智能时钟控制装置的设计与实现毕业论文

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1、. . . . 题 目 智能时钟控制装置的设计与实现学生 王雄召 学号 1113024052 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 通信1102班 指导教师 文丽 完成地点物 理 与 电 信 工 程 学 院 实 验 室 2015年 5月 25日38 / 45毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1102 学生 王雄召 一、毕业论文设计题目智能时钟控制装置的设计与实现二、毕业论文设计工作自 2014 年 12 月 9 日 起至 2015 年 6 月 20 日止三、毕业论文设计进行地点: 物电学院实验室 四、毕业论文设计的容要求：1、本次毕业设计要求如下： 设计一个智能时

2、钟控制装置，要求：能够进行时钟显示，要求能够显示年、月、日、时、分、秒以与星期，并能够进行快速校准； 数字钟能够进行实时温度显示； 数字钟可实现整点报时与闹钟功能； 该智能时钟控制装置利用多路传感器，可实现对室灯光与家用电器的定时开关机功能。2、毕业设计成果要求： 程序代码、硬件实物和论文，论文要求计算机打印（A4纸），论文有不少于3000词的相关英文中文翻译。 3、毕业设计时间安排： 14周：查阅相关资料，熟悉题目容，掌握设计原理，提交开题报告； 510周：根据设计原理，进行相应软、硬件设计； 1112周：完善设计功能，整理资料并进行结果测试与分析； 1314周：毕业设计验收； 1516周：

3、撰写、修改、提交毕业论文，毕业答辩。 指 导 教 师系(教 研 室)系(教研室)主任签名批准日期接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名智能时钟控制装置的设计与实现王雄召（理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业 2011级2班， 723001）指导教师：文丽 摘要智能时钟控制装置能够显示时间和温度，并可实现对家用电器的智能控制。本课题设计一个智能时钟控制装置，以STC89C52单片机作为主控芯片，以DS1307作为时钟芯片，以温度采集芯片DS18B20采集温度作为输入信号，进行相应处理后，通过液晶显示屏LCD1602显示时间和温度，同时控制蜂鸣器与家用电器在设定时间开关以实现闹钟功能和家

4、用电器定时开关功能。该装置具有显示准确、直观、易于调整的特点，具有较好的实用价值。 关键词单片机; 智能; 时钟; 控制 Design and Implementation of Intelligent Clock Control DeviceWang Xiongzhao(Grade11,Class2,Major of Communication Engineering，School of Physics and Telecommunication Engineering , Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001,Shaanxi)T

5、utor: Zhang WenliAbstract:Intelligent clock controller is a practical device which can display time and temperature, and realize intelligent control for household appliances.The issue designs an Intelligent clockdevic.In this design, the AT89S52 single-chip microcomputer was choosed as the master co

6、ntrol chip and the DS1307 is used as the clock chip,and the system collect temperature from the DS18B20 sensor. After processing by STC89C52,the system can display real time and temperature in LCD1602,and the system can also give an alarm at the time of setting time. Simultaneously, the system can c

7、ontrol the switch of household appliancesaccording to the requirement. Because of its characteristics of showing accurate, intuitive and easy adjustment, the device would have a certain practical value.keyword:MCU;Intelligent ;Clock ;Control.目录引言11课题研究背景21.1研究意义21.2发展现状21.3发展趋势31.4相关应用32方案论证42.1设计要求

8、42.2方案设计42.3 方案选择53硬件设计63.1单片机最小系统63.2温度采集模块93.3时钟模块113.4闹铃模块113.5键盘模块123.6液晶显示模块124系统软件设计144.1主程序设计144.2子程序设计144.2.1显示模块154.2.2键盘模块154.2.3温度采集模块164.2.4自动开关模块175系统调试185.1软件调试与分析185.1.1 Proteus开发软件的介绍185.1.2模块仿真测试与分析185.2硬件调试与分析195.3调试结果与分析20结束语21致22参考文献23附录A外文翻译原文24附录B 外文翻译译文28附录C部分程序清单31附录D元器件清单37附

9、录E实物图38引言时间，对人们来说是非常宝贵的，准确的掌握时间和分配时间对人们来说至关重要。因此自从时钟发明的那刻起，就成为人类的好朋友。随着时间的流逝，科学技术的不断发展和提高，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。怎样让时钟更好、更方便、更精确的显示时间，这就要求人们不断设计研发出新型的时钟。随着科技的发展，电子技术得到了快捷而迅速的发展，尤其是近些年来单片机的应用更为普遍。嵌入式系统与单片机已深入到国民经济众多技术领域，从军事、工业到家庭日常生活，单片机因其体积小、功能强、价格低廉而得到广泛应用。在此基础上，越来越多各式各样的时钟也逐渐走进我们的生活，它们设计精巧、方便、耐用、

10、美观，深得各层领域的厚爱随着科技的进步，而单片机控制的数字时钟的出现则打破了人们对时钟的传统概念，因为数字时钟不仅可以通过数字直观地显示出时间，还可以定时发出各种声、光、电信号，以启动各种设备实现实时控制、时间顺序控制。该设计既有一般时钟的基本显示和调整功能，同时又增加了整点报时功能。所使用的单片机，低功耗，具有实时时钟功能。在高精度的计时工具使用下的大多数都使用了石英振荡器，因为电子钟，石英表，石英钟大多数都采用了石英技术，所以时间精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。智能时钟用集成电路计时时，译码代替了机械式老式的传动，用LCD显示器代替指针表盘进行了时间的显示，减小了计时误差，这种

11、表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，片选的灵活性好1。在电子技术获得了飞速的发展的情况下，现代的电子产品大多数几乎渗透了社会的各个阶层领域，有力地推动了社会生产力的发展，也加快了社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品的性能和功能进一步大大提高，产品日新换代的节奏也越来越快。现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以LED液晶显示为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。液晶显示器显示的时间简单明了，而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于晶体震荡器，

12、可能会导致误差。智能时钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”等数字显示的计时装置。智能时钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中，我们采用1602液晶显示器显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据液晶显示器动态显示原理来进行显示，用12MHz 的晶振产生振荡脉冲，定时器计数2。在此次设计中，电路具有显示时间，温度显示的其本功能，还可以实现对时间的调整和对家用电器的控制。智能时钟因其小巧，价格便宜，走时精度高，使用方便简单，功能多，便于集成化，而受到广大消费者的喜爱，因此得到了广泛的使用。1课题研究背景20世纪末，电子技术获得了新的更为健康的飞速发展，在其推动下，电子产品渗透了社会

13、的各个领域阶段，有力地推动了社会生产力的发展，和加大了社会信息化程度的提高，同时也使现代信息化电子时钟产品性能进一步提高，使产品更新换代的节奏日益加快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性、繁杂性、重复性更加容易使人忘记当下的时间。忘记了即将要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。尤其是在现在这个讲究效率的年代，时钟更是在人类生产、生活、学习等多个领域得到广泛的应用3。然而随着时间的推移，人们不仅对于时钟精度的要求越来越高，而且对于时钟功能的要求也越来越多，时钟已不仅仅是一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多

14、其它的功能。诸如闹钟功能、日历显示功能、温度测量功能、湿度测量功能、电压测量功能、频率测量功能、过欠压报警功能等。1.1研究意义 随着科学技术的发展和电子技术产业结构调整，单片机开始迅速发展，由于家用电器逐渐普与，市场对于智能时钟控制系统的需求也越来越大。单片机以其芯片集成度高、处理功能强、可靠性高等优点，成功应用于工业自动化、智能仪器仪表、家电产品等领域。近些年，人们对智能时钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能上，还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。单片机在多功能智能时钟中的应用已是很非常普遍的，人们对智能时钟的功能与工作顺序都非常熟

15、悉。但是却很少知道它的部结构以与工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术4。电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，广泛用于个人家庭、车站、码头、办公室等公共场所，成为人们日常生活中必不可少的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得电子时钟的精确度，远远超过钟表的精确度，而且也扩展了过去的针式钟表的各种功能。如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动

16、起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、定时电气的自动启动等，所有这些，都是也钟表数字化为基础的5。因此，研究智能时钟与扩大其应用，有着非常显示的意义。1.2发展现状 智能时钟一个无处不在的电子产品，经过多年的发展技术已经相当成熟了。 随着电子技术的产业结构调整，生产工艺的飞速发展，市场对智能电子时钟的需求也越来越大，而现今市场上多采用常用的普通电子表, 不具备报时和闹钟的双重功能。为此用时钟芯片设计了一种具有校时和闹钟功能的高精度电子钟。可精确计时到2100年。 目前应用广泛的数字钟大多用时钟芯片，以51单片机为核心控制部件制作的，可以实现对年、月、日、周、时、分、秒精确计时，闰年补偿，可计时

17、至2100年。通过对相应管脚电平的简单设置，就可以轻松地适应Intel处理器或Motorola处理器的总线时序。通过扩展还可实现对电子钟所在地点的温度显示和智能闹钟功能，广泛应用于车站、医院、机场、厕所等公共场所的时间显示。该电子钟运用单片机进行设计制作, 通过软件编程完成实时时间显示、按键调节时间和闹铃功能, 与数字电路电子钟相比具有设计电路简单、成本低的优点。与机械钟表和3V电源半机械钟表相比，数字电子钟具有时间精确度高、停电不用校准、减少汞电池的使用等优点35。 钟表的智能化、数字化带给人们生产生活极大的方便，而且扩展了旧时的钟表原先定点报时功能。研究智能时钟，在目前的发展现状下，时钟是

18、普遍存在我们的身边方方面面，时间无处不在，无所不用，时钟的发展由日晷到水钟再到沙漏再到机械钟，再到现在的电子钟，现在多用的原子钟，时钟的发展飞速进行着。智能数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大扩展了钟表原先的报时功能。1.3发展趋势目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路装化等几个

19、方面发展。单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命6。单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，广泛应用于个人家庭，室外广场，汽车站和火车站等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。由于数字集成电路的发展和

20、石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、0按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，更为先进的电子钟的研究有着良好的发展前景和市场潜力7。随着社会的进步，人们越来越青睐功能多样化的产品。温度实时显示系统技术已经发展成熟，比如空调遥控器上当前室温的显示、热水器温度的显示等等。如果能够在电子钟上利用电子技术实时性的准确的显示环境温度，那将为我们的生活、工作、和工业生产中带来极大的便利，同时

21、也可以让我们随时的了解周围环境的变化以与必要措施的施行。1.4相关应用智能化数字时钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以与车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。小到在一些智能化的设计实验，大到高科技的科学领域，都有时钟的存在，再到新型高技术精密仪器，如卫星，雷达，GPS等等尖端的科技设备，都有时钟的应用1,35。特别在军事方面的应用，由于现代科技的限制，我们不能在空间上做手脚，只能智能化的利用时钟这一特点，却在时间上做手脚，去创造。在个人使用时钟到各个领域的时钟的使用，现代的电子产品大多数几乎渗透了社会的各个阶层领域，无论哪个领

22、域都有时钟的使用，时间无处不在，这也有力地推动了社会生产力的发展，也加快了社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品的性能和功能进一步大大提高，产品日新换代的节奏也越来越快，在时钟方面的设备应用，小到一个模块，大到一个时统系统，都在不停地换代更新。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时与自动控制等各个领域，应用性得以广泛使用。2方案论证2.1设计要求本次毕业设计的要求有： 能够进行时钟显示，要求能够显示年、月、日、时、分、秒以与星期，并能够进行快速校准； 数字钟能够进行实时温度显示； 数字钟可实现整点报时与闹钟功

23、能； 该智能时钟控制装置利用多路传感器，可实现对室灯光与家用电器的定时开关机功能。2.2方案设计方案一本方案以51芯片为主控制系统，采用Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A8。而方案设计的框图如图2.1所示。图2.1方案一框图该芯片部采用石英晶体振荡器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完备的时钟闹钟功能，因此，可直接对其以用于显示或设置，使得软件编程相对简单。为保证时钟在电网电压不足或突然掉电等突发情况下仍能正常工作，芯片部包含锂电池。当电网电压不足或突然掉电时，系统自动转换到部锂电池供电系统。而且即使系统不上电，程序不执行时，锂电池也能保证芯片的正常运行，以备随时提供正确的时间

24、。方案二采用了单片机（STCAT89C52)系统为核心，用温度采集芯片DS18B20来采集温度45，用液晶显示屏TS1602来显示时钟和温度，并用蜂鸣器报警当作闹钟等来组成电路。方案设计框图如图2.2所示。图2.2 方案二设计框图用STC89C52单片机作为主控制系统，AT89S52片具有8K字节程序存储空间，256字节的数据存储空间没有EEPROM存储空间，也与MCS-51系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术7。采用DS1307作为时钟芯片，采用DS1307时钟芯片实现时钟，DS1307芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以与闰年补偿的年进行计数，而且精度高,

25、工作电压2.5V5.5V围，2.5V时耗电小于300nA.采用1602 LCD液晶作为显示器件，采用LCD液晶显示屏。液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，显示多样,清晰可见,且价格适中，所以采用了LCD数码管作为显示8。组合成一个基于单片机的硬件电路。2.3 方案选择在主控芯片上STC89C52和51芯片的主要区别是程序存储器容量不同9，51是4KROM，而52是8KROM。还有定时器2可以用作波特率发生器，这样单片机用串口的时候还可以有T0、T1两个定时器可以用。在时钟模块上方案一选用的Dallas公司的专用时钟芯片DS12887A，该芯片部采用石英晶体振荡器，而方案二选用的是采用LC

26、D1602作为显示器件输出信息。与DS12887A显示器件相比，液晶显示模块具有功耗低、显示容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。综上各方案所述,对此次作品的方案选定方案二: 采用STC89C52单片机作为主控制系统；采用DS1307作为时钟芯片；采用1602 LCD液晶作为显示器件。采用了单片机（STCAT89C52)系统为核心，用温度采集芯片DS18B20来采集温度，用时钟芯片DS1307进行掉电检测和电池切换，以与提供时间信息和与时调整，用液晶显示屏TS1602来显示时钟和温度，并用蜂鸣器报警当作闹钟等来组成电路。以52单片机为核

27、心组成的主控电路，控制其他外围电路，以液晶显示作为其系统的显示方式，通过3个按键实现时间调节功能，用三端稳压管7805把5V直流电压作为单片机的工作电压，通过外接的编程口STK500实现对单片机的在线编程，高精度的温度传感器实现对周围的温度的测量，利用多路传感器，可实现对室灯光与家用电器的定时开关机功能，利用实时日历时钟芯片提供当前的年、月、日、星期、小时、分钟、秒钟，并且利用蜂鸣器进行整点报时，时钟电路提供单片机的工作时钟，复位电路实现对单片机的复位功能。利用单片机STC89C52来控制与处理数据，通过初始化，设定时间、初始值，启动温度采集芯片DS18B20和时钟芯片DS1307进行测温、产

28、生时间，将采集的温度数据和时间传给单片机，经过单片机处理，用液晶显示屏TS1602来显示时钟和温度，通过按键可以调节时间日历，而定时和整点时间点上蜂鸣器发出响声，在设定的时间点上作为代替家用电器的LED灯点亮，按随意键可以灭灯。3硬件设计 硬件设计采用了单片机（STCAT89C52)系统为核心，用温度采集芯片DS18B20来采集温度，用时钟芯片DS1307进行掉电检测和电池切换，防止在断电的情况下，时间数据可以保存并且可以继续计时，系统还提供时间信息和与时调整，用液晶显示屏TS1602来显示时钟和温度，并用蜂鸣器报警当作闹钟等来组成电路。电路框图如图3.1所示。图3.1 硬件设计框图在硬件设计

29、当中，利用52单片机设计一个智能时钟系统，使其实现利用液晶显示屏TS1602能够进行时钟显示，以与能够显示年、月、日、时、分、秒以与星期，并能够进行快速校准，也能够进行实时温度显示，而温度采集时利用温度采集芯片DS18B20来采集温度，用时钟芯片DS1307和主控芯片可实现整点报时与闹钟功能；该智能时钟控制装置还利用多路传感器，对室灯光与家用电器的定时开关机功能。3.1单片机最小系统 单片机最小系统是采用AT89C52为主控系统，AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），

30、器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。AT89C52的引脚图如图3.2所示其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本6,7,9。 图3.2 STC

31、89C52引脚图 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP与PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。STC89C52主要功能如表3.1所示。表3.1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。STC89C52最小应用系统6,9,13电路如图3.3所示。它包含五个电路部分：电源电

32、路、时钟电路、复位电路、片外程序存储器选择电路、输入/输出接口电路。其中电源电路、时钟电路、复位电路是 保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可。图3.3单片机最小系统(1)电源电路 芯片引脚VCC一般接上直流稳压电源+5V，引脚GND接电源+5V的负极，电源电压围在45.5之间，可保证单片机系统能正常工作。为提高电路的抗干扰性能，通常在引角Vcc与GND之间接上一个10uF的电解电容和一个0.1uF片电容，这样可抑制杂波串扰，从而有效确保电路稳定性。(2)时钟电路 单片机引脚18和引脚19外接晶振与电容， STC89C52芯片的工作频率可在233MHz围之间选，单片机工作频率

33、取决于晶振XT的频率，通常选用11.0592MHz晶振，晶振实物图如图3.5。两个小电容通常取值22pF，以保证振荡器电路的稳定性与快速性。时钟电路如图3.4。图3.4时钟电路 图3.5 晶振实物图(3)复位电路 一般若在引脚RST上保持24个工作主频周期的高电平，单片机就可以完成复位，但为了保证系统可靠地复位，复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。复位电路如图3.6所示。图3.6 复位电路复位电路带有上电自动复位功能，当电路上电时，由于C1电容两端电压值不能突变，电源+5V会通过电容向RST提供充电电流，因此在RST引脚上产生一高电平，使单片机进入复位状态。随着电容C1充电，它两端

34、电压上升使得RST电位下降，最终使单片机退出复位状态。正常运行时，可按复位按钮对单片机复位。3.2温度采集模块在温度采集模块当中有以下两个方案，一个是采用热电阻传感器采集温度，一个是利用数字化温度传感器采集温度23。 方案一是采用热电阻传感器作为感温元件，热电阻随温度的变化而进行变化，用仪表测出热电阻的阻值变化，从而来采集温度。最常用的是铂电阻传感器，化学性质稳定。 方案二是采用数字式传感器DS18B20作为温度传感器，它无需其它外加电路，直接输出数字量。单总线器件，可直接与单片机通信，电路简单使用方便。基于这些优点选用数字式传感器进行温度的采集，它的测试精度、转换时间、传输距离等方面效果很好

35、。本次系统采用DS18B20作为温度传感器,如图3.7所示。图3.7 温度采集模块采用DS18B20作为温度传感器，它是美国DSLLAS公司推出的单总线数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易匹配处理器等优点。处理器与DS18B20通信只需要一根数据线即可，同时该数据线还可以向挂接的DS18B20供电。它可以直接将温度转化成串行数字信号处理，与模拟温度传感器相比，DS18B20省去了信号调理、A/D转换等前向通道处理电路，从而使得系统线路简单，成本低廉。 （1）DS18B20的主要特性16适应电压围更宽，电压围:3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；独特的单线接

36、口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件与转换电路集成在形如一只三极管的集成电路；温围-55+125，在-10+85时精度为0.5；可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温；在9位分辨率时最多在 93.75ms把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms把温度值转换为数字，速度更快；测量结果直接输出数字温度信号，以一 线总

37、线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；负压特性:电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。 （2）DS18B20的外形和部结构 DS18B20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的外形与管脚排列如图3.8，图3.9所示。图3.8 DS18B20封装图 图3.9 DS18B20实物图 DS18B20引脚定义: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)。 （3）DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与

38、DS1820一样，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。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。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。电

39、路连接其中DQ为数据输入/输出端口，R_Up 为数据线的上拉电阻，确保数据传输的可靠性。 （4）DS18B20应注意的问题DS18B20具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用接口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20 与微处理器间采用串行数据传送。因此，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在DS18B20有关资料中均未提与DS18B20数量问题，容易使人误认为可以使用任意多个DS18B20，在实际应用中并非如此。当使用DS18B20超过8个时，就需要考虑微处理器的总线驱

40、动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。实际应用中，测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC 和地线，屏蔽层在源端单点接地。本文以广泛应用的数字温度传感器DS18B20为例，说明了总线的操作过程和基本原理。事实上，基于总线的产品还有很多种，如总线的E2PROM、实时时钟、电子标签等。他们都具有节省I/O资源、结构简单、开发快捷、成本低廉、便于总线扩展等优点，因此有广阔的应用空间，具有较大的推广价值。3.3时钟模块系统采用DS1307实时时钟芯片。它是是一款低功耗，具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟日历

41、实时时钟芯片，地址和数据通过两线双向的串行总线的传输，芯片可以提供秒，分，小时等信息，每一个月的天数能自动调整。并且有闰年补偿功能。DS1307主要技术性能的指标：具有实时的时间计数功能，并且具有12小时制和24小时制的计数模式，可以自动调整每个月的天数，具有闰年时间调整的功能，具有自动掉电保护（断电后继续计时）和通电后能复位的功能。同时它独立于CPU工作，不受CPU主晶振与其电容的影响，而且计时准确，月累计误差小于10秒。电路连接如图3.10所示。图3.10 DS1307模块电路Y2为32.768kHz的晶振，为时钟芯片提供计时脉冲；btb1为DS1307的备用3V电源，以便在没有主电源的情

42、况下能够保存时间信息和一些重要的数据；两个电阻为 总线的上拉电阻。本电路采用无源蜂鸣器作为发声报时的声源，对P1.7口延时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。通过改变延时时间进而改方波的占功比可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。这样蜂鸣器报时时就可以听到不同音调的报时声。3.4闹铃模块系统采用蜂鸣器作为闹铃输出。电路连接如图3.11所示。图3.11 闹铃电路电路中采用PNP管9012来控制蜂鸣器的开关，当高电平输入时，PNP管截止，蜂鸣器不工作；当低电平输入时，PNP管导通，蜂鸣器工作。当系统设定好时间点，之后，单片机工作当时间到达所设定的时间点，蜂鸣器发出响声，LED灯亮起，持续亮，按随意键，灯

43、熄灭。3.5键盘模块键盘模块设置了三个按键：模式键、位移键、数字加键。其中用模式键来控制菜单的主模式；位移键用来修改时间信息，数字加键进行时间数字的加，以便于调节时间；模式键返回。电路设计图如图3.12所示。图3.12 键盘电路在实际的电路中采用了三个上拉电阻，可以保证在没有按键输入时，进入单片机的三个I/O接口的按键状态均为高电平，防止干扰产生，进而产生一定的错误；当有按键按下时，相应的单片机接口线被拉低。软件上采用查询的方式，用定时器定时对按键状态进行扫描，确保系统的实时性。3.6液晶显示模块液晶显示器LCD1602与单片机STC89C52的接口由一组8位数据传输线和3根控制线完成。LCD

44、1602的RS、RW、E分别由单片机的P2.5、P2.6、P2.7来控制，数据输入口DB0DB7由P0.0P0.7传输数据，因为是接在P0口,所以要接上拉电阻。LCD1602与单片机的接口电路如图3.13所示：图 3.13 LCD1602与单片机的接口电路系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个字符，具有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、E三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度

45、调节和背光设置。工业字符型液晶，1602是指显示的容为16*2，能同时显示两行，每行16个字符。如图3.14所示1517。图3.14 1602液晶显示 常见的1602字符液晶有两种，一种显示绿色背光黑色字体，另一种显示蓝色背光白色字体，目前市面上绝大多数基于HD44780液晶芯片控制，原理是完全一样的。本课题所用1602液晶模块，显示屏是蓝色背光白色字体。4系统软件设计4.1主程序设计主程序4,5主要实现的是对各个程序的连接和分配，可以从主程序中看到整个程序的工作过程与步骤。通过对各个模块的调用可以使各个模块按照合理的要求进行工作，各自实现各模块的功能。主程序流程图如图4.1所示。图4.1 主

46、程序流程图当开始时要设定电子钟的初始化时间和日期，之后就开始编辑显示程序，此时就从设置的初试日期和时间进行正常的显示和运行；在正常运行期间如果有键盘的输入就可以调动键盘程序，在此如果是操作的是时间的设置，调整键盘可以进行时间的设置工作，此操作包括对小时、分钟、秒的时间设置，还包括对年、月、日的设置。从而实现对时间和日期的切换，对时间和日期的调整的功能。另外还可以对闹铃时间的设置，调整闹铃的时间，如果时钟运行到达设定闹铃时间就可以调用闹铃程序，从而控制蜂鸣器发出响声，使发光二极管发出灯光。等到上边的功能结束之后，程序就继续执行显示程序，进入到平常的时间的显示状态。闹铃子程序是在主程序调用时才会开

47、始运行的，即当时间到达闹铃所设定的闹铃时间时，主程序就可以调用闹铃子程序了。当闹铃子程序当用以后，先开始对显示功能的运行，即可以实现发光二极管的有规律闪烁；之后执行声音的提示，就是可以通过控制蜂鸣器发出响声而达到提示的目的；最后程序返回主程序。4.2子程序设计主程序主要实现的是对各个子程序的连接和分配，可以从主程序中看到整个程序的工作过程，各个子程序的工作步骤,则子程序主要就是对于各个模块之间的设计，把各个模块的主要程序根据系统需要，和电路需要设计出来，从而根据模块框图设计程序。本系统主要有显示模块、键盘模块、闹铃模块和温度采集模块的程序设计。4.2.1显示模块本设计是根据现有的硬件电路而设置

48、相应的显示子程序的，而显示子程序大致可以分为六个部分，显示子程序的设计图如图4.2所示。图4.2显示子程序设计图在子程序的开始就要先对各个使用到的寄存器进行初始化，并且对各个数值进行初试赋值。之后就可以进行对正常显示的设置了。在定时中断中，要对时间进行记数，本设计是采用先对定时器进行50ms的延时设置，之后反复循环20次，进而使时间变成20*50=1s，每到1s就使秒位进一，从而实现秒的更新。当秒运行够60次时，就使分钟进一，从而实现分钟的更新。小时的更新是以分的进位为基础的，与分钟的更新类似。之后就是年月日的更新了：每隔24小时就使日进一；实现日的更新；每隔30日就使月进一，实现月的更新；每

49、隔12个月就使年进一，实现年的更新。通过上述程序的设计就可以实现平时的显示状态，当出现进行调时时，其显示程序与原理依然是按照上述程序运行的8，10。4.2.2键盘模块本设计是采用3x3的键盘排列设置程序的，其键盘子程序流程图如4.3所示。图4.3键盘子程序流程图从图中可以看出键盘子程序的设计是从按键设置开始的。当键盘的硬件电路对键盘有操作时，就可以启动主程序对键盘子程序的调用了。一旦主程序启用对键盘子程序的调用已有，程序就开始对键盘硬件端口的高电平的扫描。之后就是对各个端口高电平的消抖，使其恢复到初试状态。之后就开始对键盘的确认，根据返回的键盘值进行相应的处理。对于键盘确认这一块可以实现三种功

50、能的实现：一是对时间的调整；二是对日期的调整；三是实现对闹铃时间的调整。其中对于对时间的调整可以实现对分钟、小时的调整，在调整期间会使时间的显示出现调整数字的有规律闪烁跳动，没按动一下需要调整的按键，对应的数字就会闪烁一下并进行加一或减一。对于日期和闹铃时间的调整与对时间的调整设置一样。最后返回键值。4.2.3温度采集模块 在采用温度采集模块当中，使用了数字式传感器DS18B20作为温度传感器，它无需其它外加电路，直接输出数字量。其子程序的实际框图如图4.4所示。图4.4温度采集设计图温度采集子程序是在主动显示出来，而不是在主程序调用时才会开始运行的，即当上电开始的时候，温度就已经开始采集，再

51、到达52单片机处理，然后显示出来，无论掉电还是断电，只要系统上电之后，显示屏就会显示实时温度。4.2.4自动开关模块在主程序设置当中夹杂着，定时开关的设置，用于智能化控制家用电器，其子程序流程框图如图4.5所示。图4.5 自动定时开关设计图子程序控制开始，按键模式选择，时间设置，判断是否到达预设时间点，用于定时开关家用电器，本次设计用LED灯代替家用电器，到达预设时间点之后，LED灯发亮，长时间发出亮光，按键随意按键，即可关闭灯。由于设计要源于生活，服务生活，所以设计了按键随意按键关闭LED灯。5系统调试5.1软件调试与分析如果硬件电路检查后，没有问题却实现不了设计要求，则可能是软件编程的问题

52、，首先应检查初始化程序，然后是读温度程序，显示程序，以与继电器控制程序，对这些子程序，要注意逻辑顺序，调用关系，以与涉与到的标号，有时会因为一个标号而影响程序的执行，除此之外，还要熟悉各指令的用法，以免出错。还有一个容易忽略的问题就是源程序生成的代码是否烧入到单片机中，如果这一过程出错，那不能实现设计要求也是很正常的了。我在完成软件调试1213的过程当中就遇到了一些很低级的错误，比如忘记在程序结尾处加上大括号，或者单词输入错误等，这些都是很常见的一些问题，但是我们都应该注意到，尽可能避免这些小问题的出现。5.1.1 Proteus开发软件的介绍Proteus14软件是英国Labcenter e

53、lectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它仿真软件的仿真功能，如EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机，与其相关外围器件组成的电路进行仿真。它是目前世界上围最好的单片机与外围器件组成电路的仿真工具。Proteus是世界上著名的仿真软件，从原理图布图到代码调试，再到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从思想概念到实物产品设备的完整设计。它是目前世界上唯一一个能将电路仿真、PCB设计和虚拟模型仿真三个软件相结合成一的设计平台，2010年即将增加Cortex和DSP系列的处理器，并持续性增加了其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLA

54、B等多种编译器。在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Proteus是单片机课堂教学的先进助手。Proteus不仅仅可将许多地单片机实例功能进行形象化处理，还可以将许多地单片机实例进行运行过程的形象化处理。前者可以在相当多地程度方面上得到实物演示上的功能性实验的效果，后者则是实物化演示实验效果都难以达到的效果。由于Proteus提供了实验室里没有相比的和有时无法实现的大量的元器件库，提供了对电路进行修改设计的灵活性，以与提供了实验室在数量与质量上，都难以相比的虚拟化的仪器、仪表，因而也提供了一个可以培

55、养大学生实践、创造的新平台。相信在以后单片机方面的相关领域开发与应用中，Proteus会在很多的方面领域里也茯得越来越多的应用。利用Proteus 软件进行系统仿真设计, 用到了虚拟仿真技术和计算机多媒体技术，更是虚拟仿真和多媒体技术为一体的综合利用，有利于提高学生的电路设计能力，和提高仿真软件方面的操作能力；在课程设计、毕业设计以与全国大学生电子设计大竞赛中，我们使用 Proteus 开发环境对学生进行培训，在不需要投入硬件的情况下，学生们都普遍反映了，在对单片机的学习，和比单纯书本知识学习更加容易接受，更加容易提高能力。实践证明了我们使用 Proteus 进行系统仿真与其开发成功之后，再进

56、行实际性的制作，和实物的制作，能极大提高效率，提高单片机系统设计的效率。因此，Proteus 有较高的推广利用价值。5.1.2模块仿真测试与分析在使用Proteus进行仿真时，仿真图需要从各个元件库调出各个元件，并按照已经设计好的电路图进行连接，在绘制仿真图之后，要向单片机装入程序，从而使单片机开始工作并带动整个电路工作，装入过程为：点击单片机，选择所编译程序的输出hex文件，确定即可。仿真图如图5.1所示。5.1系统仿真图此时单片机会按照程序所设定的功能进行工作，在仿真过程中会遇到各种问题，但是经过长时间的调制和修改，可以将遇到的问题逐一解决。出现的仿真结果有：在正常运行时，时钟可以显示年、

57、月、日、星期、时、分、秒得时间和温度。此电子钟也可以实现对闹铃的定时功能，如果时间到达时就可以发出提示声。假设定时为16点05分整，如果到这个时间，就可以触发闹铃而发出提示声，同时发光二极管发出闪烁的灯光。该时钟正常运行时还显示和调整年、月、日的功能。其对应的键盘对应最右边的三个按钮。如果想要对年月日进行调整则可以按键移位，进行选择年、月、日以与时间，星期，当液晶屏幕上的数字闪动时，就可以进行日期的调整时，每按动一下所对应的按键，现实的时间日期依次加一，并且LED显示屏上的数字随着按键的动作而跳动。5.2硬件调试与分析在仿真无误后，开始进行实际电路的搭接。搭接时先不用芯片实物，而用仿真器替代。

58、按照电路图，先把数码管按照对应的管脚连接起来，然后接驱动电路等，接好之后把程序装入仿真器，通电运行，再对电路进行调试。在根据电路图搭接好各个器件后，一个很重要的问题就是检查各器件是否完全工作。比如导线看似不用太费力气去检验，但一个成功的实验需要前期充分的准备。在焊接各个元件的引脚时，由于引脚较小，切其间相隔的位置不大，很容易在焊接时将其连接短路，使电路不能正常工作，因此验证过程中不要放过小问题。通过检查各器件是否完全工作，硬件仿真无误后，可以用单片机芯片代替仿真器进行最后的实现工作，用编程器将程序下载到芯片中1418，具体步骤为：先进行擦除，然后查空，查空无误后打开所需的hex文件，然后进行编程、校验。这时程序载入了芯片中，就可以实现相应的功能了。这里要说的是，软件仿真成功和硬件电路实现之间是有很大差别的，在做软件仿真时，没有驱动的问题，没有芯片和