电子钟温度计课程设计电子钟温度计的设计.docx

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电子钟温度计课程设计电子钟温度计的设计

电子钟温度计课程设计--电子钟温度计的设计

****大学物信学院

单

片

机

课

程

设

计

课题：

电子钟温度计的设计

指导老师：

****

姓名：

****

学号：

****

摘要：

该设计实现了24小时制的时间显示及设定、年、月、日、星期的显示及设定、温度的检测及显示等功能。

设计共分为四大部分，分别是控制部分、时钟部分、温度检测部分和人机交互部分。

本设计采用的是STC89C51RC单片机，内部带有8KB的ROM，能够存储大量的程序，最突出特点是具有ISP在系统烧写功能，使得烧写程序更加方便。

计时采用DS1302时钟芯片实现，该芯片通过简单的串行通信与单片机进行通信，时钟/日历电路能够实时提供年、月、星期、日、时分、秒信息，采用双电源供电，当外部电源掉电时能够利用后备电池准确计时。

温度检测采用DALLAS公司的数字化温度传感器DS18B20，该芯片采用的是独特的“一线总线”的方式与单片机进行通信，一线总线独特而且经济的特点，是用户可以轻松的组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新的概念。

实时温度采用一线总线的方式传输大大的提高了信号的抗干扰性，分辨率可通过软件设置，其小巧的体积为各种环境下测量温度提供了方便。

显示器件采用通用型1602液晶，可显示32个字符，如果使用数码管来做显示器件需消耗大量的系统资源，因此采用低功耗的1602液晶，该液晶显示方便，功能强大，完全能满足数字万年历的显示要求。

关键词：

单片机AT89C51温度传感器DS18B20时钟芯DS1302液晶1602

第一章设计任务—————————————————————-4

第二章电路设计

2.1设计方案比较———————————————————4

2.1.1时钟电路的设计————————————————4

2.1.2温度电路的设计————————————————5

2.2根据设计绘制整体方框图及硬件图——————————6

2.2.1整体方框图——————————————————6

2.2.2总体硬件图——————————————————6

第3章程序流程图

3.1主程序流程图———————————————————7

3.2键盘服务程序流程图————————————————7

3.3温度采集与显示程序流程图————————————--8

第四章模块设计及说明

4.1液晶显示模块

4.1.1DS1602简介———————————————-——8

4.1.2DS1602相应功能特性介绍—————————-——8

4.1.3DS1602液晶与单片机接口电路——————————9

4.2计数模块

4.2.1DS1302特性介绍————————————————9

4.2.2DS1302引脚介绍————————————————9

4.2.3DS1302与单片机接口电路————————————10

4.3实时环境温度采集模块

4.3.1DS18B2O简介—————————————————10

4.3.2单总线介绍——————————————————10

4.3.3DS18B20管脚介绍———————————————10

4.3.4DS18B20时序介绍————————————————10

4.3.5DS18B20与单片机的接口电路——-————————-11

4.4设置模块——————————————————————11

第五章调试与验证————————————————————11

第一章设计任务

（1）能够实现时间的正确显示，并且可以对表进行调整。

（2）能够实现年月日及星期的显示，并且可以对日期进行调整。

（3）能够实现对温度的及时检测，并且可以正确显示。

（4）用protues实现对设计的仿真。

第二章电路设计

2.1电路方案的比较

2.1.1时钟电路的设计

方案一：

时钟电路可由555定时器组成，通过555定时器构成1Hz脉冲发生电路（如图2-1），然后将脉冲机输入单片机，经单片机计算生成时钟。

脉冲信号从555的3号引脚输出，通过电阻和电容可以得到不同频率的脉冲。

其计算方法为tpl=R2C2ln2；tph=（R1+R2）C2ln2。

图2-1555秒脉冲发生电路

方案二：

用单片机控制专用时钟芯片DS1302（如图2-2），通过对时钟芯片的初始化设置、写数据、读数据等操作，实现对时钟信息的获取。

图2-3DS1302与单片机连接图

比较：

两个方案虽然都能实现时钟的功能，但是方案一由于电阻电容及其自身的精度影响，其生成的秒脉冲精度相对差一些，且将秒脉冲信号换算成时钟的编程也相对复杂，而方案二能够较好地弥补方案一的不足。

所以本设计中的时钟电路采用方案二的设计。

2.1.2温度检测电路的设计

方案一：

利用热敏电阻对温度特殊的温度效应，可以通过一个比较简单的电路将温度信号转换成相应的电压信号，为了使电压信号更便于精确测量，可以利用运放将电压信号放大，再经模数转换将电压信号送入单片机，最后通过单片机的计算得出温度值，送入数码管显示。

方案二：

利用单片机对温度传感器DS18B20的控制，获取温度传感器所采集的温度信号（如图2-3）。

图2-3DS18B20与单片机连接图

比较：

方案一原理容易理解，但实际操作很有难度。

不仅自己设计电路精度不能保证，而且外围电路复杂，成本也较高。

而由图2-3可以直观看出方案二简单方便，且精度较高，所以本设计中的温度检测电路采用方案二。

2.2根据设计绘制整体方框图及硬件图

2.2.1整体方框图

时间计算模块

实时温度采集模块

DS18B20

设置模块

（独立按键）

2.2.2总体硬件图

第三章程序流程图

3.1主程序流程图

启动

是否有键按下

扫描显示液晶暂存数组的内容

按键处理

T0开始定时

当前工作模式

读取DS18B20温度传感器

写入液晶暂存数组

读取DS1302时钟芯片

3.2键盘服务程序流程图

获得按键

按键值

设置

加1

减1

返回主程序

3.3温度采集与显示程序流程图

第四章模块设计及说明

4.1液晶显示模块

4.1.1DS1602简介

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。

每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。

1602的驱动电路带有11条指令，可以很方便的控制液晶的现实效果如：

清屏、左移右移、光标显示。

而且1602显示的字符在下一条指令为到来之前不会改变，也就是能够维持显示的字符，1602液晶占用的系统资源也少。

在编程时必须注意1602的初始化和三个控制口的编写，确保从DS1302和18B20中读出的数据正确输入。

4.1.2DS1602相应功能特性介绍

⏹+5V电压，对比度可调

⏹内含复位电路

⏹提供各种控制命令,如：

清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能

⏹有80字节显示数据存储器DDRAM

⏹内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM

⏹8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM

4.1.3DS1602液晶与单片机接口电路

4.2计数模块

4.2.1DS1302特性介绍

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。

实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。

工作电压宽达2.5～5.5V。

采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

4.2.2DS1302引脚介绍

各引脚的功能为：

1、Vcc2：

5V电源。

当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2<

Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。

2、3、X1、X2是外接晶振脚（32.768KHZ的晶振）

4、地（GND）

5、CE/RST：

复位脚

6、I/O：

数据输入输出口；

7、SCLK：

串行时钟，输入； 

8、Vcc1：

备用电池端；

DS1302通过三根口线实现与单片机的通信，因DS1302功耗很小，即使电源掉电后通过3V的纽扣电池仍能维持DS1302精确走时。

4.2.3DS1302与单片机接口电路

4.3实时环境温度采集模块

4.3.1DS18B2O简介

DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器，采用单总线的接口方式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。

单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。

测量温度范围宽，测量精度高，在使用中不需要任何外围元件，支持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测温，供电方式灵活DS18B20可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源。

因此，当数据线上的时序满足一定的要求时，可以不接外部电源，从而使系统结构更趋简单，可靠性更高。

因此非常适合本系统使用。

4.3.2单总线介绍

⏹单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换，控制都由这根线完成。

⏹单总线通常要求外接一个约为4.7K—10K的上拉电阻，这样，当总线闲置时其状态为高电平。

4.3.3DS18B20管脚介绍

1GND为电源地；

2DQ为数字信号输入／输出端

3VDD为外接供电电源输入端，在寄生电源

4.3.4DS18B20时序介绍

DS18B20的一线工作协议流程是：

初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。

其工作时序包括：

●初始化时序

●写时序

●读时序

4.3.5DS18B20与单片机的接口电路

4.4设置模块

采用4个独立按键，接口电路如下;

第五章调试与验证

本设计采用protues软件进行仿真，经过反复的调试最终仿真通过。

可以实现预期的功能。

部分功能演示如图5-1所示

附录一：

程序

#include

#include"DS18B20_3.H"

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

uchara,miao,shi,fen,ri,yue,nian,week,flag,key1n,temp;

//flag用于读取头文件中的温度值，和显示温度值

#defineyh0x80//LCD第一行的初始位置,因为LCD1602字符地址首位D7恒定为1（100000000=80）

#defineer0x80+0x40//LCD第二行初始位置（因为第二行第一个字符位置地址是0x40）

//液晶屏的与C51之间的引脚连接定义（显示数据线接C51的P0口）

sbitrs=P2^5;

sbitrw=P2^6;//如果硬件上rw接地，就不用写这句和后面的rw=0了

sbiten=P2^7;

sbitSCLK=P1^6;/*实时时钟时钟线引脚*/

sbi