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1、漳州师范学院 简易万年历的设计 系 别： 物理与电子信息工程系 专 业： 电子信息科学与技术 2013年 6月 目录1. 设计任务51.1 设计任务51.2 设计要求62.设计方案62.1设计思路62.2方案比较与论证62.2.1 数码管显示模块62.2.2 温度传感器的选择62.2.3 时钟计时的选择72.3系统结构框图73.各功能模块设计83.1显示模块原理83.2 参数计算93.3 独立式按键模块93.4 时钟模块103.4.1 DS1302特性介绍103.4.2 DS1302引脚介绍103.4.3 DS1302有关日历、时间的寄存器103.4.4 DS1302控制字介绍113.4.5
2、DS1302单字节读写时序介绍113.4.6 DS1302操作指令介绍123.4.7 DS1302与单片机接口电路133.5 温测模块133.5.1 单总线介绍133.5.2 DS18B20特性介绍133.5.3 DS18B20管脚介绍143.5.4 DS18B20内部结构143.5.5 DS18B20温度转化示例143.5.6 DS18B20时序介绍153.5.7 DS18B20操作步骤163.5.8 DS18B20与单片机的接口电路173.6 总系统原理图174.软件设计184.1 I/O口分配184.2 按键扫描185.流程图195.1主程序流程图195.2 work0模块流程图195.
3、3 work1模块流程图205.4 work2模块流程图205.5 获取温度子程序流程图215.6 按键扫描225.7 中断服务子程序225.8 显示方式1225.9 初始化DS1302子程序流图235.10 温显模块子程序流图245.11 读取时间模块子程序流图246.程序代码256.1 主程序部分256.2 包含文件部分336.3 包含文件部分357.调试要点437.1 硬件调试437.2 软件调试437.3 结果分析及设计工作总结438.参考文献及附件438.1 参考文献438.2 元器件清单448.3 PCB版图448.4 实物图 正面458.5 实物图 背面45摘要：单片机就是微控制
4、器，是面向应用对象设计、突出控制功能的芯片。单片机接上晶振、复位电路和相应的接口电路，装载软件后就可以构成单片机应用系统。将它嵌入到形形色色的应用系统中，就构成了众多产品、设备的智能化核心。本设计就是应用单片机强大的控制功能制作而成的电子万年历，该电子万年历包括两大功能：可显示年、月、日、时、分；实时监测环境温度（具有超低温的报警功能，且报警的上下限值可由用户自定义设置）,。关键字：单片机，DS18B20，DS1302，共阳数码管. 1. 设计任务1.1 设计任务 利用单片机、时钟芯片DS1302、温度传感器DS18B20、数码管等 实现日期、时间、温度的显示，即一个简单的万年历。1.2 设计
5、要求1. 通过DS1302计时，时间可调并在数码管上显示出来。2. 通过DS18B20检测当前环境温度，精读为0.5。3. 具有超温报警功能2.设计方案2.1设计思路本设计由DS18B20作为温度检测的核心，检测一次当前温度所耗费的时间大约在100ms750ms之间，随着检测精度的增加，耗费时间在方位内逐渐增加，所以利用软件延时的方法来实现温检，并且具有超温和低温的报警功能，其温度报警的上下限值可根据用户喜好进行更改；时钟部分使用专用计时芯片DS1302，可精确显示年、月、日、时、分、秒；2.2方案比较与论证2.2.1 数码管显示模块方案一：单片机输出数据经译码芯片CD4511进行译码后直接驱
6、动数码管，数码管公共端接9012三极管扩流，并通过单片机I/O口控制三极管的选通，实现动态显示。方案二：有单片机的I/O口直接驱动数码管的段码，数码管的公共端接9012三极管，通过灌电流的方式点亮数码管，也需通过单片机I/O口控制三极管的选通，实现动态显示。由于所需I/O口由AT98S52可直接提供，无须因为I/O口不够而用CD4511来节省I/O口，方案二又较方案一更容易实惠，所以，我选择方案二。2.2.2 温度传感器的选择 方案一：采用热敏电阻作为检测温度的核心元件，由于热敏电阻会随温度变化而变化，进而其阻值发生变化，再经555振荡器变化的脉冲数传递给单片机进行处理。 方案二：采用数字式的
7、集成温度传感器DS18B20作为温度检测的核心元件，由其检测并直接输出数字温度信号给单片机进行处理。 对于方案一，采用热敏电阻作为温度检测元件，有价格便宜，元件易购的优点，但热敏电阻对温度的细微变化不太敏感，并且由于热敏电阻的R-T关系的非线性，其自身电阻对温度的变化存在较大误差，而且在人体所处环境温度变化过程中难以检测到小的温度变化。但作为本次设计虽已能满足基本要求，但为了更深入的学习，所以放弃该方案。 对于方案二，由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大转化等电路的误差因数，温度误差变得很小，并且由于其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有着本质的不同，使得其温
8、度分辨力极高。温度值在器件内部转化成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该温度传感器采用先进的单总线技术，与单片机的接口变得非常简洁，抗干扰能力强，虽然芯片原理复杂，但是可以对时序的理解更深入一步，所以选择此方案。2.2.3 时钟计时的选择 方案一：AT89S52单片机内部带有定时/计数功能，此定时功能是通过对外部晶振的脉冲进行计数，从而达到计时功能，只要使用11.0592的晶振就能实现零误差的计时，因此可以利用此功能实现计时，但因为只有单一的计时功能要实现“万年历”的功能需要较复杂的程序，而且如果单片机掉电无法继续进行计时，所以使用不便。方案二：DS1302是美国DALLAS公司推出的
9、一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。利用单片机强大的控制功能就可实现实时计时的功能，而且消耗的系统资源少，程序简单。综合上述两种方案，宜采用方案二实现实时计时功能。2.3系统结构框图 AT89S52单片机在模式键、设置键的控制下，由P0口输出数据，通 过P2.0
10、 、P2.1、P2.2、P2.3进行选通,用数码管显示信息。 系统框图：AT89S52键盘18B20DS1302晶振数码管蜂鸣器LED电源 图2-3系统总框图3.各功能模块设计 3.1显示模块原理 由单片机(AT89S52)的引脚P0口输出温度、时间等数据信息，通过片选信号P2.0 、P2.1、P2.2、P2.3就可在相应的数码管进行显示。当位选信号P2.0为低电平时，P1口送出数据也为低电平就点亮数码管，电流灌进单片机。多位LED显示，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制。而共阳极公共端分别接一个9012，由相应的I/O口线控制9012，实现各位数码管的
11、分时选通。段选码，位选码每送入一次后延时5MS，因人的视觉暂留时间为0.1S（100MS），所以每位显示的时间不能超过20MS，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个数码管总在亮。电路如（图3-1）所示。 由于采用的是共阳极数码管，所以要让段码点亮需把I/O口置0，例如：段码a到h对应的I/O口是P0.0到P0.7，则要让数码管显示0到9对应的16进值如图3-2所示图3-1显示电路hgfedcba16进制0110000000XC0H1111110010XF9H2101001000XA4H3101100000XB0H4100110010X99H5100100100X92H6100
12、000100X82H7111110000XF8H8100000000X80H9100100000X90Hc110001100XC6H-101111110XBFHL110001110XC7HH100010010X89H图3-2码表3.2 参数计算 由于I/O口高电平约等于5V,使用灌电流的方式驱动数码管，故选用PNP型三极管9012；数码管能正常工作的段电流为3mA-10 mA，压降为1.7V，三极管发射极和集电极的压降为0.3V，因此限流电阻的压 降为3.0V， 所以选用限流电阻的阻值R=470欧.3.3 独立式按键模块 独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用
13、一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型应用如（图3-3）所示。 独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，但本设计只用到四个按键，顾采用独立式按键电路。图3-3独立式按键电路3.4 时钟模块DS1302通过三根口线实现与单片机的通信，因DS1302功耗很小，即使电源掉电后通过3V的纽扣电池仍能维持DS1302精确走时。3.4.1 DS1302特性介绍 DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。3.4.2 DS1302引脚介绍 各引脚的功能为： 1、Vcc2：5V电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电， 当Vcc2 Vcc1时
