1、設計題目：基于單片機的電子日歷工作系統(tǒng)的設計作者：00所在單位：（陜西理工學院機械工程學院機自專業(yè)機自000班級，陜西 漢中 ）指導教師：000 摘要針對電子儀器儀表的發(fā)展趨勢以及人們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ髦袑﹄娮尤諝v的需要，設計了一種基于單片機的電子日歷工作系統(tǒng)。具體步驟如下： （1）完成了系統(tǒng)總體方案設計與論證。根據(jù)任務需要對芯片模塊、按鍵模塊、時鐘模塊、顯示模塊、溫度模塊等提出方案論證，最終確定了系統(tǒng)總體方案，繪制了系統(tǒng)框圖。 （2）根據(jù)總體方案完成了系統(tǒng)硬件的設計。通過所選取的硬件搭建了總體電路圖。 （3）根據(jù)硬件電路完成了系統(tǒng)軟件的開發(fā)。其中包括時鐘模塊、溫度模塊的設計，并編寫了程序。 （4

2、）對設計的結果利用Proteus軟件進行功能仿真分析，仿真結果驗證了電子日歷系統(tǒng)的可行性。 （5）完成了樣機的制作，經(jīng)過實際運行驗證，完成了任務要求。關鍵詞 單片機，時鐘芯片，溫度芯片，仿真Design of Electronic Calendar Work System Based on MCU000（Grade00,Class0,Major Mechanical Manufacture and Automation，Mechanical Engineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong ，Shaanxi）Tutor:00

3、0Abstract In view of the development trend of electronic instruments and the needs of peoples daily life and work, the electronic calendar system based on single chip microcomputer is designed. Specific steps are as follows: (1) the overall scheme design and demonstration of the system has been comp

4、leted. According to the task of the chip module, key module, clock module, display module, temperature module, and so on, and finally determine the system overall scheme, drawing the system block diagram. (2) the hardware design of the system is completed according to the overall scheme. The overall

5、 circuit diagram is constructed through the selected hardware. (3) the system software is developed according to the hardware circuit. Including clock module, temperature module design, and the preparation of the program. (4) the results of the design are analyzed by using Proteus software. The simu

6、lation results verify the feasibility of the electronic calendar system. (5) completed the production of the prototype, after the actual operation of the verification, complete the task requirements.Key words Single chip microcomputer, clock chip, temperature chip, simulation目 錄1 緒論11.1 課題研究的背景11.2課

7、題的研究目的與意義11.3課題解決的主要內(nèi)容12 系統(tǒng)的方案設計與論證22.1單片機芯片設計與論證2方案1：采用51系列單片機作為系統(tǒng)控制器2方案2：采用凌陽系列單片機作為系統(tǒng)的控制器22.2按鍵控制模塊設計與論證22.3時鐘模塊設計與論證2方案1：采用DS1302為計時時鐘芯片2方案2：采用DS12C887為計時時鐘芯片22.4溫度采集模塊設計與論證32.5顯示模塊模塊設計與論證33 系統(tǒng)硬件的設計43.1 STC89C52單片機43.1.1 最小系統(tǒng)設計63.1.2 時鐘電路73.1.3 復位電路73.2時鐘芯片DS1302接口設計與性能分析83.2.1 DS1302性能簡介83.2.2

8、DS1302接口電路設計83.3溫度芯片DS18B20接口設計與性能分析103.3.1 DS18B20性能簡介103.3.2 DS18B20接口電路設計113.3.3 DS18B20的工作時序123.4 LCD顯示模塊143.4.1 LCD1602的特性及使用說明143.4.2 LCD1602與MCU的接口電路153.5 按鍵模塊設計164 系統(tǒng)軟件的設計174.1主程序流程圖的設計174.2 程序設計174.2.1 DS1302讀寫程序設計174.2.2 溫度程序設計195 系統(tǒng)的機體設計及調(diào)試215.1系統(tǒng)的模塊組成215.2系統(tǒng)軟件調(diào)試與仿真225.3系統(tǒng)硬件調(diào)試23總結與展望25致謝詞

9、26參考文獻27附錄A：原理圖28附錄B：仿真圖29附錄C：源程序30附錄D：翻譯64 1 緒論1.1 課題研究的背景隨著科技的快速發(fā)展，時間的流逝，從觀太陽、擺鐘到現(xiàn)在電子鐘，人類不斷研究，不斷創(chuàng)新紀錄1。電子日歷可以對年、月、日、時、分、秒進行計時，還具有閏年補償?shù)榷喾N功能，而且DS1302的使用壽命長，誤差小。對于電子日歷采用直觀的數(shù)字顯示，可以同時顯示年、月、日、時、分、秒和溫度等信息，還具有時間校準等功能2。該電路采用STC89C52單片機作為核心，功耗小，能在3V的低壓工作，電壓可選用3-5V電壓供電。此萬年歷具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子

10、儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。1.2課題的研究目的與意義二十一世紀是數(shù)字化技術高速發(fā)展的時代，而單片機在數(shù)字化高速發(fā)展的時代扮演著極為重要的角色3。電子日歷的開發(fā)與研究在信息化時代的今天亦是當務之急，因為它應用在學校、機關、企業(yè)、部隊等單位禮堂、訓練場地、教學室、公共場地等場合，可以說遍及人們生活的每一個角落。所以說電子日歷的開發(fā)是國家之所需，社會之所需，人民之所需4。由于社會對信息交換不斷提高的要求及高新技術的逐步發(fā)展，促使電子電子日歷發(fā)展并且投入市場得到廣泛應用。1.3課題解決的主要內(nèi)容 本課題所研究的電子日歷是單片機控制技術的一個具體應用，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）選

11、用電子日歷芯片時，應重點考慮功能實在、使用方便、單片存儲、低功耗、抗斷電的器件。（2）根據(jù)選用的電子日歷芯片設計外圍電路和單片機的接口電路。（3）在硬件設計時，結構要盡量簡單實用、易于實現(xiàn)，使系統(tǒng)電路盡量簡單。（4）根據(jù)硬件電路圖，在開發(fā)板上完成器件的焊接。（5）根據(jù)設計的硬件電路，編寫控制STC89C52芯片的單片機程序。（6）通過編程、編譯、調(diào)試，把程序下載到單片機上運行，并實現(xiàn)本設計的功能。（7）在硬件電路和軟件程序設計時，主要考慮提高人機界面的友好性，方便用戶操作等因素。2 系統(tǒng)的方案設計與論證基于單片機的電子日歷工作系統(tǒng)的設計的制作有多種方法，可供選擇的器件和運用的技術也有很多種。所

12、以，系統(tǒng)的總體設計方案應在滿足系統(tǒng)功能的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結構要簡單使用、易于實現(xiàn)，器件的選用著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗以及低廉的成本。按照系統(tǒng)設計的要求，初步確定系統(tǒng)由電源模塊、時鐘模塊、顯示模塊、獨立按鍵模塊、溫度測量模塊和鬧鐘模塊共六個模塊組成，電路系統(tǒng)構成框圖如圖2.1所示。 圖2.1 硬件電路框圖2.1單片機芯片設計與論證方案一：采用51系列單片機作為系統(tǒng)控制器單片機算術運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積較小、技術成熟和成本低等優(yōu)點，在各個領域應用廣泛。而且抗干擾性能好。方案二：采用凌陽系列單片

13、機作為系統(tǒng)的控制器凌陽系列單片機可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。凌陽系列單片機提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心5。因51單片機價格比凌陽系列低得多，且本設計不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟和方便使用角度考慮，本設計選擇了方案一。2.2按鍵控制模塊設計與論證方案一：采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實現(xiàn)數(shù)值的直接鍵入，但在系統(tǒng)中需要CPU不間斷的對其端口掃描。方案二：采用獨立按鍵，查詢簡單，程序處理簡單,可節(jié)省CPU資源。 因系統(tǒng)中所需按鍵不多，為了釋放更多的CPU占有時間，操作方便，故采用方案二6。2.3時鐘模塊設計

14、與論證方案一：直接采用單片機定時計數(shù)器提供秒信號，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時、分、秒計數(shù)。采用此種方案雖然減少芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實現(xiàn)的時間誤差較大。方案二：采用DS1302為計時時鐘芯片該芯片是串行電路，與單片機接口簡單，但需另備電池和32.768kHz晶振，因焊接工藝和晶振質(zhì)量等原因會導致精度降低。方案三：采用DS12C887為計時時鐘芯片該芯片與單片機采用8位并口通信，傳遞信息速度快。自帶有鋰電池和晶振，外部掉電后，其內(nèi)部時間信息還能夠保持10年之久，因電路被封裝在一起，可以保證很高的精度和抗干擾能力。而且芯片功能豐富，可以通過內(nèi)部寄存器設置鬧鐘，并產(chǎn)生鬧鐘中斷。由于DS1

15、302時鐘芯片計數(shù)時間精度高，而且具有閏年補償功能且價格經(jīng)濟實惠等優(yōu)點，故采用方案二7。2.4溫度采集模塊設計與論證 方案一：采用溫度傳感器（如熱敏電阻或AD590），再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，精度較準，但價格昂貴，電路較復雜。方案二：采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，但準確度不高，誤差最大達2度8。因為用DS18B20溫度芯片，采用單總線訪問，降低成本、降低制作難度且可節(jié)省單片機資源，故采用方案二。2.5顯示模塊模塊設計與論證方案一：采用靜態(tài)顯示方法，靜態(tài)顯示模塊的硬件制作較復雜及功耗大，要用到多個移位寄

16、存器，但不占用端口，只需兩根串口線輸出9。方案二：采用動態(tài)顯示方法，動態(tài)顯示模塊的硬件制作簡單，段掃描和位掃描各占用一個端口，總需占用單片機14個端口，采用間斷掃描法功耗小、硬件成本低及整個硬件系統(tǒng)體積相對減小。方案三:采用LCD的方法,具有硬件制作簡單可直接與單片機接口,顯示內(nèi)容多,功耗小,成本低等優(yōu)點,LCD1602可顯示32個字符,采用LCD的缺點是亮度不夠10。比較以上三種方案：方案一硬件復雜體積大、功耗大；方案二硬件簡單、功耗?。环桨溉布唵?，顯示內(nèi)容多,功耗小,成本低等。本系統(tǒng)設計要求達到功耗小、體積小、成本低，顯示信息多等要求，權衡三種方案，選擇方案三。3 系統(tǒng)硬件的設計根據(jù)上

17、述所確定的系統(tǒng)方案構想，下面進行系統(tǒng)硬件電路的具體設計，系統(tǒng)的具體設計在下面會詳細介紹。3.1 STC89C52單片機單片微型計算機是隨著微型計算機的發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的。自從1975 年美國德克薩斯儀器公司的第一臺單片微型計算機（ 簡稱單片機）TMS-1000 問世以來，迄今為止，單片機技術已成為計算機技術的一個獨特分支，單片機的應用領域也越來越廣泛，特別是在工業(yè)控制中經(jīng)常遇到對某些物理量進行定時采樣與控制的問題，在儀器儀表智能化中也扮演著極其重要的角色。如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個階段：第一階段（19761978）：單片機的探索階段。以Intel公

18、司的MCS-48為代表。MCS-48的推出是在工控領域的探索，參與這一探索的公司還有Motorola、Zilog等。都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機”一詞即由此而來。第二階段（19781982）：單片機的完善階段。Intel公司在MCS-48基礎上推出了完善的、典型的單片機系列MCS-51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構11。 （1）完善的外部總線。MCS-51設置了經(jīng)典的8位單片機的總線結構，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機通信功能的串行通信接口。 （2）CPU外圍功能單元的集中管理模式。 （3）體現(xiàn)工控特性的地址空間及位操作方式

19、。 （4）指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。第三階段（19821990）：8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。第四階段（1990）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領域全面、深入地發(fā)展和應用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機12。單片機是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計算機，這些元件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲

20、器RAM、程序存儲器ROM、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時鐘部件的集成和I/O接口電路。由于單片機具有體積小、價格低、可靠性高、開發(fā)應用方便等特點，因此在現(xiàn)代電子技術和工業(yè)領域應用較為廣泛，在智能儀表中單片機是應用最多、最活躍的領域之一13。在控制領域中,現(xiàn)如今人們更注意計算機的底成本、小體積、運行的可靠性和控制的靈活性。在各類儀器、儀表中引入單片機，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，提高計算機的運算速度，簡化儀器儀表的硬件結構，提高其性能價格比。單片機主要特點： （1）有優(yōu)異的性能價格比。 （2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結構，

21、減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 （3）控制功能強。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機14。 （4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 （5）外部總線增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結構。 （6）單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構

22、成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。優(yōu)異的性能價格比。1）集成度高、體積小、有很高的可靠性。 單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結構，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作15。此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。2）控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。單片機的系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。VCC：STC89C52電源正端輸入，接+5V。G

23、ND：電源地端。XTAL1: 單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。RESET：STC89C52的重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp：EA為英文External Acces

24、s的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。STC89C52可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0A7）鎖進鎖存器中，因為ST

25、C89C52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時，此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當8051被設成為讀取外部程序代碼工作模式時（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。STC89C52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（P0.0P0.7）：端口

26、0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設為高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。P2除了當做一般I/O端口使用外，若是在STC89C52擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15，這個時候P2便不能當做I/O來使用了。PORT1（

27、P1.0P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當做定時器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位16。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳如圖3.1，分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1

28、：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計時計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時計數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作

29、外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器17。圖3.1

30、 STC89C52單片機引腳圖3.1.1 最小系統(tǒng)設計最小系統(tǒng)包括單片機及其所需的必要的電源、時鐘、復位等部件，能使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、A/D擴展等，使單片機完成較復雜的功能。圖3.2 單片機最小系統(tǒng)原理框圖STC89C52是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用STC89C52單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，結構如圖3.2所示，由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。3.1.2 時鐘電路ST

31、C89C52單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式如圖3.3所示。在STC89C52單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5-30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2-12MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。圖3.3 STC89C52內(nèi)部時鐘電路3.1.3 復位電路當在STC89C52單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復

32、位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài))。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST(9)端與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。按鍵手動復位電路見圖3.4。時鐘頻率用11.0592MHZ時C取10uF,R取10k。圖3.4 STC89C52 復位電路3.2時鐘芯片DS1302接口設計與性能分析3.2.1 DS1302性

33、能簡介DS1302是Dallas公司生產(chǎn)的一種實時時鐘芯片。它通過串行方式與單片機進行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機提供包括秒、分、時、日、月、年等在內(nèi)的實時時間信息，并可對月末日期、閏年天數(shù)自動進行調(diào)整；它還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳，在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行18。另外，它還能提供31字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的RAM。DS1302時鐘芯片內(nèi)主要包括移位寄存器、控制邏輯電路、振蕩器。DS1302與單片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送依靠RST，I/O，SCLK三根端線即可完成。其工作過程可概括為：首先系統(tǒng)RST引腳驅(qū)動至高電平，然后在SCLK時鐘脈沖的作用下，通過I/O引腳向DS1302輸

34、入地址/命令字節(jié)，隨后再在SCLK時鐘脈沖的配合下，從I/O引腳寫入或讀出相應的數(shù)據(jù)字節(jié)。因此,其與單片機之間的數(shù)據(jù)傳送是十分容易實現(xiàn)的，DS1302的引腳排列及內(nèi)部結構圖如圖3.5： DS1302引腳說明： X1，X2 32.768kHz晶振引腳GND 地線RST 復位端I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出端口SCLK 串行時鐘端口VCC1 慢速充電引腳VCC2 電源引腳 圖3.5 DS1302管腳圖3.2.2 DS1302接口電路設計 （1）、時鐘芯片DS1302的接口電路及工作原理： 圖3.6 DS1302與MCU接口電路圖3.6為DS1302的接口電路，其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。VC

35、C1在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供低電源并提供低功率的電池備份。VCC2在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運用方式中VCC1連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由VCC1或VCC2 兩者中較大者供電。當VCC2大于VCC1+0.2V時，VCC2給DS1302供電。當VCC2小于VCC1時，DS1302由VCC1供電。DS1302在每次進行讀、寫程序前都必須初始化，先把SCLK端置 “0”，接著把RST端置“1”，最后才給予SCLK脈沖；讀/寫時序如下圖5所示。表-1為DS1302的控制字，此控制字的位7必須置1，若為0則不能對DS1302進行讀寫數(shù)據(jù)。對于

36、位6，若對時間進行讀/寫時，CK=0，對程序進行讀/寫時RAM=1。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進行讀操作時，該位為1；進行寫操作時，該位為0。控制字節(jié)總是從最低位開始輸入/輸出的。表-2為DS1302的日歷、時間寄存器內(nèi)容：“CH”是時鐘暫停標志位，當該位為1時，時鐘振蕩器停止，DS1302處于低功耗狀態(tài)；當該位為0時，時鐘開始運行?！癢P”是寫保護位，在任何的對時鐘和RAM的寫操作之前，“WP”必須為0。當“WP”為1時，寫保護位防止對任一寄存器的寫操作。（2）、數(shù)據(jù)輸入輸出（I/O）在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低

37、位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位0位到高位7。如下圖3.7所示。圖3.7 DS1302讀/寫時序圖（3）、DS1302的控制字 DS1302的控制字如表3.1所示?？刂谱止?jié)的高有效位（位7）必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5至位1指示操作單元的地址；最低有效位（位0）如為1表示進行讀操作，為0表示進行寫操作?？刂谱止?jié)總是從最低位開始輸出。表3.1 DS1302的控制字格式1RAM/CKA4A3A2A1A0RD/WR（4）、DS1

38、302的寄存器DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見表3.2。 表3.2 DS1302的日歷、時間寄存器寫寄存器讀寄存器Bit7Bit6Bit5Bit7Bit3Bit2Bit1Bit080H81HCH10秒秒82H83H10分分84H85H 12/010時時/PM86H87H0010 日日88H89H00010月月8AH8BH00000星期8CH8DH 10年年8EH8FHWP0000000此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順

39、序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。3.3溫度芯片DS18B20接口設計與性能分析3.3.1 DS18B20性能簡介（1）.DS18B20的主要特性DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單

40、的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式19。現(xiàn)場溫度直接以一線總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。其性能特點可歸納如下： 1）獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 2）測溫范圍在-55到125，分辨率最大可達0.0625； 3）采用了3線制與單片機相連，減少了外部硬件電路； 4）零待機功耗； 5）可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍在3.0V-5.5V； 6）用戶可定義的非易失性溫度報警設置； 7）報警搜索命令識別并標志超過程序限定

41、溫度（溫度報警條件）的器件； 8）負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱燒毀，只是不能正常工作。 （2）.DS18B20工作原理圖3.8 DS18B20測溫原理 DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3.8所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號

42、進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖5中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。3.3.2 DS18B20接口電路設計 圖3.9 溫度傳感器DS18B20接口如3.9圖所示，該系統(tǒng)中采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，具有測量精度高，電路連接簡單特點，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)傳輸，用P3.7與DS18B20的DQ口連接，Vcc接電源，GND接地

43、。DS18B20的工作電流約為1mA，VCC一般為5V，則電阻R=5V/1mA=5K，目前用的電阻一般不是可調(diào)電阻，只是固定阻值，市場上有的就那么幾個型號20。其中DS18B20接有電源，則需要一個上拉即可穩(wěn)定的工作。這個電阻通常比較大，我們選擇10K電阻的來起到上拉作用，使之為高電平，使后續(xù)電路保護。3.3.3 DS18B20的工作時序（1）、復位時序圖圖3.10 復位時序圖 （2）讀時序圖圖3.11 讀時序圖 （3）寫時序圖圖3.12 寫時序圖（4）工作時序1）總線時序圖3.13 總線時序 2）寫周期時序圖3.14 寫周期時序 3）起始/停止時序圖3.15 起始/停止時序 4）應答時序圖3

44、.16 應答時序 5）立即地址讀時圖3.17 立即地址讀時序3.4 LCD顯示模塊3.4.1 LCD1602的特性及使用說明 （1）LCD1602的接口信號說明如表3.3表3.3 LCD1602的接口信號編號引腳符號功能說明編號引腳符號功能說明1VSS電源地9D2DATA I/O2VDD電源正極10D3DATA I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4DATA I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5DATA I/O5R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6DATA I/O6E使能信號14D7DATA I/O7D0DATA I/O15BLA背光正極8D1DATA I/O16BLK背光負極 （2）

45、基本操作時序如下：1）讀狀態(tài)：RS=L，RW=H，E=H2）寫指令：RS=L，RW=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖3）讀數(shù)據(jù)：RS=H，RW=H，E=H4）寫數(shù)據(jù)：RS=H，RW=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 （3）初始化設置 1）顯示模式設置如表3.4：表3.4 顯示模式設置指令碼功能00111000設置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口 2）顯示開/關及光標設置如表3.5： 表3.5 顯示開/關及光標設置指令碼功能00001DCB D=D=1開顯示；D=0關顯示C=1顯示光標；C=0不顯示光標B=1光標閃爍；B=0光標不顯示000001NSN=1當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光

46、標加一N=0當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標減一S=1當寫一個字符，整屏顯示左移（N=1）3.4.2 LCD1602與MCU的接口電路LCD的D0D7分別接單片機的的P0口，作為數(shù)據(jù)線，因為P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，所以外部另外加上4.7K的上拉電阻；P2.5P2.7分別接LCD的RS、RW、E三個控制管腳；RV1用來調(diào)節(jié)LCD的顯示灰度；BLK、BLA為背光的陰極和陽極，接上相應電平即點亮背光燈。如圖3.18圖3.18 顯示電路其中1602的第3腳接10K與1.5K的串聯(lián)電阻起到分壓作用，能夠調(diào)節(jié)第一行與第二行亮度對比。第16接個三極管的作用放大，是為了能夠讓液晶顯示器的背光燈亮起，從而

47、在夜間也能觀看萬年歷。3.5 按鍵模塊設計本系統(tǒng)用到了4個按鍵，其中一個用作系統(tǒng)手動復位，另外4個采用獨立按鍵，該種接法查詢簡單，程序處理簡單,可節(jié)省CPU資源，按鍵電路如圖3.19所示，4個獨立按鍵分別與STC89C52的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3接口相連。圖3.19 按鍵電路對以上4個按鍵作簡要說明：K1SET 鍵，K2UP鍵，K3DOWN鍵，K4OUT/STOP鍵。SET 鍵：按下SET鍵進入時間校準狀態(tài)，按一下進入秒調(diào)整，兩下分調(diào)整，依此類推可進行各年月日，時分秒以及星期的校準；UP鍵：當SET鍵按下時，UP進行SET選定項（如：小時）的加操作;DOWN鍵：當SET鍵按下時

48、，DOWN進行SET選定項（如：小時）的減操作；OUT鍵：當OUT鍵按下時，此鍵功能為退出校準功能，進入下一模式，顯示溫度值和上下限的溫度值。4 系統(tǒng)軟件的設計電子萬年歷的功能是在程序控制下實現(xiàn)的。該系統(tǒng)的軟件設計方法與硬件設計相對應，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設計、編程和調(diào)試，最后通過主程序?qū)⒏鞒绦蚰K連接起來。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強了程序的可移植性。本系統(tǒng)的軟件部分主要要進行公歷計算程序設計，溫度測量程序設計，按鍵的掃描輸入等。程序開始運行后首先要進行初始化，把單片機的各引腳的狀態(tài)按程序里面的初始化命令進行初始化，初始化完成后運行溫度測量程序，讀取出溫度傳感器測量出

49、來的溫度，然后運行公歷計算程序，得到公歷的時間、日期信息，再運行按鍵掃描程序，檢測有無按鍵按下，如果沒有按鍵按下則直接調(diào)用節(jié)日計算程序，根據(jù)得到的公歷日期信息計算出節(jié)日，如果有按鍵按下則更新按鍵修改后的變量后送給節(jié)日計算程序，由節(jié)日計算程序根據(jù)修改后的變量計算出對應的節(jié)假日，計算完成后運行顯示程序，顯示程序?qū)⒌玫降臏囟葦?shù)據(jù)、公歷信息、節(jié)假日信息送給對應的數(shù)碼管讓其顯示。4.1主程序流程圖的設計主程序流程圖如圖4.1 圖4.1 主程序流程圖4.2 程序設計 4.2.1 DS1302讀寫程序設計本系統(tǒng)的時間讀取主要來源于單片機對DS1302的操作，在硬件上時鐘芯片DS1302與單片機的連接需要三條

50、線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)，具體連接圖見系統(tǒng)硬件設計原理圖。讀取寫程序設計如下：函 數(shù) 名：RTInputByte() 功 能：實時時鐘寫入一字節(jié)附錄A：原理圖附錄B：仿真圖4、 結論我們已經(jīng)證明了一種基于微流控PCR溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)。基于ITO的微加熱器進行加熱的DNA樣本，當樣本被包含在一個基于PDMS微通道。低直流偏置通過ITO電極的溫度升高，使用一種基于單片機的溫度傳感器控制。溫度系統(tǒng)采用恒溫操作與實時在線計算機系統(tǒng)可以適應任何類型的靶基因。我們可以成功地擴增噬菌體DNA和大腸埃希氏coliDNA的靶基因，并證明了我們的設備的實用性。5、參考1、Cho Y-K,

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