光控数字温度时钟课程设计报告

.z......资料....序号：20光电技术课程设计题目：学生王较军班级电子2011-2BF**物理与电子学院专业指导老师梅孝安职称副教授完成时间2015年6月12日（理工学院物理与电子学院）整体设计思想本次实验采用通用51单片机（AT89C51）。DS1302作为基本时钟，并带有蜂鸣器模块，实现报时闹铃功能。使用TLC1543芯片（10位串行A/D）作为温度光强采集模块。温度采集采用热敏电阻、光强采集采用光敏电阻。亮度控制采用D/A输出（DAC0808），采用LED数码管动态显示。出于方便、高效考虑，设置两个按钮一为功能键，一为加键。系统硬件电路设计（本设计硬件总设计图如图1所示。温度由热敏电阻采集经处理后转换为温度显示，光强每经过一段时间间隔由光敏电阻采集一次，转换为数字信号后通过DACO8O8芯片控制（D\A输出）达到调节LED数码管显示亮度的目的。图1设计总电路图DS1302模块DS1302模块以DS1302时钟芯片为主体构成，用于基本的时间显示。其硬件结构图如图2所示。DS1302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，，且具有闰年补偿等多种功能。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。工作电压为2.5V～5.5V。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部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。缺点是时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱。模块软件设计见设计报告系统程序设计部分。图2DS1302模块电路图数码管及数码管驱动模块数码管模块如图3所示：图3数码管模块在数码管显示上将第三个数码管反向安置，使得第二、第三个数码管的小数点位组成一对，实现时钟的秒显示功能。第三个数码管译码表：0*c0,0*cf,0*a4,0*86,0*8b,0*92,0*90,0*c7,0*80,0*82,0*70数码管驱动模块，如图4,图5所示：图4数码管驱动模块图5数码管驱动模块其中，DAC0808用于实现亮度调节（D\A转换），温度光强采集模块模块结构如图6所示图6温度光强采集模块采集温度用热明电阻，热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～-55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。采集光强使用光敏电阻，光敏电阻的工作原理是基于光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带载流子数目的多少。蜂鸣器和按键模块图7为蜂鸣器模块实现闹铃，整点报时功能。图8为按键模块，K1为加键用于调节数据的大小，K2为功能键用于实现不同功能的转换。图7为蜂鸣器模块图8按键模块系统软件设计主程序*include<reg52.h>*include"shu_ma_guan.h"*include"myds1302.h"*include"key.h"*include"naozhong.h"*include"TLC1543.h"*include<math.h>uinttemperature_convert(void);voidbrilliance_control(void);intmain(void){ uinttemporary_temp=0; TMOD=0*11; //T0,T1均工作于方式1（16位定时/计数）,软件启动 TH0=(65535-50000)/256; //一次中断时间为50ms(12MHz下) TL0=(65535-50000)%256; TH1=(65535-50000)/256; //一次中断时间为50ms(12MHz下) TL1=(65535-50000)%256; EA=1; //开总中断 ET0=1; //开定定时器T0中断 ET1=1; //开定定时器T1中断 TR1=1; //打开定时器T1,隔一段时间调节一次亮度 TLC1543_Init(); //初始化TLC1543 Read_Time(); Write_Time(); //设置初始时间 brilliance_control(); //亮度初始设置 while(1) //while { alarm_clock(); //闹钟判别，与撤消 set_key_scan(); //设置键扫描,获取状态state信息 switch(state) { case0: //显示时间 Read_Time(); //读取时间信息，存放在全局calendar结构对象Time中 if((Time.DS1302_miao<0*25&&Time.DS1302_miao>=0*20) ||(Time.DS1302_miao<0*50&&Time.DS1302_miao>=0*45))//20-25/45-50秒间显示温度 { temporary_temp=temperature_convert(); //将TLC1543转换的数字是转换成对应的温度 *ianshi_num(temporary_temp); } else { shijian_*ianshi(Time.DS1302_shi,Time.DS1302_feng); //显示时间 } break; case1: //调整闹钟 case2: case3: tiao_naozhong(); break; case4: //调整时间 case5: tiaoshi(); break; default:break; } //endswitch }//endwhile return0;}//将TLC1543转换的数字是转换成对应的温度//参数：//返回：参数对应的温度uinttemperature_convert(void){ floattemp_num=0; TR1=0; temp_num=TLC1543_ReadADC(0*00); TR1=1; //对采集到的数字量作处理 temp_num=10*temp_num*5.0/1024; //10倍电压 //matlabpolyfit最小二乘法曲线拟合(4阶) temp_num=0.000035*pow(temp_num,4)-0.005092*pow(temp_num,3)+0.262544*pow(temp_num,2)-7.884431*temp_num+123.031448; return(uint)(temp_num*10);}//亮度控制//说明：调用TLC1543_ReadADC(1)通道1获取光敏电阻的AD转换值,// TLC5615_WriteDAC(***)进行DA转换//参数：无//返回：无voidbrilliance_control(void){ uinttemp=0; temp=TLC1543_ReadADC(0*01); //对获取的AD值处理 temp=temp/4; //将10位数字量转换为8位数字量 temp=100*temp*5.0/256; //100倍采集到的电压值 if(temp>59) //弱光 P3=125; elseif(temp>28) //一般光强 P3=175; else P3=255; P3=(uchar)temp; //送到DAC0808转换,控制亮度}voidTimer_T1(void)interrupt3 //T1中断服务程序{ staticuintnum_time=0;//计数器 TR1=0; TH1=(65535-50000)/256; //一次中断时间为50ms(12MHz下) TL1=(65535-50000)%256; num_time++; if(num_time%10==0) //控制时间显示时小数点的闪烁 { twinkle=!twinkle; } if(num_time>=20) //中断20次,每1s调节一次亮度 { num_time=0; brilliance_control(); //亮度控制 } TR1=1;}DS1302程序*include"myds1302.h"*include"shu_ma_guan.h"sbitSDA=P1^5; //DS1302双向数据线sbitSCLK=P1^6; //时钟线sbitRST=P1^7; //控制线//以BCD码存放时间信息structcalendarTime={0*05,0*59,0*50};/***********************///从DS1302读出一个字节//参数：无//返回：读取的字节ucharDS1302ReadByte(void){ uchari=0; uchardate=0; //读取的字节 _nop_(); for(i=0;i<8;i++) { date=date>>1; //从低位至高位读入 if(SDA) //读出1 { date|=0*80; } SCLK=1; //产生上升沿 _nop_(); SCLK=0; _nop_(); } returndate;}/***********************///向DS1302写入一个字节//参数：uchardat要写入的字节//返回：无voidDS1302WriteByte(uchardat){ uchari=0; SCLK=0; _nop_(); for(i=0;i<8;i++) { SDA=dat&0*01; //DS1302数据是从低位开始传输的 _nop_(); SCLK=1; //产生上升沿 _nop_(); SCLK=0; dat=dat>>1; //将高位移至低位 }}/***********************///从DS1302读数据//说明：先写要读数据地址，再读数据//参数：ucharcmd要写入的控制字(数据所在的地址)//返回：读取的数据ucharDS1302Read(ucharcmd){ uchardat=0; RST=0; //初始CE线置为0 SCLK=0; //时钟拉低 _nop_(); RST=1; //CE线拉高，开始传输 DS1302WriteByte(cmd); //传输命令字，要操作的时间/日历的地址 dat=DS1302ReadByte(); //读取数据 SCLK=1; RST=0; //读取结束,CE置为0,结束数据传输 returndat;}/***********************///向DS1302写数据//说明：先写地址，再写数据//参数：ucharcmd要写入的控制字,uchardat要写入的数据//返回：无voidDS1302Write(ucharcmd,uchardat){ RST=0; //初始CE线置为0 SCLK=0; //时钟拉低 _nop_(); RST=1; //CE线拉高，开始传输 DS1302WriteByte(cmd); //传输命令字，要写入的时间/日历的地址 DS1302WriteByte(dat); //要写入的日期/时间 SCLK=1; //时钟拉高 RST=0; //读取结束,CE置为0,结束数据传输}//从DS1302读出时间参量//说明：全局结构体变量Time用于存放时间参量//参数：无//返回：无voidRead_Time(void){ Time.DS1302_shi=DS1302Read(READ_Hour); //读取小时 Time.DS1302_feng=DS1302Read(READ_Minutes); //读取分钟 Time.DS1302_miao=DS1302Read(READ_Seconds); //读取秒数 //对读取的时间进行有效处理(去除掉与时间信息无关的位的影响) if(Time.DS1302_shi>0*23)Time.DS1302_shi=0; //如果使用12小时制，则需要对读取的时间进行处理 if(Time.DS1302_feng>0*59)Time.DS1302_feng=0; if(Time.DS1302_miao>0*59)Time.DS1302_miao-=0*80; //暂停模式下秒的最高位为1}//将Time结构中的时间参量写入DS1302//说明：全局结构体变量Time用于存放时间参量//参数：无//返回：无voidWrite_Time(void){ if(Time.DS1302_shi>0*23)Time.DS1302_shi=0; if(Time.DS1302_feng>0*59)Time.DS1302_feng=0; if(Time.DS1302_miao>0*59)Time.DS1302_miao=0; DS1302Write(WRITE_WP,WP_OFF); //写保护关，(否则不能写入) DS1302Write(WRITE_Hour,Hour_24(Time.DS1302_shi)); //设置小时 DS1302Write(WRITE_Minutes,Time.DS1302_feng); //设置分钟 DS1302Write(WRITE_Seconds,Time.DS1302_miao); //设置秒 DS1302Write(WRITE_WP,WP_ON); //写保护开}数码管模块程序*defineLED_OFF1*include"shu_ma_guan.h"*include"myds1302.h"*defineLED_ON0sbitT_shi_s=P2^0;sbitT_shi_g=P2^1;sbitT_feng_s=P2^2;sbitT_feng_g=P2^3; //0~9共阳极字形码(不带点),减0*80对应数值表示显示小数点ucharcodetable0[]={0*C0,0*F9,0*A4,0*B0,0*99,0*92,0*82,0*F8,0*80,0*90}; //0~9共阳极字形倒码(不带点)ucharcodetable1[]={0*c0,0*cf,0*a4,0*86,0*8b,0*92,0*90,0*c7,0*80,0*82,0*70}; //'*C'uchartwinkle=1; //控制时间显示时小数点的闪烁/*************************///功能显示一位数据//参数：ucharnum要显示的数据,ucharzf是否带点(0不带，1带)// ucharliangdu显示时间用于控制亮度取(共NUMms,显示liangdu,灭NUM-liangdu)//返回：无void*ianshi_yiwei(ucharnum,ucharzf,ucharliangdu){ if(zf) //带点显示 { P0=table0[num]-0*80; } else //不带点显示 { P0=table0[num]; } delay_ms(liangdu); P0=0*ff; //关闭显示,消影 delay_ms(NUM-liangdu);}/*************************///功能显示一位数据（用倒置的数码管）//参数：ucharnum要显示的数据,ucharzf是否显示点(0--不显示,1--显示),// ucharliangdu显示时间用于控制亮度取(共NUMms,显示liangdu,灭NUM-liangdu)//返回：无void*ianshi_yiwei_dao(ucharnum,ucharzf,ucharliangdu){ if(zf!=0) //带点显示 { P0=table1[num]-0*80; } else //不带点显示 { P0=table1[num]; } delay_ms(liangdu); P0=0*ff; //关闭显示,消影 delay_ms(NUM-liangdu);}/**************************///功能：显示时间//参数：ucharshi小时,ucharfen分钟,ucharmiao//返回：无voidshijian_*ianshi(ucharshi,ucharfen){ uchartemp=0; //分离个十位 //显示小时 if(Time.DS1302_shi>0*09) { temp=shi/16; //十进制转换为BCD码 T_shi_s=LED_ON; //数码管小时十位开 *ianshi_yiwei(temp,0,NUM); T_shi_s=LED_OFF; //数码管小时十位关 } T_shi_g=LED_ON; temp=shi%16; *ianshi_yiwei(temp,twinkle,NUM); T_shi_g=LED_OFF; //显示分钟 T_feng_s=LED_ON; temp=fen/16; *ianshi_yiwei_dao(temp,twinkle,NUM); T_feng_s=LED_OFF; T_feng_g=LED_ON; temp=fen%16; *ianshi_yiwei(temp,alarm_on_off,NUM); T_feng_g=LED_OFF;}/**************************///功能：显示调整状态时的时间(要调的两位闪烁--调时,要调的一位闪烁--调闹钟)//参数：ucharshi小时,ucharfen分钟,ucharmiao秒,ucharclock_alarm调的是时间还是闹钟//返回：无void*ianshi_shijian_adjust(ucharshi,ucharfen,ucharclock_alarm){ staticucharfrequency=0; //用于闪烁控制 uchartemp=0; //分离个十位 ucharliang_mie_shi=NUM; //默认亮 ucharliang_mie_feng=NUM; //默认亮frequency++; if(frequency>40) //如果闪烁太快人眼可能看起来是一直亮的 { frequency=0; } else { if(frequency>25) //frequency不要用于控制秒闪烁,秒闪烁频率小于点switch(state) //根据状态控制不同的位闪烁 { case1: //闹钟的小时 case4: //时间的小时 liang_mie_shi=0; break; case2: //闹钟的分钟 case5: //时间的分钟 liang_mie_feng=0; break; default:break; } } if(Time.DS1302_shi>0*09) { //显示小时 temp=shi/16; //十进制转换为BCD码 T_shi_s=LED_ON; if(clock_alarm==ADJUS_CLOCK) *ianshi_yiwei(temp,0,liang_mie_shi); //调时间闪烁 else if(clock_alarm==ADJUS_ALARM) //调闹钟不闪烁 *ianshi_yiwei(temp,0,NUM); T_shi_s=LED_OFF; } T_shi_g=LED_ON; temp=shi%16; *ianshi_yiwei(temp,1,liang_mie_shi); T_shi_g=LED_OFF; //显示分钟 T_feng_s=LED_ON; temp=fen/16; if(clock_alarm==ADJUS_CLOCK) //调时间闪烁 *ianshi_yiwei_dao(temp,1,liang_mie_feng); else if(clock_alarm==ADJUS_ALARM) //调闹钟不闪烁 *ianshi_yiwei_dao(temp,1,NUM); T_feng_s=LED_OFF; T_feng_g=LED_ON; temp=fen%16; *ianshi_yiwei(temp,alarm_on_off,liang_mie_feng); T_feng_g=LED_OFF; }//显示带一位小数的温度//说明：*ianshi_temperature(10)则显示10//参数：uintnum要显示的数//返回：无void*ianshi_num(uintnum){ uchari=0; ucharj=0;/////j=num%10;//// num/=10;//// //显示*C(温度单位) T_feng_s=LED_ON; *ianshi_yiwei_dao(10,0,NUM); //10*C T_feng_s=LED_OFF; //低位至高位 i=num%10; T_shi_g=LED_ON; *ianshi_yiwei(i,0,NUM); T_shi_g=LED_OFF; num/=10; if(num>0) { i=num%10; T_shi_s=LED_ON; *ianshi_yiwei(i,0,NUM); T_shi_s=LED_OFF; } T_feng_g=LED_ON;//// *ianshi_yiwei(j,0,NUM);/// T_feng_g=LED_OFF;///}（4）闹钟模块程序*include"naozhong.h"*defineBEEP_ON0*defineBEEP_OFF1sbitBEEP=P2^6; //蜂呜器ucharintegral_point_flag=0; //1--整点，0--闹钟//定义结构体用于存放闹钟时间structcalendarNaozhong={0*06,0*30,0*00}; ucharalarm=0; //用于标记闹钟是否在响(1--在响，0-没响)//蜂呜器响voidbeep_on(void){ BEEP=BEEP_ON;//打开蜂鸣器}//蜂呜器关voidbeep_off(void){ BEEP=BEEP_OFF;//关闭蜂鸣器}/*********************///是否到了设定闹钟时间voidalarm_clock(void){ if(Time.DS1302_shi>=0*06&&Time.DS1302_shi<=0*19&&0==Time.DS1302_feng&&0==Time.DS1302_miao) //整点报时 { integral_point_flag=1; TR0=1; //打开T0定时器可用于控制整点报时响的次数 } if(alarm_on_off==ALARM_ON) //闹钟打开 { //闹钟;闹钟响一段时间自动关闭或者闹钟响后手动关闭 if(Time.DS1302_shi==Naozhong.DS1302_shi&&Time.DS1302_feng==Naozhong.DS1302_feng &&Time.DS1302_miao==Naozhong.DS1302_miao) { integral_point_flag=0; alarm=1; //闹钟时间到 beep_on(); //打开蜂呜器;在按键扫描中关闭 TR0=1; //打开T0定时器可用于控制闹钟响的时间 } }}voidTimer_T0(void)interrupt1 //T0中断服务程序,用于闹钟报时{ staticucharnum*=0;//整点报时计数器 staticuintnum_niao=0;//闹钟计数器 staticucharhour=0; //小时数 staticnum=0;//计数器,增值键和设置键被按下的时间 TR0=0; TH0=(65535-50000)/256; //一次中断时间为50ms(12MHz下) TL0=(65535-50000)%256;if(state!=0) //设置状态下,计算增值键和设置键被按下的时间 { num++; if(num>=2) //发生2次中断 { num=0; key_long_press++; //增值键按下时间增加 } } else if(integral_point_flag==0) //闹钟状态 { num_niao++; if(num_niao>1200) //闹钟响了一分钟则关闭 { integral_point_flag =2; //报时标志置于空闲 num_niao=0; //计数器清零 alarm=0;//取消闹钟 TR0=0; //关闭定时器T0 BEEP=BEEP_OFF; //关闹钟 } } else if(integral_point_flag==1) //整点报时状态 { num*++; if(num*%10==0) { BEEP=~BEEP; if(Time.DS1302_shi>0*12) { hour=Time.DS1302_shi-0*12; //13点换成一点. } else { hour=Time.DS1302_shi; } hour=10*(hour/16)+hour%16; //BCD码表示的时间转换为10进制时间 if(num*>20*hour) {TR0=0; //关闭定时器T0 BEEP=BEEP_OFF; //关闭蜂鸣器 integral_point_flag =2;//报时标志置于空闲 num*=0; //计数器清零 } } }TR0=1; }TLC1543程序*include"TLC1543.h"sbitTLC1543_SDO=P1^0; //TLC1543串行数据线sbitTLC1543_ADDR=P1^1; //TLC1543地址线(通道选择线)sbitTLC1543_CS=P1^2; //TLC1543片选线(低电平有效)sbitTLC1543_CLK=P1^3; //TLC1543时钟线sbitTLC1543_EOC=P1^4; //TLC1543转换完成//TLC1543初始化voidTLC1543_Init(void){ uchari=0; TLC1543_CS=1; //不选中TLC1543 TLC1543_CLK=0;}/************************///读取第ain通道的ADC转换值//参数：ucharain转换通道0--10//返回：转换的数字值uintTLC1543_ReadADC(ucharain){ uintdat=0; uchari=0,j=0; ucharch=0; // ain<<=4; //从高位开始传输 ch=ain; //因为CPU读