單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)電子鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：電子鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院名稱 ： 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 專(zhuān)業(yè)年級(jí) ： 11 自動(dòng)化一班 學(xué)生姓名 ：指導(dǎo)教師 ：日 期 ： 2013-2014第3 學(xué)期摘要本課程設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，以STC89C52為核心芯片，DS18B20為溫度傳感器，通過(guò)液晶顯示器LCD1602實(shí)時(shí)顯示時(shí)間和溫度，通過(guò)按鍵設(shè)置年月日以及定時(shí)時(shí)鐘，到自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。從硬件和軟件兩個(gè)方面給出了具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。該時(shí)鐘的設(shè)計(jì)采用功能分塊的設(shè)計(jì)方法，將硬件電路劃分為開(kāi)關(guān)電路，顯示驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)碼管電路等若干獨(dú)立模塊，而軟件的實(shí)現(xiàn)則由日期顯示程序、時(shí)間顯示程序、時(shí)間調(diào)整程序、鬧鐘的聲音程序、秒

2、表顯示程序、定時(shí)調(diào)整程序、延時(shí)程序等組成。該設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)慕鉀Q了實(shí)際生產(chǎn)和日常生活中對(duì)計(jì)時(shí)精確度的要求，因此該設(shè)計(jì)在現(xiàn)代社會(huì)中具有很大的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：51單片機(jī) 電子時(shí)鐘溫度采集目錄一設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)11.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介11.2設(shè)計(jì)目的.11.3內(nèi)容及要求.11.4設(shè)計(jì)任務(wù).21.5工作流程.4二、設(shè)計(jì)方案5(1)總體硬件設(shè)計(jì)5(2)DS18B20原理6(3)LCD1602原理7四、軟件設(shè)計(jì)流程及描述9五、系統(tǒng)測(cè)試10七、心得體會(huì)12八、參考文獻(xiàn)13九、附錄14一設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)1.1 課題簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)著重在于分析電子鐘系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的環(huán)節(jié)和步驟，并從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)對(duì)電子鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析和

3、研究。單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。本系統(tǒng)就是充分利用了8051芯片的I/O引腳。系統(tǒng)以采用MCS-51系列單片機(jī)為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際輸入值顯示并存儲(chǔ)的功能，程序則是參照教材。至于位數(shù)和功能，如果有需要可以通過(guò)設(shè)計(jì)擴(kuò)充原系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)1.2設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是單片機(jī)課程教學(xué)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面的系統(tǒng)的訓(xùn)練，讓學(xué)生把學(xué)過(guò)的比較零碎的知識(shí)系統(tǒng)化，真正的能夠把學(xué)過(guò)的知識(shí)落到實(shí)處，能夠開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的系

4、統(tǒng)，也進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生再深一步學(xué)習(xí)的熱情，進(jìn)一步掌握和利用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的能力，熟練掌握鍵盤(pán)、顯示、I2C總線、溫度傳感器DS18B20等知識(shí)點(diǎn)。1.3內(nèi)容及計(jì)要求利用普中科技51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)電子鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其硬件原理框圖如圖1所示，其中顯示采用液晶LCD1602，溫度測(cè)量采用DS18B20，系統(tǒng)要求至少實(shí)現(xiàn)以下功能：1、基本功能：1) 需要在LCD上顯示以下參數(shù)信息：日期、時(shí)間；2) 實(shí)現(xiàn)日期和時(shí)間可用鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置調(diào)整；3) 日期能區(qū)分閏年與非閏年，月份與天數(shù)的關(guān)系；4) 能夠設(shè)置顯示的模式：只顯示時(shí)間；只顯示日期；顯示日期、時(shí)間。2、擴(kuò)展功能：1) 能顯示室內(nèi)的溫度；2) 具有

5、鬧鐘功能，開(kāi)啟鬧鐘時(shí)LCD上應(yīng)有標(biāo)志；3) 具有秒表功能，要求精確到0.1s；4) 能夠設(shè)置顯示的模式：只顯示時(shí)間和溫度；只顯示日期和溫度；全部顯示所有參數(shù)。1.4設(shè)計(jì)任務(wù)1、根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求，查找相關(guān)芯片與模塊DS18B20、LCD1602數(shù)據(jù)手冊(cè)(datasheet)，弄清各個(gè)模塊硬件接口原理。2、根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求，弄清系統(tǒng)及各個(gè)模塊的工作流程，完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)主程序、顯示子程序、鍵盤(pán)設(shè)置子程序、時(shí)間調(diào)整子程序等，可使用匯編語(yǔ)言或是C語(yǔ)言編寫(xiě)，建議使用C語(yǔ)言編寫(xiě)。3、完成系統(tǒng)的仿真與調(diào)試，使得系統(tǒng)在脫機(jī)情況下，能穩(wěn)定可靠的工作。4、編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。1.5工作流程 先通過(guò)一

6、天對(duì)51單片機(jī)的回顧以及一些引腳的了解，然后再進(jìn)行程序框圖的設(shè)計(jì)以及一些程序的編寫(xiě)，最后進(jìn)行編譯燒錄從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。二、設(shè)計(jì)方案(2)DS18B20原理DS18B20數(shù)字溫度傳感器概述DS18B20數(shù)字溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡(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)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。DS18B20產(chǎn)品的特點(diǎn)ll 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。ll 在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。ll 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。ll 測(cè)量溫度范圍在55.C到125.C之間。l

7、l 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。ll 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。l DS18B20的管腳排列TO92封裝的DS18B20的引腳排列見(jiàn)右圖，其引腳功能描述見(jiàn)表DS18B20詳細(xì)引腳功能描述DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。例如125的數(shù)字輸出為07D0H，25.0625的數(shù)字輸出為0191H，25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，55的數(shù)字輸出為FC90H。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的EEPROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH、TL或配置寄存器寫(xiě)

8、入。由DS18B20的通訊協(xié)議得知，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換的過(guò)程必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，從而對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500µs，然后釋放，DS18B20收到信號(hào)后等待1660µs左右，然后發(fā)出60240µs的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。(3)LCD1602原理1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比

9、度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光電源正極第16腳：背光電源負(fù)極1. 1體硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求可知，系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖1示。圖1 系統(tǒng)原理框圖本設(shè)計(jì)以

10、模塊化的方式來(lái)進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。單片機(jī)的模塊化就是把系統(tǒng)分成各個(gè)具有獨(dú)立功能又可以互相銜接的簡(jiǎn)單模塊，將復(fù)雜的指令、語(yǔ)法、編程及其電路分解，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化。本設(shè)計(jì)的電路可以分為單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，時(shí)鐘模塊，溫度傳感器模塊、液晶顯示某塊，按鍵模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊。1.最小系統(tǒng)復(fù)位時(shí)單片機(jī)的初始化操作，只要給RST引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號(hào)，就可以使STC89C51單片機(jī)復(fù)位。本次采用的是12M晶振，按鈕復(fù)位電路。2.溫度傳感器模塊溫度傳感器DS18B20的解法很簡(jiǎn)單，它的DQ引腳與STC89C52的P1.7引腳相連接。溫度傳感器模塊電路如圖所示：3.液晶顯示模塊 液晶LCD160

11、2的D0-D7引腳與STC89C52芯片的P2口相接，而控制引腳RS,R/W,CS則分別接P1.6，P1.5,P1.4. 液晶顯示模塊電路如圖所示：4.按鍵模塊 按鍵模塊原理圖5.蜂鳴器模塊四、軟件設(shè)計(jì)流程及描述4.1 主程序模塊Main.cFunction.cDs18b02.c主程序流程圖：4.2 讀溫度值模塊讀溫度值模塊需要調(diào)用4個(gè)子程序，分別為：l DS18B20初始化子程序：讓單片機(jī)知道DS18B20在總線上且已準(zhǔn)備好操作l DS18B20寫(xiě)字節(jié)子程序：對(duì)DS18B20發(fā)出命令l DS18B20讀字節(jié)子程序：讀取DS18B20存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)l 延時(shí)子程序：對(duì)DS18B20操作時(shí)的時(shí)序控制6讀溫度值模塊流程圖：4.4 溫度報(bào)警模