任務(wù)書題目基于51單片機(jī)和8279芯片的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)時(shí)間安排目的通過單片機(jī)原理與應(yīng)用這門課的課程設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)能對MCS51單片機(jī)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，掌握以MCS51單片機(jī)為核心的電子電路的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技術(shù)。1進(jìn)一步掌握8279鍵盤顯示電路的編程方法。2進(jìn)一步掌握定時(shí)器的使用和編程方法。3進(jìn)一步掌握中斷處理程序的編程方法。要求（1）利用AT89C51作為主控器組成一個(gè)電子鐘并具有鬧鐘功能。（2）利用8位LED用于顯示當(dāng)前時(shí)間。（3）利用8279芯片進(jìn)行鍵盤和LED的管理和顯示。（4）發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，實(shí)現(xiàn)盡可能多的功能?？傮w方案實(shí)現(xiàn)用AT89C51作為主控制器，并采用8279作為輔助芯片，控制鍵盤、LED數(shù)碼管等的操作和顯示。指導(dǎo)教師評(píng)語評(píng)分等級(jí)（）指導(dǎo)教師簽名目錄一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案規(guī)劃與選定3二、系統(tǒng)硬件功能及參數(shù)簡介421AT89C51單片機(jī)簡介422AT89C51單片機(jī)的引腳說明523LED簡介7248279基本原理說明1025DS1302介紹及基本原理說明1326DS18B20介紹及基本工作方式說明17三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)1931PROTEUS仿真接線圖1932分塊硬件電路射界204、軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程2541程序設(shè)計(jì)簡述2542系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)26五、系統(tǒng)的調(diào)試過程2751程序性問題及解決2752調(diào)試過程出現(xiàn)問題及解決27六、新增功能及實(shí)現(xiàn)方法2961新增功能2962實(shí)現(xiàn)方法297、小節(jié)與體會(huì)31參考文獻(xiàn)33附錄34硬件連接圖34程序清單36一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案規(guī)劃與選定首先，我們對于整個(gè)系統(tǒng)做了總體的規(guī)劃，大致列了一下我們設(shè)想中的一些附加功能。由于附加功能較多，我們最終決定，先實(shí)現(xiàn)基本功能，然后在基本功能的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，逐步加入我們設(shè)想的拓展功能。其次，是編程語言的選擇，我們學(xué)習(xí)過的編程語言有兩種C語言與匯編語言。經(jīng)過比較后決定使用C51編程，因?yàn)镃語言結(jié)構(gòu)整齊，各個(gè)子函數(shù)可以獨(dú)立來寫，思路更加清晰顯得簡單，所以選用C語言來進(jìn)行編程。同時(shí)，利用C語言進(jìn)行編程也有利于我們后續(xù)對系統(tǒng)的改進(jìn)，也就是增加輔助功能，只要利用子函數(shù)實(shí)現(xiàn)就行，并且可以獨(dú)立于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，可以單獨(dú)對子函數(shù)進(jìn)行測試。對于所設(shè)想的附加功能，我們首先進(jìn)行相關(guān)資料的查詢，然后可以對子函數(shù)進(jìn)行編寫，并進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)試。可以說，使用C語言編程在軟件方面增加了我們系統(tǒng)的可拓展性。最后，是有關(guān)硬件的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)基本功能，我們對8979芯片以及DS1302芯片進(jìn)行了仔細(xì)的學(xué)習(xí)，從網(wǎng)上查閱了不少資料。對于電路圖的設(shè)計(jì)，我們也是按照老師的要求，先實(shí)現(xiàn)按照實(shí)現(xiàn)基本功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照課本進(jìn)行電路圖的鏈接，同時(shí)查閱了關(guān)于8279芯片的使用說明書?；倦娐穲D設(shè)計(jì)完成之后，便查閱有關(guān)資料，對我們設(shè)想的附加功能所用到的DS1302時(shí)鐘芯片和DS18B20溫度傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)了解硬件的連接和測試過程。而且由于一開始對軟件的使用不熟練，在頁面的排版布局上也沒有計(jì)劃，最終顯得整個(gè)電路硬件仿真連接圖較亂，最后有進(jìn)行了重新整理和布局，并配上詳細(xì)說明，是的整體看起來協(xié)調(diào)、美觀。二、系統(tǒng)硬件功能及參數(shù)簡介21AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，AT89C51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件（1）一個(gè)8位CPU；（2）一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路；（3）4K字節(jié)ROM程序存儲(chǔ)器；（4）128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（5）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（6）可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K外部程序存儲(chǔ)器空間的控制電路；（7）32條可編程的I/O線（四個(gè)8位并行I/O端口）；（8）一個(gè)可編程全雙工串行口；（9）具有五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部機(jī)構(gòu)框圖如圖21所示圖21MCS51單片機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)框圖22AT89C51單片機(jī)的引腳說明AT89C51單片機(jī)采用40條引腳雙列直插式器件，引腳除5V（40腳）和電源地（20腳）外，其功能分為時(shí)鐘電路、控制信號(hào)、輸入/輸出三大部分，邏輯框圖及引腳圖分別如圖22（A）（B）所示AB圖22AT89C51單片機(jī)邏輯圖與引腳圖AT89C51單片機(jī)的管腳說明如下（1）VCC供電電壓（2）GND接地（3）時(shí)鐘電路XTAL1（19腳）芯片內(nèi)部振蕩電路（單級(jí)反相放大器）輸入端。XTAL2（18腳）芯片內(nèi)部振蕩電路（單級(jí)反相放大器）輸出端。（4）控制信號(hào)RST（9腳）復(fù)位信號(hào)時(shí)鐘電路工作后，在此引腳上將出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，芯片內(nèi)部進(jìn)行初始復(fù)位，P0口P3口輸出高電平，將初值07H寫入堆棧指針。ALE（30腳）地址鎖存信號(hào)當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口輸出的低8位地址由ALE輸出的控制信號(hào)鎖存到片外地址鎖存器，P0口輸出地址低8位后，又能與片外存儲(chǔ)器之間傳送信息。另外，ALE可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門。（29腳）片外程序存儲(chǔ)器讀選通低電平有效，PSENPSEN作為程序存儲(chǔ)器的讀信號(hào)，輸出負(fù)脈沖，將相應(yīng)的存儲(chǔ)單元的指令讀出并送到P0口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門。PSEN/VPP30腳）當(dāng)為高電平且PC值小于0FFFH時(shí)，CPUEAA執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器程序；當(dāng)為低電平時(shí)，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器程序。23LED簡介LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖23A是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路圖，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將“B“和“C“段接上正電源，其它端接地或懸空，那么“B“和“C“段發(fā)光，此時(shí)，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將“A“、“B“、“D“、“E“和“G“段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示“2”。其它數(shù)字的顯示原理與此類同。LED的7段數(shù)碼管利用單只LED組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來顯示出09的數(shù)字。在這次的設(shè)計(jì)中采用的均是共陰極的LED顯示，當(dāng)I/O口輸出為高電平的時(shí)候，對應(yīng)段就被點(diǎn)亮。LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖如圖23B所示。（A）B圖23LED分類結(jié)構(gòu)圖和結(jié)構(gòu)圖這次設(shè)計(jì)的顯示部分采用AT89C51單片機(jī)動(dòng)態(tài)掃描完成，在多數(shù)的應(yīng)用場合中，我們并不希望使用多I/O端口的單片機(jī)，原則上是使用盡量少引腳的器件。在沒有富余端口的情況下，應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)程序和擴(kuò)展電路達(dá)到預(yù)期的目的。動(dòng)態(tài)掃描的頻率有一定的要求，頻率太低，LED將出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。如頻率太高，由于每個(gè)LED點(diǎn)亮的時(shí)間太短，LED的亮度太低，肉眼無法看清，所以一般均取幾個(gè)MS左右為宜，這就要求在編寫程序時(shí)，選通某一位LED使其點(diǎn)亮并保持一定的時(shí)間，程序上常采用的是調(diào)用延時(shí)子程序。LED顯示電路1靜態(tài)顯示電路LDE顯示器工作在靜態(tài)顯示時(shí)，其公共陽極或陰極接VCC或GND，一直處于顯示有效狀態(tài)，所以每一位的顯示內(nèi)容必須由鎖存器加以鎖存，顯示各位相互獨(dú)立。2動(dòng)態(tài)顯示電路將所有位的段選線的同名端聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多位復(fù)用。而各位的公共陽極或公共陰極則分別由相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通，即同一時(shí)刻只有被選通位是能顯示相應(yīng)的字符，而其他所有位都是熄滅的。由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短，則會(huì)造成多位同時(shí)點(diǎn)亮的假象。這就需要單片機(jī)不斷地對顯示進(jìn)行控制，CPU需要不斷地進(jìn)行顯示刷新，動(dòng)態(tài)顯示電路參見圖24，圖24中是擴(kuò)展了五位的LED數(shù)碼管顯示，用一個(gè)74LS04作為五個(gè)LED的段選輸入，采用動(dòng)態(tài)顯示的方式連接。類似地，16位的LED數(shù)碼管顯示也可以用這種方法來實(shí)現(xiàn)。圖24五位LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示248279基本原理說明8279顯示部分按掃描的方式工作，可以顯示8或16位LED顯示塊。8279電路工作原理1I/O控制及數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器是雙向緩沖器，連接內(nèi)、外總線，用于傳送CPU和8279之間的命令或數(shù)據(jù)；I/O控制線是CPU對8279進(jìn)行控制的引線。CS是8279的片選信號(hào)，CS0時(shí)，8279才被允許讀出或?qū)懭胄畔?。WR、RD為來自CPU的控制信號(hào)。A0用于區(qū)別信息特性A01時(shí)，表示數(shù)據(jù)緩沖器輸入為指令、輸出為狀態(tài)字；A0時(shí)，輸入、輸出皆為數(shù)據(jù)。2控制與定時(shí)寄存器及定時(shí)控制控制與定時(shí)寄存器用來寄存鍵盤及顯示的工作方式，以及由CPU編程的其它操作方式。這些寄存器一旦接受并鎖存送來的命令，就通過譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，從而完成相應(yīng)的控制功能。定時(shí)控制包含基本記數(shù)鍵。首級(jí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程的N級(jí)計(jì)數(shù)器。N可以231之間由軟件編程，以便從外界時(shí)鐘CLK分頻得到內(nèi)部所需要的100KHZ時(shí)鐘。然后再經(jīng)過分頻為鍵盤掃描提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示掃描時(shí)間。3掃描計(jì)數(shù)器掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式。按編碼方式工作時(shí)，計(jì)數(shù)器作二進(jìn)制記數(shù)。4位記數(shù)狀態(tài)從掃描線SL0SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后，為鍵盤和顯示器提供掃描線；按譯碼方式工作時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的最低二位被譯碼后，從SL0SL3輸出。因此，SL0SL3提供了4中取1的掃描譯碼。4回復(fù)緩沖器、鍵盤去抖及控制來自RL0RL3的8根回復(fù)線的回復(fù)信號(hào)，由回復(fù)緩沖器緩沖并鎖存。在鍵盤工作方式中，回復(fù)線作為行列式鍵盤的行列輸入線。在逐行列輸入時(shí)，在逐行列掃描時(shí)，回復(fù)線用來搜索每一行列中閉合的鍵。當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，去抖電路被置位，延時(shí)等待10MS后，再檢驗(yàn)該鍵是否繼續(xù)閉和，并將該鍵的地址和附加的移位、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)被送入8279內(nèi)部FIFO（先進(jìn)先出）存儲(chǔ)器。鍵盤數(shù)據(jù)格式如下D7D6D5D4D3D2D1D0控制移位掃描回復(fù)控制和移位（D6、D7）的狀態(tài)由兩個(gè)獨(dú)立的附加開關(guān)決定，而掃描（D5、D4、D3）和回復(fù)（D2、D1、D0）則是被按鍵置位的數(shù)據(jù)。D5、D4、D3來自動(dòng)掃描計(jì)數(shù)器，是按下鍵的行列編碼，而（D7D7D7）則來自行/列計(jì)數(shù)器，它們是根據(jù)回復(fù)信號(hào)而確定的行/列編碼。在傳感器開關(guān)狀態(tài)矩陣方式中，回復(fù)線的內(nèi)容直接被送往和相應(yīng)的傳感器RAM（即FIFO存儲(chǔ)器）。在選通輸入方式中，回復(fù)線的內(nèi)容在CNTL/STB線的脈沖上升沿被送入FIFO存儲(chǔ)5FIFO/傳感器及其狀態(tài)寄存器FIFO/傳感器RAM是一個(gè)雙重功能的88RAM。在鍵盤或選通方式工作時(shí)，它是FIFO存儲(chǔ)器，其輸入或讀出遵循先入先出的原則。FIFO狀態(tài)寄存器用于存放FIFO的工作狀態(tài)。例如，RAM是滿還是空；其中存有多少數(shù)據(jù)；是否操作出錯(cuò)等。當(dāng)FIFO存儲(chǔ)器不空，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生IRQ1信號(hào)向CPU申請中斷。在傳感器矩陣方式工作時(shí)，這個(gè)存儲(chǔ)器以是傳感器不是存儲(chǔ)器。它存放著傳感器矩陣中的每一個(gè)傳感器狀態(tài)。在此方式中，若檢索出傳感器的變化，IRQ信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，向CPU申請中斷。6顯示RAM和顯示地址寄存器顯示RAM用來存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)。容量為168位。在顯示過程中，存儲(chǔ)的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出。顯示寄存器分別為A、B兩組，OUTA03和OUTB03可以單獨(dú)送數(shù)，也可以組成一個(gè)8位的字。顯示寄存器的輸出與顯示掃描配合，不斷從顯示RAM中讀出顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)輪流驅(qū)動(dòng)被選中的顯示器件，以達(dá)到多路復(fù)用的目的，使顯示器件呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。顯示地址寄存器用來寄存由CPU進(jìn)行讀/寫顯示RAM的地址，它可以由命令設(shè)定，也可以設(shè)置成每次讀寫或?qū)懭胫笞詣?dòng)遞減。25DS1302介紹及基本原理說明251主要功能DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為25V55V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。特性實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可對秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)用于高速數(shù)據(jù)暫存的318RAM2引腳的串行I/O2555V滿度工作范圍用于時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)讀寫的單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送雙電源引腳可選慢速充電至VCC1252內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能DS1302內(nèi)部主要包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘（REALTIMECLOCK）、輸入移位寄存器（INPUTSHIFTREGISTERS）、31字節(jié)靜態(tài)RAM、電源控制部分（POWERCONTROL）、命令控制邏輯（COMMANDANDCONTROLLOGIC）、振蕩器和分頻器（OSCILLATORANDDIVIDER）等部分。DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖25所示。圖25DS1302內(nèi)部結(jié)構(gòu)26DS1302引腳排列DS1302具有8腳DIP引腳排列如圖26所示。VCC1后備電源，在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行；當(dāng)VCC2大于VCC102V時(shí)，VCC2給DS1302供電。VCC2主電源，當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。X1、X2振蕩源，外接32768HZ晶振。GND接地端SCLK串行時(shí)鐘輸入端I/O串行數(shù)據(jù)輸入輸出端雙向。RST復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。253工作原理DS1302工作時(shí)為了對任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳（RST）置為高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時(shí)鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8位指定訪問地址。命令字裝入移位寄存器后，在之后的時(shí)鐘周期，讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，寫操作時(shí)輸入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為88（8位地址8位數(shù)據(jù)），在多字節(jié)方式下最多可達(dá)8248。254控制字節(jié)及寄存器DS1302的一次數(shù)據(jù)傳送是從發(fā)送控制字節(jié)開始的。控制字節(jié)的最高有效位位7必須是邏輯1，如果該位為0，則無法把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中；位6表示要讀寫的數(shù)據(jù)類型，為0表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1指示要操作單元的地址；最低有效位位0表示命令類型，為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示要進(jìn)行讀操作。控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。其控制字節(jié)格式如圖27所示。圖27控制字節(jié)格式255時(shí)鐘/日歷存儲(chǔ)區(qū)（時(shí)分秒）256數(shù)據(jù)的傳送向DS1302寫入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)在控制字節(jié)輸入后的下一個(gè)SCLK周期的上升沿被寫入，多余的SCLK將被忽略。數(shù)據(jù)寫入時(shí)從低位位0開始；同樣，從DS1302讀取數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)在緊跟控制字節(jié)后的下一個(gè)SCLK的下降沿讀出，讀出數(shù)據(jù)時(shí)也是從低位0位到高位7位，只要RST保持高電平，額外的SCLK將導(dǎo)致數(shù)據(jù)字節(jié)的持續(xù)讀出，這個(gè)特性用于實(shí)現(xiàn)該芯片的突發(fā)讀模式。對DS1302的每一次讀寫需16個(gè)時(shí)鐘脈沖,前8個(gè)脈沖輸入操作地址和讀寫命令，后8個(gè)脈沖寫入或讀出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送時(shí)序如圖28。圖28數(shù)據(jù)讀寫時(shí)序圖26DS18B20介紹及基本工作方式說明DS18B20總體介紹DS18B20溫度傳感器是美國達(dá)拉斯DALLAS半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。本設(shè)計(jì)中溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因（1）系統(tǒng)的特性測溫范圍為55128，測溫精度為士05；溫度轉(zhuǎn)換精度912位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進(jìn)制數(shù)碼的方式串行輸出；12位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為750MS；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。（2）系統(tǒng)成本由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強(qiáng)大，體積越來越小，而價(jià)格也越來越低。一支DS18B20的體積與普通三極管相差無幾，價(jià)格只有十元人民幣左右。（3）系統(tǒng)復(fù)雜度由于DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時(shí)僅需占用1個(gè)I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個(gè)DS18B20，測溫時(shí)無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量。（4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調(diào)試DS18B20的復(fù)位時(shí)序圖由上位機(jī)拉低總線480960US的時(shí)間然后拉高總線，等待1560US的時(shí)間，如果在總線上有DS18B20這個(gè)器件，并且將總線拉低60240US的話，就證明該器件復(fù)位成功，已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接受數(shù)據(jù)了。圖29復(fù)位時(shí)序圖DS18B20的寫時(shí)序圖DS18B20的寫時(shí)序分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。DS18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序是，單總線要被拉低至少60US，保證DS18B20能夠在15US45US之間能夠正確地采樣I/O總線上的低電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15US之內(nèi)就得釋放單總線。圖210寫時(shí)序圖DS18B20的讀時(shí)序圖DS18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。對于DS18B20的讀時(shí)序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要60US。三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)31PROTEUS仿真接線圖全圖除了分塊電路之外，沒有明線，看起來簡潔明了，并且各個(gè)電路的區(qū)域不同，也便于查找。將鍵盤、數(shù)碼管、二極管電路整合在一塊，對系統(tǒng)的調(diào)試可以方便很多。32分塊硬件電路射界321DS1302時(shí)鐘電路通過P13口將時(shí)鐘芯片內(nèi)部RAM的內(nèi)容讀到單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)而進(jìn)行顯示，內(nèi)部RAM的內(nèi)容即為當(dāng)前日期322DS18B20溫度傳感器電路通過P10口將溫度傳感器內(nèi)部RAM的溫度讀入單片機(jī)，進(jìn)而進(jìn)行顯示。3238279電路經(jīng)測驗(yàn)，將SHIFT和CTRL/STB口接地，可以使鍵盤的前兩位為1，進(jìn)而可以方便的讀出鍵盤位置，P0口的數(shù)據(jù)通過圖中藍(lán)色總線傳入8279芯片。P20口通過輸出0或1控制8279用法。324二極管電路第一部分二極管直接與單片機(jī)中P14P17相連，顯示溫度的溫馨提示。第二部分的二極管電路通過38譯碼器與單片機(jī)中P30、P31、P34相連，控制燈的開關(guān)，進(jìn)行節(jié)日顯示。325數(shù)碼管顯示電路段選部分直接與8279芯片中OUTA和OUTB相連，用于控制每一位的顯示，而片選部分則通過38譯碼器與8279中SL0SL2相連，用于控制位的選擇。32645鍵盤電路鍵盤部分的行部分通過38譯碼器與8279中SL0SL2相連，用于返回行值，鍵盤列部分直接與RL0RL4相連，用于返回列值。327鬧鐘及音樂播放電路第一部分為鬧鐘電路，通過控制P32口低電平與高電平的交替輸出，進(jìn)行鬧鐘響鈴和整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。第二部分為音樂電路，通過控制P35口高低電平輸出的頻率產(chǎn)生不同節(jié)拍的音符，進(jìn)而構(gòu)成音樂。5、軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程41程序設(shè)計(jì)簡述主程序先進(jìn)行8279初始化，輸出HELLO及開機(jī)音樂后，再進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的初始化。進(jìn)入如圖所示的程序循環(huán)過程，并在循環(huán)過程中不斷判斷是否滿足相應(yīng)的判斷語句，進(jìn)行鬧鐘的響鈴和節(jié)日以及溫度的提示，并且等待中斷、進(jìn)行鍵盤掃描。當(dāng)檢測到鍵值時(shí)，進(jìn)入中斷，根據(jù)鍵值判斷所需要進(jìn)行的功能，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子函數(shù)中進(jìn)行。42系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)主函數(shù)程序設(shè)計(jì)流程圖顯示子函數(shù)流程圖五、系統(tǒng)的調(diào)試過程51程序性問題及解決1由于WORD的編寫功能較為強(qiáng)大，開始使用WORD進(jìn)行編寫，然后復(fù)制如KEIL進(jìn)行調(diào)試，由于使用WORD的原因，導(dǎo)致程序中出現(xiàn)了很多中問字符的空格，進(jìn)行了仔細(xì)查找將空格抹去之后，方可正常運(yùn)行。2用PROTEUS話電路，進(jìn)行程序調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)提示硬件錯(cuò)誤，出現(xiàn)器件重名，導(dǎo)致無法運(yùn)行。52調(diào)試過程出現(xiàn)問題及解決1數(shù)碼管輸出錯(cuò)誤，與所要輸出的相反。分析原因程序中數(shù)碼管輸出部分順序不對。改進(jìn)方法為了防止對程序進(jìn)行大改，將命令字改為左端輸入。2鬧鐘時(shí)明明輸出高電平，但喇叭并不響。分析原因上網(wǎng)查詢之后發(fā)現(xiàn)所用喇叭需要震蕩，及高低電平交替輸出才行。改進(jìn)方法在程序中加入VOIDDI（）子函數(shù)，使用時(shí)進(jìn)行引用。3對網(wǎng)上找的歌曲代碼進(jìn)行截取時(shí)發(fā)現(xiàn)截取后的蜂鳴器亂響。分析原因歌曲代碼中沒兩位表示一個(gè)音符，截取過程中將兩位拆開，出現(xiàn)混亂，改進(jìn)方法以兩位字符為單位進(jìn)行截取。4節(jié)日提示的二極管不亮。分析原因運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)二極管相應(yīng)的端口顯示低電平，故程序沒有問題，最終發(fā)現(xiàn)馬虎大意導(dǎo)致二極管接反。改進(jìn)方法反接二極管。5溫度顯示錯(cuò)誤，正值時(shí)正常顯示，負(fù)值時(shí)顯示零。分析原因溫度讀取子函數(shù)有錯(cuò)誤，但無論怎么修改，扔無法解決上述問題。將0I/開機(jī)唱歌函數(shù)/VOIDTIME0_INITTMOD0X10IE0X88TH10XDCTL10X00VOIDTIME0_INTINTERRUPT3TH10XDCTL10X00COUNT/長度加1VOIDDELAY_XMSUINTXUINTI,JFORI0I0IDQ0/給脈沖信號(hào)DATT1DQ1/給脈沖信號(hào)IFDQDATT|0X80YANSHI5RETURNDATTVOIDWRITE1UNSIGNEDCHARDATT/寫字節(jié)UNSIGNEDCHARI0FORI8I0IDQ0DQDATTYANSHI5DQ1DATT1VOIDREADTEMPERATUREUNSIGNEDCHARTL0,TH0,I100WHILEIINITWRITE10XCC/跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作WRITE10X44/啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換YANSHI100INITWRITE10XCC/跳過讀序號(hào)列號(hào)的操作WRITE10XBE/讀取溫度寄存器等YANSHI100TLREAD/讀取溫度值低位THREAD/讀取溫度值高位TEMPTH4/右移4位，相當(dāng)于乘00625，將溫度化為十進(jìn)制ELSETEMPTEMPTEMP1/經(jīng)測試，溫度零下時(shí)，直接在此函數(shù)中除16影響顯示，故在顯示函數(shù)中除16TEMP1TEMP100/用于溫度顯示VOIDWENDUTISHIIFT15LED10LED30LED20ELSELED11LED20LED30LED40/節(jié)日提示/VOIDJIERITISHIIFCTIMEMONTH1D0C0ELSEIFCTIMEMONTH5D0C0ELSEIFCTIMEMONTH6D1C0ELSEIFCTIMEMONTH7D1C0ELSEIFCTIMEMONTH8D0C1ELSEIFCTIMEMONTH9D0C1ELSEIFCTIMEMONTH10D1C1/鬧鐘響鈴函數(shù)/VOIDDIUCHARIFORI0I0IDIDELAY140/時(shí)鐘函數(shù)/VOIDWRITEUCHARADDR,UCHARDATUCHARIRST0SCK0RST1FORI0I1SCK1FORI0I1SCK1RST0UCHARREADUCHARADDRUCHARI,DATRST0SCK0RST1FORI0I1SCK1FORI0I1IFSDADAT|0X80SCK1RST0DATDAT/1610DATRETURNDATVOIDREAD_TIMECTIMESECONDREAD0X81CTIMEMINUTEREAD0X83CTIMEHOURREAD0X85CTIMEDAYREAD0X87CTIMEMONTHREAD0X89CTIMEWEEKREAD0X8BCTIMEYEARREAD0X8DVOIDSET_TIMEIFFLAGWRITE0X8E,0X00WRITE0X80,CTIMESECOND/1059CTIMESECONDCTIMESECOND10BREAKCASE3CTIMEMINUTECTIMEMINUTE/10ABREAKCASE4CTIMEMINUTEA10CTIMEMINUTE10IFCTIMEMINUTE59CTIMEMINUTECTIMEMINUTE10BREAKCASE5CTIMEHOURACTIMEHOUR/10IFCTIMEHOUR23CTIMEHOURCTIMEHOUR/10BREAKCASE6CTIMEHOURA10CTIMEHOUR10IFCTIMEHOUR23CTIMEHOURCTIMEHOUR10BREAKDEFAULTGB0BREAKBREAKCASE1SWITCHGBCASE1CTIMEDAYCTIMEDAY/10AIFCTIMEDAY30CTIMEDAYCTIMEDAY/10BREAKCASE2CTIMEDAYA10CTIMEDAY10IFCTIMEDAY30CTIMEDAYCTIMEDAY10BREAKCASE3CTIMEMONTHCTIMEMONTH/10AIFCTIMEMONTH12CTIMEMONTHCTIMEMONTH/10BREAKCASE4CTIMEMONTHA10CTIMEMONTH10IFCTIMEMONTH12CTIMEMONTHCTIMEMONTH10BREAKCASE5CTIMEYEARACTIMEYEAR/10BREAKCASE6CTIMEYEARA10CTIMEYEAR10IFCTIMEYEAR99CTIMEYEARCTIMEYEAR10BREAKDEFAULTGB0BREAKB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