摘  要

ABSTRACT

1 引言

2 功能要求

3 方案論證與設(shè)計

3.1 控制部分的方案選擇

3.2 測溫部分的方案選擇

3.3 顯示部分的方案選擇

4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

4.1 主控器 AT89C52

4.2 時鐘電路 DS1302

4.2.1. DS1302的性能特性

4.2.2 DS1302數(shù)據(jù)操作原理

4.3 測溫電路的設(shè)計

4.3.1 溫度傳感器工作原理

4.3.2 DS18B20與單片機的接口電路

4.4 顯示電路的設(shè)計

4.5  鍵盤接口的設(shè)計

5 系統(tǒng)程序的設(shè)計

5.1 陽歷程序設(shè)計

5.2 時間調(diào)整程序設(shè)計

5.3 溫度程序設(shè)計

5.3.1 主程序

5.3.2 讀出溫度子程序

5.3.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序

5.3.4 計算溫度子程序

5.3.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序

６ 調(diào)試及性能分析

6.1 調(diào)試步驟

6.2 性能分析

７ 總結(jié)

參考文獻(xiàn)

致  謝

電子萬年歷是單片機系統(tǒng)的一個應(yīng)用，由硬件和軟件相配合使用。硬件由主控器、時鐘電路、溫度檢測電路、顯示電路、鍵盤接口5個模塊組成。主控模塊用AT89C52、時鐘電路用時鐘芯片DS1302、顯示模塊用LED數(shù)碼管、溫度檢測采用DS18B20溫度傳感器、鍵盤接口電路用普通按鍵接上拉電阻完成；軟件利用C語言編程實現(xiàn)單片機程序控制。單片機通過時鐘芯片DS1302獲取時間數(shù)據(jù)，DS18B20采集溫度信號送該給單片機處理，單片機再把時間數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)送給74LS154譯碼，然后通過三極管C9015放大驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示陽歷年、月、日、時、秒、鬧鐘、星期、溫度。

隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，家用電子產(chǎn)品不但種類日益豐富，而且變得更加經(jīng)濟實用，單片微型計算機體積小、性價比高、功能強、可靠性高等獨有的特點，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電子萬年歷是一種應(yīng)用非常廣泛的日常計時工具，數(shù)字顯示的日歷鐘已經(jīng)越來越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等使用。LED數(shù)字顯示的日歷鐘顯示清晰直觀、走時準(zhǔn)確、可以進(jìn)行夜視，并且還可以擴展出多種功能。功能也越來越齊全，除了公歷年月日、時分秒、星期顯示及鬧鈴。但通過我們對各種電子鐘表、歷的不斷觀察總結(jié)發(fā)現(xiàn)目前市場的鐘、歷都存在一些不足之處，比如：時鐘不精確、產(chǎn)品成本太高、無環(huán)境溫度顯示等，這都給人們的使用帶來了某些不便。為此設(shè)計了一種功能全面、計時準(zhǔn)確、成本低廉的基于51單片機的萬年歷。

1. 萬年歷能用數(shù)碼管顯示陽歷年、月、日、星期、[小]時、分、秒并設(shè)置指定時間的鬧鈴。

2. 數(shù)字式溫度計要求測溫范圍-50~100°C， LED數(shù)碼管直讀顯示。

1. 用可編程邏輯器件設(shè)計。可采用ALTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。設(shè)計起來結(jié)構(gòu)清晰，各個模塊，從硬件上設(shè)計起來相對簡單，控制與顯示的模塊間的連接也會比較方便。但是考慮到本設(shè)計的特點，EDA在功能擴展上比較受局限，而且EDA占用的資源也相對多一些。從成本上來講，用可編程邏輯器件來設(shè)計也沒有什么優(yōu)勢。

    2. 用凌陽16位單片機設(shè)計。凌陽16位單片機有豐富的中斷源和時基，方便本實驗的設(shè)計。它的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，并且C語言和匯編兼容的編程環(huán)境也很方便來實現(xiàn)一些遞歸調(diào)用。I/O口功能也比較強大，方便使用。用凌陽16位單片機做控制器最有特色的就是它的可編程音頻處理，可完成語音的錄制播放和識別。這些都方便對設(shè)計進(jìn)行擴展，使設(shè)計更加完善。成本也相對低一些。但是，在控制與顯示的結(jié)合上有些復(fù)雜，顯示模組資源相對有限，而且單片機的穩(wěn)定性不是很高。

3. 主控芯片使用51系列AT89C52單片機，時鐘芯片用美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的時鐘DS1302。采用DS1302作為主要計時芯片，可以做到計時準(zhǔn)確。更重要的是，DS1302可以在很小電流的后備電源（2.5～5V電源，在2.5V時耗電小于300nA）下繼續(xù)計時，停電后時鐘無需重新調(diào)整，并可編程選擇多種充電電流來對后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電，還可自設(shè)鬧鈴，陽歷、星期與年月日自動對應(yīng)。本系統(tǒng)采用了此方案。

1.在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要乃至溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試復(fù)雜，制作成本高。

2.與前面相比，采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件，測溫范圍為-55～125°Ｃ，最大分辨率可達(dá)0.0625°Ｃ。DS18B20可以直接讀出被測溫度值，而且采用3線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。

1. 液晶顯示方式。液晶顯示效果出眾，可以運用菜單項來方便操作，但是在顯示時，特別是使用秒表功能時掃描速度跟不上，屏幕會有明顯的閃爍。而且由于61板的存儲空間有限，液晶顯示就不能與語音播抱程序同時實現(xiàn)。這些大大影響了電子萬年歷的性能。

2. 相比液晶顯示，8段數(shù)碼管雖然操作比液晶顯示略顯繁瑣，但可視范圍十分寬，而且經(jīng)濟實惠，也不需要復(fù)雜的驅(qū)動程序。所以最后選擇LED數(shù)碼管顯示方案。

綜上所述，按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定硬件系統(tǒng)由主控制器、時鐘模塊、測溫電路、顯示模塊、鍵盤接口共5個模塊組成，總體系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖3.1所示。

電子萬年歷電路原理圖見附件一，系統(tǒng)由主控制器AT89C52、時鐘芯片DS1302、溫度傳感器DS18B20傳感器、顯示電路及鍵盤掃描電路組成。

ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計，由先進(jìn)工藝制造，并帶有非易失性Flsah程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場應(yīng)用最多。主要性能特點有：

     8KB Flash ROM，可以檫寫1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。

     256字節(jié)內(nèi)部RAM。

     電源控制模式

      ——時鐘可停止和恢復(fù)；

      ——空閑模式；

      ——掉電模式。

     6個中斷源。

4個中斷優(yōu)先級。

     4個8位I/O口。

     全雙工增強型UART。

     3個16位定時/計數(shù)器，T0、T1（標(biāo)準(zhǔn)80C51）和增加的T2（捕獲和比較）。

     全靜態(tài)工作方式：0～24MHz。

實時時鐘，可對秒、分、時、日、周、月以及帶閏年補償?shù)哪赀M(jìn)行計數(shù)；

用于高速數(shù)據(jù)暫存的31×8位RAM；

最少引腳的串行I/O；

2.5～5.5V電壓工作范圍；

2.5V時耗電小于300nA；

用于時鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式；

簡單的3線接口；

可選的慢速充電（至Vcc1）的能力。

DS1302時鐘芯片包括實時時鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它經(jīng)過一個簡單的串行接口與微處理器通信。實時時鐘/日歷提供秒、分、時、日、周、月和年等信息。對于小于31天的月和月末的日期自動調(diào)整，還包括閏年校正的功能。時鐘的運行可以采用24h或帶AM(上午)/PM（下午）的12h格式。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302有主電源/后備電源雙電源引腳：Vcc1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份；Vcc2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運用方式中，Vcc1連接到備份電，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由Vcc1或Vcc2中較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電；當(dāng)Vcc2小于Vcc時， DS13026由Vcc1供電。

DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無論是讀周期還是寫周期，開始8位指定40個寄存器中哪個將被訪問到。在開始8個時鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時鐘周期在讀操作時輸出數(shù)據(jù)，在寫操作是寫入時寫入數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。

如果在傳送過程中置RST腳為低電平，則會終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc大于等于2.5V之前,RST腳必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。DS1302的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示，表4.1為各引腳的功能。

DS1302的控制字如圖4.2所示。控制字節(jié)的最高位（位7）必須是邏輯1；如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)；為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位5～1（A4～A0）指示操作單元的地址。最低有效位（位0）如為0，表示要進(jìn)行寫操作；為1表示進(jìn)行讀操作。控制字節(jié)總是從最低位開始輸入/輸出。

為了提高對32個地址的尋址能力（地址/命令位1～5=邏輯1），可以把時鐘/日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié)（burst）方式。位6規(guī)定時鐘或RAM，而位0規(guī)定讀或?qū)憽Ｔ跁r鐘/日歷寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能寄存數(shù)據(jù)。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?的位0開始。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?個寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫RAM時，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫所有31字節(jié)。不管是否寫了全部31字節(jié)，所寫的每一字節(jié)都將傳送至RAM。

表 4.1   DS1302引腳功能

1

RAM

A4

A3

A2

A1

A0

RAM

圖 4.2   DS1302的控制字

DS1302共有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。其日歷、時間寄存器及其控制字見表3.2，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作。

時鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時鐘暫停位。當(dāng)它為1時，DS1302停止震蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式。通常在對DS1302進(jìn)行寫操作時（如進(jìn)入時鐘調(diào)整程序），停止震蕩。當(dāng)它為0時，時鐘將開始啟動。

AM－PM/12－24[小]時方式：[小]時寄存器的位7定義為12或24[小]時方式選擇位。它為高電平時，選擇12[小]時方式。在此方式下，位5是AM/PM位，此位是高電平時表示PM低電平表示AM。在24[小]時方式下，位5為第二個10[小]時位（20～23h）。

表 4.2  內(nèi)部寄存器地址和內(nèi)容

DS1302的晶震選用32.768kHz，電容推薦值為33pF，因為震蕩頻率較低，也可以不接電容，對計時精度影響不大。

測溫電路主要使用溫度傳感器DS18B20，由于精度要求不高所以采用2位共陽LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)溫度顯示。其設(shè)計原理圖如附件一所示。

DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要示通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：

獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；

多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；

無須外部器件；

可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～3.5V；

零待機功耗；

溫度以9或12數(shù)字量讀出；

用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置；

報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；

負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

DS18B20采用3腳PR—35封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4.3所示。

64位ROM的位結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的唯一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。

DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個調(diào)整暫存RAM和一個易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)存儲器，結(jié)構(gòu)如圖4.5所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)

                             圖4.4  64位ROM結(jié)構(gòu)圖

溫度LSB	1字節(jié) 2字節(jié) 3字節(jié) 4字節(jié) 5字節(jié) 6字節(jié) 7字節(jié) 8字節(jié) 9字節(jié)
溫度MSB
TH用戶字節(jié)1
TL用戶字節(jié)2		TH用戶字節(jié)1
配置寄存器		TL用戶字節(jié)2
保留
保留
保留
CRC

圖4.5 高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖

精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖4.6所示。低5位一直1，M是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，定義方法見表4.3。

由表4.3可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。

高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。

當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進(jìn)制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625°C/LSB形式表示。溫度值格式如圖4.7所示。

圖 4.6  配置寄存器

表 4.3 DS18B20分辨率的定義規(guī)定

表 4.4 DS18B20溫度與測得值對應(yīng)表

圖 4.7 溫度數(shù)字值格式

當(dāng)符號位S=0時，表現(xiàn)測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，當(dāng)符號位S=1時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補碼變成原碼再計算十進(jìn)制值。表4.4是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。

DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若T>TH或T<TL，則將該器件內(nèi)的報警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進(jìn)行報警搜索。

在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC）。主機根據(jù)ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20的CRC作比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。

DS18B20的測溫原理如圖4.8所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計算門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55°C所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55°C所對應(yīng)的一個基數(shù)值。

減法計數(shù)器1對低溫系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。圖4.8中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值。

另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）   發(fā)ROM功能指令    發(fā)存儲器操作命令     處理數(shù)據(jù)。

DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為引線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式。單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。

當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。

顯示部分采用普通的共陽數(shù)碼管顯示，采用動態(tài)掃描，以減少硬件電路。考慮到第一次掃描17位數(shù)碼管顯示時會出現(xiàn)閃爍情況，設(shè)計時17個數(shù)碼管分3排同時掃描。第一排8個數(shù)碼管分別為千年、百年、十年、年、十月、月、十日、日，第二排7個數(shù)碼管分別為十時、時、十分、分、十秒、秒，第三排3個數(shù)碼管分別為星期、溫度（兩位）顯示。顯示時采用串行口輸出段碼，用1片74LS164來驅(qū)動3排數(shù)碼管，這樣掃描一次只需7ms。

表  4.5  74LS164特性表

74LS164內(nèi)部為8個D觸發(fā)器，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行移位，74LS164特性見表4.5。單片機以串口方式0（移位寄存器方式）輸出數(shù)據(jù)，3片74LS164作為3排共陽數(shù)碼管的串/并轉(zhuǎn)換顯示接口。74LS164為TTl單向8位移位寄存器，可實現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個引腳按邏輯“與”運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接，共同作為輸入腳。CP（第8腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個時鐘信號的上升沿加到CP端時，移位寄存器移一位。8個時鐘脈沖過后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。MR腳（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)該腳為低電平時，移位寄存器各位復(fù)0；只有當(dāng)它高電平時，時鐘脈沖才起作用。Q1～Q8(第3～6和10～13引腳)并行輸出端分別接數(shù)碼管的h～a（因為串口從低位開始傳送）各段對應(yīng)的引腳上。在給出了8個脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位。再來1個脈沖，第1個脈沖就會從最高位移出，進(jìn)入下個74LS164的第1位。3片74LS164首尾相串，而時鐘端則接在一起。這樣，當(dāng)輸入8個脈沖時，從單片機RXD端輸出的第1字節(jié)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第1片74LS164中，而當(dāng)?shù)?個8個脈沖到來后，第1字節(jié)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第2片74LS164，而隨后的第2字節(jié)的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第1片74LS164。這樣，當(dāng)?shù)?個8個脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最下面的164（第3片）中，其它數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第二和第一片74LS164中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在74LS164中的串行輸入、并行輸出。

在方式0狀態(tài)下，串行口為同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，為fosc/12。數(shù)據(jù)由RXD(P3.0)端輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)端輸出。發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時低位在先。所以根據(jù)提供的硬件電路圖，在編寫程序時，查共陽數(shù)碼管的段碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)應(yīng)該將正常的共陽數(shù)據(jù)管0～9的二進(jìn)制值按位反序排序，如原來的二進(jìn)制為11000000（C0H），要改為00000011（03H），就能使數(shù)碼管正常顯示。

由于按鍵只有5個，用普通按鈕接10K上拉電阻，用查詢法完成讀鍵功能。

因為使用了時鐘芯片DS1302，陽歷程序只需從DS1302各寄存器中讀出年、周、月、日、[小]時、分、秒等數(shù)據(jù)，再處理即可。在首次對DS1302進(jìn)行操作之前，必須對它進(jìn)行初始化，然后從DS1302中讀出數(shù)據(jù)，再經(jīng)過處理后，送給顯示緩沖單元。陽歷程序流程圖見圖5.1所示。

調(diào)整時間用5個調(diào)整按鈕，1個作為移位、控制用，2個作為加和減用，還有2個作為鬧鐘調(diào)整使用，分別定義為控制按鈕、加按鈕、減按鈕、鬧鐘加按紐、鬧鐘減按紐。在調(diào)整時間過程中，要調(diào)整的位與別的位應(yīng)該有區(qū)別。所以增加了閃爍功能，即調(diào)整的位一直在閃爍，直到調(diào)整下一位。閃爍原理就是，讓要調(diào)整的一位每隔一定時間熄滅一次，比如說50ms。利用定時器計時，當(dāng)達(dá)到50ms溢出時，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時，再送正常顯示的值，不斷交替，直到調(diào)整該位結(jié)束。此時送正常顯示值給該位，再進(jìn)入下一位調(diào)整閃爍程序。時間調(diào)整程序流程圖如圖5.2所示。

主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量溫度值，溫度測量每1s進(jìn)行一次。其程序流程圖見5.3。

主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進(jìn)行CRC校驗，校驗有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖5.4所示。

溫度轉(zhuǎn)換子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖5.5所示。

圖5.3  DS18B20溫度計主程序流程圖　　　　　　　 圖5.4 讀出溫度子程序流程圖

計算溫度子程序?qū)�RAM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖5.6所示。

顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖5.7所示。

圖5.5 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖

圖5.6  計算溫度子程序流程圖　　　　　　　　　　圖5.7  顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖

系統(tǒng)的調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。其中硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊現(xiàn)象。時鐘和測溫部分的硬件電路很簡單，DS1302通過3根線、DS18B20只通過1根線與單片機相連接，很容易檢測，主要是檢測引腳晶振和電源是否接好。另外可以通過軟件來調(diào)試硬件，如編寫一個簡單的顯示程序來測試顯示電路連接是否正確。接下來可進(jìn)行軟件調(diào)試，可以編寫只含DS1302的計時和讀寫程序、顯示程序，測試DS1302是否正常工作。最后調(diào)試日歷、時間、鬧鐘、報警和溫度程序。

    計時器最關(guān)鍵的是計時的精度。電子萬年歷中DS1302上最好使用專用的晶振。經(jīng)測試制作的電子萬年歷，誤差較大，設(shè)計可以通過換用標(biāo)準(zhǔn)晶振或用軟件進(jìn)行修正。

此次設(shè)計立足于電子技術(shù)的實際運用，不斷實踐，開拓了思維，設(shè)計以考查、調(diào)研、搜集資料、擬訂方案、進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、編程、仿真、調(diào)試的流程，使我深刻的體會到了在學(xué)習(xí)我們專業(yè)的過程中理論與實踐相結(jié)合的重要性，同時也解決了以前學(xué)習(xí)比較模糊的專業(yè)知識點，使自己掌握的專業(yè)知識更加結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化。

總之，本次設(shè)計在各位的精心安排與大力支持下；在指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)下；在各位同學(xué)和朋友的貼心幫助下解決了許多設(shè)計中的實際困難，我以最低的成本和最簡單的方案設(shè)計出了功能強大的電子萬年歷。

基于51單片機的電子萬年歷的設(shè)計資料.doc (274.5 KB, 下載次數(shù): 126)

2018-11-23 21:27 上傳

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