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1、目录前言1第1章 方案的实现与设计方案21.1硬件概述及设计要求21.2 方案的选择和论证21.2.1 单片机芯片的选择方案和论证21.2.2 显示电路的选择方案和论证51.2.3 温度传感器的选择方案和论证51.2.4 时钟电路的选择方案和论证61.2.5 复位电路的选择方案和论证61.2.6 按键电路的选择方案和论证71.3 多功能时间显示控制装置设计最终方案决定7第2章 多功能时间显示控制装置的硬件系统设计82.1 多功能时间显示控制装置的主机电路设计82.1.1 系统控制芯片CPU（AT89C52 ）82.1.2 系统时钟电路设计102.1.3 温度采集模块设计132.1.4显示电路设
2、计132.1.5 复位电路设计142.2 电源设计152.3 按键控制模块设计15第3章 多功能时间显示控制装置的程序设计163.1 主控模块设计163.2 基本显示模块设计163.3 时间设定模块设计17第4章 系统的调试及结果184.1 测试仪器184.2 软件调试184.3 硬件调试194.4 调试结果19第5章 结论20参考文献21致谢22附录1：系统设计原理图23附录2：完整的C语言源程序清单24前言多功能时间显示控制装置已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛应用于个人家庭以及车站，码头，剧场，办公室等公共场所，给人们的生活，学习，工作，娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的
3、发展和采用了先进的石英技术，使多功能时间显示控制装置具有走时准确，性能稳定，携带方便等优点，它还用于计时，自动报时及自动控制等各个领域。近年来随着计算机在社会和生活领域中的应用范围越来越广泛，大规模集成电路的迅速发展，单片机的应用正在不断深入。由于它具有功能强，体积小，地功耗，价格便宜，工作可靠等特点，因此特别适用于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于智能化仪表，数据采集等各个领域，其中，单片机往往作为核心部件来使用。美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路DS13021)2。它可以对年，月，日，星期，时，分，秒进行计时，而且DS1302的使用寿命长，误差小。对于多功能
4、时间显示控制装置采用直观的数字显示，可以同时显示年，月，日，周日，时，分，秒和温度等信息。该电路采用AT89C52单片机作为核心，功耗小，能在3V的低压工作，电压可选用3-5V电压供电。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，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究多功能时间显示控制装置及扩大其应用，有着非常现实的意义。综上所述，此功能时间显示控制装置具有读取方便，显示直观，功能多样，电路简洁，成本低廉等诸多优点，符合
5、电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。 第1章 方案的实现与设计方案1.1硬件概述及设计要求本电路是由AT89C52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路有DS1302提供，它是一种高性能，低功耗，带RAM的实时时钟电路，它可以对年，月，日，星期，时，分，秒进行计时，工作电压为2.5V-5.5V。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内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器，可产生年，月，日，周日，时，分，秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；温度的
6、采集由DS18B20构成；显示部分由LCD液晶显示屏显示。图1-1为多功能时间显示控制装置的系统原理框图。单片机控制器显示模块时钟模块键盘模块温度采集模块图1-1 系统原理框图设计要求：具有年，月，日，星期，时，分，秒等功能；具有温度计功能；具备年，月，日，星期，时，分，秒控制校准功能。1.2 方案的选择和论证1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适应于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机是利用半导体集成技术将中央处理单元CPU和一定容量的数据存储器RAM，程序存储器ROM，定时/计数器T/C
7、，并行输入输出接口I/O和串行通信接口等多个功能部件集成在一块芯片上。由于MCS-513系列单片机具有体积小，功能全，价廉，面向控制，应用软件丰富，技术在不断更新，开发应用方便等优点，可以适应各个应用领域的不同需要，因而具有极强的竞争力和生命力，应用前景广阔。MCS-51系列单片机无论在片内RAM,ROM容量，种类和数量还是在系列扩展功能，指令系统功能等方面都有很大增强。单片机经过1,2,3代的发展，正朝着多功能，高性能，低电压，低功耗，低价格，大存储量，强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。其发展趋势不外乎一下几个方面：1.多功能单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成灾一块芯片上
8、，使得单片机可以实现更多的功能，比如A/D，PWM，PCA（可编程计数器阵列），WDT（监视定时器看家狗），高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。有的单片机针对某一应用领域，集成了相关的控制设备，以减少应用系统的芯片数量。2.高效率和高性能为了提高执行速度和执行效率，单片机开始使用RISC，流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提高；由于集成度的提高，单片机的寻址能力，片内ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。由于系统资源和系统复杂程度的增加，开始使用高级语言（如C语言）来开发单片机
9、的程序。使用高级语言可以降低开发难度，缩短开发周期，增强软件的可读性和可移植性，便于改进和扩充功能。3.低电压和低功效单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功效的特征十分重要。由于CMOS等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作（1.2V或0.9V），功耗已经降低到uA级。这些特性使得单片机系统可以再更小的电源的支持下工作更长的时间。4.低价格单片机应用面广，使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。目前，世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低产品的价格。下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点:1.家用电器领域用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路，使
10、家用电器（如洗衣机，空调，冰箱，微波炉，电视机等）功能更完善，更加智能化和易于使用。2.办公自动化领域单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备，如计算机的键盘，磁盘驱动，打印机，复印机，电话机和传真机等。3.商业应用领域商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似，但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等，都采用了单片机构成的专用系统。与通用计算机相比，这些系统由于比较封闭，可以更有效地防止病毒和电磁干扰等，可靠性更高。4.智能仪表与集成智能传感器目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代
11、替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器。它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理，使其成为数字信号，可以远距离传输并与计算机接口。5.现代交通与航空航天领域通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高，因此采用单片机系统更加重要。 方案一：采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，片内具有128B RAM存储空间和4KB ROM存储空间，能在3V的超低压工作，而且与MCS-51系列单片机完全兼
12、容，但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二：采用AT89C52芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，能以3V的超低压工作；同时比89C51具有更多的存储空间，AT89C52芯片内部存储器为8KB ROM存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术。当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏。1.2.2 显示电路的选择方案和论证方案一：采用的的方式用LED数码管显示测试
13、结果。LED显示时用发光二极管显示字段的显示器件，它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可以用来显示0-9，A-F及小数点。LED数码管有静态扫描和动态扫描两种驱动方式，静态驱动的工作原理是每一个LED显示器用一个I/O端口驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是耗电大，占用I/O端口也多，实际应用时增加了硬件的复杂性，显示位数多时很少采用。动态驱动与单片机连接时，虽然占用的单片机口线少，但是连接需要花费一点时间，所以也不用此种作为显示。方案二：采用点阵式数码管4显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合，如采用在
14、显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以也不用此种显示方法。方案三：采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见，省了很多麻烦，所以在此设计中采用LCD1602液晶显示屏。LCD1602为工业字符型液晶，显示容量很大，为162即32个字符；LCD1602芯片的工作电压为4.5-5.5V，芯片工作电流在5V工作电压的情况下芯片工作电流为2mA，模块的最佳工作电压为5V,显示字符的尺寸为2.954.35(WH)mm。此次设计采用此种显示方式。1.2.3 温度传感器的选择方案和论证方案一：使用热敏电阻作为传感器，用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利
15、用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。方案二：采用数字式温度传感器DS18B205)6，如图1-2所示。此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除A/D模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还是具有测量精度高，测量范围广等优点。图1-2 DS18B20温度采集芯片1.2.4 时钟电路的选择方案和论证方案一：直接采用单片机定时器提供秒信号，使用程序实现年，月，日，星期，时，分，秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本。但是，实现的时间误差较大，而且调节时不容易实现时间的准确调节。所以不采用此方案。方案二：采用DS1302时钟芯片实现时钟8，DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒，分，时，日，周，月，年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高，位的RAM作为数据暂存区，工作电压2.5V-5.5V范围内，2.5V时耗电小于300nA。故采用此种时钟方式。1.
