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1、武汉理工大学专业课程设计 2课程设计说明书 摘 要随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到生活、工作、科研等各个领域，已 经成为一种比较成熟的技术。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计和数字钟， 本数字温度计属于多功能温度计，可以任意设置温度的上下限报警功能，当温度不在设 定范围内时，可以报警；本数字钟可以同步显示时间日历，日期和时间都可通过按键校 整。本系统采用的 DS1302 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充 电功能。本系统显示部分 采用 LCD 液晶显示屏显示，可通过按键切换工作界面，工作 方便，外形美观。 关键词：单片机 AT89S52；时间同步；DS18B2
2、0；DS1302 Abstract With the era of progress and development, single-chip technology has spread to live, work, research and other fields, has become a relatively mature technology. This paper will introduce a single-chip microcomputer-based control of digital thermometer and digital clock, the digital
3、 thermometer are multi-purpose thermometer, you can arbitrarily set the upper and lower limits of temperature alarm function, when the temperature range is not set, it could be reported; the digital clock can synchronize the calendar shows the time, date and time can be through the whole school keys
4、. The system uses the DS1302 can provide programmable power-down to protect the charging function, and can turn off the charging function. Part of the system showed that the use of LCD liquid crystal display screen, can work through the key switch interface to facilitate the work of beautiful appear
5、ance. Key words: Single Chip AT89S52; Time Synchronization; DS18B20; DS1302武汉理工大学专业课程设计 2课程设计说明书 1 1 设计背景 随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它给人带 来的方便是不可否定的，其中数字温度计和数字钟就是一个典型的例子，但人们对它的 要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施就需要从单片机 技术入手，一切向着数字化、智能化控制的方向发展。 本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温 准确度高，其输出温度采用数字显示，
6、主要适用于对测温要求比较准确的场所或科研实 验室；本文所介绍的数字钟采用了低功耗实时时钟电路 DS1302，它可以对年、月、日、 周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。同时可为掉电保护电源提供 可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。 本系统选用低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器 AT89S52 作为控制核心，采用温 度传感器 DS18B20 准确测量温度，采用液晶显示屏 LCD1604 显示实时温度和同步的时间 日历。经过反复测试，本系统能准确完成各项功能。武汉理工大学专业课程设计 2课程设计说明书 2 2 方案论证 2.1系统总体设计方案论证 2.1.1方案一 采用热敏电
7、阻的感温效应测量温度，采用 LED 数码管显示实时温度和同步的时间日 历。本系统的测温电路可使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，将随被测温度变化 的电压值或电流值进行采集，经过 A/D 转换后用单片机进行数据处理，然后用 LED 数码 管将被测温度显示出来。这种设计方案需要用到 A/D 转换电路，其感温电路比较繁杂， 采用 LED 数码管显示时间日历至少需要 8位数码管，显示电路繁杂，能量损耗大。 2.1.2方案二 采用温度传感器 DS18B20 测量温度，采用 LCD 液晶显示屏显示实时温度和同步的时 间日历。本系统可考虑选用一只温度传感器 DS18B20，DS18B20 不仅可以很容易直
8、接读 取被测温度值进行显示，而且温度传感器 DS18B20 具有独特的一线接口，只需要一条口 线就可多点通信，无需外部元件，简化了分布式温度传感应用。本系统采用 液晶显 示屏 LCD1604 显示实时温度和同步的时间日历，电路简单，功耗低，显示信息量大， 显示质量高，显示界面美观、友好，可以很好的 满足设计要求。 综上所述，方案一的感温电路和显示电路设计繁杂，能量损耗大；方案二的设计电 路简单，显示界面美观、友好 ，并且软件设计也比较简单，所以本系统选用方案二实现 实时温度和同步的时间日历的显示功能。 2.2系统总体设计框图 数字温度计和数字钟电路的总体设计方框图如图 1所示。图 1 总体设计
9、方框图 主 控 制 器 LCD 显 示 温 度 传 感 器 单片机复 位 时钟振荡 掉电保护电路武汉理工大学专业课程设计 2课程设计说明书 3 本系统控制器采用单片机 AT89S52，温度传感器采用 DS18B20，采用 DS1302 实现 掉电充电功能，用液晶显示屏 LCD1604 显示实时温度和同步的时间日历。 2.2.1 主控制器 单片机 AT89S52 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足 电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统可用二节电池供电。 2.2.2 显示电路 显示电路采用液晶显示屏 LCD1604 进行显示，单片机从 P0 口传输温度和
10、时间数据 驱动 LCD1604 进行显示。LCD1604 的接口定义如表 1所示。 表 1 LCD1604 的接口定义 引脚号 标识 说明 PIN1 GND 接 0V PIN2 VCC 接 4.8V-5V PIN3 V0 对地接电阻 470-2K PIN4 RS RS=0，指令寄存器；RS=1，数据寄存器 PIN5 R/W R/W=0，写；R/W=1，读 PIN6 E 允许信号 PIN7 D0 数据 0 PIN8 D1 数据 1 PIN9 D2 数据 2 PIN10 D3 数据 3 PIN11 D4 数据 4 PIN12 D5 数据 5 PIN13 D6 数据 6 PIN14 D7 数据 7
11、PIN15 LED+ 背光正极，接 4.8V - 5V PIN16 LED- 背光负极，接 0VLCD1604 显示字符或汉字的原理如下。 ( 1 ) 线段的显示 点阵图形式液晶由M*N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每 8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16*8=128个点组成，屏上64*16个显示单元与 显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏 的第一行的亮暗由RAM区的00H00FH的16字节的内容决定，当(000)=FFH时，如屏的左 上角显示一条短亮线，长度为8个点；当(3FFH)=FFH时，则显示屏的右下角
12、显示一条短亮 线；当(000H)=FFH，(001H)=00H，(002H)=FFH，(003H)=00H，(00EH)=FFH，(00FH)武汉理工大学专业课程设计 2课程设计说明书 4 =00H时，则在屏的顶部显示一条由8段亮线和8段暗线组成的虚线。 ( 2 ) 字符的显示 用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6*8或8*8点阵组成，既要找到和 显示屏上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同的位为“1”，其它 的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮，这样就组成某个字符。但若内带字符发生器则可 工作在文本方式，根据行列号及每行的列数找出对应RAM地址，光标处送
13、上字符对应的 代码即可。 ( 3 ) 汉字的显示 汉字的显示一般采用图形方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码，每个汉 字占32B，分左右两半部，各占16B，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在LCD上开 始显示的行列号及每行的列数可找到显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉 字的一字节，光标位置加1，送第二字节，按行按列对齐，送第三字节直到32B显示 完就可在LCD上得到一个完整的汉字。 2.2.3温度传感器 温度传感器 DS18B20 是一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件 相比，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 912位的数字 值读数
14、方式。DS18B20 具有独特的单线接口，仅需一个端口引脚进行通信，并且多个 DS18B20 可并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；用户还可根据需要定义报警设置， 十分方便。 2.2.3.1 DS18B20 内部结构 DS18B20 采用 3脚 PR35 封装或 8脚 SOIC 封装，其内部结构框图如图 2所示。I/O C 64位 ROM 和 单线接口 高 速 缓 存 存储器控制逻辑辑 辑 温度传感器 高温触发器 TH 低温触发器 TL 配置寄存器 8位 CRC 发生器 Vdd武汉理工大学专业课程设计 2课程设计说明书 5 图 2 DS18B20 内部结构 温度报警触发器 TH 和 TL，可
15、通过软件写入户报警上下限。DS18B20 温度传感器的 内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性 1可电擦除的 EERAM。高速暂存 RAM 的结构为 8字节的存储器，结构如图 3所示。头 2个字节包含测得的温度信息，第 3和第 4字节 TH 和 TL 的拷贝是易失的，每次上电复位时被刷新。第 5个字节为配置寄 存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20 工作时寄存器中的分辨率 转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图 3所示。低 5位一直为 1，TM 是工 作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式，DS18B20 出厂时该位被设置 为 0
16、， R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 图 3 DS18B20 字节定义 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。单片机通过单线接口读出该数 据，读数据时低位在前，高位在后，数据格式以 0.0625LSB 形式表示。当符号位 S0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 S1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表 2是一部 分温度值对应的二进制温度数据。 表2 一部分温度对应值表 温度/ 二进制表示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H +10.125 0000 0000 1010 0001 00A2H +0.5 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000
