基于单片机的数字时钟频率计温度计.docx
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基于单片机的数字时钟频率计温度计
目录
摘要I
AbstractII
1、基本原理1
1.1单片机的基本原理1
1.2、Protel的基本原理1
1.3keil的基本原理1
1.4Protues的基本原理2
1.5STC-ISP的基本原理2
2、方案论证2
2.1键盘、显示电路2
2.2数字时钟3
2.3数字温度计3
2.4数字频率计4
3、硬件设计5
3.1、最小系统5
3.2、下载电路5
3.3、键盘、显示电路6
3.4、数字温度计7
4、软件设计7
4.1、数字时钟7
4.2、数字温度计10
4.3、数字频率计14
5、仿真结果16
5.1数字时钟仿真结果16
5．2数字温度计仿真结果17
5.3数字频率计仿真结果18
6、实物运行结果照片20
6.1数字时钟实物结果照20
6.2数字温度计实物结果照20
6.3数字频率计实物结果照21
7、小结22
8、参考文献23
摘要
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
为了设计单片机最小系统以及拓展部分，首先利用PROTEL软件进行硬件设计；再利用KeiluV3软件完成应用系统软件设计；然后利用PROTEUS软件进行仿真设计；接着完成单片机最小系统和应用系统电路板的焊接；最后对电路进行调试；利用stc-isp软件完成在系统编程、下载，并完成系统软件调试。
本次实习主要完成的功能有数字时钟、数字计数器、数字频率计。
关键词：
单片机、PROTEL、PROTEUS、数字时钟、数字计数器、数字频率计
Abstract
Atpresentsinglechipmicrocomputerpermeateeveryaspectofourlives,almosthardtofindnotraceofthesinglechipmicrocomputerwhichfield.Missilenavigationdevice,theplaneonvariouskindsofinstrumentcontrol,computernetworkcommunicationanddatatransmission,industrialautomationprocessreal-timecontrolanddataprocessing,theextensiveuseofallkindsofintelligentICcard,civilianluxurycarsecuritysystem,video,videocamera,automaticwashingmachinecontrol,andSPCtoys,electronicpets,allofthesecannotleavethemicrocontroller.Therefore,thestudyofsinglechip,thedevelopment,andtheapplicationwillcreateanumberofcomputerapplication,andintelligentcontrolofscientistsandengineers.
Inordertodesignsinglechipminimizesystemandexpandpart,thefirstuseofPROTELsoftwarehardwaredesign;ReuseKeiluV3softwareapplicationsystemsoftwaredesign;AndthenthePROTEUSsoftwaresimulationdesign;Thenfinishsingle-chipmicrocomputersystemandapplicationsystemminimumcircuitboardofwelding;Thecircuitcommissioning;UseSTC-ispsoftwareinthesystemprogramming,download,andcompletethesystemsoftwaredebugging.Theworkofthemainfunctioncompletedigitalclock,digitalcounter,digitalfrequencymeter.
Keywords:
microcontroller,PROTEUS,digitalclockPROTEL,,digitalcounters,digitalfrequencymeter
1、基本原理
1.1单片机的基本原理
单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。
从上世纪80年代，由当时的4位、8为单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。
1.2、Protel的基本原理
基于PCB的电路设计是EDA技术的重要内容，Protel软件是实现基于PCB设计的一个杰出工具。
Protel99se凭借其强大的功能大大提高了电子线路的设计效率，已经成为设计工作者首选的电子线路CAD软件。
1.3keil的基本原理
1.KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
2.与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
1.4Protues的基本原理
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译。
1.5STC-ISP的基本原理
STC-ISP是一款单片机下载编程烧录软件，是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052、系列和12C5410等系列的STC单片机，使用简便，现已被广泛使用。
2、方案论证
2.1键盘、显示电路
显示电路：
数码管采用共阴极接法，因此单片机的信号从P0送出后需借上拉电阻。
用两个74HC573锁存器分别作为位选和段选信号，它们的锁存端分别与单片机的P2^6和P2^7相连。
位选选通时为低电平，位选关闭时为高电平。
键盘：
本次实验中用到了7个键盘，因而不需全部扫描。
初始化后，进入时钟显示，令P3^7=0，矩阵键盘的最右四个用来调整时间和返回。
若没有键按下，再令P3^6=0，分别检测P2^1，P2^2，P^3，来实现进入温度，频率计，以及返回的功能。
2.2数字时钟
基本时钟显示如原理所述，控制部分，将P3^7置0后，通过判断P3^0－P3^3，可判断最右边4个键的按下，第一个键按下时，进入调整模式，停止计时，第一次调整秒的值，再按则调整分值，以此类推，第二个键按下则相应的值加一，第三个键按下则减一，第四个键按下返回正常时钟显示。
2.3数字温度计
通过第二行，第三列的键按下后，进入温度子程序。
2.3.1初始化
1.先将数据线置高电平1；
2.延时（该时间要求不是很严格，但是要尽可能短一点）；
3.数据线拉到低电平0；
4.延时750us（该时间范围可在480～960us）；
5.数据线拉到高电平1；
6.延时等待，如果初始化成功则在15～60ms内产生一个由DS18B20返回的低电平0，据该状态可以确定它的存在。
但是应注意，不能无限地等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时判；
7.若CPU读到数据线上的低电平0后，还要进行延时，其延时的时间从发出高电平算起最少要480us；；
8.将数据线再次拉到高电平1后结束。
2.3.2DS18B20写数据
1．数据线先置低电平0；
2.延时确定的时间为15us；
3.按从低位到高位的顺序发送数据（一次只发送一位）；
4.延时时间为45us；
5.将数据线拉到高电平1；
6.重复1～5步骤，直到发送完整个字节；
7.最后将数据线拉高到1。
2.3.3DS18B20读数据
1.将数据线拉高到1；
2.延时2us；
3.将数据线拉低到0；
4.延时6us；
5.将数据线拉高到1；
6.延时4us；
7.读数据线的状态得到一个状态位，并进行数据处理；
8.延时30us；
9.重复1～7步骤，直到读取完一个字节。
先启用温度转换函数，然后获取温度并显示，再进行温度处理，将浮点型温度格式化为字符型，再显示温度，之后通过串口传送给另一个单片机（从机）。
2.4数字频率计
按下第三行，第三列的按键后进入频率计的程序。
将T1作为计数器，设置计数初值0，则计满65536个脉冲后进入T1中断，然后使count加一，同时T0定时器仍在计时，计到1s时，计算脉冲总数k=count*65536+TH1+TL1。
然后分别计算相应位
K0=k/100000;
K1=k/10000%10;
K2=k/1000%10;
K3=k/100%10;
K4=k/10%10;
K5=k%10；然后显示在数码管上。
3、硬件设计
3.1、最小系统
单片机最小系统由单片机STC89C52、复位电路、时钟电路组成如图3.1所示：
图3.1：
最小系统
3.2、下载电路
下载部分有MAX232和RS-232C串口电缆组成。
如图3.2所示：
图3.2：
下载电路
3.3、键盘、显示电路
利用单片机最小系统、6个7段LED数码管、12个按键，设计制作一个键盘、显示电路。
可以使用8279键盘显示接口电路，也可以使用单片机的并行接口作为键盘显示接口。
在这个实习中我选着使用单片机的并行接口作为键盘显示接口，这里用到的是4ⅹ3的矩阵键盘接到单片机的P2口。
如图3.3：
图3.3：
键盘电路
用到六个数码管,只需要控制段选和位选就可以控制那个数码显示什么数字。
因为段选和位选都P0口提供的数据控制，因此我用了两个寄存器分别用段选信号和位选信号来控制，分时传送段选信号和位选信号。
如图3.4：
图3.4：
显示电路
3.4、数字温度计
利用DS18B20可编程1-Wire数字温度传感器芯片来完成温度传感部分，如图3.5：
图3.5DS18B20温度传感电路
4、软件设计
4.1、数字时钟
4.1.1数字时钟软件设计要求
在键盘、显示电路的基础上完成一个数字时钟的设计，完成以下功能：
（1）要求以24小时计时方式显示时、分、秒；
（2）时、分、秒可以通过按键分别调整。
4.1.2数字时钟流程图
4.1.3数字时钟程序
程序如下：
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitdula=P2^6;
sbitwela=P2^7;
sbitkey1=P3^0;
sbitkey2=P3^1;
sbitkey3=P3^2;
uchari,num,hour,min,sec,num1;
ucharcodetable[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,//带小数点的0~9编码
0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//不带小数点的0~9的编码
voiddelayms（uintxms）
{
uinti,j;
for（i=xms;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voiddisplay（ucharnum1,uchardat）//数据显示程序
{//num是第几个数码管，dat是要显示的数字
uchari;
i=0xff;
i=i&（~（（0x01）<<（num1）））;//用I来存储位选数据，只有一位为0
wela=1;P0=i;wela=0;
dula=1;P0=table[dat];//编码赋给P0口
dula=0;P0=0xff;
delayms（5）;
}
voiddis_time（ucharhour,ucharmin,ucharsec）//显示时间函数
{display（0,hour/10）;display（1,hour%10+10）;
display（2,min/10）;display（3,min%10+10）;
display（4,sec/10）;display（5,sec%10）;}
voidkeyscan（）
{if（key1==0）
{delayms（10）;if（key1==0）
{num=4;TR0=0;num--;while（!
key1）;delayms（10）;while（!
key1）;
while（num）
{dis_time（hour,min,sec）;
if（key1==0）{delayms（10）;if（key1==0）num--;}while（!
key1）;
if（key4==0）{delayms（10）;if（key4==0）num=0;}while（!
key4）;switch（num）{
case3:
if（key2==0）{delayms（10）;if（key2==0）{sec++;if（sec==60）sec=0;while（!
key2）display（4,sec/10）;display（5,sec%10）;}}
if（key3==0）{delayms（10）;if（key3==0）{sec--;if（sec==255）sec=59;while（!
key3）display（4,sec/10）;display（5,sec%10）;}}
break;
case2:
if（key2==0）{delayms（10）;if（key2==0）{min++;if（min==60）min=0;while（!
key2）display（2,min/10）;display（3,min%10+10）;}}
if（key3==0）{delayms（10）;if（key3==0）{min--;if（min==255）min=59;while
（!
key3）display（2,min/10）;display（3,min%10+10）;}}
break;
case1:
if（key2==0）{delayms（10）;if（key2==0）{hour++;if（hour==24）hour=0;while（!
key2）display（0,hour/10）;display（1,hour%10+10）;}}
if（key3==0）{delayms（10）;if（key3==0）{hour--;if（hour==255）hour=23;while（!
key3）display（0,hour/10）;display（1,hour%10+10）;}}
break;}}
TR0=1;}}}
voidinit_t（）
{
TH0=（65536-4597）/256;TL0=（65536-4597）%256;
TH1=（65536-1）/256;TL1=（65536-1）%256;
TMOD=0x51;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=0;}}}
4.2、数字温度计
4.2.1数字温度计和时钟分别显示的要求
当按下键盘上的温度显示按键时将实时温度信息显示在LED显示器上，当按下键盘上的时钟显示按键时，恢复时钟的正常显示；
4.2.2数字温度计和时钟分别显示的流程图
4.2.3数字温度计和时钟分别显示的程序
前半部分同数字时钟后半部分为：
oiddsreset（）//DS18B20复位，初始化函数
{uinti;ds=0;i=103;
while（i>0）i--;
ds=1;i=4;while（i>0）i--;}
bittempreadbit（void）//读1位数据函数
{uinti;bitdat;ds=0;i++;//i++起延时作用
ds=1;i++;i++;
dat=ds;i=8;while（i>0）i--;
return（dat）;}
uchartempread（void）//读一个字节数据函数
{uchari,j,dat;
dat=0;
for（i=1;i<=8;i++）
{j=tempreadbit（）;
dat=（j<<7）|（dat>>1）;//读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在dat里}
return（dat）;}
voidtempwritebyte（uchardat）//向DS18B20写一个字节数据函数
{uinti;ucharj;bittestb;for（j=1;j<=8;j++）
{testb=dat&0x01;dat=dat>>1;
if（testb）{ds=0;i++;i++;ds=1;i=8;while（i>0）i--;}
else{ds=0;i=8;while（i>0）i--;ds=1;i++,i++;}}}
voidtempchange（void）//DS18B20开始获取温度并转换
{dsreset（）;delayms
（1）;tempwritebyte（0xcc）;//写跳过读ROM指令
tempwritebyte（0x44）;//写温度转换指令}
uintget_temp（）//读取寄存器中存储的温度数据
{uchara,b;dsreset（）;delayms
（1）;tempwritebyte（0xcc）;
tempwritebyte（0xbe）;a=tempread（）;//读低8位
b=tempread（）;//读高8位
temp=b;temp<<=8;//两个字节组合为1个字
temp=temp|a;f_temp=temp*0.0625;//温度在寄存器中为12位，分辨率为0.0625度
temp=f_temp*10+0.5;//乘以10表示小数点后面只取1位，加0.5是四舍五入
f_temp=f_temp+0.05;returntemp;//temp是整型}
voiddis_temp（uintt）//显示温度数值函数t传递的是整型的温度值
{uchari;i=t/100;//除以100得到商，为温度的十位
display（0,i）;//在第1个数码管上显示
i=t%100/10;//100取余再除以10得到商，为温度的个位
display（1,i+10）;//在第2个数码管上显示
i=t%100%10;//100取余再用10取余，为温度的小数位
display（2,i）;//在第3个数码管上显示//}
4.2.4串口通信要求
通过串行通信的方式，将采集到的实时温度信息送至第二个单片机系统，并在第二个单片机系统显示实时温度。
4.2.5串口通信程序流程图
4.2.6串口通信的程序
发送程序：
#include
#defineucharunsignedchar
void send（char a）
{SBUF=a;while（!
TI）;TI=0;}
temp1=（uchar）（get_temp（）/2）;send（temp1）;
接收程序：
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,//带小数点的0~9编码
0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//不带小数点的0~9的编码
sbitwela=P2^7;//数码管位选
sbitdula=P2^6;//数码管段选
ucharbuff;uintbuff1;
voidintcom（）
{TMOD=0x20;PCON=0x00;SCON=0x50;TH1=0xfd;TL1=0xfd;TR1=1;}
voiddelay（uintz）
{uintx,y;for（x=z;x>0;x--）for（y=110;y>0;y--）;}
voiddisplay（）
{buff1=buff*2;wela=1;P0=0xfe;wela=0;dula=1;P0=table[buff1/100];
dula=0;P0=0xff;delay（5）;wela=1;P0=0xfd;wela=0;dula=1;
P0=table[buff1/10%10+10];dula=0;P0=0xff;delay（5）;
wela=1;P0=0xfb;wela=0;dula=1;P0=table[buff1%10];dula=0;
P0=0xff;delay（5）;}
voidmain（）
{uch
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