与控制发出的序列号相同的芯片才能做出反应，其它芯片将等待下一次复位。 这条指令适合单芯片和多芯片挂接。skip rom （跳跃rom指令）ccii这条指令使芯片不对rom编码做出反应，在单总线的情况z下，为了节省时间则可 以选用此指令。如果在多芯片挂接时使用此指令将会出现数据冲突，导致错误出 现。search rom （搜索芯片）foh在芯片初始化后，搜索指令允许总线上挂接多芯片时用排除法识别所有器件的64 位 rom

35、。alarm search （报警芯片搜索）ech在多芯片挂接的情况下，报警芯片搜索指令只对附合温度高于th或小于tl报警条 件的芯片做出反应。只要芯片不掉电，报警状态将被保持，直到再一次测得温度 值达不到报警条件为止。rom指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻rom进行操作。其主要目的是为 了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个 器件，并通过每个器件上所独有的id号来区别，一般只挂接单个18b20芯片吋可以 跳过rom指令（注意：此处指的跳过rom指令并非不发送rom指令，而是用特有的一 条“跳过指令”）o4、控制器发送存储器操作指令：在rom指令发送给1

36、耶20之后，紧接着（不间 断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令 分别是写ram数据、读ram数据、将ram数据复制到eeprom、温度转换、将eeprom中 的报警值复制到ram、工作方式切换。wr i te scratchpad （向ram中写数据）4eh:这是向ram中写入数据的指令, 随后写入的两个字节的数据将会被存到地址2 （报警ram之th）和地址3 （报警ram 之tl）。写入过程中可以用复位信号中止写入。read scratchpad （从ram中读数据）beh:此指令将从ram中读数据,读地 址从地址0开始，一直可以读到地址9,完成整个ram

37、数据的读出。芯片允许在读过 程中用复位信号中止读取，即可以不读后面不需要的字节以减少读取时间。copy scratchpad （将ram数据复制到eeprom中）48h：此指令将ram中的数 据存入eeprom中，以使数据掉电不丢失。此后由于芯片忙于eeprom储存处理，当 控制器发一个读时间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成吋，总线将输出 “1”。在寄生工作方式吋必须在发出此指令后立刻超用强上拉并至少保持10ms, 来维持芯片工作。convert t （温度转换）44h：收到此指令后芯片将进行一次温度转换，将 转换的温度值放入ram的第1、2地址。此后由于芯片忙于温度转换处理，当控制器

38、发一个读吋间隙吋，总线上输出“0”，当储存工作完成时，总线将输出“1” o 在寄生工作方式时必须在发岀此指令后立刻超用强上拉并至少保持500ms,来维持 芯片工作。recal l eeprom （将eeprom中的报警值复制到ram） b8h:此指令将eeprom中 的报警值复制到ram中的第3、4个字节里。由于芯片忙于复制处理，当控制器发一 个读吋间隙时，总线上输出“0”，当储存工作完成吋，总线将输出“1”。另外, 此指令将在芯片上电复位时将被自动执行。这样ram中的两个报警字节位将始终为 eeprom中数据的镜像。read power supply （工作方式切换）b4h：此指令发出后发出

39、读吋间隙， 芯片会返回它的电源状态字，“0”为寄生电源状态，“1”为外部电源状态。存储器操作指令的功能是命令18b20作什么样的工作，是芯片控制的关键。5、执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的 读写，这个操作要视存储器操作指令而定。ds18b20需要严格的协议以确保数据的完整性。协议包括几种单线信号类型： 复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0和读1。所有这些信号，除存在脉冲外，都 是由总线控制器发出的。和ds18b20间的任何通讯都需要以初始化序列开始。一个 复位脉冲跟着一个存在脉冲表明ds18b20已经准备好发送和接收数据（适当的rom 命令和存储器操作命令）。对

40、于ds18b20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于ds18b20的 读时隙是从主机把单总线拉低z后，在15usz内就得释放单总线，以让ds18b20 把数据传输到单总线上。ds18b20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完 成。ugnd图3-9 ds18b20的读时序图ds18b20的写时序:对于ds18b20的写时序仍然分为写0吋序和写1吋序两个过程。对于ds18b20 写0吋序和写1吋序的要求不同，当要写0吋序吋，单总线要被拉低至少60us, 保证ds18b20能够在15us到45us之间能够正确地采样to总线上的“0”电平， 当要写1时序吋，单总线被拉低之后，在15us

41、之内就得释放单总线。g id60t20us主cpu写0时dsl8b20采样区图3-10 ds18b20的写时序图3. 4测速定位部分霍尔传感器（cs3144）应用霍尔效应原理，采用半导体集成技术制造的磁敏电 路，它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器，温度补 偿电路和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输岀 是一个数字电压讯号。每当电机转动一周，霍尔传感器经过磁片上方时产生一个低 电平。利用单片机计数对脉冲进行计数，从而来测定转速。转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有m法（测频 法）、t法（测周期法）和mpt法（频率周期法），该系

42、统采用了 m法（测频法）。 由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。 根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴 旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时, 受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输岀脉冲信号，其频率和转速成正比。脉 冲信号的周期与电机的转速有以下关系：n=60/pt（1）式中：n为电机转速;p为电机转一圈的脉冲数;t为输出方波信号周期 根据式（1）即可计算出直流电机的转速。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场 b,在沿平而方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结

43、果在器件的2个侧而 之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其 体积小、无触点、动态特性好、使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度 领域得到了广泛应用。在这里选用美国史普拉格公司(sprague)生产的3000系 列霍尔开关传感器3013,它是一种硅单片集成电路，器件的内部含有稳压电路、 霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出电路，具有工作电压 范围宽、可靠性高、外电路简单输出电平可与各种数字电路兼容等特点。转速控制原理直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关，可以采用c8051f060片 内的d/a转换器dac0的输出控制直流电机的电压从而控

44、制电机的转速。在这里采 用简单的比例调节器算法(简单的加一、减一法)。比例调节器的输出系统式为:(2)式中：y为调节器的输出；e (t)为调节器的输人，一般为偏差值;kp为比例 系数。从式(2)可以看出，调节器的输出y与输入偏差值e (t)成正比。因此，只 要偏差e (t) 一出现就产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点，这是 一种最基本的调节规律。比例调节作用的大小除了与偏差e (t)有关外，主要取 决于比例系数kp,比例调节系数愈大，调节作用越强，动态特性也越大。反之， 比例系数越小，调节作用越弱。对于大多数的惯性环节，kp太大时将会引起自激 振荡。比例调节的主要缺点是存在静差，对于

45、扰动的惯性环节，kp太大时将会引 起自激振荡。对于扰动较大，惯性也比较大的系统，若采用单纯的比例调节器就 难于兼顾动态和静态特性，需采用调节规律比较复杂的pi (比例积分调节器)或 pid (比例、积分、微分调节器)算法。3. 5电机的搭建和供电设计3. 5. 1电机的配置我想了很多方法最终确定成为了机械的转动。电机的的配置方法如下：(1) 选用电机轴比较长的电机类型。有条件的当然可以定制电机轴的长度。所 以，我还是老老实实地跑遍了电子市场，千挑万选软磨硬泡，终于买到了比较合 适的型号图3-11电机实样（2）找到电机后，需要对电机轴进行适当的改造。在此之前，我们还需要准备以 下一些特殊的东西：

46、一截小金属管，充当滑环用。要求表面光滑耐磨，内径略大于电机轴的直径，并留有适当空间。图3-11代替滑环的金属管-段橡胶热塑套管，遇热收缩的那种。图3-12 橡胶热塑套管一段适合做电刷的金属片，要求耐磨，并有适当弹性。我们可以用插头中的金属 插片；如果有必要，可以找一根小弹簧，用于给电刷和滑环的接触间提供适当的 弹性压力。如果找不到合适的金属片，也可以用回形针来代替。图3-13 代替电刷的金属片及弹簧（3）电机轴及滑环的改造过程如下：把橡胶套管套在电机轴上，用打火机均匀加热烘烤套管，令其收缩、包裹住电 机轴当然要注意掌握烘烤的火候，别把家给烧了。哈哈，未成年儿童一定要在家 长的监护下实施该操作哦

47、！图3-14为电机轴套上热塑套管把金属管改造为滑环（参见图3-15将金属管改造为滑环）后，我们可以把滑环套在电机轴套管上看看效果（参见图3-16把滑环套在电机轴上看看效果）。然 后，我们把滑环焊接安装在指针板上图3-15将金属管改造为滑环图3-16把滑环套在电机轴上3.5.2电刷的供电设计把电机安装在基座上。并安装金屈电刷（参见图3-17电机与电刷安装效果 图）。在该图中，我们也用了一个回形针来代替电刷，也可以用其它的合适材料来 实现这个结构。图3t7 电机与电刷安装效果图把指针板安装在电机轴上，电机轴与指针板地线之间用焊锡焊死。在焊接时， 注意调节指针板的重心，并确保金属管（电源线）与电机轴

48、（地线）之间不要搭 焊短路。至此，整个结构完成。参见（图114：完整的供电结构侧面效果图）图3-18完整的供电结构侧面效果图把电机轴接到电源负端（注：电机外壳与电机轴是短路导电的），电刷接到电 源正端。指针板就可以通电工作了。这时如果让电机转动起来，电刷与滑环作相 对摩擦运动。仍1 口可以源源不断地把电源共给指针板。3. 6本章小结经过了 3周的硬件搭建和调试，虽然费了很大的劲儿但是从中学到了不少的知 识在元器件的布局方而，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟 发生器、晶振、cpu的时钟输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路

49、开关电路等， 远离单片机的逻辑控制电路和存储电路（rom、ram）,如果可能的话， 电路另外制成电路板，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。应尽量使其 可以将这些第4章系统的软件部分系统软件部分分为：电机测速定位部分，时钟表盘显示部分，数字时钟显示部 分，转速显示部分，温度显示部分，字体显示部分及时间处理部分。程序流程图如下:图4-1程序流程图4.1模拟表盘部分模拟表盘的时针、分针、秒针的定位显示程序及算法：/秒针定位i 二 2 * time_s ;秒针定位二"秒*3if ( time h > 11 ) i = time h -12 ; /吋转换为 12 小时制h_line

50、 二 j + i ;/时针定位二时*15+分/4h_line = 18(hi_line ;/分针定位i = 2 * t i me_m ;/分针定位二分 *3m line = i + time m ;m_line = 180-m_line ;break;4.2模糊控制部分当电机的转速由于电压不稳定或者其它的原因出现不稳定吋，程序能通过改变 定吋器的初值，使显示能够自动适应电机的转速，使显示能够保持稳定。这样增 加了系统的稳定性，使显示效果更加的完好。disp_line 二 0 ;if ( timerl_jsq > 180 )if ( timerljsq > 220 ) disp_ti

51、me_set 二 disp_time_set - oxlf ; else if(timerljsq>200)disp_time_set二disp_time_set -oxof;else if(timerljsq>190)disp_time_set二disp_time_set -0x08;else if(timerljsq>185)disp_time_set二disp_time_set -0x04;else if(timerljsq>182)disp_time_set二disp_time_set -0x02;else disp_time_set 二 disp_time_s

52、et 一 0x01 ;if ( disp_time_set oxof ) disp_time_set 二 oxof ; /钳位else if ( timerl_jsq < 180 )i. f ( timerl jsq < 140 ) disp_time_set 二 disp_time_set + oxlf ; else if(timerljsq<160)disp_time_set二disp_time_set +oxof;else if(timerljsq<170)disp_time_set二disp_time_set +0x08;else if(timerljsq<

53、;175)disp_time_set二disp_time_set +0x04;else if(timerljsq<178)disp_time_set二disp_time_set +0x02;else disp_time_set 二 disp_time_set + 0x01 ;if ( disp_time_set > oxff ) disp_time_set 二 oxfo ; /钳位系统程序见附录lo4.3本章小结经过了 3周的艰苦调试，调试中出现了各种逻辑循环的错误，想了很长时间, 也憋了很长时间，真是声嘶力竭呀！还好有老师帮我，嘿嘿完成了软件的部分， 可能有部分的循环有小小的bu

54、g,嘿嘿 但是大体上不出大格了。通过这儿周的软 件调试我学习到了很多的东西。函数的调用，数组函数的使用，算法的设置应用 等等.都让我受益匪浅。第5章取模工具介绍软件可以将要显示图象或者文字转换成单片机电子电路 可以识别的数据代 码。本软件为无插件、无广告、不需安装、不修改注册表、小巧玲珑、即开即用 的纯绿色软件！图象是由一个一个的点组成的，这些点称为象素。led点阵就是利用很多个发 光二极管（led）有序排列，通过电子电路自动控制发光和关闭，从而形成图案或 者文字，因此，这需要很多的led和复杂的电子电路，成本高，一般朋友想玩也 玩不起。但是led摇摇棒和旋转led点阵则利用人的视觉暂留特性，

55、用几十分之一数量 以及更低数量的led来代替密密麻麻的均匀排列的led点阵，也能有效稳定的显 示岀图案或者文字，这样综合成本得以大大降低，几百元的电子制作就可以只用 几十元来过过瘾了。黑夜中的香烟头或流星划过夜空，大家看到的不是一个点，而是一条线。现在, 我们可以用单片机高速的控制这个点快速的点亮或者熄灭，当多个点排在一起， 被同时按规则控制时，就会形成图案或者文字。软件可以自行修各单元点并立即生成代码，也可以输入文字自动生成代码，也 可以打开图片自动生成代码！述可以通过串口自动发送代码。点击软件中的、 或enter就可以将文字或者图片自动生成代码，生成代码后，再点击右下角的就可以将代码通过选

56、定的串口以9600波特率向产品发送！第6章最后成果经过软件硬件的结合调试，忙了大概2个多月的时间，最后搭建成了一个由减 速电机带动的由at89s52作为主控芯片贴片led作为显示元件的旋转时钟。其中 测速定位部分是由霍尔传感器（cs3144）及其它相关元件构成。旋转时钟系统比 较稳定，显示效果良好，达到了预期的效果。可显示北京时间，简单的图形，还 有温度可控的温度系统，可以实时的监控外部温度。虽然说这个设计只不过是雏 形，但是却很新颖很有意思，要是加以更好的修饰和功能的添加很可能在市场上 占有一席之地！第7章总结与展望1, 旋转时钟系统解决了传统意义上的时钟，i古i定的表盘与表针，显示效果单 一，不能满足时钟不但用来看时间还是一件很好的装饰品的要求的问题。2, 当然系统也存在一些不足，最主要的的不足之处是硕件的结构比较复杂， 不易实现。电机稳定