1、 LCD 时钟随着科技的快速发展，时间的流逝,至从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类不断研究，不断创新纪录。美国DALLAS 公司推出的具有涓细电流充电能的低功耗实时时钟电路 DS1302。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，还具有闰年补偿等多种功能，而且 DS1302 的使用寿命长，误差小。对于数字电子万年历采用直观的数字显示，可以同时显示年、月、日、周日、时、分、秒和温度等信息，还具有时间校准等功能。该电路采用 AT89S52 单片机作为核心，功耗小，能在 3V 的低压工作，电压可选用 35V 电压供电。综上所述此万年历具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉等诸多优点，
2、符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。关键词：液晶 1602A 单片机 DS1302 DS18B20目录一、设计要求与方案论证1.1 设计要求1.2 单片机芯片的选择方案和论证1.3 显示模块选择方案和论证1.4 时钟芯片的选择1.5 温度传感器的选择二、系统的硬件设计与实现2.1 复位电路2.2 晶振电路2.3 液晶显示电路的设计2.4 温度传感器的设计2.5 时钟模块的设计2.6 键盘接口电路的设计2.7 系统原理图三、系统的软件设计3.1 总设计流程图3.2 时间调整程序设计3.3 读取温度子程序3.4 温度转换命令子程序 3.5 计算温度子程序3.6 显示数据刷新子程序四、测
3、试方法与实验数据4.1 测试仪器4.2 硬件调试4.3 软件调试五、测试结果分析 六、参考文献一、设计要求与方案论证1.1 设计要求按照系统的设计功能要求，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合 按键控制，来控制时钟、温度的存储和查询及显示。初步确定设计系统由单片机主控模块、时钟模块、测温模块、显示模块、键盘接口模块共 6 个模块组成，电路系统框图如图（1）所示。1.2 单片机芯片的选择方案和论证A.mcs51 系列的单片机在国际和国内的占有率很高，下表 mcs51 系列单片机分类表片内 ROM 形式片内存储器子系列无 ROM EROM E2PROM ROM
4、 RAM片外存储器寻址能力定时器/ 计数器8031 8051 8751 4KB 128B 2*64KB 2*165180C31 80C51 87C51 89C51 4KB 128B 2*64KB 2*168032 8052 8752 8KB 256B 2*64KB 3*165280C32 80C52 87C52 89C52 8KB 256B 2*64KB 3*16B. 按资源配置数量，mcs51 系列分为 51 和 52 两个子系列，其中 51 子系列是基本型，而 52 子系列则是增强型。52 子系列由于资源数量的增加，是其芯片的功能也有所增强。片内 rom 容量从 4kb 增加到 8kb，片
5、内 rom 单元主控器件AT89s52温度检测DS0820时钟DS1302电源部分LCD 显示器键盘部分图 1数从 128b 增加到 256 定时器/计数器从两个增加到三个，中断源从 5 个增加到 6 个。C. 按单片机内 rom 配置状态，可分四种：片内掩膜（MASK）ROM 型单片机（如 8051） ，适合于定型大量应用产品的生产：片内 EPROM 型单片机（如 8751） ，适合于研制产品样机：片内无 ROM 型单片机（如 8031）需外接 EPROM,单片机扩展灵活，适用于研制新产品；EEPROM 型单片机（如 89c51） ，内部程序存储器可电擦除，使用更方便。D. 单片机型号带字母
6、“C”表示所有的工艺是 CMOS,具有高速度、高密度和低功耗的特点。综合上述优点，故采用 AT89S52 芯片作为控制核心1.3. 显示模块选择方案和论证A. 在数码管显示方式下， 每一个 LED 数码管显示器都需要一个 8 位的输出口进行控制。由于单片机本身提供的I/O 口有限，实际使用中，通常通过扩展 I/O 口的形式解决输出口数量不足的问题。 在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU 才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU 的时间，又提高了 CPU 的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个 LED 数码管需要独占 8 条输出线
7、。随着显示器位数的增加，需要的 I/O 口线也将增加。B. 液晶显示器简称 lcd 显示器，它是利用液晶经过处理后能改变管线的传输方向的特性实现显示信息，液晶显示器具有体积小、重量轻、功耗低，显示内容丰富等特点，在单片机的系统中得到了广泛应用，液晶显示器按其功能可以分为三类：笔段是液晶、字符点阵是液晶显示器，还可以显示显示器还可以显示汉字和任意的图形，达到图为并茂的效果。综上所述，各种有点。选择方案 B 1.4 时钟电路模块的设计采用DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒
8、分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302 是由DS1202 改进而来增加了以下的特性双电源管脚用于主电源和备份电源供应Vcc1 为可编程涓流充电电源附加七个字节存储器它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域下面将主要的性能指标作一
9、综合 实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力 31字节 8位暂存数据存储RAM 简单3 线串行I/O 口方式使得管脚数量最少 宽范围工作电压2.0V-5.5V 工作电压为2.0V 时,电流小于300nA 读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式 与TTL 兼容Vcc=5V 可选工业级温度范围-40-+85对Vcc1 有可选的涓流充电能力双电源管用于主电源和备份电源供应备份电源管脚可由电池或大容量电容输入1.5 温度采集模块设计美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20是世界上第一片支持 “一线总线“
10、接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 DS18B20体积更小、更经济、更灵活。DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。DS1820开辟了温度传感器技术的新概念！DS18B20的主要特性（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电（2）独特的接
11、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（3）DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5（6）可编程的分辨率为912位，可实现高精度测温（7）在9位分辨率时最多在93.75ms 内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms 内把温度值转换为数字（8）测量结果直接输出数字温度信号，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力
12、（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2、.系统的硬件设计与实现3、根据方案的选择，系统由 AT89S52、时钟芯片 DS1302、DS18B20、液晶显示电路、键扫描电路组成。其各功能模块如下：2.1 复位电路上电复位采用电平方式开关复位。如图（2）所示。 上电复位用 RC 电路，电容用 20 F，电阻用 10K 。2.2 晶振电路我们采用 12MHZ，加两个 30pF 电容。图（3）所示。图（2） 图（3）2.3 液晶显示电路设计HS12864-15 系列中文图形液晶显示模块的主要特性如下：提供 8 位，4 位并行接口及串行接口可选并行接口适配 M6800
13、时序 自动电源启动复位功内部自建振荡源 6416 位字符显示 RAM（DDRAM 最多 16 字符4 行，LCD 显示范围 162 行） 2M 位中文字型 ROM（CGROM） ，总共提供 8192 个中文字型（1616 点阵） 16K 位半宽字型 ROM(HCGROM)，总共提供 126 个西文字型（168 点阵） 6416 位字符产生 RAM（CGRAM） 文字与图形混合显示功能 液晶屏与单片机采用串行接口连接如下图所示 2.4 温度传感器设计由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。而 DS18B20
14、温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式。电路图如图（4）所示。图（4）2.5 时钟模块的设计我们采用 DS1302 作为主要计时芯片，主要为了提高计时精度，更重要的就是 DS1302 可以在很小的后备电源下继续计时，并可编程选择充电电流来对后备电源进行充电，可以保证后备电源基本不耗电。电路图如图（6）所示。图（6）2.6 键盘接口的设计由于按键只有 4 个，分别实现为时间调整、时间的加减,来校对时间。三、系统的软件设计3.1 总设计流程图 系统主程序首先对系统进行初始化
15、，包括设置定时器、中断和端口；然后显示开机画面。由于单片机没有停止指令，所以可以设计系统程序不断地循环执行上述显示效果。下图是系统的流程图。图 1.3.23.2 时间调整程序设计调整时间用 3 个调整按钮，1 个做为移位控制用，另外两个做为加减用，分别定义控制按钮、加按钮、减按钮。在调整时间过程中，要调整的那位与别的位应该有区别，所以增加了闪烁功能，即调整的那位一直在闪烁直到调整下一位。闪烁原理就是让要调整的那一位，每隔一定时间熄灭一次，比如说 50MS。利用定时器计时，当达到 50MS 溢出时，就送给该位熄灭符，在下一次溢出时，再送正常显示的值，不断交替，直到调整该位结束，此时送正常显示值给
16、该位，再进入下一位调整闪烁程序，时间调整程序程序流程图如图 1.3.3。3.3 读取温度子程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的测量温度值，温度测量每 1s 进行一次，流程图如图 1.3.4。读出温度子程序的主要功能是读出 RAM 中的 9 个字节，在读出时需进行 CRC 校验，校验有错时不进行温度数据的改写。其程序流程图如图 1.3.5。3.4 温度转换命令子程序温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750 毫秒，在本程序设计中采用 1 秒显示程序延时法等待转换的完成。3.5 计算温度子程序计算温度子程序将 RAM
17、 中读取值进行 BCD 码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图 1.3.6。3.6 显示数据刷新子程序显示数据刷新子程序主要时对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为零时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图 1.3.7。YESNO开 始温度值取补码置“-”标志计算小数位温度 BCD 值温度零 下?图 1.3.6 计算温度子程序流程图置“+”标志计算整数位温度 BCD 值结束YESNONOYES结束读取操作,CRC 校验移入温度暂存器9 字节完?CRC 校验正确?图 1.3.5 读出温度子程序流程图发 DS18B20 复位命令位命令发跳过 ROM 命令发读取温度命令
18、YESYESNONO初始化调用显示子程序读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令1 秒到?初次上电?图 1.3.4 DS18B20 温度计主程序流程图四、 测试方法与实验数据4.1 测试仪器万用表、温度计、51 系列仿真器NOYESNOYES结束温度数据移入显示寄存器十位数显示符号百位数不显示十位数零?百位数零?图 1.3.7 显示数据刷新子程序流程图百位数显示数据（不显示符号）1.硬件调试时，可先检查印制板及焊接的质量是否符合要求，有无虚焊点及线路间有无短路、断路。然后用万用表测试或通电检测，检查无误后，可通电检查 LCD 液晶显示器亮度情况，一般情况下取背光电压为 45.5V
19、即可得到满意的效果。2.DS1302 与单片机相连的只有 3 根线，很容易检查，主要检查 DS1302 管脚与晶振、电源是否连接好。3.DS18B20 在测温程序设计中，向 DS18B20 发温度命令转换后，程序要等待 DS18B20 的返回信号，一旦线路不好或断线，将陷入死循环，所以线路一定要检查清楚。4.3 软件调试软件调试是在 MedWin 编译器下进行，源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位逐个进行，最后结合硬件实时调试。子程序调试包括：1. DS1302 的计时和读写程序、显示程序；2. DS18B20 读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序。本系
20、统需用微机的“超级终端”进行控制。调试单片机系统前，先将微机的超级终端的波特率设为 19200，通信口设在 COM1，数据位设在 8，奇偶校验位设为无，停止位设为 1，流量控制设为无。然后进行烧入单片机。五、 测试结果分析1.由于采用了 DS1302 作为计时器使用，其计时精度相对来说比较高。用制作的成品与万年历计时比较，基本没有误差。2.由于 DS18B20 的误差指标在 0.5oC 以内，在一般场合完全适用。3.根据实验要求记录并显示某些时间的温度值及一天当中的最高、最低温度。六参考文献1 张迎新等单片机原理及应用电子工业出版社2006.3 彭 为等单片机典型系统设计实例精讲电子工业出版社2006.4楼然苗等. 李光飞51系列单片机设计实例M北京：北京航空航天大学出版社，2003
