基于单片机的多功能数字时钟设计doc.docx

1、 基于单片机的多功能数字时钟设计基于单片机的多功能数字时钟设计 doc 测控系统原理与设计课程设计报告 课题：基于单片机的多功能数字钟设计 班级 测控 1082班 学号 1081203204 指导教师 庄立运 鲁庆 淮阴工学院 电子与电气工程学院 2011年 12月 一一 显示模块选择方案显示模块选择方案 方案一：采用 LED 数码管动态扫描,LED 数码管价格适中,对于显示数字合适,与液晶相比，耗电及体积大与液晶相比，耗电及体积大，所以也不用此种作为显示。方案二：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,图形,显示多样,清晰可见,省了很多麻烦，所以在此设计中采用 L

2、CD 液晶显示屏。1电路设计最终方案决定电路设计最终方案决定 综上各方案所述,对本次设计方案选定：采用 AT89S52作为主控制系统；DS1302提供时钟；LCD 液晶显示屏作为显示。电路设计框图如下所示 AT89S52 主控制模 块 DS1302时钟模块 LCD 液晶显示屏显示模块 键盘模块 DS1822温度模块 图 1 系统原理图 2、AT89S52 单片机介绍单片机介绍 AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及

3、时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图 2 单片机引脚图 VCC:电源 GND:地 P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flas

4、h 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流 （IIL）。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器 2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。表 1AT89S52 P1口第二功能表 脚号 第二功能 P1.0 T2（定时器/

5、计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址 P3

6、 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。表 2 AT89S52 P3口第二功能表 脚号 第二功能 P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外部中断 0)P3.3 INT0(外部中断 0)P3.4 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 T1（定时器 1 外部输入）P3.6

7、WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)RST:复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 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/PROG：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（PROG）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

8、外部数据存储器时，ALE 脉冲将会跳过。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。EA/VPP: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，EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。二二 总体电路总体电路

9、1钟电路原理及说明钟电路原理及说明(1)时钟芯片 DS1302的工作原理：DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把 SCLK 端置“0”，接着把RST端置“1”，最后才给予 SCLK 脉冲；读/写时序如下图 4所示。DS1302的控制字的位 7必须置 1，若为 0则不能把对 DS1302进行读写数据。对于位 6，若对程序进行读/写时 RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0，位 1至位 5指操作单元的地址。位 0是读/写操作位，进行读操作时，该位为 1；该位为 0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表.2为 DS1302的日历、时间寄存器内容：“CH”是时钟

10、暂停标志位，当该位为 1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为 0时，时钟开始运行。“WP”是写保护位，在任何的对时钟和 RAM的写操作之前，WP必须为 0。当“WP”为 1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。(2)DS1302的控制字节：DS1302控制字节的高有效位（位 7）必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入 DS1302中，位 6如果 0，则表示存取日历时钟数据，为 1表示存取 RAM数据；位5至位 1指示操作单元的地址；最低有效位（位 0）如为 0表示要进行写操作，为 1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出命令字节的格式如图所示.表 3命令字节格

11、式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 R/c A4 A3 A2 A1 A0 R/w (3)数据输入输出（I/O）：在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入 DS1302，数据输入从低位即位 0开始。同样，在紧跟 8位的控制指令字后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302的数据，读出数据时从低位 0位到高位 7。(4)DS1302的寄存器 DS1302有 12个寄存器，其中有 7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD 码形式。此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存

12、器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与 RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个 RAM单元，共 31个，每个单元组态为一个 8位的字节，其命令控制字为 C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的 RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的 31个字节，命令控制字为 FEH(写)、FFH(读)。2测量模块的设计测量模块的设计 DS1822是一种用一根信号线与一根返回线来实现互连通信的集成电路芯片。采用这种芯片构成的微型局域网系统具有建网速度快、成本低的特点，非常适合现场应用。一线数字温度计芯片 DS1822就是 DALLAS 公司推出的系列

13、一线总线产品之一，它支持 DALLAS 触摸接口，遵循一线协议，并可以与处理器进行双向数字通信，同时性价比也很高，是一种使用起来非常方便的经济型温度传感器。DS1822内部电路的核心是一个直接数字输出的温度传感器。它可将55125 范围内的温度值按 9位、10位、11位、12位的分辨率进行量化，且以上的分辨率都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别是 0.5、0.25、0.125、0.0625，即最高分辨率为 0.0625，工作电压范围为 3.05.5。(1)DS1822 的测温原理 用 DS1822一线式数字温度芯片测量温度的原理如图所示。它没有采用传统的转换原理，如逐次逼近法、双积分式和

14、算术等，而是运用了一种将温度直接转换为频率的时钟计数法，计数时钟由温度系数很低的振荡器产生，因而非常稳定；而计数的闸门周期则由温度系数很高（即对温度非常敏感）的振荡器来决定。置 1/清零 停止 图 3 温度测量的原理框图 计数器中的预置值以55时的计数值为基准，在闸门开放计数期间，每当计数值达到 0，则温度寄存器就加，温度寄存器中的预置值也以55的测量值为基准。同时计数器的预置值还与斜坡累加器电路有关，该电路用于补偿振荡器对温度的抛物线特性，因此还要用时钟脉冲针对这个非线形校正预置值作计数操作，直至计数值达到 0为止，如果此时闸门还未关闭，则再重复计数过程。斜坡累加器补偿了振荡器对温度的非线形

15、特性，从而可以获得较高的温度测量分辨率，改变相对于测温量化级的计数量大小即可获得不同的分辨率。(2)DS1822 的测温过程 在测温时对 DS1822进行操作的步骤如下：a.初始化（READ ROM指令，代码 33H），每次对 DS1822进行操作之前都要对其进行初始化，主要目的在于确定温度传感器是否已经连接到单总线上。b.查找 DS1822（SEARCH ROM指令，代码 FOH），该指令可使处理器通过排除法来辨别总线上的 DS1822。c.匹配 DS1822（MACTH ROM指令，代码 55H），只有完全符合 64位 ROM序列的 DS1822才能响应其后的指令，当然，单点测温时可以使用

16、 SKIP ROM（CC H）指令来跳过这一步。d.发送温度转换指令（CONVERT 指令代码 44H），发送该指令后应查询总线上的电平，当电平为高时，温度转换完成。e.读取温度值（READ SCRTCHPAD 指令代码 BE H），将该指令发出后，就可从总线上读取表示温度的两字节的二进制数。整个测温过程中的第 45步才是 DS1822进行测温并将结果进行数字化转换和输出的过程。DS1822接收到转换命令（44H）将立刻实施温度转换,并将结果存储到 16位便笺式存储器中，数据格式为符号位扩展的二进制补码，然后用读便笺式存储器命令（BE H）将所得数据顺序置于总线上，最低位在前，最高位定义为符号位以表示温度的正负。DS1822温度与数字输出典型值的对照表如表所列。表 4 DS1822 温度与数字输出的典型值 温度（）数字输出（二进制）数字输出|（十六进制）+125 0000 0111 11011 0000 07D0 +85 0000 0101 0101 0000 0550 +25.625 0000 0001 1001 0001 0191 +10.125 0000 0000 1010 00