带温度计的万年历设计方案

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1、带温度计的万年历设计方案 1 1 绪论 随着电子技术的迅速发展 特别是随大规模集成电路出现 给人类生活带 来了根本性的改变 由其是单片机技术的应用产品已经走进了千家万户 其中 电子万年历就是一个典型的例子 而且在万年历的基础上还可以扩展其它的实 用功能 比如温度计 万年历是采用数字电路实现对 时 分 秒 数字显示的计时装置 广泛用 于个人家庭 车站 码头办公室等公共场所 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 而且大大地扩展了钟表原先的报时功能 诸如定时自动报警 按时

2、自动打铃 时间程序自动控制 定时广播 自动起闭路灯 定时开关烘箱 通断动力设备 甚至各种定时电气的自动启用等 但是所有这些 都是以钟表数字化为基础的 因此 研究万年历及扩大其应用 有着非常现实的意义 市场上有许多电子钟的专用芯片如 LM8363 LM8365 等 但它们功能单一 电路连接复杂 不便于调试制作 但是考虑到用单片机配合时钟芯片 可制成 功能任意的电子钟 而且可以做到硬件简单 成本低廉 所以本系统采用了以 广泛使用的单片机 AT89S52 技术为核心 配合时钟芯片 DS1302 软硬件结合 使硬件部分大为简化 提高了系统稳定性 并采用 LCD 显示电路 键盘电路 使人机交互简便易行

3、此外结合音乐闹铃电路 看门狗和供电电路 本方案设 计出的数字钟可以显示时间 设置闹铃功能之外 本文首先描述系统硬件工作原理 并附以系统结构框图加以说明 着重介 绍了本系统所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程 其次 详细阐述了程序的各个模块和实现过程 本设计以数字集成电路技术为基础 单片机技术为核心 本文编写的主导思想是软硬件相结合 以硬件为基础 来 进行各功能模块的编写 本设计中我重点研究实现了单片机 时钟芯片这种模式的万年历 从原理上 对单片机和时钟芯片有了深一步的认识 这些基本功能完成后 在软件基础上 实现时间显示 2 2 总体设计方案总体设计方案 2 1 设计思路 用 A

4、T89S52 处理产生内部时钟数据或者读取外部时钟数据和采集外部传感 器的信息进行处理 并暂时寄存在其内部的储存器中 再通过单片机调用内部 RAM 的数据并送到 LCD 或者 LED 数码管上显示出来 2 2 设计方案 方案 1 单片机一般的工作频率在 12MHz 左右 而且内部还有定时 计数 器 可以产生精确的 1S 定时 由次可以用定时中断的方式产生精确的 1S 时间 秒位不断的加 1 再设计分 时 星期 日 月 年之间的进制 使产生进位 本方案只需要单片机最小系统加上显示电路 再设计简单的程序算法就可以实 现 对于测温电路 可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应 在将随被 测温度变化的

5、电压或电流采集过来 进行 A D 转换后 就可以用单片机进行数 据的处理 在显示电路上 采用数码管就可以将年月日星期时分秒和室内温度 显示出来 方案 2 万年历时钟采用单片机控制 DS1302 实时时钟芯片 能达到走时准 确且掉电不丢失数据的 DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进 行通信仅需用到三个口线 1 RES 复位 2 I O 数据线 3 SCLK 串行时钟 温度计要灵敏反映室温的变化这样可采用单片机与数字式温度传感器 DS18B20 通讯 采集温度数字信号进行处理 DS18B20 通过一个单线接口发送或 接受信息 因此在单片机与 DS18B20 之间仅需一条连接 加上

6、地线 在显示电 路上 采用 16 2 的 LCD 显示 2 3 方案比较论证 对于方案 1 单片机虽然可以产生精确的秒信号 但是单片机在处理闰年 上会比较麻烦 加之一旦单片机断电后 所有的时间都要重新调整 对于测温 电路 采用热敏电阻的输出电压 温度特性 要加上 A D 转换 温度传感信息才 能被单片机所接受 这种设计需要用到 A D 转换电路 感温电路比较麻烦 在 显示电路上 采用 LED 数码的话要用到单片机的许多 I O 口 甚至 I O 不够用 还需要接上其它芯片大量扩展 I O 口 这是一个弊处 对于方案 2 单片机不用去产生时钟的数据 时钟的数据由 DS1302 独立产 生 并寄存

7、在其内部的寄存器上 单片机可以通过三总线与它通讯 不仅可以 对它进行读取实时时钟数据 还可以对它进行编程 设置它的工作模式 单片 机只是处理从 DS1302 读出来的数据并送显示 大大减少了单片机的负担 而且 DS1302 可以通过后备电池继续工作 内部的时钟还在走 下次启动后不用去调 整时钟 方便使用 基于同样的原理 DS18B20 也是一个独立的传感器 只要 单片机配置它的工作状态后它就可以独立工作 内部已经把模拟信号转换成数 字信号 并把数字信号储存在其内部的寄存中 同样 单片机通过单总线与它 通讯 可以处理 9 12 位的温度数字数据 在显示电路上 采用 16 2 LCD 液晶 显示器

8、 能容纳年月日星期时分秒温度等信息的显示 LCD 显示器只需占用 11 个 I O 口就可以工作了 不用其它扩展芯片 总体上使电路简单化 2 4 总体设计方框图 总体的方框图如图 2 1 所示 控制器采用单片机 AT89S52 温度传感器采用 DS18B20 用 16 2 的 LCD 液晶显示屏实现年 月 日 星期 时 分 秒 温 度的显示 图 2 1 总体设计方框图 AT89S52 主控制器 DS1302 时钟芯片 DS18B20 温度传感 复位按键 LCD 显示器 键盘 12MHz 晶振振荡 3 3 设计原理与分析设计原理与分析 3 1 硬件电路主要芯片的功能介绍 本次设计的万年历系统主要

9、包括单片机主控制器 温度传感器芯片 时钟芯 片 DS1302 芯片 16 2LCD 显示芯片 3 1 13 1 1 单片机主控制器单片机主控制器 AT89S52 是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造 与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程 亦适于常规编程器 在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超有效的解决方 案 AT89S52 具有以下标准功能 8k

10、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 1 1 AT89S52AT89S52的简介 AT89S52是一个低功耗 高性能CMOS 8位单片机 片内含8k Bytes ISP In s

11、ystem programmable 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器 器件采用 ATMEL公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准MCS 51指令系统及80C51 引脚结构 芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元 功能强大的 微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案 AT89S52具有如下特点 40个引脚 8k Bytes Flash片内程序存储器 256 bytes的随机存取数据存储器 RAM 32个外部双向输入 输出 I O 口 5个中 断优先级2层中断嵌套中断 2个16位可编程定时计数器 2个全双工串行通信口 看

12、门狗 WDT 电路 片内时钟振荡器 此外 AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式 空闲模式下 CPU暂停工作 而RAM定时计数器 串行口 外中断系统可继续工作 掉 电模式冻结振荡器而保存RAM的数据 停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件 复位 2 2 AT89S52AT89S52的内部结构图 AT89S52的内部结构图如图3 1所示 图3 1 AT89S52内部结构图 3 1 23 1 2 温度传感器芯片温度传感器芯片 1 1 单线温度传感器DS18B20DS18B20介绍 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能 温度传

13、感器 与传统的热敏电阻等测温元件相比 它能直接读出被测温度 并 且可根据实际要求通过简单的编程实现 9 12 位的数字值读数方式 DS18B20 的性能特点如下 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信 多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上 实现多点组网功能 无须外部器件 可通过数据线供电 电压范围为 3 0 5 5 零待机功耗 温度以 9 或 12 位数字 用户可定义报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度 温度报警条件 的器件 负电压特性 电源极性接反时 温度计不会因发热而烧毁 但不能正常 工作 DSl8B20 数字温度计提供 9 位 二进制 温度读数 指示器件的温度 信息

14、 经过单线接口送入 DSl8B20 或从 DSl8B20 送出 因此从主机 CPU 到 DSl8B20 仅 需一条线 和地线 DSl8B20 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源 因为每一个 DSl8B20 在出厂时已经给定了唯一的序号 因此任意多个 DSl8B20 可以存放在同一条单线总线上 这允许在许多不同的 地方放置温度敏感器件 DSl8B20 的测量范围从 55 摄 式度到 125 摄式度 增量值为 0 5 摄式度 可在 l s 典型值 内把温度变换成数字 每一个 DSl8B20 包括一个唯一的 64 位长的序号 该序号值存放在 DSl8B20 内部的 ROM 只读存贮器 中 开

15、始 8 位是产品类型编码 DSl8B20 编码均为 10H 接 着的 48 位是每个器件唯一的序号 最后 8 位是前面 56 位的 CRC 循环冗余校验 码 DSl8B20 中还有用于存储测得的温度值的两个 8 位存贮器 RAM 编号为 0 号和 1 号 1 号存贮器存放温度值的符号 如果温度为负 摄式度 则 1 号存贮器 8 位全为 1 否则全为 0 0 号存贮器用于存放温度值的补码 LSB 最低位 的 1 表示 0 5 摄式度 将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以 2 就得 到被测温度值 55 摄式度 125 摄式度 DSl8B20 的引脚如图 3 2 所示 每只 DS18B20

16、 都可以设置成两种供电方式 即数据总线供电方式和外部供电方式 采取数据总线供电方式可以节省一根导线 但完成温度测量的时间较长 采取 外部供电方式则多用一根导线 但测量速度较快 2 2 DS18B20DS18B20 的测温原理 器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小 用于产生固定频率 的脉冲信号送给减法计数器 1 高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改 变 所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入 器件中还有一个计数门 当 计数门打开时 DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而 完成温度测量 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定 每次测量前 首先将 55 所对应的一个基数分别置入减法计数器 1 温度寄存器中 计数 器 1 和温度寄存器被预置在 55 所对应的一个基数值 减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数 当减法计 图 3 2 DSl8B20 的引脚 图 数器 1 的预置值减到 0 时 温度寄存器的值将加 1 减法计数器 1 的预置将重 新被装入 减法计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数 如此循环直到减法计