单片机课程设计论文Word文档下载推荐.docx
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6．总结20
7.致谢21
8.参考文献21
9．英文部分注释21.附录22
1.引言
1.1温度时钟计算器的概述
本作品可用一支5号电池供电，也可通过USB接口由电脑供
可以实现以下功能：
1）在LCD1602显示屏上显示年、星期、月、日、时、分、秒；
2）在LCD1602显示屏温度上显示温度；
3）能够实现简单的计算机功能；
1.2课题研究的内容和意义
随着电子技术的发展，对于计算器的使用，简简单单的计算已经不能满足人们日常生活中的应用。
因此，我们把最常用的几项功能集合到一起，方便人们的使用。
我们在计算器的基础上，增加了数字钟、温度显示器的功能，这样，让一早醒来的人可以立即知道时间，可以根据显示屏上的温度决定今天出行的衣物，随身物品等，减少了通过手机查询温度时间的麻烦。
数字时钟温度计算器
顾洋洋.杨洁.符晓婷
三明学院10级电子科学与技术专业福建三明365004
摘要：
介绍一个以AT89c52为控制核心，以DS18B20作为温度检测器，DS1302为时钟芯片，液晶显示器用LCD1602，详细的介绍了系统的结构和原理，并给出了软件设计方法。
关键字：
数字温度计显示屏矩阵键盘单片机
Abstract:
thearticleintroducesaAT89c52asthecontrolcore,inordertoDS18B20astemperaturedetector,DS1302forclockchip,LCDdisplaypanelsLCD1602,detailedintroductionofsystemstructureandprinciple,andgivesthedesignmethodofsoftware.
Keywords:
digital。
Thermometer。
display。
matrix。
keyboard。
microcontroller。
1.课程设计目的
根据该设计设计出功能模块通过完成程序流程图，完成程序的设计，并通过反复的调试、运行、修改，最后将软件、硬件结合进行调试、运行，对遇到问题进行思考、分析原因，找出合理的方案解决问题，最终达到本次设计的设计要求，课程设计的目的。
2.设计要求
2.1以数字形式显示年，月，日，时，分，秒。
2.2利用4*4键盘在液晶显示屏上显示加减乘除和小数的运算结果
2.3利用温度传感器又可以在显示屏上显示温度
3.设计方案
3.1选用器材：
STC89C52RC、LC1602、DS1302、DS18B20
3.1.1总体设计方案和模块设计
STC89C52RC芯片作为作品的核心控制器，控制以下4个模块：
温度计模块，数字钟模块，矩阵键盘模块，显示屏模块。
温度、时钟、计算功能都是要通过显示屏来显示出来的。
进行程序编写时，也是用模块化编程方法编写，这样控制起来比较方便。
3.2微控制器介绍
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
主要特性如下：
1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.
2.工作电压：
5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）
3.工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz
4.用户应用程序空间为8K字节
5.片上集成512字节RAM
6.通用I/O口（32个）复位后为：
，P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8.具有EEPROM功能
9.具有看门狗功能
10.共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2
11.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART
13.工作温度范围：
-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）
14.PDIP封装
STC89C52RC单片机的工作模式
掉电模式：
典型功耗<
0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序
空闲模式：
典型功耗2mA典型功耗
正常工作模式：
典型功耗4Ma～7mA典型功耗
掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备
STC89C52RC引脚功能说明
VCC（40引脚）：
电源电压
VSS（20引脚）：
接地
P0端口（P0.0～P0.7P0.7，39～32引脚）：
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入每个引脚能驱动写入“1”时，可以作为高阻抗输入。
在访问外部程序和数据存储器时在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线位数据的复用总线。
此时，P0口内部上拉电阻有效。
在FlashROM编在程时，P0端口接收指令字节端口接收指令字节；
而在校验程序时，则输出指令字节则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。
P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（）。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见下表：
在对FlashROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。
表XXP1.0和P1.1引脚复用功能
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。
P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（I）。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。
在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：
P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。
P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。
在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：
表XXP3口引脚复用功能复用功能
RST（9引脚）：
复位输入。
当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。
看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/ROG（30引脚）地址锁存控制信号：
（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在Flash编程时，此引脚（ROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
外部程序存储器选通信号（SEN）是外部程序存储器选SEN（29引脚）通信号。
当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，SEN在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，SEN将不被激活。
A/VPP（31引脚）：
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，A必须接GND。
注意加密方式1时，A将内部锁定位RESET。
为了执行内部程序指令，A应该接VCC。
在Flash编程期间，A也接收12伏VPP电压。
XTAL1（19引脚）：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2（18引脚）：
振荡器反相放大器的输入端。
3.3LCD1602液晶显示器的介绍
这里介绍的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，容量为2行16个字的1602液晶模块。
1602采用标准的16脚接口，其中:
第1脚：
VSS为地电源
第2脚：
VDD接5V正电源
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15～16脚：
空脚
3.3.1.LCD引脚说明：
字符发生存储器和控制器
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如表1所示，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。
表1：
字符图形与字符代码对应表
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2所示：
表2：
指令表
它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
（说明：
1为高电平、0为低电平）
指令1：
清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：
光标复位，光标返回到地址00H
指令3：
光标和显示模式设置I/D：
光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效，低电平则无效
指令4：
显示开关控制。
D：
控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：
控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁；
指令5：
光标或显示移位S/C：
高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标；
指令6：
功能设置命令DL：
高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：
低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:
低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符（有些模块是DL：
高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）；
指令7：
字符发生器RAM地址设置；
指令8：
DDRAM地址设置；
指令9：
读忙信号和光标地址BF：
为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙；
指令10：
写数据；
指令11：
读数据；
液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。
要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，下表是LCD1602的内部显示地址.
RAM地址映射图
比如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？
这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是
01000000B（40H）+10000000B（80H）=11000000B（C0H）。
基本操作时序
状态字说明：
注：
对控制器每次进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保STA7为0。
3.3.2.指令初始化设置
1）显示模式设置
2）显示开/关及光标设置
数据控制：
控制器内部没有一个数据地址指针，用户可以通过它们来访问内部的全部80字节RAM
数据指针设置
其它设置
4．读写操作时序图
程序设计流程图：
3.4.温度传感器DS18B20
温度计：
温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。
超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。
对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。
3.4.1.DS18B20的主要特征：
1.全数字温度转换及输出。
2.先进的单总线数据通信。
3.最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。
4.12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
5.可选择寄生工作方式。
6.检测温度范围为–55°
C~+125°
C（–67°
F~+257°
F）
7.内置EEPROM，限温报警功能。
8.64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。
9.多样封装形式，适应不同硬件系统。
3.4.2.DS18B20工作原理及应用：
1）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。
其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。
在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。
18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：
ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是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（冗余校验）。
数据在出产时设置不由用户更改。
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。
EEPROM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。
2）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15~60uS后回发一个芯片的存在脉冲。
3）存在脉冲：
在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在15~60uS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240uS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。
如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。
4）控制器发送ROM指令：
双方打完了招呼之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。
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芯片时可以跳过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”）。
ROM指令在下文有详细的介绍。
5）控制器发送存储器操作指令：
在ROM指令发送给18B20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。
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。
6）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。
如执行温度转换指令则控制器（单片机）必须等待18B20执行其指令，一般转换时间为500uS。
如执行数据读写指令则需要严格遵循18B20的读写时序来操作。
数据的读写方法将有下文有详细介绍。
若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期，第一个周期为复位、跳过ROM指令、执行温度转换存储器操作指令、等待500uS温度转换时间。
紧接着执行第二个周期为复位、跳过ROM指令、执行读RAM的存储器操作指令、读数据（最多为9个字节，中途可停止，只读简单温度值则读前2个字节即可）。
7）DS18B20依靠一个单线端口通讯。
在单线端口条件下，必须先建立ROM操作协议，才能进行存储器和控制操作。
因此，控制器必须首先提供下面5个ROM操作命令之一：
1）度ROM,2匹配ROM,3）搜索ROM,4）跳过ROM,5）报警搜索
8）DS18B20芯片的引脚功能图：
18B20与单片机接口电路图：
3.5.数字钟DS1302
数字时钟：
本设计采用市场上流行的时钟芯片DS1302进行制作。
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，可以通过串行接口与计算机进行通信，使得管脚数量减少。
实时时钟/日历电路能够计算2100年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的，具有闰年调整的能力。
3.5.1.DS1302时钟芯片的主要功能特性：
（1）能计算2100年之前的年、月、日、星期、时、分、秒的信息；
每月的天数和闰年的天数可自动调整；
时钟可设置为24或12小时格式。
（2）31B的8位暂存数据存储RAM。
（3）串行I/O口方式使得引脚数量最少。
（4）DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需3根线。
（5）宽范围工作电压2.0-5.5V。
（6）工作电流为2.0A时，小于300nA。
（7）功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW
3.5.2内部寄存器
小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。
当为高时，选择12小时模式。
在12小时模式时，位5是，当为1时，表示PM。
在24小时模式时，位5是第二个10小时位。
秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。
当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；
当该位置为0时，时钟开始运行。
控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。
在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。
当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。
4.4.3.DS1302有下列几组寄存器：
DS1302①有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81h～8Dh，写时80h～8Ch），存放的数据格式为BCD码形式。
如下图所示：
1302引脚功能图：
Vcc1：
主电源；
Vcc2：
备份电源。
当Vcc2>
Vcc1+0.2V时，
由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2<
Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。
SCLK：
串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；
I/O：
三线接口时的双向数据线；
CE：
输入信号，在读、写数据期间，必须为高。
该引脚有两
个功能：
第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；
其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。
DS1302有关RAM的地址
DS1302中附加31字节静态RAM的地址如下图4所示：
图4：
静态RAM地址
DS1302的工作模式寄存器
所谓突发模式是指一
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