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1、目录1前言12 总体方案设计22.1方案比较22.2方案论证和方案选择33 硬件接口设计43.1各硬件功能介绍及电路设计43.1.1 DS18B20温度传感器43.1.2串口通信电路43.1.3按键电路53.1.4 LED显示电路63.1.5 单片机STC89C5263.1.6 IIC的存储电路73.2电路参数的计算及元器件的选择83.3特殊器件的介绍83.3.1 DS18B20芯片介绍83.3.2 STC89C52单片机介绍93.3.3 24C02存储器介绍104 软件设计124.1软件设计原理及设计所用工具124.2 软件设计流程图124.3 keilc与protel简介135 系统调试1
2、45.1 系统硬件调试145.2 系统软件调试146 系统功能、指标参数157 结论188 总结与体会199参考文献20附录一21附录二241前言本次课程设计是为了锻炼我们的动手能力，加强对硬件电路的设计、制作能力，巩固以往所学的模电、数电等电路理论知识，从实践操作中，掌握电子产品的常规设计开发流程，提升对电子产品系统规划的整体认知，由实验室课题制作的理解转化为公司化产品开发流程的实际操作。本设计为带温度的数字钟，在日常生产生活中应用广泛，作为基础性功能产品，带温度的数字钟在农业大棚、工业流水线、环境监测设备、仓储等方面发挥着重要作用，国外带温度检测报警的智能化系统具备相当先进的发展水平，我国
3、的同类系统也在飞速发展中，并逐渐深入各行各业，渗透到各种产品体系中，为电子工业发展提供重要助力。现在是一个知识爆炸的新时代，在这快速发展的年代，时间对人们来说是越来越宝贵，在快节奏的生活时，人们往往忘记了时间，一旦遇到重要的事情而忘记了时间，这将会带来很大的损失。因此我们需要一个定时系统来提醒这些忙碌的人。数字化的钟表给人们带来了极大的方便。 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计时实现计时功能，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
4、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。高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器，由于电子钟，石英表，石英钟都采用了石英晶振技术，因此走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常调校。数字式电子钟用集成电路计时和译码，代替了传统时钟的“机械式传动”装置，用 LED 数码管或液晶显示器代替传统的指针式显示器，减小了计时误差，这种表具有时，分，秒显示时间的功能，还可以进行时和分的校对，具有简单、方便的校时功能。近年来，随着科技的发展和社会的进步，人们对计时器的要求也越来越高，多功能计时器不论在性能还是在样式上都发生了质的变化，为人们的生活带来便利。2 总体方案设计
5、2.1方案比较方案一： 图2.1 基于LCD的设计框图该方案是用LCD进行显示的，内部包括了时钟电路，电源电路，温度检测等，核心是单片机，运用keilc进行编程。报警电路用的是二极管代替的，按键设置能够自由的设计门限值。方案二：图2.2 基于LED的设计框图方案二运用的LED灯作为显示部分，其他的和方案一相同。2.2方案论证和方案选择LED是发光二极管属于二极管的一种,lcd是液晶显示屏,两者相差太多.但是用LED的点阵也能组成显示器,适用于户外大屏幕显示,分辨率较低。LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为1:10
6、，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达160的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，也可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号，多幅显示屏还可以进行联网播出。有机LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。利用LED技术，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器，拥有广泛的应用前景。所以综合考虑，我们选择用基于LED的方案一更为合适。设计直接用单片机编程，用硬件电路搭建方便，通过STC89C52单片机编写程序，将预定功能一一实现。这样可以大大简化系统结构，降低材料的成本。提高系
7、统的先进性和可靠性，能实现控制器的系统编程。3 硬件接口设计3.1各硬件功能介绍及电路设计3.1.1 DS18B20温度传感器 DS18B20的核心功能是它的直接读数字的温度传感器，温度传感器的精度为用户的可编程的9，10，12位，分别为0.5，0.25，0.125和0.0625度增量递增，在上电状态下默认的精度为12位。DS18B20上电后保持低电耗的默认状态。图3.1 温度传感器电路图3.1.2串口通信电路RS232串口通信通过CPU发送控制信号控制RS232的发送和接受。串口的工作方式有：方式0 (00)：同步移位寄存器方式（用于扩展I/O）方式1(01):8位异步收发，波特率可变（由定
8、时器控制）方式2(10):9位异步收发，波特率为Fosc/64或Fosc/32方式3(11):9位异步收发，波特率可变（由定时器控制）RS-232下载电路主要有串口和MAX232构成。J1_1为串口接口，一端连接MAX232，另一端通过串口线和电脑连接。J1为下载接口，通过杜邦线可以与单片机的TXD和RXD相连接。图3.2 串口通信电路3.1.3按键电路键盘分为编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的键盘称为非编码键盘，在单片机组成的各种系统中，用得较多的是非编码键盘。非编码键盘又分为独立键盘和行列式
9、键盘。在本设计中定义了8个按键，其功能如下：S2: 确定 S6：设置当前时间S3：设置闹钟 S7：设置报警温度S4：加 S8：减S5：左移 S9：右移 图3.3 按键电路图3.1.4 LED显示电路对于数码显示管单元，我们选用的是七段数码显示管，七段数码显示管有共阴极和共阳极两种，显示器接口按驱动方式可分为静态显示和动态显示两种方式。静态显示的优点是显示稳定，亮度高；缺点是占用硬件电路（如I/O口、驱动器等）多。动态显示的优点是节省硬件电路；缺点是采用软件扫描时占用CPU时间多，当显示位数较多时，显示器亮度将受到影响。此系统我们采用的是7段共阳数码显示管、动态显示的工作情况。在该电路中，P0口
10、作为8个数码管的使能端，P2口作为8个数码管的数据端，通过动态扫描，让数码管显示我们需要的内容。图3.4 LED显示电路图3.1.5 单片机STC89C52STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞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。图3.5 单片机最小系统图在本设计中，单片机是核心，通过软件编程，让单片机控制下面的子模块，从而实现预定功能。P0口用作
11、数码管的使能端，P2口用作数码管的数据端，P1口与P3口的一部分用作按键扫描与24C02的端口。在本设计中还使用了中断。3.1.6 IIC的存储电路I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。IIC总线的特点有：二线制，支持多主控，位速率100 Kbit/s到3.4M kbit/s。连接到相同数量的IIC上面。 在本设计中，24C02用于存储闹钟时间与报警温度。图3.6 IIC的电路图3.2电路参数的计算及元器件的选择 本次设计用到了的元件有STC89C52
12、单片机，DS18B20温度传感器，LED数码管，24C02存储器， RS232串口以及各种按钮，电阻，电容。电路的参数在买元件之前预先计算好。3.3特殊器件的介绍3.3.1 DS18B20芯片介绍 DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡
13、率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。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，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，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，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图3.7 DS18B20的实物图图3.8 DS18B20内部结构图3.3.2 STC89C52单片机介绍 C52是由宏晶公司推出的新一代高速
14、，低功耗，超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片机，12个时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择。其主要特性如下：与MCS-51 兼容 8K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 512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3.9 C52单片机实物图图3.10 C52单片机引脚图3.3.3 24C02存储器介绍24C02是串行E2PROM存储器，是基于I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。(1).宽范围的工作电压1.8v5.5v (2).低电压技术： (3).储存器组织结构 (4).2线串行接口，完全兼容I2C总线 (5).施密特触发输入噪声抑制 (6).硬件数据写保护 (7).内部与周期（最大5ms） (8).自动递增地址 (9).可按照字节写 (10).esd保护大于2.5kV (11).高可靠性： 擦写寿命：100万次 数据保持时间：100年 (12).无铅工艺，符合RoHS标准图3.11 24C02引脚图4 软件设计
