毕业设计 基于单片机的数字时钟设计

1、 毕业设计（论文）报告毕业设计（论文）报告 专业名称专业名称: : 机电一体化技术机电一体化技术 设计课题设计课题: : 基于单片机的数字时钟设计基于单片机的数字时钟设计 导师姓名导师姓名: : 学生姓名学生姓名: : 班班 级级: : 学学 号号: : 毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 基于单片机的数字时钟设计基于单片机的数字时钟设计 专业：专业： 机电一体化技术机电一体化技术 姓名：姓名： 毕业设计（论文）工作起止时间：毕业设计（论文）工作起止时间：2010-9-302010-9-30 至至 2011-4-052011-4-05 毕业设

2、计（论文）的内容要求：毕业设计（论文）的内容要求： 一、内容要求一、内容要求 1 1、课题设计（论文）目的及意义、课题设计（论文）目的及意义 2 2、课题设计（论文）提纲、课题设计（论文）提纲 3 3、课题设计（论文）思路、方法及进度安排、课题设计（论文）思路、方法及进度安排 4 4、课题设计（论文）参考文献、课题设计（论文）参考文献 5 5、指导教师意见（对本课题深度、广度、工作量及预期达到的目标的、指导教师意见（对本课题深度、广度、工作量及预期达到的目标的 意见）意见） 6 6、系部审查意见（系主任、系部审查意见（系主任 签字）签字） 二、要求使用与毕业设计相同规格的纸二、要求使用与毕业设

3、计相同规格的纸 三、开题报告写作要求三、开题报告写作要求: : 1 1、开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据、开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据 材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内 完成，经指导教师签署意见审查后生效。完成，经指导教师签署意见审查后生效。 2 2、开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写，或按教务处统一设计的格式打、开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写，或按教务处统一设计的格式打 印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指

4、导教师签署意见。印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。 3 3、学生查阅资料的参考文献应在、学生查阅资料的参考文献应在 3 3 篇及以上（不包括辞典、手册）篇及以上（不包括辞典、手册）。 4 4、有关年月日等日期的填写，应当按照国标、有关年月日等日期的填写，应当按照国标 gb/tgb/t 740874089494数据元和交换数据元和交换 格式、信息交换、日期和时间表示法格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如 “2004“2004 年年 9 9 月月 2626 日日”或或“2004-09-26”“2004

5、-09-26” 。 指指 导教师（签名）：导教师（签名）： 系主任：系主任： 年年 月月 日日 毕业设计开题报告毕业设计开题报告 一、 课题设计（论文）目的及意义 1 1、课题设计的目的、课题设计的目的 数数 字字时时钟钟是是一一种种用用数数字字电电路路技技术术实实现现时时、分分、秒秒计计时时的的装装置置，与与 机机械械式式时时钟钟相相比比具具有有更更高高的的准准确确性性和和直直观观性性，且且无无机机械械装装置置，具具有有 更更更更长长的的使使用用寿寿命命，因因此此得得到到了了广广泛泛的的使使用用。在在数数字字时时钟钟的的发发展展上上 看看，主主要要向向小小型型化化、多多功功能能化化发发展展。

6、 2 2、课题设计的意义、课题设计的意义 多多功功能能数数字字时时钟钟的的用用途途十十分分广广泛泛，只只要要有有计计时时的的存存在在，便便要要用用 到到数数字字时时钟钟的的原原理理及及结结构构；同同时时在在日日期期中中，它它以以其其小小巧巧，价价格格低低廉廉， 走走时时精精度度高高，使使用用方方便便，功功能能多多，便便于于集集成成化化而而受受广广大大消消费费者者的的喜喜 爱爱。随随着着人人类类科科技技文文明明的的发发展展，人人们们对对于于时时钟钟的的要要求求在在不不断断提提高高。 时时钟钟已已不不仅仅仅仅被被看看出出一一种种用用来来显显示示时时间间的的工工具具，在在很很多多实实际际应应用用中中

7、 它它还还需需要要能能够够实实现现更更多多其其它它的的功功能能。高高精精度度、多多功功能能、小小体体积积、低低 功功耗耗，是是现现代代时时钟钟发发展展的的趋趋势势。在在这这种种趋趋势势下下，时时钟钟的的数数字字化化、多多 功功能能化化已已经经成成为为现现在在时时钟钟生生产产研研究究的的主主导导设设计计方方向向。 二、课题设计（论文）提纲 1 1、课题背景、课题背景 2 2、数字时钟的硬件设计、数字时钟的硬件设计 3 3、电路仿真与制作、电路仿真与制作 4 4、数字时钟的软件设计、数字时钟的软件设计 三、课题设计（论文）思路、方法及进度安排 1 1、课题设计思路和方法、课题设计思路和方法 直流稳

8、压电源是最常用的仪器设备直流稳压电源是最常用的仪器设备, , 在科研及实验中都是必不可少的。针对在科研及实验中都是必不可少的。针对 以上问题以上问题, , 我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源。该电源采用薄膜我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源。该电源采用薄膜 轻触键盘轻触键盘, , 可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置, , 输出由单片机通输出由单片机通 过过 d/ad/a , , 控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机闭环控制控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机闭环控制, , 单片机通过单片机

9、通过 a/da/d 采样输出电压采样输出电压, , 与设定值进行比较与设定值进行比较, , 若有偏差则调整输出若有偏差则调整输出, , 越限越限 则输出报警信号并截流。工作过程中则输出报警信号并截流。工作过程中, , 稳压电源的工作状态稳压电源的工作状态( (输出电压、电流等输出电压、电流等 各种工作状态各种工作状态) ) 均由单片机输出驱动均由单片机输出驱动 ledled 显示显示, ,多种显示模式间多种显示模式间, , 由键盘控制进由键盘控制进 行动态逻辑切换。行动态逻辑切换。 本课题研究一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源的设计本课题研究一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电

10、源的设计, 该电该电 源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高, 且兼备双重过载保护及报警功能且兼备双重过载保护及报警功能, 特别适用于各种有较高精度要求的场合。特别适用于各种有较高精度要求的场合。 2、进度安排、进度安排 20102010 年年 9 9 月月 3030 日日 选题选题 20112011 年年 1 1 月月 5 5 日日1 1 月月 2525 日日 开题的准备开题的准备 2 2 月月 1 1 日日2 2 月月 1313 日日 论文初稿论文初稿 2 2 月月 1919 日日2 2 月月 2525 日日 论文第二稿论文第二稿 2 2 月月 2

11、626 日日4 4 月月 5 5 日日 定稿定稿 基于单片机的数字时钟设计 内容摘要 摘摘 要要 本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片 at89c51 作为核心控制器，通过硬件电路 的制作以及软件程序的编制，设计了多功能数字时钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、环 境温度检测模块、液晶显示模块以及键盘控制模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能 在 4v7v 直流电源下正常工作。能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒，24 小 时制） ，可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开/关、止闹功能，能够对时钟所在 的环境温度进行测量并显示。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大

12、部分 功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、 成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所被占用的 i/o 口不 多，因此系统具有一定的可扩展性。 关键词：关键词： lcd 显示 单片机 时钟芯片 ds1302 温度传感器 ds18b20 目目 录录 1 绪论 .7 1.1 课题的提出及研究意义.7 1.2 数字时钟的发展现状.8 1.3 课题研究目的和研究内容.10 2 多功能数字时钟硬件设计 .10 2.1 主控制模块.11 2.2 显示模块.14 2.3 时钟模块.17 2.4 温度模块.20 2.5 电源转换模块.23 2

13、.6 本章小结.23 3 电路仿真与制作 .23 3.1 电路仿真.23 3.2 电路板制作.24 3.3 本章小结.24 4 软件设计部分 .25 4.1 时钟程序的设计.25 4.2 ds18b20 芯片程序设计 .25 4.3 本章小结.26 5 总结 .27 参考文献 .27 致 谢 .28 附录 .28 1 1 绪论绪论 人类的生活和工作均离不开时钟。从古代的滴漏更鼓到近代的机械钟，从电子表到目前 的数字时钟，为了准确的测量和记录时间，人们一直在努力改进着计时工具。钟表的数字化， 大力推动了计时的精确性和可靠性。 1.11.1 课题的提出及研究意义课题的提出及研究意义 1.1.11.

14、1.1 课题的提出课题的提出 近些年，随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟 已不能满足人们的要求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子 闹钟、数字闹钟等等。数字钟成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发 1 展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们 生产生活带来了极大的方便。 在日常生活和工作中，我们常常用到定时控制，如扩印过程中的曝光定时等。早期常用 的一些时间控制单元都使用模拟电路设计制作的，其定时准确性和重复精度都不是很理想， 现在基本上都是基于数字技术的新一代产品，随着单片

15、机性能价格比的不断提高，新一代产 品的应用也越来越广泛，大可构成复杂的工业过程控制系统，完成复杂的控制功能。小则可 以用于家电控制，甚至可以用于儿童电子玩具。它功能强大，体积小，质量轻，灵活好用， 配以适当的接口芯片，可以构造各种各样、功能各异的微电子产品。 2 随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的 控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能数字时钟，它可 以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准 和定点打铃。它可以执行不同的时间表（考试时间和日常作息时间）的打铃，可以任意设 3 置时间。这

16、种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人的劳动，扩大了数字化的范围， 为家庭数字化提供了可能。 电子钟是一种利用数字电路来显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具 有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。随着人们生活环境的 不断改善和美化，在许多场合可以看到数字电子钟。在城市的主要营业场所、车站、码头等 公共场所使用 lcd 数字电子钟已经成为一种时尚。但目前市场上各式各样的 lcd 数字电子 钟大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂，功率损耗大等缺点，因此有必要对数字电子钟 进行改进。 1.1.21.1.2 课题研究的意义课题研究的意义 多功能数字时钟的用途十

17、分广泛，只要有计时的存在，便要用到数字时钟的原理及结构； 同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受 广大消费者的喜爱。随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断提高。时钟已 4 不仅仅被看出一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功 能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数 字化、多功能化已经成为现在时钟生产研究的主导设计方向。 1.21.2 数字时钟的发展现状数字时钟的发展现状 几种常用数字时钟设计方案： 一、基于微机系统的数字时钟设计 计时单元由定时/计数器 8253 的通道 0

18、 来实现。定时采用硬件计数和软件技术相结合的 方式，即通过 8253 产生一定的定时时间，然后再利用软件进行计数，从而实现 24 小时制定 时。8253 定时时间到了之后产生中断信号，8253 在中断服务程序中实现时、分、秒的累加。 时间显示采用实验平台上的 6 个 led 数码管分别显示时、分、秒，采用动态扫描方式 实现。 校时和闹铃定时通过键盘电路和单脉冲产生单元来输入。按键包括校时键、闹钟定时键、 加 1 键和减 1 键等。 报警声响用蜂鸣器产生，将蜂鸣器接到 8255 的一个端口，通过输出电平的高低来控制 蜂鸣器的发声。 系统硬件设计主要利用微机实验平台上的电路模块。硬件电路主要由键盘

19、电路、单脉冲 产生单元、8253 定时计数器、8255 并行接口单元、8259 中断控制器、led 显示电路和蜂鸣 器电路等等。系统的硬件电路设计框图如图 1 所示。 图 1.1 基于微机系统的数字时钟设计框图 二、基于 vhdl 的数字时钟设计 基于 vhdl 语言，用 top_down 的思想进行设计。 用 cn6 无进位六进制计数器选择数码管的亮灭以及对应的数，循环扫描显示，用 sel61 六选一选择器选择给定的信号输出对应的数送到七段码译码器。k4 模块进行复位，设置小时 和分，输出整点报时信号和时，分，秒信号。 单元模块设计部分 对应的数模 块 cn6 信号选择模 块 sel61 七

20、段码译码 器模块 disp 图 1.2 基于 vhdl 数字时钟的设计模块 单元模块设计部分分三个部分，介绍数字钟选择显示数码管和对应的数模块 cn6,信号选 择模块 sel61,七段码译码器模块 disp 和复位，秒，分，时显示，设置模块。 三、基于单片机数字时钟设计 基于单片机的数字时钟设计是模块化设计，以单片机做主控制模块，控制时钟芯片、温 度传感器芯片等，又将数据控制输出到显示模块。 基于 mcs-51 单片机的数字时钟系统具有显示准确、直观、易于调整等特点。单片机自 诞生以来给全世界人类的生活和工作起到了剧烈的变化，而 mcs-51 单片机是我国使用最早、 最易掌握和应用的一款单片机

21、。通过该系统的设计，对单片机的原理和功能有个比较系统和 全面的掌握，初步学习到有关工程设计的方法和思路。这样以后的就业面会更加宽广，也可 以满足当今社会对单片机开发人才的大量需求 5 。 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，录象机、摄象机，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。

22、单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟 悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以 通过它的时钟信号进行时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。 通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。 1.31.3 课题研究目的和研究内容课题研究目的和研究内容 1.3.11.3.1 课题研究目的课题研究目的 日常生活中人们离不开时钟。本文介绍是基于单片机的多功能数字时钟，在传统的时钟 基础上它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点。随着电子产业的发展，时钟的

23、数字化、多功能化已经成为现在时钟生产研究的主导设计方向。 1.3.21.3.2 课题研究内容课题研究内容 采用模块设计法完成多功能数字时钟的设计。基本功能是时钟显示，能准确显示“时” 、 “分” 、 “秒” ，并具有快速校准时、分、秒的功能。时钟显示同时具有实时温度显示。扩展 功能有具整点报时功能以及闹钟功能。 2 2 多功能数字时钟硬件设计多功能数字时钟硬件设计 基于单片机的多功能数字时钟的设计，单片机芯片作为控制系统的核心部件，它除了具 备微机 cpu 的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、 控制系统的输出量，实现自动控制。在本次设计中采用单片机技术来实现数

24、字钟的功能。方 案的设计可以从以下几个方面来确定。微处理器的选择，at89s51 是 2003 年 atmel 推出 的新型品种，除了完全兼容 8051 外，还多了 isp 编程和看门狗功能。显示电路的设计，随着 科技的发展，液晶显示的使用越来越方便，已被普遍的使用。由于液晶显示与驱动都集成在 一个芯片上，因此使用起来很方便。在这里采用液晶显示；校时和定时电路的设计；实时控 制电路是时钟电路的一个重要组成部分，采用的是一个时钟芯片，单片机从中读取数据送到 显示器上显示，从而实现数字钟的功能；还有一些其他控制电路如复位电路、时钟电路等。 通过这些控制电路的连接构成了完整的电路. 按照系统设计功能

25、的要求，初步确定设计系统由电源转换模块、主控制模块、时钟及温 度模块、显示模块、键盘接口模块共 5 个模块组成，电路系统构成框图如图 2.1 所示： 电源模块 ds1302 89c51 主控制模块 键扫描电路 显示电路 ds18b20 图 2.1电路系统构成框图 2.12.1 主控制模块主控制模块 在本次设计中采用单片机技术来实现数字钟的功能。方案的设计可以从以下几个方面来 确定。微处理器的选择，at89s51 是 2003 年 atmel 推出的新型品种，除了完全兼容 8051 外，还多了 isp 编程和看门狗功能。89c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 （fperomf

26、alsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能 cmos8 位微处理器，俗称单片机。89c2051 是一种带 2k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 atmel 高密度非 易失存储器制造技术制造，与工业标准的 mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel 的 89c51 是一种高效微控制器，89c51 是它的一种精简版本。89c 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2.1.

27、12.1.1 at89c51at89c51 单片机的单片机的特性概述特性概述 主要特性： 与 mcs-51 兼容 4k 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0hz-24hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 ram 32 可编程 i/o 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 图 2.2 at89c51 引脚图 2.1.22.1.2 at89c51at89c51 管脚说明管脚说明 vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o

28、口，每脚可吸收 8ttl 门电流。当 p1 口的管 脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数 据/地址的第八位。在 fiash 编程时，p0 口作为原码输入口，当 fiash 进行校验时，p0 输 出原码，此时 p0 外部必须被拉高。 p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器能接收输出 4ttl 门电流。p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，p1 口被外部下拉为低电平时， 将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 flash 编程和校验时，p1 口作为第八位地址接 收。 p2 口：p2 口为

29、一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收，输出 4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输 入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部 程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊 功能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输

30、出 4 个 ttl 门电流。 当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低 电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3 口也可作为 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断 0） p3.3 /int1（外部中断 1） p3.4 t0（记时器 0 外部输入） p3.5 t1（记时器 1 外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一

31、些控制信号。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst 脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale 端以不变的频率周期输出正 脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ale 脉冲。如想禁止 ale 的输 出可在 sfr8eh 地址上置 0。此时， ale 只有在执行 movx，movc 指令是 ale 才起作 用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理

32、器在外部执行状态 ale 禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两 次/psen 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen 信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh） ，不管是 否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/ea 将内部锁定为 reset；当/ea 端保持高电平 时，此间内部程序存储器。在 flash 编程期间，此引脚也用于施加 12v 编程电源（vpp） 。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器

33、的输出 8 。 2.22.2 显示模块显示模块 随着科技的发展，液晶显示的使用越来越方便，已被普遍的使用，所以本次设计采用液 晶显示。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就 有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、 易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、pda 移动通 信工具等众多领域。 由于液晶显示与驱动都集成在一个芯片上，因此使用起来很方便。数字钟要显示现在的 日历时间包括年、月、日、星期、时、分、秒，在这里采用 1602lcd 液晶显示。 2.2.12.2.1 1602lcd160

34、2lcd 显示器的结构显示器的结构 1 1602lcd 主要技术参数 显示容量为 162 个字符； 芯片工作电压为 4.55.5v； 工作电流为 2.0ma（5.0v）； 字符尺寸为 2.954.35（wh）mm。 2 接口，信号说明 1602lcd 采用标准的 16 引脚（带背光）接口 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1vss 电源地 9d2date i/o 2vdd 电源正极 10d3date i/o 3vl 液晶显示偏压信号 11d4date i/o 4rs 数据/命令选择端（v/l） 12d5date i/o 5r/w 读/写选择端（h/l） 13d6date i/o 6e 使能信号

35、 14d7date i/o 7d0date i/o15bla 背光源正极 8d1date i/o16blk 背光源负极 图 2.3 1602 液晶接口引脚定义 1、2 组电源 一组是模块的电源 一组是背光板的电源 均为 5v 供电。 2、vl 是调节对比度的引脚调节此脚上的电压可以改变黑白对比度 3、rs 是很多液晶上都有的引脚 是命令/数据选择引脚 该脚电平为高时表示将进行数 据操作；为低时表示进行命令操作。 4、rw 也是很多液晶上都有的引脚 是读写选择端 该脚电平为高是表示要对液晶进行 读操作；为低时表示要进行写操作。 5、e 同样很多液晶模块有此引脚 通常在总线上信号稳定后给一正脉冲通

36、知把数据读走， 在此脚为高电平的时候总线不允许变化。 6、d0d7 8 位双向并行总线，用来传送命令和数据。 7、bla 是背光源正极，blk 是背光源负极。 9 2.2.22.2.2 1602lcd1602lcd 数据原理数据原理 读状态输入rs=l，r/w=h，e=h输出d0d7=状态字 写指令输入rs=l，r/w=l，d0d7=指令码，e=高 脉冲 输出无 读数据输入rs=h，r/w=h，e=h输出d0d7=数据 写数据输入rs=h，r/w=l，d0d7=数据，e=高脉 冲 输出无 图 2.4 1602lcd 基本操作时序 1602lcd 的指令码（命令码） 此液晶上电的时候需要初始化典

37、型的指令码是 38h，也就是上电的时候需要 调用 void write_cmd(unsigned char command)这个函数写指令码，用法是 write_cmd(0 x38);执行完这个函 数可以把液晶初始化成 16x2 显示 5x7 的点阵 8 位总线接口。以下指令码用法相同。 此液晶支持的指令码有 指令码功能 00111000 设置 162 显示，57 点陈，8 位数据接口 第一行指令主要能完成的功能是 控制液晶显示否，光标显示否，光标闪烁否。 共有以下 8 种指令 0000100008h 关液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置 0000100109h 关液晶显示 光标不闪烁 显示

38、光标位置 000010100ah 关液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置 000010110bh 关液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置 000011000ch 开液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置 000011010dh 开液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置 000011100eh 开液晶显示 光标不闪烁 不显示光标位置 000011110fh 开液晶显示 光标不闪烁 显示光标位置 第二行指令主要能完成的功能是写完字符 光标或屏幕移动方向 指令码功能 80h+地址码（0-27h，40h-67h）设置数据地址指针 2 2. .2 2. .3 3 显显示示模模块块的的数数据据连连接接 1602l

39、cd 的 d0d7 的八位数据线分别接单片机 89c51 的 p0.0p0.7。rs 复 位端接 p2.0,en 使能端接 p2.2,读、写信号端接 p2.1 图 2.5 显示模块的数据连接图 2.32.3 时钟模块时钟模块 单片机控制时钟模块，定时时间，它通常有两种实现方法：一是用软件实现，即用单片 机内部的可编程定时/计数器来实现，但误差很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二 是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时 钟芯片有：ds1302，ds12887，x1203 等都可以满足高精度的要求。本次设计采用 ds1302 芯片 2.3.12.3.

40、1 ds1302ds1302 的性能特性的性能特性 1实时时钟，可对秒、分、时、日、周、月以及带闰年补偿的年进行计数； 2用于高速数据暂存的 318 位 ram 3最少引脚的串行 i/o； 42.55.5v 电压工作范围； 5用于时钟或 ram 数据读/写的单字节或多字节（脉冲方式）数据传送方式； 6简单的 3 线接口 7可选的慢速充电（至 vcc1）的能力 ds1302 时钟芯片包括实时时钟/日历和 31 字节的静态 ram。它经过一个简单的串行接 口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月和年等信息。对于小于 31 天的月和月末的日期自动进行调整，还包括闰年校正的功能。时钟

41、的运行可以采用 24h 或带 am（上午）/pm（下午）的 12h 格式。采用三线接口与 cpu 进行同步通信，并可采用突发 方式一次传送多个字节的时钟信号或 ram 数据。ds1302 有主电源/后备电源双电源引脚： vcc1 在单电源与电池供电的系统中提供电源，并提供低功率的电池备份；vcc2 在双电源系 统中提供主电源，在这种运用方式中 vcc1 连接到备份电，以便在没有主电源的情况下能保 存时间信息以及数据。ds1302 由 vcc1 或 vcc2 中较大者供电。当 vcc2 大于 vcc10.2v 时， vcc2 给 ds1302 供电；当 vcc2 小于 vcc1 时，ds1302

42、 由 vcc1 供电 10 。 2.3.22.3.2 ds1302ds1302 数据操作原理数据操作原理 ds1302 在任何数据传送时必须先初始化，把 rst 脚置为高电平，然后把 8 位地址和命 令字装入移位寄存器，数据在 sclk 的上升沿被输出。无论是读周期还是写周期，开始 8 位 指定 40 存器中哪个将被访问到。在开始 8 个时钟周期，把命令字节装入移位寄存器之后， 另外的始终周期在读操作时输出数据，在写操作时写入数据。时钟脉冲的个数在单字节方式 下为 8 加 8，在多字节方式下为 8 加字节数，最大可达 248 字数。 如果在传送过程中置 rst 脚为低电平，则会中止本次数据传送

43、，并且 i/o 引脚变为高 阻态。上电运行时，在 vcc 2.5v 之前，rst 脚必须保持低电平。只有在 sclk 为低电平时， 才能将 rst 置为高电平。ds1302 的引脚和控制字如图 2.6 所示。 图 2.6 ds1302 的控制字 ds1302 的控制字如图 2.6 所示。控制字节的最高有效位（位 7）必须是逻辑 1；如果它 为 0。则不能把数据写入到 ds1302 中。位 6 如果为 0。则表示存取日历时钟数据；为 1 表示 存取 ram 数据。位 51（a4a0）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

44、开始输入/输出。 为了提高对 32 个地址的寻址能力（地址/命令位 15 = 逻辑 1） ，可以把时钟/日历或 ram 寄存器规定为多字节（burst）方式。位 6 规定时钟或 ram，而位 0 规定读或写。在时 钟/日历寄存器中的地址 931 或 ram 寄存器中的地址 31 不能存储数据。在多字节方式中， 读或写从地址 0 的位 0 开始。必须按数据传送的次序写最先的 8 个寄存器。但是，当以多字 节方式写 ram 时，为了传送数据不必写所有 31 字节，不管是否写了全部 31 字节，所写的 每一字都将传送至 ram。 ds1302 的引脚功能图 引脚号引脚名称功能 1vcc2主电源 2，

45、3x1，x2震荡源，外接 32.768khz 晶振 4gnd地线 5rst复位/片选线 6i/o串行数据输入/输出端（双向） 7sclk串行数据输入端 8vcc1后备电源 图 2.7 ds1302 引脚功能 ds1302 共有 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。其日历、时间寄存器及其控制字见图 2.8，其中奇数为读操作，偶数为写操作。 时钟暂停：秒寄存器的位 7 定义位时钟暂停位。当它为 1 时，ds1302 停止振荡，进入 低功耗的备份方式。通常在对 ds1302 进行写操作时（如进入时钟调整程序） ，停止振荡。当 它为 0 时，时钟将开始

46、启动。 am-pm/12-24小时方式：小时寄存器的位 7 定义为 12 或 24小时方式选择位。它为 高电平时，选择 12小时方式。在此方式下，位 5 是 am/pm 位，此位是高电平时表示 pm， 低电平表示 am。在 24小时方式下，位 5 为第二个 10小时位（2023h） 。 命令字节寄存器内容 寄存器名 写读 取值范围 76543 21 0 秒寄存器80h81h0059ch10ssec 分寄存器82h83h0059010minmin 小时寄存器84h85h0023 或 0112 12/24010a/phrhr 日期寄存器86h87h0128，29 ，30，31 0010dateda

47、te 月份寄存器88h89h011200010 m month 周寄存器8ah8bh010700000day 年寄存器8ch8dh009910yearyear 图 2.8 内部寄存器地址和内容 ds1302 的晶振选用 32.768khz，电容推荐值为 6pf，因为振荡频率较低，也可以不接电 容，对记时精度影响不大。 2 2. .3.33.3 时钟模块的数据连接时钟模块的数据连接 设计中时钟模块，ds1302 的 x1、x2 间接晶振起时钟振荡作用。复位端 rst 接 89c51 的 p1.5，串行数据输入端 sclk 接 p1.6，数据双向输入、输出端 io 接 p1.7 图 2.9 时钟模

48、块的数据连接 2.42.4 温度模块温度模块 多功能数字时钟拥有实时温度显示功能，由单片机将温度传感器数据控制输出由液晶显 示。本次设计采用温度传感器是 ds18b20. 2.4.12.4.1 ds18b20ds18b20 的性能特性的性能特性 1.1 独特的单线接口方式，ds18b20 在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。 1.2 测温范围 55125，固有测温分辨率 0.5。 1.3 支持多点组网功能，多个 ds18b20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个， 如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温

49、 1.4 工作电源: 35v/dc 1.5 在使用中不需要任何外围元件 1.6 测量结果以 912 位数字量方式串行传送 1.7 不锈钢保护管直径 6 1.8 适用于 dn1525, dn40dn250 各种介质工业管道和狭小空间设备测温 1.9 标准安装螺纹 m10x1, m12x1.5, g1/2”任选 1.10 pvc 电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 2：应用范围 2.1 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制 领域 2.2 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。 2.3 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱

50、等。 2.5 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制 3：产品型号与规格 型 号 测温范围 安装螺纹 电缆长度 适用管道 ts-18b20 -55125 无 1.5 m ts-18b20a -55125 m10x1 1.5m dn1525 ts-18b20b -55125 1/2”g 接线盒 dn40 60 11 2.4.22.4.2 ds18b20ds18b20 数据操作原理数据操作原理 ds18b20 的引脚功能图 引脚引脚符号说明 51gnd 地 42dq 单线应用的输入、 输出引脚 33vdd 电源 图 2.8 ds18b20 的引脚功能 独特的一线接口，只需

51、要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外 部元件 可用数据总线供电，电压范围为 3.0 v 至 5.5 v 无需备用电源 测量温度范围为-55 至+125。 温度传感器可编程的分辨率为 912 位 温度转换为 12 位数字格式最大值为 750 毫秒 用 户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度 计，或任何热敏感系统 描述该 ds18b20 的数字温度计提供 9 至 12 位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从 ds18b20 通过 1 线接口，所以中央微处理器与 ds18b20 只有一个一条口线连接。为读写以 及温度转换可以从数据线本

52、身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个 ds18b20 的包含一 个独特的序号，多个 ds18b20s 可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同 的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测 和控制。 ds18b20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 rom、温度传感器、非挥发的温度报 警触发器 th 和 tl、配置寄存器。该装置信号线高的时候，内部电容器 储存能量通由 1 线 通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 ds18b20 的电源也可以从外部 3v-5 .5v 的电压得到。 ds18b2

53、0 采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成 rom 设定，否则记忆 和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）读 rom， 2 ）rom 匹配， 3 ）搜索 rom， 4 ）跳过 rom， 5 ）报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的 64 位光刻 rom 序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知 道总线上挂有有多少，什么样的设备。 若指令成功地使 ds18b20 完成温度测量，数据存储在 ds18b20 的存储器。一个控制功 能指挥指示 ds18b20 的演出测温。测量结果将被放置在 ds18b20 内存中，并可以让阅读发 出记忆功能

54、的指挥，阅读内容的片上存储器。温度报警触发器 th 和 tl 都有一字节 eeprom 的数据。如果 ds18b20 不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆 用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写 th,tl 指令以及配置字节利用 一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读，写都是从最低位开始。 ds18b20 有 4 个主要的数据部件： （1）光刻 rom 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 ds18b20 的地 址序列码。64 位光刻 rom 的排列是：开始 8 位（28h）是产品类型标号，接着的 48 位是该 ds18b20

55、自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（crc=x8+x5+x4+1） 。 光刻 rom 的作用是使每一个 ds18b20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 ds18b20 的目的。 （2） ds18b20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号 扩展的二进制补码读数形式提供，以 0.0625/lsb 形式表达，其中 s 为符号。 2.4.32.4.3 温度模块的数据连接温度模块的数据连接 在设计中，温度传感器 ds18b20 的数据端口 dq 与单片机 89c51 的 p3.0。单片机读取 数据送入显示模块进行温度显示。 图

56、2.10 温度模块及键盘接口模块连接图 2.52.5 电源转换模块电源转换模块 日常用到的都是 220v 的交流电源，所以，需要用变压器将其转换为线路设计中所用到 的直流电源。此转换后的直流电源为+12v,而线路设计中许多芯片所用到的电压为+5v,因此, 还需有 12v 到 5v 的转换电路。此转换采用 7805（三端稳压器）来完成，转换图如下： 图 2.11 7805 电压转换电路 当 vin5v 时，vout端可得到稳定的 5v 电压。 2.62.6 本章小结本章小结 本章通过对设计思想的介绍，分别对主控制模块、显示模块、时钟模块、温度模块以及 电源转换模块的设计原理进行分析阐述。对各模块

57、所需的芯片、元器件进行介绍。 3 3 电路仿真与制作电路仿真与制作 3.13.1电路仿真电路仿真 电路图的绘制通过 proteus7.4 完成。proteus 的 isis 是一款 labcenter 出品的电路分析实 物仿真系统，可仿真各种电路和 ic，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的 专业的单片机软件仿真系统。 该软件的特点： 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、rs-232 动态仿真、c 调试器、spi 调试器、键盘和 lcd 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波

58、 器、逻辑分析仪、信号发生器等。 目前支持的单片机类型有：68000 系列、8051 系列、avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、z80 系列、hc11 系列以及各种外围芯片。 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和 spice 分析于一身的 仿真软件，功能极其强大 ，可仿真 51、avr、pic。 根据本设计模块化思想，绘制电路图如图 3.1： 图 3.1 多功能数字时钟电路图 3.23.2电路板制作电路板制作 proteus 组合了高级原理布图、混合模式 spice 仿真,pcb 设计以及自动布线来实现一个 完整的电子设计系统。因此用 prot

59、eus 制作 pcb 板。完成后将芯片焊接到对应的位置上。检 查线路，看是否焊接出现短路情况。 3.33.3本章小结本章小结 本章主要介绍本次设计中在 proteus 软件中进行的电路图的绘制，软件的仿真，pcb 板 的制作。 4 4 软件设计部分软件设计部分 本次设计用 keil 编程软件进行软件设计。keil 软件是目前最流行的开发 mcs-51 系列单 片机软件，近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 keil。keil 提供了包括 c 编译器、宏汇编、 连接器、库管理和仿真调试器在内的完整开发方案，通过集成开发环境将这些部分组合在一 起。keil 支持汇编语言和 c 语言的程序设计，易学易

60、用。 4.14.1 时钟程序的设计时钟程序的设计 因为使用了时钟芯片 ds1302，阳历程序只需要从 ds1302 各寄存器中读出年、周、月、 日、小时、分、秒等数据，再处理既可。对其进行初始化，然后从 ds1302 中读出数据，再 经过处理后，送给显示缓存单元。时钟程序流程图见图 4.1 所示。 开始 初始化 1302 1302 开始振荡 从 1302 中读出年、 周、月、日、小时、 分、秒 读出的数据都为 bcd 码，送显示模 块 图 4.1 时钟程序流程图 4.24.2 ds18b20ds18b20 芯片程序设计芯片程序设计 系统程序的设计主要包括 c 程序主函数、ds18b20 复位函