电力系统设计作业 依据时段可变显示亮度电子钟

电子系统设计与实践

依据时段可变显示

亮度电子钟

摘要

本次设计以AT89c52芯片为中心，加上必要的外部电路，组成了一个依据时

段可变显示亮度数字电子时钟。

硬件方面，除单片机外，使用了8个七段LED数码管来进行显示，采用的是

动态扫描显示，利用74LS573进行数码管段驱动，利用ULN2803A进行位驱动。

通过LED能够比较准确显示时、分、秒以及日期和当前室温。利用几个简单的按

键分别实现对时间的调整，年月日显示的切换，以及温度显示切换。时钟日历来

源于DS1302芯片。温度测量功能来自DS18BU20芯片。软件方面采用C语言编程,

在单片机环境下，加设中断，定时，以完成功能实现。整个电子钟系统能完成时

间的显示，调时，定闹及温度显示等功能。

关键词：电子系统设计电子时钟温度显示AT89C52DS1302DS18B20

目录

一、实验目的及任务、功能、具体工作内容

二、重要硬件简介与相应模块设计

三、主程序设计实现

四、系统框图

五、总体设计系统电路原理图和PCB版图

六、程序流程图

七、系统调试总结

八、实验遇到的问题及改进

九、实验总结及感想

十、参考书目

十一、源程序

一.实验目的及任务、功能、具体工作内容

1.目的及任务：

(1)通过查阅相关资料，深入了解电子钟的组成结构和工作原理；

(2)学习有关动态显示方式及原理；

(3)复习“MCS-51单片机原理及C语言程序设计”，掌握其接口扩展，如：

显示、键盘等；

(4)设计具有报时报温功能电子钟的原理图，构建硬件平台；

(5)采用汇编或C语言编写应用程序并调试通过；

(6)制作出样机并测试达到功能和技术指标要求；

(7)写出设计报告和答辩PPT。

2.设计产品功能

此次设计产品要实现一个依据时段可变显示亮度电子钟，具体如下：

1.能够实现基本时钟的走时，显示范围是00:00:00—23:59:59。能够实

现时钟的调整，通过按键可以对“时”位和“分”位进行加1调节，并能

当加至最大值时能重新归零。

2.能够实现当前室温的测量功能，并在数码管上予以显示。

3.能够实现年月日的显示与切换。

4.能够实现温度的显示与切换。

5.能够实现根据时段自动改变显示亮度。

3.具体工作内容：

1.组建依据时段可变显示亮度电子钟的总体结构框图；

2.根据题目要求，选择所要使用的主要器件，通过理论分析和计算

选择电路参数；

3.根据操作功能要求，确定键盘控制功能；

4.按设计要求确定显示位数、指示类型和单位；

5.采用汇编或C语言编写应用程序并调试通过；

6.对系统进行测试和结果分析；

7.撰写设计报告和答辩PPL

二.重要硬件简介及应用

DS18B20温度传感器,DS1302时钟日历芯片。

1、温度模块

该模块使用了芯片DS18B02,该芯片可以检测室温并将温度实时传感至单片机。

在本模块中，我们主要采用了书上的程序，在写主函数时做了一点改动。

(DDS18B20主要资料

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92

小体积封装形式；温度测量范围为-55℃〜+125C,可编程为9位〜12位A/D

转换精度，默认分辨率为12位，测温分辨率可达0.0625C,被测温度用符号扩

展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电

源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就

能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电

路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位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的管脚排列如图2所

示，DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端(在

寄生电源接线方式时接地。

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41

位

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图1)DS18B20的内部结构

DALLAS

DSIMB2O

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DSIHB2QZ8WS(lKHU

图2DS18B20的管脚排列

DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补读

数形式提供，以0.0625C/LSB形式表达，其中S为符号位。例如+125C的数字

输出为07D0H,+25.0625℃的数字输出为0191H,-25.0625℃的数字输出FF6FH,

—55℃的数字输出为FC90Ho

(2)DS18B20芯片与单片机之间的数据传输

单发送命令字

片DS18B

机20

诙出温度值

由于DS18B20与单片机之间是通过一个端口进行连接的，故其与单片机之间是采

用的是串行通信方式。通过单片机向DS18B20发送命令控制字，然后再接收相应

的数值，比如温度值等。下面是单片机向DS18B20读温度值的过程：

读温度前的准备：

tmwbyte(Oxcc);〃跳过ROM

tmwbyte(Oxbe);〃开始转换

读取温度值：

a=tmrbyte();〃读取温度低字节

b=tmbyte();〃读取温度高字节

即读温度前单片机要向DS18B20发送两个控制命令字Oxcc和Oxbe,然后再接收

DS18B20送来的温度值，此温度值由两个字节组成，每个字节的单方如下：

MSBLSB

即低字节的最低位对应于1/16摄氏度，即其分辨率为0.0625o高字节后5位为

符号位，当读出的温度值是正值时符号位S=0,反之则S=l。这样当当前温度值

为正值时就可以直接把温度值的各个位提出来，而当当前温度值为负值时就必须

先把读出来的两字节取补后再提取各位，把提出来的数放在相应的数组中就可以

显示。

读出温度函数为：

unsignedcharread_T（）；

此函数把读出的温度殖的各位提取出来，分别放在display_buffer[8]数组的各

位中以待显示。动态显示程序能够实时把display_buffer[8]里面的数通过数码

管显示出来。

（3）温度模块的设计：

温度模块主要有下列儿个要素：

（1）DS18b20采用一根端口线和CPU传输数据。

（2）利用循环移位功能来实现数据的传输。

（3）在读取DS1820的温度数据时要注意读取的时序，要严格按照时序表来。

（4）因为时分秒和年月日的显示都是6位，可以利用显示剩下的两个数码管来

显示温度（故温度只取到整数）。

（5）设计时，我们考虑用按键的方式来进入温度显示，后考虑再三，采用进入

read_T之后延时一段时间，再自动跳回read_time读取时间。具体如下：

if(sl==0&s2==l)

{read_timel();

delayl(5000);

read_time();}

2、日历模块

该模块使用了芯片DS13O2,该芯片可以向单片机提供时、分、秒以及年、月、

日等时间信息。在本模块中，我们仍然主要采用了书上的程序，采用按键的方式

实现了时间和日期之间的转换。

⑴、DS1302主要资料

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟|日

历和31个字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信，实时时钟|日

历电路提供秒、分、日、日期、月、年的信息、每月的天数和闰年的天数可以自

动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24小时或12小时格式，DS1302

与单片机之间能简单地采用同步的方式进行通信，仅需用到RES复位，I/O数据

线、SCLK串行时钟3个口线。对时钟、RAM的读/写。可以采用单字节方式或多

达31个字节的字符组方式。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功

率小于ImWoDS1302广泛应用于电话传真、便携式仪器及电池供电的仪器仪表等

产品领域中。

DS1302的结构及工作原理：

I.引脚功能及结构

DS1302的弓|脚排列，其中Vccl为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭

的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vccl或Vcc2两者中的较大者

供电。当Vcc2大于Vccl+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vccl时,

DS1302由Vccl供电。XI和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片

选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功

能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST

提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送

被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会

终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST

必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串

行数据输入输出端（双向），后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。

匚10□

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2

」7□

SCIK

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IO

24SP

碣

图I所示为DS13O2的引脚图

II.DS1302的控制字节

DS1302的控制字如图所示。控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1,如

果它为0,则不能把数据写入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5至位1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

出。

76543210

图2控制字节的含义

111.数据输入输出（I/O）

在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302,

数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK

脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位70

IV.DS1302的寄存器

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，其日历、时间寄存器及其控制字见下表。

表2DS1302的日历、时许寄存器及其控制字

命令字各位内容

寄存器名取值范玉

写快作读操作765432u0

杪寄“器80H81H00-59CHI0SECSEC

分钟寄存器82H83H00-59010MINMIN

12/24010

小时寄存器84H85H01-12或00-23APHHHR

日期寄存器86H87H01-28,29,30.3100IODATEDATE—

月份寄*器88H89H01-12000KWMOMH

冏日寄“器8AH8BH01-0700000DAY

年份寄存器8CHSDH00-9910YEARYEAR

DS1302内部寄存器

CH:时钟停止位存器2的第7位12/24小时标志

CH=0振荡器工作允许bit7=l,12小时模式

CH=1振荡器停止bit7=0,24小时模式

WP:写保护位寄存器2的第5位:AM/PM定义

WP=0寄存器数据能够写入AP=1下午模式

WP=1寄存器数据不能写入AP=0上午模式

TCS:涓流充电选择DS:二极管选择位

TCS=1010使能涓流充电DS=01选择一个二极管

TCS=其它禁止涓流充电DS=10选择两个二极管

DS=00或11,即使TCS=1010,充电功能也被禁止

00-59CH10SECSEC

00-59010MINMM

01-1212/

01QHRHR

00-2324A/P

01-28/29

01-300010DATEDATE

01-31

010MONTH

00M

01-0700000DAY

00-9910YEARYEAR

TCSTCSTCSTCSDSDSRSRS

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C0H-FDH,

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）。

错误！未找到引用源。.DS1302与单片机之间的通信方式。

DS1302与单片机之间也是采用串行的通信方式实现数据的传输。单片机通

过向DS1302发送相应的寄存器地址实现相应的功能。

单片机向DS1302置入数据的框图如下：

址

存器地

单发送寄

片0x80

机DS130

2

据

置入数

21

H0x

02

DS13

先向

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始走时

初值开

以这个

中让其

1302

入DS

时置

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时数

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样DS

送，这

02发

DS13

21向

间0x

把时

后再

80,然

字0x

控制

写时

发送

个字

数的一

进制的

为十六

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处置入

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要注意

，特别

21时

就为

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秒等

月日分

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位，要

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小时

4位为

位，低

的十

小时

4位为

的高

字节

节，此

。

如此

也是

：

如下

框图

间的

2读时

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机向D

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片0x81

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接收数

据。

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送来

02发

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接收

后再

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02发

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