课程设计：基于单片机at89c51数字时钟设计说明书

课程设计：基于单片机at89c51数字时钟设计说明书内容摘要：

很大，主要用在对时间精度要求不高的场合；二是用专门的时钟芯片实现，在对时间精度要求很高的情况下，通常采用这种方法，典型的时钟芯片有： DS1302， DS12887， X1203 等都 可以满足高精度的要求。 本次设计采用 DS12887芯片 DS12887的性能特性 DS12887 为 DALLAS 公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有 114 字节的通用 RAM。 内藏锂电池，并与广泛应用的 DS128 MC146818B 脚对脚兼容。 本文从应用角度出发，概述了其功能特点、外部特性、内部结构及与微机芯片的接口应用。 DS12887 数据操作原理 时钟模块的数据连接 图 时钟模块的数据连接 键盘原理图 键盘 S1,S2,S3 分 别用做调时选择，上调按键，下调按键。 温度模块 多功能数字时钟拥有实时温度显示功能，由单片机将温度传感器数据控制输出由液晶显示。 本次设计采用温度传感器是 DS18B20. DS18B20的性能特性 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 测温范围 － 55℃ ～＋ 125℃ ，固有测温分辨率 ℃。 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个，如果数量过多， 会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温 工作电源 : 3~5V/DC 在使用中不需要任何外围元件 测量结果以 9~12 位数字量方式串行传送 不锈钢保护管直径 Φ6 适用于 DN15~25, DN40~DN250 各种介质工业管道和狭小空间设备测温 标准安装螺纹 M10X1, , G1/2” 任选 PVC 电缆直接出线或德式球型接线盒出线 ,便于与其它电器设备连接。 2：应用范围 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房 ，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。 供热 /制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制 DS18B20数据操作原理 DS18B20 的引脚功能图 引脚 引脚 符号 说明 5 1 GND 地 4 2 DQ 单线应用的输入、输出引脚 3 3 VDD 电源 图 DS18B20 的引脚功能 独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度 传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为 V至 V 无需备用电源 测量温度范围为 55℃至 +125℃。 温度传感器可编程的分辨率为 9~12位 温度转换为 12位数字格式最大值为 750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统 描述该 DS18B20 的数字温度计提供 9 至 12 位（可编程设备温度读数。 信息被发送到 /从 DS18B20 通过 1 线接口，所以中央微处理器与 DS18B20 只有一个一条口线连接。 为读写以及温度转换可以从数据线 本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个 DS18B20 的包含一个独特的序号，多个 ds18b20s 可以同时存在于一条总线。 这使得温度传感器放置在许多 不同的地方。 它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。 DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 该装置信号线高的时候，内部电容器 储存能量通由 1 线通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 DS18B20 的电源也可 以从外部 3V5 .5V 的电压得到。 DS18B20 采用一线通信接口。 因为一线通信接口，必须在先完成 ROM 设定，否则记忆和控制功能将无法使用。 主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）读 ROM， 2 ） ROM 匹配， 3 ）搜索 ROM， 4 ）跳过 ROM， 5 ）报警检查。 这些指令操作作用在没有一个器件的 64 位光刻ROM 序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。 若指令成功地使 DS18B20 完成温度测量，数据存储在 DS18B20 的存储器。 一个控制功能指挥指 示 DS18B20 的演出测温。 测量结果将被放置在 DS18B20 内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。 温度报警触发器 TH 和 TL 都有一字节 EEPROM 的数据。 如果 DS18B20 不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。 在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。 写 TH,TL 指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。 通过缓存器读寄存器。 所有数据的读，写都是从最低位开始。 DS18B20 有 4 个主要的数据部件： （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1）。 光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 （ 2） DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃ /LSB 形式表达，其中 S 为符 号。 温度模块的数据连接 在设计中，温度传感器 DS18B20 的数据端口 DQ 与单片机 89C51的。 单片机读取数据送入显示模块进行温度显示。 图 温度模块 及键盘接口模块 连接图 串行通信接口电路 MAX232 是电压转换芯片，将 TTL 电平转换成可以和电脑串口匹配的电压。 DB9 通过下载线缆与电脑连接， 可以 将程序下载到单片机上。 电源转换模 块 日常用到的都是 220V 的交流电源，所以，需要用变压器将其转换为线路设计中所用到的直流电源。 此转换后的直流电源为 +12V,而线路设计中许多芯片所用到的电压为 +5V,因此 ,还需有 12V 到 5V 的转换电路。 此转换采用 7805（三端稳压器）来完成，转换图如下： 图 7805 电压转换电路 当 Vin5V 时， Vout端可得到稳定的 5V 电压。 系统 原理图 本章小结 本章通过对设计思想的介绍，分别对主控制模块、显示模块、时钟模块、温度模块以及电源转换模块的设计原理进行分析阐述。 对各模块所需的芯片、元器件进行介绍。 3 软件设计部分 本次设计用 Keil 编程软件进行软件设计。 Keil 软件是目前最流行 的 开发系列单 片机软件，近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和仿真调试器在内的完整开发方案，通过集成开发环境将这些部分组合在一起。 Keil 支持汇编语言和 C 语言的程序设计， 易学易用。 时钟 程序的设计 对时钟芯片的操作主要包括 2个方面 :一是将芯片中的日期等数据读出来 ,二是在进行日期等设置时将设置的数据写入芯片 ,这也是按键处理时的主要内容。 无论是读数据还是写数据 ,都要满足 DS12887 对时序的要求。 而对芯片各个数据部分的访问是通过地址进行的 ,且读和写的地址不一样。 读 出的数据同样要转为ASC II 码 ,然后储存起来 ,等待送去显示。 其流程图如下图所示： 温 度采集流程 系统程序的设计主要包括 C 程序主函数、 DS18B20 复位函数、 DS18B20 写字节函数、DS18B20 读字节函数、温度计算转换函数和显示函数等 ,系统主程序设计流程图如图 所初始化 读日期数据 数据处理 将设置的数据写入芯片 转为 ASCII 送去显示 示。 温度采集模块流程图 液晶程序模块 时钟需显示时间、温度。 以上两个模块都需将数值送显示模块。 液晶的一般初始化过程： 延时 15mS 写指令 38H（不检测忙信号） 延时 5mS 写指令 38H（不检测忙信号） 延时 5mS 写指令 38H（不检测忙信号） 以后每次写指令、读 /写数据操作均需要检测忙信号 写指令 38H：显示模式设置 写指令 08H：显示关闭 写指令 01H：显示清屏 写指令 06H：显示光标移动设置 写指令 0CH：显示开及光标设置 void en_toggle() { en=0。 //_nop_()。 delay()。 en=1。 delay()。 // _nop_()。 en=0。 } //液晶延时 本章小结 本章介绍了本次设计的软件部 分的设计思想，即时钟程序与温度转换显示程序。 4 总结 本设计 能够准确显示时间（显示格式为时时：分分：秒秒， 24 小时制），可随时进行时间调整，具有闹钟时间设置、闹钟开 /关、止闹功能，能够对时钟所在的环境温度进行测量并显示。 设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。 基于单片机的数字时钟系统具有显示准确、直观、易于调整等特点， 单片机所被占用的 I/O 口不多，因此系统具有一定的可扩展性。 电子时代已经到来。 做为新时代的我们，更应该提高自身能力，适应新时代 的发展。 知识来自实践，多去生活中探询所需要的。 对于上述所提到的研究课题，我们应尽量考虑到人的因素，增强时钟的实用性和操作性，为使用者提供切实的方便，营造一种舒适的生活氛围。 所以，在设计的时候，应该从多方面、多角度去考虑问题，而且应该进一步提高时钟的质量。 参考文献 [1] 刘建英 .基于单片机的时钟设计 [J].内蒙古石油化工， 2020， 1. [2]余永权 .ATMEL89 系列单片机应用技术，北京航空航天大学出版社， 2020 [3]李广弟等 .。