万年历课设计报告.docx

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万年历课设计报告

华北水利水电学院

课程设计报告

课程名称:

基于温度定时响铃的电子时钟

姓名:

马俊东

学号:

201017803

班级:

178班

专业:

电子信息工程

日期:

2011-6-30

0.前言

单片机，一个集成在一块芯片上的微型计算机系统，集成了中央处理单元存储器（CPU）、存储器（RAM/ROM）和各种I/O接口目前大部分具有外存。

同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。

其主要应用于测试和控制领域，国际上统称为微控制器（MCU）。

其具有集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压，低功耗，便于生产便携式产品的特点，外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

它在外部总线增加了I2C（Inter-IntegratedCircuit）及SPI（SerialPeripheralInterface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。

单片机现在已经广泛的应用于在智能仪器仪表、机电一体化、日常生活及家用电器领域、实时过程控制、办公自动化设备、计算机网络和通信领域、商业营销设备航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域、应用于汽车电子产品、单片机在医用设备领域。

1.课程设计的目的和要求

1.1课程设计的目的

为了了解89C51单片机的硬件结构，掌握89C51单片机的存储结构、特殊功能寄存器的基本作用，以及复位电路和时钟设计电路。

对其各引脚功能进一步的熟悉，掌握其应用的规范。

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。

AT89C51单片机可灵活的应用于各种控制领域。

主要管脚说明：

 VCC：

供电电压。

GND：

接地。

  P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，被定义为高阻输入。

  P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，可接收输出4TTL门电流。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接

收，输出4个TTL门电流。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。

RST：

复位输入。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

/EA：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

1.2课程设计的基本要求

21世纪单片机的应用愈加广泛，深入到各个行业，认真熟练的掌握单片机的设计思路，使我们每个电子专业学生所必须掌握的技能。

本设计为具有温度显示、闹钟功能的电子时钟。

其设计要求基本功能如下：

字符型LCD（1602）显示。

格式为第一行“年月日星期”，第二行“时分秒温度”。

有光标指示来调整时间。

一旦定时时间到则由蜂鸣器发出声响，按下任意键可结束。

按键K1~K4动作如下:

K1设置时间，K2加键，K3加键，K4设置闹铃。

结合温度传感器测量的温度范围为：

-55℃~125℃。

所需要的基本器件：

STC89C52、DS18B20、DS1302、LCD1602、1K排阻、蜂鸣器、按键4个、S8550等

2.总体设计

2.1基本工作原理

LCD1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，本设计所用的LCD1602它是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器。

DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

DS1302可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。

2.2基本硬件设计

2.2.1LCD1602的结构和部分指令

LCD（LiquidCrystalDisplay）是液晶显示的缩写。

它是一种被动式的显示器，广泛的应用于仪表和控制系统中。

LCD1602模块中含有8条数据线，3条控制线，3条电源线。

它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

指令1：

清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置

指令2：

光标复位，光标返回到地址00H

指令3：

光标和显示模式设置I/D：

光标移动方向，高电平右移，低电

平左移S:

屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电

平则无效

指令4：

显示开关控制。

D：

控制整体显示的开与关，高电平表示开显

示，低电平表示关显示C：

控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：

控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：

光标或显示移位S/C：

高电平时移动显示的文字，低电平时移

动光标

指令6：

功能设置命令DL：

高电平时为4位总线，低电平时为8位总线。

指令7：

字符发生器RAM地址设置

指令8：

DDRAM地址设置

指令9：

读忙信号和光标地址BF：

为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：

写数据

指令11：

读数据

其具体引脚定义如下：

第1脚：

VSS为地电源

第2脚：

VDD接5V正电源

第3脚：

V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一

个10K的电位器调整对比度

第4脚：

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

第6脚：

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15～16脚：

空脚。

1602的启动与显示，在初始化过程中，起着很重要的作用，时序在编程的过程中显得尤为重要。

读时序操作：

写操作时序：

2.2.2DS18B20的结构与部分指令

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0.5℃。

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，此时要考虑系统的能力。

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。

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0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

DS18B20有六条控制命令其指令约定代码操作说明如下:

（1）温度转换44H启动DS18B20进行温度转换；

（2）读暂存器BEH读暂存器9个字节内容；

（3）写暂存器4EH将数据写入暂存器的TH、TL字节；

（4）复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中；

（5）B8H把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节；

（6）读电源供电方式B4H启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU。

DS18B20的初始化:

（1）先将数据线置高电平“1”；

（2）延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）；

（3）数据线拉到低电平“0”；

（4）延时x微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）；

（5）数据线拉到高电平“1”；

（6）延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。

据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）；

（7）若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒；

（8）将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。

2.2.324C02的特点和结构

24c01/24c02是一个1K/2K位串行MOSE2PROM,内部含有128/256个8位字节,CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。

CAT24WC01有一个8字节页写缓冲器,24c01/24c02有一个16字节页写缓冲器.该器件通过I2C总线接口进行操作有一个专门的写保护功能。

AT24C02是带有C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆的功能，并且可以象普通RAM一样用程序改写。

它的容量是256个字节（00h～0ffh），有A2、A1、A0三位地址，可见C总线上可以连接8片AT24C02，它的寻址字节是1010A2A1A0R/W。

其中A0、A1、A2是芯片地址线，单片使用时接地；SCL是串行移位时钟端；SDA是串行数据或地址端，CPU通过SDA访问芯片；WP是写保护端，接高电平时芯片只能读。

C总线的数据传输协议如下：

（1）、主器件发出开始信号

（2）、主器件发出第一个字节，用来选通相应的从器件。

其中前7位为地址码，第8位为方向位（R/W）。

方向位为“0”表示发送，方向位为“1”表示接受。

（3）、从机产生应答信号，进入下一个传送周期，如果从器件没有给出应答信号，此时主器件产生一个结束信号使得传送结束，传送数据无效。

（4）、接下来主、从器件正式进行数据的传送，这时在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位（传送的时候先送高位，再送低位）。

当一个字节传送完毕时，再发送一个应答位（第9位），如上一条所述，这样每次传送一个字节都需要9个时钟脉冲。

数据的传送过程如下图所示：

EEPROM概述：

EEPROM是一种可用电气方法在线擦除和再编程的只读存储器.它既有RAM在连机操作中可读可改写的特性,又具有非易失性存储ROM在掉电后仍然能够保持所存储的数据的优点.写入的数据在常温下至少可以保持10年。

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2.2.3DS1302的结构

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进行同步通信，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2.5～5.5V。

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，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。

DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。

各引脚的功能为：

Vcc1：

主电源；

Vcc2：

备份电源。

当Vcc2>Vcc1+0.2V时；

由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2

SCLK：

串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；

I/O：

三线接口时的双向数据线；

CE：

输入信号，在读、写数据期间，必须为高。

该引脚有两个功能：

第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。

2.3软件总体设计

2.3.1、存储单元的分配、标志位的定义

首先对按键，各I/O口等进行定义

sbitDQ=P1^0;//ds18b20温度传送数据IO口

sbitds1302_rst=P1^1;//1302复位

sbitds1302_io=P1^2;//数据输入输出

sbitds1302_sclk=P1^3;//串行时钟

sbitalarm_out=P3^6;

sbitlcd1602_rs=P2^0;//1602命令、数据选择

sbitlcd1602_rw=P2^1;//1602写

sbitlcd1602_e=P2^2;//1602使能

sbitset=P2^4;//选择按键

sbitup=P2^5;//加

sbitdown=P2^6;//减

sbitnao=P2^7;

main（）

{

lcd1602_init（）;

ds18b20_init（）;

ds1302_init（）;

c02_init（）;

while

（1）

{

if（done==1）

{

keyjpress（）;

}

if（done==0）

{

xianshi（）;//取得并显示日历和时间

key_set_alarm（）;

alarm_ring（）;

}

}

}

硬件原理框图：