1、目录 摘要 (1) ABSTRACT (2) 第 1 章 前言 (3) 第 2 章 设计 电路 原理和器件简介 (4) 第 2.1 节 总体设计电路 框 图 （ 4） 第 2.2 节 AT89S52 单片机介绍 （ 4） 第 2.3 节 各 功能 模块 器件 应用 说明 （ 8） 2.3.1 液晶显示简介 （ 8） 2.3.2 温度 传感器说明 （ 9） 2.3.3 数字时钟 简介 （ 10） 2.3.4 键盘调节模块 （ 11） 第 3 章 系统硬件 电路 设计 (13) 第 3.1 节 硬件设计原理图 （ 13） 第 3.2 节 单片机外围电路原理 （ 13） 3.2.1 复位、时钟 、电
2、源 电路 原理 （ 13） 3.2.2 DS1302实时时钟芯片 说明 （ 14） 3.2.3 128*64 LCD 接口和显示原理 （ 17） 3.2.4 高精度数字温度传感器 DS18B20 实现方式 （ 19） 3.2.5 键盘 对于 时间调节功能实现说明 （ 21） 第 4 章 系统软件设计 (22) 第 4.1 节 软件设计流程图 （ 22） 第 4.2 节 各模块程序框图 （ 23） 第 4.3 节 软件主程序和各模块 子 程序 （ 25） 第 5 章 时钟控制系统调试 (27) 第 5.1 节 单片机应用系统调试工具说明 （ 27） 第 5.2 节 程序调试 （ 28） 结论 （
3、 29） 参考文献 （ 30） 致 谢 （ 31） 附录 （ 32） - 1 - 【 摘要 】 本论文 介绍了多功能 时钟 控制器 的系统设计。系统具有时间设置及显示、 定时闹铃 、温度 检测并 显示等功能。系统以 AT89S52单片机 为核心，主要进行基于 AT89S52 低功耗 MCU 的字符型数字钟及其系统的研究。系统带有 GXM12864 液晶显示器，配合按键提供友好的用户界面，操作简单，同时具有 实时 温度检测功能 。该数字钟能 够 长期、连续、可靠、稳定的工作；同时还具有体积 小、功耗低等特点，便于携带，使用方便。系统设计包括单片机 及其外围硬件部分和 计算机 软件 编程 部分 。
4、 硬件部分主要为软件的实现提供一个运行的基础， 计算机 软件编程主要实现键盘 调节 、液晶显示、温度检测等各模块的功能，采用 C语言编程。 关键字 单片机 液晶 显示 温度检测 数字钟 键盘输入 - 2 - 【 ABSTRACT】 This thesis describes the design of a multifunctional digital clock and control system. It as displaying and setting time for clock and alarm, this system has another special feature,
5、as temperature measurement and display. The core part of the system is based on a king of an advanced MCU, AT89S52, this system mainly carries on low power consume MCU the character list type the research of the digital clock and its system according to the AT89S52. The system takes GXM 128*64 Liqui
6、d Crystal Display, matching with a key to provide amity of customer interface, the operation is simple, having the temperature examination function in the meantime. Consecution, credibility, stable work, still have a physical volume in the meantime small, the power consume a low etc. characteristics
7、, easy to take, the usage convenience. The system design includes a MCU with its periphery hardware circuit unit and a computer soft programming unit. The hardware circuit unit only provides the run basement for the software, the computer software programming unit mainly contains keyboard adjust, Li
8、quid Crystal Display, temperature examination functions, adoption the C language. Keyword Single-Chip Microcomputer, LCD, Temperature Examination, Digital Clock, Keyboard Input - 3 - 第 1 章 前言 近年来 随着计算机在社会领域的渗透 , 单片机的应用正在不断地走向深入 ， 同时带动传统控制检测日新月益。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用 ， 仅单片机方面知识是不够的，还应
9、根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 因此，可以利用单片机 来控制一些外围电路实现更多的功能，比如数字时钟，温度测控，屏幕显示等 。 数字钟是采用数字电路实现对时 ， 分 ， 秒数字显示的计时装置 ， 广泛用于个人家庭 ,车站 ， 码头办公室等公共场所 ， 成为人们日常生活中不可少的必需品 ， 由于数字集成电路 、单片机技术 的发展和石英晶体振荡器的广泛应用 ， 使得数字钟的精度 ,远远超过老式钟表 ，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先 的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘
10、箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究 多功能 数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差、测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能由单片机处理，因此，本次设计采用一种数字温度传感器来实现，以实现其高性能。 单片机的主要输出方式除了发光二极管，数码管以外，还有一种重要的方式 ：液晶显示。液晶模块已经成为单片机系统的一个重要输出器件，液晶显示正广泛应用于便携式仪器仪表、智能充电、消费类电子产品领域。对于现在流行的嵌入式电子产品，显示输出模块是必不可少的，而
11、且液晶显示最大的优点就是能够实现友好的人机界面，在诸多的显示方式中，液晶显示已经成为首选。 - 4 - 第 2 章 设计电路原理和器件简介 第 2.1 节 总体设计电路框图 本设计以 AT89S52 单片机为核心，控制其它外围电路，以液晶显示作为其显示方式，通过 4 个按键实现时间调节功能，用三端稳压管 7805 把 9V 直流电源转换为 5V 直 流 电 作为单片机的工作电压 ，通过外接的编程口 STK500 实现对单片机的在线编程，高精度的温度传感器实现对周围的温度的测量，利用实 时日历时钟芯片提供当前的年、月、日、星期、小时、分钟、秒钟，时钟电路 提供单片机的工作时钟，复位电路 实现对单
12、片机的复位功能 。 总体框图如下 图（ 1） ： 图（ 1） 第 2.2 节 AT89S52 单片机介绍 单片机全称单片微型计算机（ Single Chip Microcomputer），指的是一种单硅片上集成微型计算机主要功能部件的集成芯片。 AT89S52 其内部集成 了中央处理器（ CPU）、随机数据存储器（ RAM）、只读程序存储器（ ROM）、定时器 /计数器、输入 /输出（ I/O）接口电路和串行通信接口等主要功能部件。 - 5 - S52 单片机引脚分布如图 （ 2） ： 图（ 2） 1、电源引脚 VCC 和 GND VCC（ 40 脚）：电源端，为 +5V。 GND（ 20 脚
13、）：接地端。 2、时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 3、控制信号引脚 RST、 ALE、 PSEN、 EA RST: 复位输入。晶振工作时， RST 脚持续 2个机器周期高电平将使单片机复位。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（ PROG）也用作编程输入脉冲。 PSEN:外部程序存储器选通信号（ PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN
14、 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN 将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外 部程序存储器读取指令， EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令， EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 - 6 - 4、 I/O 输入输出端口 P0、 P1、 P2、 P3 P0： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时， P0口也被作为低 8
15、 位地址 /数据复用。在这种模式下， P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时， P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻 。 P1： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器 /计数器 2的外部计数输入（ P1.0/T2）和时器 /计数器 2的触发输入（ P1.1/T2EX），具体如下表
16、 （ 1） 所示。在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。 表（ 1） P2 ： P2 口是一个 具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器时， P2 口送出高八位地址。在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8位地址访问外部数据存储器时， P2口输出 P2锁存器的内容。在 flash编程和校验时
17、， P2口也接收高 8位地址字节和一些控制信号。 P3 ： P3 口是 一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3口亦作为 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表 （ 2） 所示。在 flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 - 7 - 表（ 2） S52 内部功能模块如下图（ 3）： 它可以划分为 CPU、存储器（ RAM 和 ROM）、并行口、串行口、定时器 /
18、计数器和 中断系统等几个部分。 图（ 3） - 8 - 第 2.3 节 各功能模块器件应用说明 2.3.1 液晶显示简介 液晶显示是通过液晶显示模块实现的，液晶显示模块 （ LCD Module） 是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、 PCB 线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。 在单片机系统中使用液晶显示模块作为输出器件具有一下优点：显示质量高，数字式接口，体积小、重量轻，功率消耗低。 本设计所用 128*64LCD 实物如图（ 4）所示： 图（ 4） 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性 ，通过电压对其显示区域进行控制，有电就显示黑色，这样即可显示出图形。通常按照液晶显示方式可以分为
19、段式、点字符式、点阵式等。除了黑白显示外， LCD 还有多灰度和彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可分为静态驱动 （ Static） 、单纯矩阵驱动 （ Simple Matrix） 、主动矩阵驱动 （ Active Matrix）3 种。 液晶显示器 LCD 的显示原理 ： （ 1） 线段的显示 点阵图形式液晶有 M*N 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128列，每 8 列对应 1字节的 8 位，即每行由 16字节，共 16*8=128 个点组成 ，屏上 64*16 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如
20、屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H-00FH 的 16 字节的内容 决定，当（ 000）=FFH 时，则屏的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（ 3FFH） =FFH 时，则显示屏的右下角显示一条短亮线；当（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =FFH，（ 003H） =00H， - 9 - （ 00EH） =FFH，（ 00FH） =00H 时，则在屏的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 段暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本 原理。 （ 2）字符的显示 用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 6*8 或 8*8 点阵组成，既要找
21、到和显示屏上的某几个位置对应的 RAM 区的 8字节，还要使每字节的不同的位为“ 1” ，其他的为“ 0” ，为“ 1”的点亮，为“ 0”的不亮，这样一来就组成某个字符。 （ 3）汉字的显示 汉字的显示一般采用图形方式，事先提取要显示的汉字的点阵码，每个汉字占 32B，分左右两半部，各占 16B，左边为 1、 3、 5、 7 右边为 2、 4、 6 根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的 汉字的第一字节，光标位置加 1，送第二字节，换行按列对齐，送第三字节 直到 32B 显示完就可在 LCD 上得到一个完整的汉字。 显示如图： 2.
22、3.2 温度传感器说明 单片机的接口是数字电信号，要想用单片机获取温度这类非电信号的信息，必须使用温度传感器 。温度传感器的作用是将温度信息转换为电流或者电压输出，然后进行 A/D 转换，以满足单片机接口的需要。 本次设计使用数字温度传感器 DS18B20，可直接将被测温度转换成串行数字信号，以供单片机处理，它还具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点。 通过编程， DS18B20 可以实现 9-12 位的温度读数。信息经过单线接口送入或者送出，因此从微处理器到 DS18B20 仅需连接一条信号线。测量范围为 -55 +125，在 -10 +85范围内误差为 0.5。将 12 位的温度值转换为数字量所需时间不超过 750ms，转换速度快。
