摘 要

電子萬(wàn)年歷是單片機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用，由硬件和軟件相配合使用。硬件由主控器、時(shí)鐘電路、溫度檢測(cè)電路、顯示電路、鍵盤(pán)接口5個(gè)模塊組成。主控模塊用AT89C52、時(shí)鐘電路用時(shí)鐘芯片DS1302、顯示模塊用LED數(shù)碼管、溫度檢測(cè)采用DS18B20溫度傳感器、鍵盤(pán)接口電路用普通按鍵接上拉電阻完成；軟件利用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序控制。單片機(jī)通過(guò)時(shí)鐘芯片DS1302獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，DS18B20采集溫度信號(hào)送該給單片機(jī)處理，單片機(jī)再把時(shí)間數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)送給74LS154譯碼，然后通過(guò)三極管C9015放大驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示陽(yáng)歷年、月、日、時(shí)、秒、鬧鐘、星期、溫度。

1 引言

隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，家用電子產(chǎn)品不但種類(lèi)日益豐富，而且變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用，單片微型計(jì)算機(jī)體積小、性價(jià)比高、功能強(qiáng)、可靠性高等獨(dú)有的特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電子萬(wàn)年歷是一種應(yīng)用非常廣泛的日常計(jì)時(shí)工具，數(shù)字顯示的日歷鐘已經(jīng)越來(lái)越流行，特別是適合在家庭居室、辦公室、大廳、會(huì)議室、車(chē)站和廣場(chǎng)等使用。LED數(shù)字顯示的日歷鐘顯示清晰直觀、走時(shí)準(zhǔn)確、可以進(jìn)行夜視，并且還可以擴(kuò)展出多種功能。功能也越來(lái)越齊全，除了公歷年月日、時(shí)分秒、星期顯示及鬧鈴。但通過(guò)我們對(duì)各種電子鐘表、歷的不斷觀察總結(jié)發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)的鐘、歷都存在一些不足之處，比如：時(shí)鐘不精確、產(chǎn)品成本太高、無(wú)環(huán)境溫度顯示等，這都給人們的使用帶來(lái)了某些不便。為此設(shè)計(jì)了一種功能全面、計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、成本低廉的基于51單片機(jī)的萬(wàn)年歷。

2 功能要求

1. 萬(wàn)年歷能用數(shù)碼管顯示陽(yáng)歷年、月、日、星期、[小]時(shí)、分、秒并設(shè)置指定時(shí)間的鬧鈴。

2. 數(shù)字式溫度計(jì)要求測(cè)溫范圍-50~100°C， LED數(shù)碼管直讀顯示。

3 方案論證與設(shè)計(jì)

3.1 控制部分的方案選擇

1. 用可編程邏輯器件設(shè)計(jì)。可采用ALTERA公司的FLEX10K系列PLD器件。設(shè)計(jì)起來(lái)結(jié)構(gòu)清晰，各個(gè)模塊，從硬件上設(shè)計(jì)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制與顯示的模塊間的連接也會(huì)比較方便。但是考慮到本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，EDA在功能擴(kuò)展上比較受局限，而且EDA占用的資源也相對(duì)多一些。從成本上來(lái)講，用可編程邏輯器件來(lái)設(shè)計(jì)也沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)。

2.用凌陽(yáng)16位單片機(jī)設(shè)計(jì)。凌陽(yáng)16位單片機(jī)有豐富的中斷源和時(shí)基，方便本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。它的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，并且C語(yǔ)言和匯編兼容的編程環(huán)境也很方便來(lái)實(shí)現(xiàn)一些遞歸調(diào)用。I/O口功能也比較強(qiáng)大，方便使用。用凌陽(yáng)16位單片機(jī)做控制器最有特色的就是它的可編程音頻處理，可完成語(yǔ)音的錄制播放和識(shí)別。這些都方便對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行擴(kuò)展，使設(shè)計(jì)更加完善。成本也相對(duì)低一些。但是，在控制與顯示的結(jié)合上有些復(fù)雜，顯示模組資源相對(duì)有限，而且單片機(jī)的穩(wěn)定性不是很高。

3. 主控芯片使用51系列AT89C52單片機(jī)，時(shí)鐘芯片用美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的時(shí)鐘DS1302。采用DS1302作為主要計(jì)時(shí)芯片，可以做到計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。更重要的是，DS1302可以在很小電流的后備電源（2.5～5V電源，在2.5V時(shí)耗電小于300nA）下繼續(xù)計(jì)時(shí)，停電后時(shí)鐘無(wú)需重新調(diào)整，并可編程選擇多種充電電流來(lái)對(duì)后備電源進(jìn)行慢速充電，可以保證后備電源基本不耗電，還可自設(shè)鬧鈴，陽(yáng)歷、星期與年月日自動(dòng)對(duì)應(yīng)。本系統(tǒng)采用了此方案。

3.2 測(cè)溫部分的方案選擇

1.在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要乃至溫度的檢測(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)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。

2.與前面相比，采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55～125°Ｃ，最大分辨率可達(dá)0.0625°Ｃ。DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，而且采用3線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。

3.3 顯示部分的方案選擇

1. 液晶顯示方式。液晶顯示效果出眾，可以運(yùn)用菜單項(xiàng)來(lái)方便操作，但是在顯示時(shí)，特別是使用秒表功能時(shí)掃描速度跟不上，屏幕會(huì)有明顯的閃爍。而且由于61板的存儲(chǔ)空間有限，液晶顯示就不能與語(yǔ)音播抱程序同時(shí)實(shí)現(xiàn)。這些大大影響了電子萬(wàn)年歷的性能。

2. 相比液晶顯示，8段數(shù)碼管雖然操作比液晶顯示略顯繁瑣，但可視范圍十分寬，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，也不需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序。所以最后選擇LED數(shù)碼管顯示方案。

綜上所述，按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定硬件系統(tǒng)由主控制器、時(shí)鐘模塊、測(cè)溫電路、顯示模塊、鍵盤(pán)接口共5個(gè)模塊組成，總體系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖3.1所示。

4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

電子萬(wàn)年歷電路原理圖見(jiàn)附件一，系統(tǒng)由主控制器AT89C52、時(shí)鐘芯片DS1302、溫度傳感器DS18B20傳感器、顯示電路及鍵盤(pán)掃描電路組成。

4.1 主控器 AT89C52

ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)采用高性能的靜態(tài)80C51設(shè)計(jì)，由先進(jìn)工藝制造，并帶有非易失性Flsah程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場(chǎng)應(yīng)用最多。主要性能特點(diǎn)有：

8KBFlash ROM，可以檫寫(xiě)1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。

256字節(jié)內(nèi)部RAM。

電源控制模式

——時(shí)鐘可停止和恢復(fù)；

——空閑模式；

——掉電模式。

6個(gè)中斷源。

4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。

4個(gè)8位I/O口。

全雙工增強(qiáng)型UART。

3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，T0、T1（標(biāo)準(zhǔn)80C51）和增加的T2（捕獲和比較）。

全靜態(tài)工作方式：0～24MHz。

4.2 時(shí)鐘電路 DS1302

4.2.1. DS1302的性能特性

實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)；

用于高速數(shù)據(jù)暫存的31×8位RAM；

最少引腳的串行I/O；

2.5～5.5V電壓工作范圍；

2.5V時(shí)耗電小于300nA；

用于時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)的單字節(jié)或多字節(jié)（脈沖方式）數(shù)據(jù)傳送方式；

簡(jiǎn)單的3線接口；

可選的慢速充電（至Vcc1）的能力。

DS1302時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)的靜態(tài)RAM。它經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息。對(duì)于小于31天的月和月末的日期自動(dòng)調(diào)整，還包括閏年校正的功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用24h或帶AM(上午)/PM（下午）的12h格式。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302有主電源/后備電源雙電源引腳：Vcc1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源，并提供低功率的電池備份；Vcc2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式中，Vcc1連接到備份電，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由Vcc1或Vcc2中較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電；當(dāng)Vcc2小于Vcc時(shí)， DS13026由Vcc1供電。

4.2.2 DS1302數(shù)據(jù)操作原理

DS1302在任何數(shù)據(jù)傳送時(shí)必須先初始化，把RST腳置為高電平，然后把8位地址和命令字裝入移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿被輸入。無(wú)論是讀周期還是寫(xiě)周期，開(kāi)始8位指定40個(gè)寄存器中哪個(gè)將被訪問(wèn)到。在開(kāi)始8個(gè)時(shí)鐘周期，把命令字節(jié)裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘周期在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫(xiě)操作是寫(xiě)入時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為8加8，在多字節(jié)方式下為8加字節(jié)數(shù)，最大可達(dá)248字節(jié)數(shù)。

如果在傳送過(guò)程中置RST腳為低電平，則會(huì)終止本次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc大于等于2.5V之前,RST腳必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。DS1302的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示，表4.1為各引腳的功能。

DS1302的控制字如圖4.2所示。控制字節(jié)的最高位（位7）必須是邏輯1；如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DS1302中。位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)；為1表示存取RAM數(shù)據(jù)。位5～1（A4～A0）指示操作單元的地址。最低有效位（位0）如為0，表示要進(jìn)行寫(xiě)操作；為1表示進(jìn)行讀操作。控制字節(jié)總是從最低位開(kāi)始輸入/輸出。

為了提高對(duì)32個(gè)地址的尋址能力（地址/命令位1～5=邏輯1），可以把時(shí)鐘/日歷或RAM寄存器規(guī)定為多字節(jié)（burst）方式。位6規(guī)定時(shí)鐘或RAM，而位0規(guī)定讀或?qū)憽Ｔ跁r(shí)鐘/日歷寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能寄存數(shù)據(jù)。在多字節(jié)方式中，讀或?qū)憦牡刂?的位0開(kāi)始。必須按數(shù)據(jù)傳送的次序?qū)懽钕鹊?個(gè)寄存器。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫(xiě)RAM時(shí)，為了傳送數(shù)據(jù)不必寫(xiě)所有31字節(jié)。不管是否寫(xiě)了全部31字節(jié)，所寫(xiě)的每一字節(jié)都將傳送至RAM。

? ?

表 4.1 DS1302引腳功能

? DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表3.2，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作。

時(shí)鐘暫停：秒寄存器的位7定義位時(shí)鐘暫停位。當(dāng)它為1時(shí)，DS1302停止震蕩，進(jìn)入低功耗的備份方式。通常在對(duì)DS1302進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)（如進(jìn)入時(shí)鐘調(diào)整程序），停止震蕩。當(dāng)它為0時(shí)，時(shí)鐘將開(kāi)始啟動(dòng)。

AM－PM/12－24[小]時(shí)方式：[小]時(shí)寄存器的位7定義為12或24[小]時(shí)方式選擇位。它為高電平時(shí)，選擇12[小]時(shí)方式。在此方式下，位5是AM/PM位，此位是高電平時(shí)表示PM低電平表示AM。在24[小]時(shí)方式下，位5為第二個(gè)10[小]時(shí)位（20～23h）。

表 4.2 內(nèi)部寄存器地址和內(nèi)容

DS1302的晶震選用32.768kHz，電容推薦值為33pF，因?yàn)檎鹗庮l率較低，也可以不接電容，對(duì)計(jì)時(shí)精度影響不大。

4.3 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)

測(cè)溫電路主要使用溫度傳感器DS18B20，由于精度要求不高所以采用2位共陽(yáng)LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。其設(shè)計(jì)原理圖如附件一所示。

4.3.1 溫度傳感器工作原理

DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要示通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：

獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；

多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；

無(wú)須外部器件；

可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～3.5V；

零待機(jī)功耗；

溫度以9或12數(shù)字量讀出；

用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置；

報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；

負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

DS18B20采用3腳PR—35封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4.3所示。

64位ROM的位結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入戶報(bào)警上下限。

DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)調(diào)整暫存RAM和一個(gè)易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖4.5所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)。

精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖4.6所示。低5位一直1，M是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來(lái)設(shè)置分辨率，定義方法見(jiàn)表4.3。

由表4.3可見(jiàn)，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。

高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。

當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625°C/LSB形式表示。溫度值格式如圖4.7所示。

圖 4.6 配置寄存器

表 4.3 DS18B20分辨率的定義規(guī)定

當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，表現(xiàn)測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼再計(jì)算十進(jìn)制值。表4.4是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。

DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若T>TH或T

在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20的CRC作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。

DS18B20的測(cè)溫原理如圖4.8所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)算門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55°C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55°C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。

減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖4.8中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。

另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）--》發(fā)ROM功能指令--》發(fā)存儲(chǔ)器操作命令--》處理數(shù)據(jù)。

4.3.2 DS18B20與單片機(jī)的接口電路

DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為引線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式。單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。

當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。

4.4 顯示電路的設(shè)計(jì)

顯示部分采用普通的共陽(yáng)數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描，以減少硬件電路。考慮到第一次掃描17位數(shù)碼管顯示時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍情況，設(shè)計(jì)時(shí)17個(gè)數(shù)碼管分3排同時(shí)掃描。第一排8個(gè)數(shù)碼管分別為千年、百年、十年、年、十月、月、十日、日，第二排7個(gè)數(shù)碼管分別為十時(shí)、時(shí)、十分、分、十秒、秒，第三排3個(gè)數(shù)碼管分別為星期、溫度（兩位）顯示。顯示時(shí)采用串行口輸出段碼，用1片74LS164來(lái)驅(qū)動(dòng)3排數(shù)碼管，這樣掃描一次只需7ms。

表 4.5 74LS164特性表

74LS164內(nèi)部為8個(gè)D觸發(fā)器，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行移位，74LS164特性見(jiàn)表4.5。單片機(jī)以串口方式0（移位寄存器方式）輸出數(shù)據(jù)，3片74LS164作為3排共陽(yáng)數(shù)碼管的串/并轉(zhuǎn)換顯示接口。74LS164為T(mén)Tl單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯“與”運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接，共同作為輸入腳。CP（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到CP端時(shí)，移位寄存器移一位。8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。MR腳（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)該腳為低電平時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0；只有當(dāng)它高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。Q1～Q8(第3～6和10～13引腳)并行輸出端分別接數(shù)碼管的h～a（因?yàn)榇趶牡臀婚_(kāi)始傳送）各段對(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位。再來(lái)1個(gè)脈沖，第1個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，進(jìn)入下個(gè)74LS164的第1位。3片74LS164首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起。這樣，當(dāng)輸入8個(gè)脈沖時(shí)，從單片機(jī)RXD端輸出的第1字節(jié)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第1片74LS164中，而當(dāng)?shù)?個(gè)8個(gè)脈沖到來(lái)后，第1字節(jié)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第2片74LS164，而隨后的第2字節(jié)的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第1片74LS164。這樣，當(dāng)?shù)?個(gè)8個(gè)脈沖完成后，首次送出的數(shù)據(jù)被送到了最下面的164（第3片）中，其它數(shù)據(jù)依次出現(xiàn)在第二和第一片74LS164中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在74LS164中的串行輸入、并行輸出。

在方式0狀態(tài)下，串行口為同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，為fosc/12。數(shù)據(jù)由RXD(P3.0)端輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD(P3.1)端輸出。發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時(shí)低位在先。所以根據(jù)提供的硬件電路圖，在編寫(xiě)程序時(shí)，查共陽(yáng)數(shù)碼管的段碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)應(yīng)該將正常的共陽(yáng)數(shù)據(jù)管0～9的二進(jìn)制值按位反序排序，如原來(lái)的二進(jìn)制為11000000（C0H），要改為00000011（03H），就能使數(shù)碼管正常顯示。

4.5 鍵盤(pán)接口的設(shè)計(jì)

由于按鍵只有5個(gè)，用普通按鈕接10K上拉電阻，用查詢法完成讀鍵功能。

5 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)

5.1 陽(yáng)歷程序設(shè)計(jì)

因?yàn)槭褂昧藭r(shí)鐘芯片DS1302，陽(yáng)歷程序只需從DS1302各寄存器中讀出年、周、月、日、[小]時(shí)、分、秒等數(shù)據(jù)，再處理即可。在首次對(duì)DS1302進(jìn)行操作之前，必須對(duì)它進(jìn)行初始化，然后從DS1302中讀出數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)處理后，送給顯示緩沖單元。陽(yáng)歷程序流程圖見(jiàn)圖5.1所示。

5.2 時(shí)間調(diào)整程序設(shè)計(jì)? ?

調(diào)整時(shí)間用5個(gè)調(diào)整按鈕，1個(gè)作為移位、控制用，2個(gè)作為加和減用，還有2個(gè)作為鬧鐘調(diào)整使用，分別定義為控制按鈕、加按鈕、減按鈕、鬧鐘加按紐、鬧鐘減按紐。在調(diào)整時(shí)間過(guò)程中，要調(diào)整的位與別的位應(yīng)該有區(qū)別。所以增加了閃爍功能，即調(diào)整的位一直在閃爍，直到調(diào)整下一位。閃爍原理就是，讓要調(diào)整的一位每隔一定時(shí)間熄滅一次，比如說(shuō)50ms。利用定時(shí)器計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到50ms溢出時(shí)，就送給該位熄滅符，在下一次溢出時(shí)，再送正常顯示的值，不斷交替，直到調(diào)整該位結(jié)束。此時(shí)送正常顯示值給該位，再進(jìn)入下一位調(diào)整閃爍程序。時(shí)間調(diào)整程序流程圖如圖5.2所示。

5.3 溫度程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等等。

5.3.1 主程序

主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。其程序流程圖見(jiàn)5.3。

5.3.2 讀出溫度子程序

主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。其程序流程圖如圖5.4所示。

5.3.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序

溫度轉(zhuǎn)換子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用1s顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如圖5.5所示。

? ?

5.3.4 計(jì)算溫度子程序

計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖5.6所示。

5.3.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序

顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖5.7所示。

６ 調(diào)試及性能分析

6.1 調(diào)試步驟

系統(tǒng)的調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。其中硬件調(diào)試主要是檢測(cè)硬件電路是否有短路、斷路、虛焊現(xiàn)象。時(shí)鐘和測(cè)溫部分的硬件電路很簡(jiǎn)單，DS1302通過(guò)3根線、DS18B20只通過(guò)1根線與單片機(jī)相連接，很容易檢測(cè)，主要是檢測(cè)引腳晶振和電源是否接好。另外可以通過(guò)軟件來(lái)調(diào)試硬件，如編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的顯示程序來(lái)測(cè)試顯示電路連接是否正確。接下來(lái)可進(jìn)行軟件調(diào)試，可以編寫(xiě)只含DS1302的計(jì)時(shí)和讀寫(xiě)程序、顯示程序，測(cè)試DS1302是否正常工作。最后調(diào)試日歷、時(shí)間、鬧鐘、報(bào)警和溫度程序。

6.2 性能分析

計(jì)時(shí)器最關(guān)鍵的是計(jì)時(shí)的精度。電子萬(wàn)年歷中DS1302上最好使用專(zhuān)用的晶振。經(jīng)測(cè)試制作的電子萬(wàn)年歷，誤差較大，設(shè)計(jì)可以通過(guò)換用標(biāo)準(zhǔn)晶振或用軟件進(jìn)行修正。

７ 總結(jié)

此次設(shè)計(jì)立足于電子技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，不斷實(shí)踐，開(kāi)拓了思維，設(shè)計(jì)以考查、調(diào)研、搜集資料、擬訂方案、進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、編程、仿真、調(diào)試的流程，使我深刻的體會(huì)到了在學(xué)習(xí)我們專(zhuān)業(yè)的過(guò)程中理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，同時(shí)也解決了以前學(xué)習(xí)比較模糊的專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)，使自己掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)更加結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化。

總之，本次設(shè)計(jì)在各位領(lǐng)導(dǎo)的精心安排與大力支持下；在指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)下；在各位同學(xué)和朋友的貼心幫助下解決了許多設(shè)計(jì)中的實(shí)際困難，我以最低的成本和最簡(jiǎn)單的方案設(shè)計(jì)出了功能強(qiáng)大的電子萬(wàn)年歷。