基于MCS-51單片機(jī)的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì).doc

黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目：基于 mcs-51 的萬(wàn)年歷設(shè)計(jì) 院 系： 專(zhuān) 業(yè)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 i 摘摘 要要 本設(shè)計(jì)是一個(gè)基于 mcs-51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的萬(wàn)年歷。 本文首先描述系統(tǒng)硬件工作原理，并附以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖加以說(shuō)明，著重介紹了 本系統(tǒng)所應(yīng)用的各硬件接口技術(shù)和各個(gè)接口模塊的功能及工作過(guò)程,其次，詳細(xì)闡述 了程序的各個(gè)模塊和實(shí)現(xiàn)方法。本設(shè)計(jì)以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)，at89c51 單片 機(jī)技術(shù)為核心。本文編寫(xiě)的主導(dǎo)思想是軟、硬件相結(jié)合，以硬件為基礎(chǔ)，來(lái)進(jìn)行各 功能模塊的編寫(xiě)。 本系統(tǒng)以單片機(jī)的 c 語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采 用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了。系統(tǒng)通過(guò)字符型液晶顯示數(shù) 據(jù)，所以具有人性化的操作和直觀的顯示效果?？梢燥@示時(shí)間、公歷日期、星期， 并有鬧鈴、語(yǔ)音報(bào)時(shí)及檢測(cè)溫度的功能。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 單片機(jī)； 液晶模塊 ；語(yǔ)音報(bào)時(shí)；溫度傳感器； 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 ii abstract the design is a based on the mcs-51 perpetual calendar. this article first describes the system hardware principle of work,and attaches by the system structure diagram performs to explain,emphatically introduced this system applies various hardware connection technology and each interface module function and the workprocess, next, it is elaborated the procedure of each module and how they realized. this design is based on the digital ic, and the core of at89c51 mcu technique. this article writed with the guiding of software and hardware unifies, take the hardware as thefoundation, writing each programme for each functions module. this systems software design whth the mcu c language, in order to be advantageous for theexpansion and change, the software design uses the design of modularization, so that the logical of the programmer become clear and it is easy to understand .this system use the character lcd to show the data，so it has the humanize operation and the intuitionistic show effect. it can show the time, gregorian calendar, week, bell, pronunciation of time and the temperature examination. the keyword：mcu; lcd module; the pronunciation of time; temperature sensor. 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 iii 目目 錄錄 摘摘 要要.i abstractii 第第 1 1 章章 緒論緒論.1 第第 2 2 章章 方案論證方案論證.3 2.1 功能要求3 2.2 方案確定3 第第 3 3 章章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).6 3.1 電源部分的設(shè)計(jì)6 3.1.1 變壓器式直流穩(wěn)壓電源.6 3.1.2 開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源.7 3.1.3 開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì).7 3.2 主電路的設(shè)計(jì)8 3.2.1 主要芯片的選擇.8 3.2.2 主電路原理分析.9 3.3 單片機(jī)外圍芯片簡(jiǎn)介10 3.3.1 1602lcd 顯示模塊.10 3.3.2 溫度傳感器 ds18b2013 3.3.3 語(yǔ)音芯片 isd1420.16 第第 4 4 章章 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì).19 4.1 總體設(shè)計(jì)19 4.2 主程序的設(shè)計(jì)20 4.3 int1 中斷服務(wù)程序.22 4.4 各功能模塊的設(shè)計(jì)22 4.4.1 顯示子程序.22 4.4.2 日歷、時(shí)間校正子程序.23 4.4.3 定時(shí)處理子程序.23 4.4.4 溫度檢測(cè)及處理子程序25 4.4.5 語(yǔ)音報(bào)時(shí)子程序.27 4.4.6 延時(shí)子程序.28 第第 5 5 章章 調(diào)試及性能分析調(diào)試及性能分析.29 5.1 軟件調(diào)試29 5.2 硬件調(diào)試29 5.3 性能分析30 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ).31 致謝致謝.32 附錄一附錄一 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖.33 附錄二附錄二 系統(tǒng)的系統(tǒng)的 pcb 圖和元件安裝圖圖和元件安裝圖.34 附錄三附錄三 程序清單程序清單.35 主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn).54 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 1 第第 1 1 章章 緒論緒論 1.11.1 單片機(jī)的發(fā)展概況單片機(jī)的發(fā)展概況 單片機(jī)一詞最初源于“single chip microcomputer”,它忠實(shí)地反映了早期單片機(jī) 的形態(tài)和本質(zhì)。隨后按照面向?qū)ο?，突出控制功能，在片?nèi)集成了許多外圍叫路及 外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)展成 microcontroller 的體系結(jié)構(gòu)，目前 國(guó)外已普遍稱(chēng)之為微控制器 mcu（micro controller unit） 。鑒于它完全作為嵌入式 微控制器。由于國(guó)內(nèi)對(duì)單片機(jī)一詞已約定成俗，因此仍沿用至今。但對(duì)“單片機(jī)” 一詞的理解，不應(yīng)現(xiàn)限于“single chip microcomputer”，而應(yīng)接軌于國(guó)際上對(duì)單片機(jī) 的標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)呼“micro controller unit”（mcu） 。 單片機(jī)的發(fā)展大致可分為四個(gè)階段： 第一階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)探索階段。以 intel 公司 mcs-48，motorola 公司 6801 為代 表，屬低檔型 8 位機(jī)。 第二階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)完善階段。以 intel 公司 mcs-51，motorola 公司 68hc05 為 代表，屬高檔型 8 位機(jī)。此階段，8 位單片機(jī)體系進(jìn)一步完善，特別是 mcs-51 系列 單片機(jī)在世界和我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，奠定了它在單片機(jī)領(lǐng)域的經(jīng)典地位，形成 了事實(shí)上的 8 位單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 第三階段：8 位機(jī)和 16 位機(jī)爭(zhēng)艷階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。此 階段 intel 公司推出了 16 位的 mcs-96 系列單片機(jī)，世界其他芯片制造商也紛紛推出 了性能優(yōu)異的 16 位單片機(jī)，但由于價(jià)格不菲，其應(yīng)用面受到一定的限制。相反 mcs-51 系列單片機(jī)，由于其性能價(jià)格比高，卻得到了廣泛的應(yīng)用，并吸引了世界許 多知名制造廠(chǎng)商，竟相使用以 80c51 為內(nèi)核，擴(kuò)展部分測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、 接口技術(shù)、a/d、d/a 和看門(mén)狗等功能部件，推出了許多與 80c51 兼容的 8 位單片 機(jī)。強(qiáng)化了微控制器的特征，進(jìn)一步鞏固和發(fā)展了 8 位單片機(jī)的主流地位。 第四階段：微控制器全面發(fā)展階段。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和 應(yīng)用，世界各大電氣、半導(dǎo)體廠(chǎng)商普遍投入，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能 力的 8 位/16 位/32 位通用型單片機(jī)以及小型廉價(jià)的專(zhuān)用型單片機(jī)，百花齊放，全面 發(fā)展，單片機(jī)已進(jìn)入一個(gè)可廣泛選擇和全面發(fā)展的應(yīng)用時(shí)代。 1.21.2 mcs-51mcs-51 系列單片機(jī)系列單片機(jī) mcs-51 系列單片機(jī)最初是 hmos 制造工藝，其芯片根據(jù)片內(nèi) rom 結(jié)構(gòu)可分為 8031（片內(nèi)無(wú) rom） ，8051（片內(nèi)有 4kb 掩膜 rom） ，8751（片內(nèi)有 4kb eprom） ， 統(tǒng)稱(chēng)為 51 系列單片機(jī)。其后又有增強(qiáng)型 52 系列，包括 8032、8052、8752 等。 hmos 工藝的缺點(diǎn)是功耗較大，隨著 cmos 工藝的發(fā)展，inter 公司生產(chǎn)了 chmos 工藝的 80c51 芯片，大大降低了功耗，并引入了低功耗管理模式，使低功 耗具在可控性。chmos 工藝的 80c51 芯片，根據(jù)片內(nèi) rom 結(jié)構(gòu)，也有 80c31、80c51、87c51 三種類(lèi)型，引腳與 51 系列兼容，指令相同。 隨后，intel 公司將 80c51 內(nèi)核使用權(quán)以專(zhuān)利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給世界許多著 名 ic 制造廠(chǎng)商，如 philips、nec、atmel、amd、dallas、siemens、fujutsu、oki、華邦、lg 等。在保 持與 80c51 單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上，這些公司融入了自身的優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展了針對(duì)滿(mǎn)足不 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 2 同測(cè)控對(duì)象要求的外圍電路。這樣，80c51 單片機(jī)就變成了眾多芯片制造廠(chǎng)商支持 的大家族，成了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) mcu 芯片。 1.31.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用 目前，單片機(jī)已滲透到我們工作、生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi) 有單片機(jī)的蹤跡了。導(dǎo)彈的飛行裝置靠的是單片機(jī)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信及傳輸，工業(yè)自 動(dòng)化控制，智能 ic 卡系統(tǒng)及各類(lèi)家用電器的控制都離不開(kāi)單片機(jī)。單片機(jī)的特點(diǎn)是 體積小，在其增加一些外圍電路之后，就能成為一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)。例如，我們 日常生活中所用的數(shù)字電子秤，其內(nèi)部就有一塊單片機(jī)芯片，再加上傳感器、液晶 屏和一些附加電路，就形成了一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，單片機(jī)的可擴(kuò)展性 是不錯(cuò)的，應(yīng)用也相當(dāng)靈活。 單片機(jī)應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義 在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了應(yīng)用系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采 用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在用單片機(jī)通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種以軟件取 代硬件的技術(shù)，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，還簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)；不僅縮小了系統(tǒng) 的體積，還降低了成本。 現(xiàn)代電子、電器產(chǎn)品及設(shè)備的智能化水平不斷提高，在人機(jī)界面設(shè)計(jì)上不但有 了文字標(biāo)識(shí)、發(fā)光管指示、顯像屏顯示等視覺(jué)表達(dá)，而且還有各種聽(tīng)覺(jué)表達(dá)，如最 簡(jiǎn)單的“滴滴、嘟嘟”訊響聲、稍豐富些的音樂(lè)聲，甚至用人的語(yǔ)言直接對(duì)用戶(hù)“說(shuō)話(huà)” 等。用簡(jiǎn)單的數(shù)碼語(yǔ)音集成電路可以實(shí)現(xiàn)一句或多句語(yǔ)句的播放，如掩模芯片中的 “歡迎光臨”、 “有電危險(xiǎn)、請(qǐng)勿靠近”等，還有如 isd 系列、apr9600（ivs1560）等 芯片可由開(kāi)發(fā)人員或用戶(hù)任意錄制、播放需要的一段或幾段語(yǔ)音等。在聽(tīng)覺(jué)表達(dá)中 最復(fù)雜的就是語(yǔ)音的組合，它是將用戶(hù)預(yù)存的多段語(yǔ)音按指定順序連續(xù)播放，將字 或詞匯組合成一句話(huà)、甚至一段話(huà)播放出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)最準(zhǔn)確、定量的語(yǔ)義表達(dá)， 例如“嘟，現(xiàn)在溫度 37.5 度，溫度偏高”、 “現(xiàn)在時(shí)間五點(diǎn)二十五分三十三秒”等。 傳統(tǒng)語(yǔ)音組合電路的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，開(kāi)發(fā)工具十分昂貴，語(yǔ)音錄制及軟件編制 工作量巨大，而且組合出來(lái)的語(yǔ)音效果也不甚理想，尤其在投資不大的產(chǎn)品、系統(tǒng) 中最為突出，從而制約了這一技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。只在近幾年來(lái)，模擬存儲(chǔ)語(yǔ)音技 術(shù)的 isd 芯片及其廉價(jià)的開(kāi)發(fā)編輯工具問(wèn)世后，情況才大為改觀?，F(xiàn)在已有專(zhuān)業(yè)公 司開(kāi)發(fā)出通用 isd 語(yǔ)音組合模塊，用戶(hù)只需要在 isd 語(yǔ)音芯片中分段錄入要求的詞 匯，即可方便地用單片機(jī)控制輸出這些詞匯的任意組合成句、成段，詞匯的語(yǔ)音容 量從 20 秒至 480 秒甚至更長(zhǎng)，以至可以容納所有的中文漢字發(fā)音。 在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常要用到溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱 電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)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。美國(guó)達(dá)拉 斯（dallas）半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的新型ds18b20溫度檢測(cè)器件, 它是單片結(jié)構(gòu),無(wú)需 外加a/ d 即可輸出數(shù)字量, 通訊采用單線(xiàn)制, 同時(shí)該通訊線(xiàn)還可兼作電源線(xiàn),即具有 寄生電源模式。它具有體積小、精度易保證、無(wú)需標(biāo)定等特點(diǎn),特別適合與單片機(jī)合 用構(gòu)成智能溫度檢測(cè)及控制系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)將以上三種優(yōu)異性能的集成芯片相結(jié)合，以at89c51為控制器，以 ds18b20為溫度檢測(cè)器，以isd1420為語(yǔ)音輸出，組成多功能萬(wàn)年歷系統(tǒng)。具有功能 多、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 3 第第 2 2 章章 方案論證方案論證 2.1 功能要求功能要求 1、能顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒。 2、能對(duì)時(shí)間進(jìn)行手動(dòng)修正。 3、采用 24 小時(shí)制，能自動(dòng)處理潤(rùn)年。 4、使用 16x2lcd 顯示器顯示時(shí)間參數(shù)，除了星期使用字母外，其它的時(shí)間參 數(shù)使用數(shù)字。 5、上電后，電子鐘顯示“2007-04-20 fri” “12-00-00” 即第一行顯示年、月、日、星期，第二行顯示時(shí)、分秒。 6、定時(shí)功能：可設(shè)置定時(shí)時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。 2.2 方案確定方案確定 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由主控模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)接 口模塊、電源模塊 5 個(gè)模組成。另外再擴(kuò)充兩個(gè)模塊語(yǔ)音模塊、溫度檢測(cè)模塊， 分別完成語(yǔ)音報(bào)時(shí)和瘟度檢測(cè)的功能。 方案一：方案一：如圖 2-1 所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為主控制器。通過(guò)單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器， 得出一秒的時(shí)間，再根據(jù)秒、分、時(shí)、日、月、年之間的進(jìn)制關(guān)系，完成基本的時(shí) 鐘功能，再通過(guò) lcd 液晶顯示模塊顯示出來(lái)。溫度檢測(cè)部分由熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)換 成模擬量的電壓信號(hào)，經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，再通過(guò)單片機(jī)把 溫度值傳給 lcd 液晶顯示模塊顯示出來(lái)。語(yǔ)音報(bào)時(shí)時(shí)，單片機(jī)將當(dāng)前的時(shí)鐘的語(yǔ)音 信息（數(shù)字量）經(jīng) d/a 轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換成模擬量，再進(jìn)行功率放大，通過(guò)揚(yáng)聲器 發(fā)聲，完成報(bào)時(shí)功能。 方案二：方案二：如圖 2-2 所示，系統(tǒng)以單片機(jī)為主控制器。時(shí)鐘功能的實(shí)現(xiàn)方法是由 單片機(jī)外部的秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生秒脈沖，以外部中斷的形式傳給單片機(jī)，單片機(jī)再 按照秒、分、時(shí)、日、月、年之間的進(jìn)制關(guān)系，完成基本的時(shí)鐘任務(wù)，再通過(guò) lcd cpu 單片機(jī) a/d 轉(zhuǎn)換 d/a 轉(zhuǎn)換功率放大揚(yáng)聲器 鍵 盤(pán)電 源 熱敏電阻 圖 2-1 方案一結(jié)構(gòu)圖 lcd 顯示模 塊 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 4 液晶顯示模塊顯示出來(lái)。溫度檢測(cè)部分采用成品的數(shù)字溫度傳感器，它將溫度直接 轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)，通過(guò)接口電路傳給單片機(jī)，單片機(jī)把溫度值傳 給 lcd 液晶顯示模塊顯示出來(lái)。語(yǔ)音報(bào)時(shí)部分采用專(zhuān)用的語(yǔ)音處理芯片，在報(bào)時(shí)時(shí)， 單片機(jī)將當(dāng)前的時(shí)鐘信息，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音地址，再傳給語(yǔ)音芯片，由語(yǔ)音芯片 完成發(fā)音任務(wù)。 以上的兩種方案都能完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要求的功能，都以單片機(jī)為主控制器。鍵 盤(pán)和顯示部分也一樣。所不同的是秒信號(hào)產(chǎn)生、溫度測(cè)量和語(yǔ)音處理電路。下面就 對(duì)這兩種方案進(jìn)行比較。 秒信號(hào)的產(chǎn)生秒信號(hào)的產(chǎn)生 方案一中，秒信號(hào)的產(chǎn)生是通過(guò)對(duì)單片機(jī)的機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù) 得到的。單片機(jī)的機(jī)器周期由單片機(jī)外接的晶振周期(時(shí)鐘周期)確定，它們之間的關(guān) 系是： 晶振周期=12機(jī)器周期 如果外接的晶振頻率為 12mhz，則機(jī)器周期為 1us。要得到一秒，就要對(duì)機(jī)器 周期計(jì)數(shù) 1000000 次。晶振頻率的精度直接影響著秒信號(hào)的精度。方案二中，秒信 號(hào)的產(chǎn)生是用專(zhuān)用的秒脈發(fā)生器產(chǎn)生的，它具有各種補(bǔ)償措施，以保證頻率的穩(wěn)定。 所以方案二的時(shí)鐘和日歷精度高于方案一。 溫度測(cè)量溫度測(cè)量 在方案一中，采用熱敏電阻檢測(cè)溫度，其原理是熱敏電阻的阻值隨 溫度的變化而變化，從而改變電路的電壓或電流，這樣就得出與溫度有對(duì)就關(guān)系的 電壓或電流信號(hào)，再經(jīng)計(jì)算，就可得出被測(cè)量的溫度。由于電壓量或電流量都是模 擬量，易受外界的干擾，并且熱敏元件存在非線(xiàn)性的問(wèn)題，這都將影響溫度的測(cè)量 精度，還給計(jì)算帶來(lái)了麻煩。方案二采用成品的集成測(cè)溫模塊，具有體積小、抗干 擾能力強(qiáng)、調(diào)試方便或不用調(diào)試、易于實(shí)現(xiàn)群測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。而且直接輸出數(shù)字量的溫 度值。在簡(jiǎn)化了測(cè)量電路的同時(shí)又保證了測(cè)量精度。 語(yǔ)音處理語(yǔ)音處理 在方案一中，先把要發(fā)的音全部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中， 放音時(shí)，再把它們轉(zhuǎn)換成模擬量去驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音。采用這種方法時(shí)，需要大量的 存儲(chǔ)。假設(shè)語(yǔ)音的平均頻率為 1.5khz，由采樣定理(采樣頻率2被采樣信號(hào)的最高 頻率)知，采樣頻率至少為 3khz，那么將 1 秒鐘的 1.5khz 的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 在未經(jīng)任何壓縮處理的情況下，至少要 3k 個(gè)存儲(chǔ)單元才能存儲(chǔ)下來(lái)。對(duì)于 mcs-51 單片機(jī)來(lái)說(shuō)，必須外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，不僅增加了成本，更重要的是增加了單片機(jī)的負(fù) cpu 單片機(jī) lcd 顯示模塊 鍵 盤(pán) 數(shù)字溫度傳感器 秒脈沖發(fā)生器 專(zhuān)用語(yǔ)音處理芯片揚(yáng)聲器 電 源 圖 2-2 方案二結(jié)構(gòu)圖 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 5 擔(dān)，單片需要不停把那么的數(shù)據(jù)傳給 d/a 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音，這 就有可能導(dǎo)致單片機(jī)不能按時(shí)完成其他任務(wù)。方案二采用專(zhuān)用語(yǔ)音處理芯片，它集 成錄音和放音功能，只須外接幾個(gè)電容、電阻和按鍵就可以組成一個(gè)錄放系統(tǒng)。和 單片機(jī)相連時(shí)，只須單片機(jī)把所發(fā)音的地址傳給語(yǔ)音芯片，語(yǔ)間芯片就可完成發(fā)音 任務(wù)。在發(fā)音的過(guò)程中，單片機(jī)可以做其他的任務(wù)。不僅提高了語(yǔ)音電路的可靠性， 還大大減少了語(yǔ)音電路對(duì)單片機(jī)的占用率。 由以上的比較知，在實(shí)現(xiàn)相同功能的情況下，方案二比方案一明顯地具有優(yōu)越 性單片機(jī)外圍元件少、電路簡(jiǎn)單、精度高、可靠性高、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。鑒 于此，本設(shè)計(jì)采用方案二。 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 6 第第 3 3 章章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 由于本萬(wàn)年歷系統(tǒng)以單片機(jī)為主控芯片，故須對(duì)其編定相應(yīng)的軟件程序。 硬件是軟件的載體，硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。任何電子 產(chǎn)品都必須有一個(gè)電源為其提供能量才能工作，故本設(shè)計(jì)先從電源部分開(kāi)始，再進(jìn) 行功能部分的設(shè)計(jì)。 3.1 電源部分的設(shè)計(jì)電源部分的設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電源的功能是把來(lái)自電網(wǎng)的 220v 交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧?、穩(wěn)定的直流電壓， 為其他電路提供能源。它的設(shè)計(jì)在保證滿(mǎn)足負(fù)載所須能量的同時(shí)，還要根據(jù)負(fù)載的 特性及其對(duì)電源的要求（如穩(wěn)壓范圍、紋波系數(shù)等） ，進(jìn)行設(shè)計(jì)。必要時(shí)還要有過(guò)流、 過(guò)壓、欠壓、過(guò)負(fù)載保護(hù)措施。 現(xiàn)在常用的直流穩(wěn)壓電源有變壓器式和開(kāi)關(guān)式電源兩種。 3.1.1 變壓器式直流穩(wěn)壓電源變壓器式直流穩(wěn)壓電源 變壓器式直流穩(wěn)壓源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組 成，如圖 3-1 所示。市電先經(jīng)電源變壓器變換成所須等級(jí)的交流電壓，而后經(jīng)整流電 路將之整流成直流電，這時(shí)的直流電脈動(dòng)量很大，經(jīng)濾波電路以減小其脈動(dòng)量，最 后經(jīng)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，從而得出符合要求的電壓。 變壓器式直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)容易，但它的體積較大，效率也較低，過(guò) 負(fù)載能力也差。 + 電 源 + 整 流 + 濾 波 + 穩(wěn) 壓 + u1 u2 u3 ui u0 _ 變壓器 _ 電 路 _ 電 路 _ 電 路 _ u1 u2 u3 ui u0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 圖 3-1 變壓器式直流穩(wěn)壓電源的組成框圖及整流與穩(wěn)壓過(guò)程 （b）整流與穩(wěn)壓過(guò)程 （a）穩(wěn)壓電源的組成框圖 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 7 3.1.2 開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源 開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)關(guān)電源（switching power supply），它是指起電壓調(diào) 整功能的器件始終以開(kāi)關(guān)方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源。圖 3-2 所示為輸入輸出隔離 的開(kāi)關(guān)電源原理框圖。50hz 單相交流 220v 電壓或三相交流 220v380v 電壓經(jīng) emi 防電磁干擾電源濾波器，直接整流濾波，然后再將濾波后的直流電壓經(jīng)變換電路變 換為數(shù)赫或數(shù)百千赫的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過(guò)高頻變壓器隔離并降壓（或升 壓）后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。通過(guò)取樣、比較、放大及 控制、驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開(kāi)關(guān)管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。 開(kāi)關(guān)電源具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬、電路形式靈活多 樣等諸多優(yōu)點(diǎn)。因而本設(shè)計(jì)采用開(kāi)關(guān)電源。 3.1.3 開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 由于萬(wàn)年歷系統(tǒng)都采用集成電路，只需+5 單電源供電，功耗低。故設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān) 電源比較簡(jiǎn)單，如圖 3-3 所示。 圖 3-3 開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源原理圖 1t 1 l1 l2 s1 1vt 2 13001 1vt 1 8050 1d5 1n4148 1d6 1n4837 1z d1 5.1v 1r2 1m 1r5 4.7k 1r3 680 1r4 62k 1c2 22uf 1c3 470uf 5v 1d2 in4007 1d4 in4007 1d1 in4007 1d3 in4007 1r1 1 1c1 472 1r6 1.5k1r7 10 1r9 330 1r8 1.5k le d 這個(gè)電源是自激振蕩的反激式開(kāi)關(guān)電源。220v 交流輸入，一端經(jīng)過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)， 另一端經(jīng)過(guò)一個(gè) 1 電阻 1r1 后，進(jìn)入由 4 個(gè)二極管 1d1-1d4 組成的電橋，進(jìn)行整流。 emi 濾波器 整 流 濾 波 變 換 電 路 高頻 變壓 器 整 流 濾 波 控 制 電 路 取樣 比較 放大 交流輸 入 直流輸 出 圖 3-2 開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源原理框圖 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 8 電阻 1r1 用來(lái)做保護(hù)的，如果后面出現(xiàn)故障等導(dǎo)致過(guò)流，那么這個(gè)電阻將被燒斷， 從而避免引起更大的故障。右邊的電阻 1r4 構(gòu)成一個(gè)高壓吸收電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)管 1vt2 關(guān)斷時(shí)，負(fù)責(zé)吸收線(xiàn)圈上的感應(yīng)電壓，從而防止高壓加到開(kāi)關(guān)管 1vt2 上而導(dǎo)致?lián)舸?1vt2 為開(kāi)關(guān)管(其型號(hào)為 mje13001)，耐壓 400v，集電極最大電流 0.2a，最大集電 極功耗為 10w，用來(lái)控制原邊繞組與電源之間的通、斷。當(dāng)原邊繞組不停的通斷時(shí)， 就會(huì)在開(kāi)關(guān)變壓器中形成變化的磁場(chǎng)，從而在次級(jí)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。左端的 1r2 為啟動(dòng)電阻，給開(kāi)關(guān)管提供啟動(dòng)用的基極電流。 1r7 為電流取樣電阻，電流經(jīng) 取樣后變成電壓(其值約為 10*ie(1vt2)，這電壓經(jīng) 1r5 后，加至三極管 1vt1 的基極 上。當(dāng)取樣電壓大約大于 1.4v，即開(kāi)關(guān)管電流大于 0.14a 時(shí)，三極管 1vt1 導(dǎo)通， 從而將開(kāi)關(guān)管 1vt2 的基極電壓拉低，集電極電流減小，這樣就限制了開(kāi)關(guān)管的電流， 防止電流過(guò)大而燒毀(其實(shí)這是一個(gè)恒流結(jié)構(gòu)，將開(kāi)關(guān)管的最大電流限制在 140ma 左 右)。變壓器左下方的繞組(取樣繞組)的感應(yīng)電壓經(jīng)整流二極管 1d5 整流，電容 1c2 濾波后形成取樣電壓。取樣電壓超過(guò)穩(wěn)壓二極管 1zd1 的穩(wěn)壓值后，穩(wěn)壓二極管 1zd1 被擊穿，使 1vt1 迅速導(dǎo)通，從而將開(kāi)關(guān) 1vt2 的基極電位拉低，這將導(dǎo)致開(kāi) 關(guān)管斷開(kāi)或者推遲開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通，從而控制了能量輸入到變壓器中，也就控制了輸出 電壓的升高，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。電阻 1r3 跟串聯(lián)的電容 1c1，則是正反饋支 路，從取樣繞組中取出感應(yīng)電壓，加到開(kāi)關(guān)管的基極上，以維持振蕩。 變壓器次級(jí)繞組，經(jīng)二極管 1d6 整流，220uf 電容濾波后輸出 5v 的電壓。因?yàn)殚_(kāi) 關(guān)電源的工作頻率較高，普通整流二極管是不行的，要采用快速回復(fù)二極管，例如 肖特基二極管等。同樣因?yàn)轭l率高的原因，變壓器也必須使用高頻開(kāi)關(guān)變壓器，鐵 心一般為高頻鐵氧體磁芯，具有高的電阻率，以減小渦流。 led 為電源指示燈，1r8 用于對(duì) led 進(jìn)行限流。由于當(dāng)電源工作于輕載時(shí)，開(kāi) 關(guān)頻率較高，效率就不理想，為了防止過(guò)多的消耗發(fā)生在開(kāi)關(guān)管上，應(yīng)防止頻率過(guò) 分升高，具體的做法是在輸出端加一固定電阻充當(dāng)負(fù)載，即圖中的 1r9，其值的大 小一般按不小于滿(mǎn)負(fù)載的 10%考濾。 3.2 主電路的設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì) 主電路的功能是完成年、月、日、星期、時(shí)、分、秒之間的轉(zhuǎn)換，對(duì)溫度傳感 器進(jìn)行控制并讀取溫度轉(zhuǎn)換后的值，再送往液晶顯示屏 lcd 顯示，還要判斷定時(shí)時(shí) 間是否到時(shí)，并且接受鍵盤(pán)操作，對(duì)日期和時(shí)間進(jìn)行校正，以及對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)定 和語(yǔ)音報(bào)時(shí)。 3.2.1 主要芯片的選擇主要芯片的選擇 主控芯片由單片機(jī)完成。目前市場(chǎng)上的單片機(jī)種類(lèi)很多，如 intel 公司生產(chǎn)的 80c51 系列，atmel 公司生產(chǎn)的 at89 系列，microchip 公司生產(chǎn)的 pic 系列等等。 他們各有其優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。其中 atmel 公司生產(chǎn)的 at89 系列單片機(jī)最為流行，它具 有 flash rom，擦寫(xiě)方便，價(jià)格便宜。因此選用 at89c51 為主控芯片。 顯示模塊采用 216 的 lcd 屏 1602。1602lcd 能顯示 2 行，每行 16 個(gè)字符， 顯示直觀、功耗小，有較高的性?xún)r(jià)比。 溫度傳感器采用美國(guó)達(dá)拉斯（dallas）生產(chǎn)的可編程的 ds18b20 溫度傳感器。 它直接輸出數(shù)字量的溫度值，精度高，測(cè)溫分辨率可達(dá) 0.0625。一線(xiàn)制總線(xiàn)，接 口方便，體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 9 語(yǔ)音芯片選用美國(guó)信息存儲(chǔ)器件公司推出的 isd420 語(yǔ)音芯片。isd1420 芯片的 外圍元件簡(jiǎn)單，僅需少量阻容元件、麥克風(fēng)即可組成一個(gè)完整的錄放系統(tǒng)。isd1420 可以以字為單位來(lái)儲(chǔ)存聲音信息，以少量的語(yǔ)音信息，通過(guò)語(yǔ)音的組合，可形成多 種語(yǔ)句。isd1420 采用模擬信息存儲(chǔ)技術(shù)，重放音質(zhì)好，接口靈活方便，同樣具有 優(yōu)越的性?xún)r(jià)比。 3.2.2 主電路原理分析主電路原理分析 萬(wàn)年歷系統(tǒng)的原理圖如圖 3-4 所示。在圖 3-4 中 1602 液晶顯屏將要顯示的內(nèi)容 顯示出來(lái)。at89c51 完成年、月、日、星期、時(shí)、分、秒之間的轉(zhuǎn)換，集成芯片 2u4 通過(guò) at89c51 的中斷 1 向 at89c51 提供精確的秒脈沖信號(hào)，以完成時(shí)鐘和日 歷任務(wù)。在這里采用外部中斷提供秒脈沖信號(hào)，其目的有二：1、提高時(shí)鐘的精度。 2、在本系統(tǒng)中采用了一個(gè) ds18b20 的數(shù)字溫度傳器，它是單總線(xiàn)型的，數(shù)據(jù)的傳 輸有嚴(yán)格的時(shí)間要求。它測(cè)量一次，再加這一次讀寫(xiě)操作，大約需要 900 毫秒，如 果采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器(12mhz 晶振時(shí)，最大定時(shí)時(shí)間為 65.536 毫秒)，就會(huì)在溫 度讀寫(xiě)期間發(fā)生定時(shí)器中斷，這樣就會(huì)破壞 ds18b20 數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序，從而導(dǎo)致數(shù) 據(jù)傳輸錯(cuò)誤。采用外部中斷的方式提供秒信號(hào)時(shí)，每秒只中斷 1 次，在某次中斷到 下一次中斷期間，已完成了數(shù)據(jù)的傳輸，這樣就保證了 ds18b20 數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。 通過(guò) ta89c51 的 p0 口與 1602 液晶顯示屏進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳輸。在 p0 口中 接有上拉電阻 2r1，這是因?yàn)?p0 口為非準(zhǔn)向 i/o 口，其內(nèi)部輸出三極管的集電極沒(méi) 有上拉電阻，是開(kāi)路的，若不外接上拉電阻 2r1，就會(huì)造成 p0 口不能輸出高電平。 p2.5 用于控制傳送給 lcd 的是命令還是要顯示的內(nèi)容。p2.5 為高電平表示傳送的是 p1.0 1 p1.1 2 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst /vpp 9 rxd/p3.0 10 txd/p3.1 11 int0/p3.2 12 int1/p3.3 13 t0/p3.4 14 t1/p3.5 15 wr/p3.6 16 rd/p3.7 17 p1.2 3 xtal 1 18 xtal 2 19 vss 20 ale /prog 30 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 p2.0 21 ea/vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vcc 40 at89c51 2u1 2r1 a103 2sw1 減減 減 2sw3 減1減 2sw2 減1減 2sw4 減減 減 2r2 4.7k 2c1 22uf 5v 2y1 12mh z 2c3 30p 2c2 30p vcc 3 dq 2 gnd 1 ds18b20 2u5 ds18b20 vcc 3 out 2 gnd 1 2u4 1s spk1 5v db0 db1 db2 db3 db4 db5 db6 db7 db0 db1 db2 db3 db4 db5 db6 db7 rs r/w r/w e 5v 5v 5v 5v 5v 2vt 1 8050 2r4 2 dq dq sw2 sw3 sw4 a2 a3 a4 a5 a6 a7 eom eom play sw2 sw3 sw4 2r3 1k led le d sw1 sw1 vss 1 vdd 2 vc 3 rs 4 r/w 5 e 6 db0 7 db1 8 db2 9 db3 10 db4 11 db5 12 db6 13 db7 14 le d+ 15 le d- 16 1602 2u3 a0 1 a1 2 a2 3 a3 4 a4 5 a5 6 nc 7 nc 8 a6 9 a7 10 nc 11 gndd 12 gnda 13 sp+ 14 sp- 15 vcca 16 m ic 17 m ic re f 18 agc 19 anain 20 anaout 21 nc 22 pl ayl 23 pl aye 24 recl ed 25 xclk 26 rec 27 vccd 28 2u2 isd1420 a0 a1 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 play rs e 圖 3-4 主電路原理圖 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 10 要顯示的內(nèi)容，p2.5 為低電平表示傳送的是控制命令。p2.6 用于控制 lcd 的讀和寫(xiě) 操作。高電平為讀操作，低電平為寫(xiě)操作。p2.7 為使能控制，控制 lcd 是否接受操 作。高電平時(shí)允許讀操作，由高電平變?yōu)榈碗娖降倪^(guò)程中，允許寫(xiě)操作。 溫度傳感器 ds18b20 用單總線(xiàn)接在 at89c51 的 p2.4 口上,按單總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳輸。 at89c51 的 p1 口與語(yǔ)音芯片 isd1420 的地址線(xiàn) a0-a7 相連，用以控制發(fā)哪個(gè) 音。isd1420 的與（25 腳）at89c51 的 p3.2 口(外部中斷 0)相連，用來(lái)告recled 訴 at89c51 放音結(jié)束，可以啟動(dòng)下一次放音。啟動(dòng)放音采用邊沿觸發(fā)方式， isd1420 的(24 腳)與 at89c51 的 p3.1 口相連，用以啟動(dòng)放音。playe 鍵盤(pán)電路采用四個(gè)鍵，分別接到 at89c51 的 p2.0-p2.3 口上。 sw1 為功能鍵，用于控制當(dāng)前校正的是哪部分，在正常顯示的情況下連續(xù)按它， 會(huì)在正常顯示年月日星期時(shí)分正常顯示之間循環(huán)變換。在定時(shí)調(diào)整 時(shí)按它，會(huì)在時(shí)分定時(shí)開(kāi)關(guān)控制位定時(shí)提示音選擇正常顯示之間變換。 （在 此狀態(tài)下，連續(xù)按 sw1 不循環(huán)變換） 。 sw2、sw3 分別為“加 1” 、 “減 1”鍵。在校正狀態(tài)下，每按一下 sw2 或 sw3 相應(yīng)的部分就會(huì)加 1 或減 1。若在正常顯示狀態(tài)下，按下 sw2，就會(huì)顯示定時(shí)顯示 狀態(tài)。若在進(jìn)入定時(shí)顯示狀態(tài)開(kāi)始，大約在兩秒內(nèi)若按下了功能鍵 sw1，則會(huì)轉(zhuǎn)到 定時(shí)器的設(shè)定狀態(tài)，否則就返回正常顯示狀態(tài)。 2r2、2c1 構(gòu)成 at89c51 的復(fù)位電路。at89c51 復(fù)位的條件是使其復(fù)位端(9 腳) 保持高電平大于兩個(gè)機(jī)器周期。在剛通電的時(shí)候，電源電壓通過(guò) 2r2 向 2c1 充電， 在 2r2 兩端形成電壓，使單片機(jī)的復(fù)位端為高電平，只要使 2r2 2c1 的時(shí)間常數(shù) 大于兩個(gè)機(jī)器周期，就可使 at89c51 復(fù)位，一般 2r2 取 1k、2c1 取 22uf。考慮 到開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)，2r2 取 4.7k。 2c2、2c3、2y1 和 at89c51 單片機(jī)內(nèi)的高增益反相放大器，構(gòu)成時(shí)鐘脈沖電路。 時(shí)鐘脈沖的頻率取決于晶振 2y1 的振蕩頻率，最高可達(dá) 24mhz，在此選 12mhz。2c2、2c3 主要起頻率微調(diào)和穩(wěn)定作用，一般可取 1030pf。 3.3 單片機(jī)外圍芯片簡(jiǎn)介單片機(jī)外圍芯片簡(jiǎn)介 3.3.1 1602lcd 顯示模塊顯示模塊 1602lcd 顯示模塊是一種字符型液晶顯示模塊，是一種專(zhuān)門(mén)用于顯示字母、數(shù) 字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 lcd，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 顯示容量為 162 個(gè)字符； 芯片工作電壓為 1.4-5.5v； 工作電流為 2.0ma（5.0v）； 模塊最佳工作電壓為 5.0v； 字符尺寸為 36.581（wh）mm 1602lcd 顯示模塊對(duì)外部接口有 16 個(gè)引腳。各引腳的功能如表 3-3-1 所示 表 3-3-1 1602lcd 顯示模塊引腳功能 引腳號(hào)符號(hào)功能 1vss接地 2vdd+5v 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 11 3vcclcd 驅(qū)動(dòng)電源 需隨溫的變化而調(diào)整 4rs寄存器選擇信號(hào) h：數(shù)據(jù)寄存器 l：指令寄存器 5r/w讀寫(xiě)控制 h：讀數(shù)據(jù) l：寫(xiě)數(shù)據(jù) 6e 允許信號(hào)端 上升沿：鎖存選擇信號(hào) 下降沿：讀/寫(xiě)數(shù)數(shù)或指 令 714db0db7數(shù)據(jù)輸入/輸出總線(xiàn) 1516 led+ led- 背光燈電源 1602lcd 顯示模塊的寄存器選擇（rs） 、讀/寫(xiě)（r/w）與操作之間的關(guān)系如表 3-3-2 所示 表 3-3-2 1602lcd 的 e、rs、r/w 與操作之間的關(guān)系 rsr/we操作 00寫(xiě)指令碼 01讀忙信號(hào)和地址計(jì)數(shù)器 10寫(xiě)數(shù)據(jù) 11讀數(shù)據(jù) 1602lcd 顯示模塊的讀寫(xiě)操作時(shí)序分別如圖 3-5、圖 3-6 所示。 圖 3-5 1602lcd 讀操作時(shí)序 圖 3-6 1602lcd 寫(xiě)操作時(shí)序 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 12 1602lcd 顯示模塊的指令系統(tǒng)如表 3-3-3 所示。 表 3-3-3 1602lcd 指令系統(tǒng) 指 令 碼 序 號(hào) 指 令 rsr/wdb7db6db5 db 4 bd3db2 db 1 db 0 指 令 說(shuō) 明 執(zhí)行周期 （最大） f=250khz 1清屏0000000001清屏 置 ac 為零1.64ms 2返回000000001* 光標(biāo)返回（ac=0） ， 顯示回原位。ddr 內(nèi)容不變 40us 3 輸入方式設(shè) 置 00000001j/ds 設(shè)置光標(biāo)及顯示移動(dòng) 方向。確定是移到顯 示還是移動(dòng)光標(biāo) 40us 4 顯示開(kāi)關(guān)控 制 0000001dcb 顯示 on/off 為 d， 光標(biāo) on/off 為 c， 光標(biāo)閃爍為 b 40us 5 光標(biāo)或顯示 移 000001s/cr/l* 光標(biāo)和顯示的移動(dòng)不 影響 ddram 的內(nèi)容 40us 6功能設(shè)置00001dlnf* 接口數(shù)據(jù)位 dl，顯 示行數(shù) n 及字形 f 40us 7 cgram 地 址設(shè)置 0001acg 設(shè)置 cgram 地址， 設(shè)置后 ddram 數(shù)據(jù) 可發(fā)送或接收 40us 8 ddram 地 址設(shè)置 001add 設(shè)置 ddram 地址， 設(shè)置后 ddram 數(shù)據(jù) 可發(fā)送或接收 40us 9 讀忙信號(hào) （bf）及地 址計(jì)數(shù)據(jù) 01bfac 讀 bf，判斷內(nèi)部操 作是否下在進(jìn)行，讀 ac 1us 10寫(xiě)數(shù)據(jù)10寫(xiě)數(shù)據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù)到 cg 或 ddram 40us 11讀數(shù)據(jù)11讀數(shù)據(jù) 從 cg 或 ddram 中 讀數(shù)據(jù) 40us 備 注 i/d=1 增量方式；i/d=0 減量方式 s=1 顯示移位，s=0 光標(biāo)移位 d=1 顯示打開(kāi)，d=0 顯示關(guān)閉 c=1 光標(biāo)打開(kāi)，c=0 光標(biāo)關(guān)閉 b=1 光標(biāo)閃爍，b=0 光標(biāo)停止閃爍 s/c=1 顯示移位，s/c=0 光標(biāo)移位 r/l=1 右移，r/l=0 左移 dl=1 8 位數(shù)據(jù)接口，dl=0 4 位數(shù)據(jù)接口 n=1 2 行顯示，n=0 1 行顯示 f=1 5*10 點(diǎn)字符，f=0 5*7 點(diǎn)字符 bf=1 內(nèi)部操作“忙”，bf=0 可接受命令 acg：cgram 地址 add：ddram 地址對(duì)應(yīng)為光標(biāo)地址 ac：地址計(jì)數(shù)器，用于 ddram 和 cgram ddram：顯示數(shù)據(jù) ram cgram：字符生成 ram rs：寄存器選擇 r/w：讀/寫(xiě) 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 13 3.3.2 溫度傳感器溫度傳感器 ds18b20 ds18b20 數(shù)字溫度計(jì)是 dallas 公司生產(chǎn)的 1wire，即單總線(xiàn)器件，具有線(xiàn) 路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，在一根通 信線(xiàn)，可以?huà)旌芏噙@樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 1、ds18b20 產(chǎn)品的特點(diǎn)產(chǎn)品的特點(diǎn) 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 在 ds18b20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 測(cè)量溫度范圍在55到125之間。 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶(hù)可以從 9 位到 12 位選擇。 內(nèi)部有溫度上、下限報(bào)警設(shè)置。 2、ds18b20 的引腳介紹的引腳介紹 ds18b20 的封裝及引腳排列見(jiàn)圖 3-7， 其引腳功能描述見(jiàn)表 3-3-4。 表 3-3-4 ds18b20 的引腳功能描述 序 號(hào) 名稱(chēng)引腳功能描述 1gnd接地 2dq數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。漏極開(kāi)路。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以 向器件提供電源。 3vdd可選擇的 vdd 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 ds18b20 to-90 封裝底視圖 ds18b20 8 腳 soic 封裝 圖 3-7 ds18b20 的封裝及引腳排 列圖 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 14 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3-8 所示，主要由 4 部分組成：64 位 rom、溫度敏感 元件、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 th 和 tl、配置寄存器。rom 中的 64 位序列號(hào)是 出廠(chǎng)前被光刻好的，它可以看作是該 ds18b20 的地址序列碼，每個(gè) ds18b20 的 64 位序列號(hào)均不相同。64 位激光 rom 從高位到低位依次為 8 位 crc、48 位序列號(hào)和 8 位家族代碼（28h）組成。rom 的作用是使每一個(gè) ds18b20 都各不相同，這樣就 可以實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè) ds18b20 的目的。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 th 和 tl 可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下限值。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第 5 個(gè)字節(jié)。 ds18b20 在工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定 義如圖 3-9 所示。其中，tm 為測(cè)試模式標(biāo)志位，出廠(chǎng)時(shí)被定入 0，不能改變； r0、r1 為溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率見(jiàn)配置寄存器與分辨率關(guān)系表。 出廠(chǎng)時(shí) r0、r1 置為缺省值：r0=1，r1=1(即 12 位分辨率)，用戶(hù)可根據(jù)需要改寫(xiě)配 置寄存器以獲得合適的分辨率，配置寄存器與分辨率的關(guān)系見(jiàn)表 3-3-5。 表3-3-5 配置寄存器與分辨率關(guān)系 r0r1溫度計(jì)分辨率/bit最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms 00993.79 0110187.5 1011375 1112750 3、ds18b20 rom操作指令操作指令 一旦總線(xiàn)主機(jī)檢測(cè)到從器件的存在，它便可以發(fā)出器件rom操作命令之一。所 有rom操作命令均為8位長(zhǎng)。 1) read rom (讀rom)33h ：此命令允許總線(xiàn)主機(jī)讀ds18b20的8位產(chǎn)品系列編 碼，唯一的48信序列號(hào)，以及8位的crc。此命令只能在總線(xiàn)上僅有一個(gè)ds18b20的 情況下使用。如果總線(xiàn)上存在多于一個(gè)的從器件，那么當(dāng)所有從器件企圖同時(shí)發(fā)送 圖 3-8 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 64 位 rom 和單 總線(xiàn) 接口 高速 緩存 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器和控制器 8 位 crc 生成器 溫度敏感元件 低溫觸發(fā)器 tl 高溫觸發(fā)器 th 配置寄存器 電 源 檢 測(cè) dq gnd vcc tmr1r011111 msblsb 圖 3-9 配置寄存器定義 黃 石 理 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 15 時(shí)將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象(漏極開(kāi)路會(huì)產(chǎn)生線(xiàn)與的結(jié)果)。 2) match rom (符合rom)55h：此命令后繼以64位的rom數(shù)據(jù)序列，允許總線(xiàn) 主機(jī)對(duì)多點(diǎn)總線(xiàn)上特定的ds18b20尋址。只有與64位rom序列嚴(yán)格相符的ds18b20 才能對(duì)后繼的存儲(chǔ)器操作命令作出響應(yīng)。 3) skip rom (跳過(guò)rom)cch：在單點(diǎn)總線(xiàn)系統(tǒng)中，此命令通過(guò)允許總線(xiàn)主機(jī) 不提供64位rom編碼而直接進(jìn)行存儲(chǔ)器操作以節(jié)省時(shí)間。 4) search rom (搜索rom)f0h：當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，總線(xiàn)主機(jī)可能不知道單總 線(xiàn)上的器件個(gè)數(shù)或不知道其64位rom編碼。搜索rom命令允許總線(xiàn)控制器用排除法 識(shí)別總線(xiàn)上的所有從器件的64位編碼。 5) alarm search (警告搜索)ech：此命令的流程與搜索rom命令相同。但是僅 在最近一次溫度測(cè)量出現(xiàn)警告的情況下，ds18b20才對(duì)此命令作出響應(yīng)。 4、ds18b20 ram操作指令操作指令 1)write scratchpad (寫(xiě)暫存存儲(chǔ)器)4eh：這個(gè)命令向ds18b20的暫存器th和tl 中寫(xiě)入數(shù)據(jù)?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)信命令來(lái)中止寫(xiě)入。 2)read scratchpad (讀暫存存儲(chǔ)器)beh：這個(gè)命令讀取暫相隔器的內(nèi)容。讀取 將從第1個(gè)字節(jié)開(kāi)始，一直進(jìn)行下去，直到第9(crc)字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字 節(jié)，控制器可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來(lái)中止讀取。 3)copy scratchpad (復(fù)制暫存存儲(chǔ)器)48h：這個(gè)命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 ds18b20的e2rom存儲(chǔ)器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里。如果 總線(xiàn)控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而ds18b20又忙于把暫存器拷貝到 e2rom存儲(chǔ)器，ds18b20就會(huì)輸出一個(gè)0，如果拷貝結(jié)束的話(huà)，ds18b20則輸出1。 如果使用寄生電源，總線(xiàn)控制器必須在這條命令之后立即啟動(dòng)強(qiáng)上拉 ，并最少保持