基于单片机的电子时钟和温度计设计含pcb图

基于单片机的电子时钟和温度计设计含pcb图内容摘要：

机中断的使用 从而让单片机系统运行更快、效率更高，而且使用时钟芯片可以大大加大时钟的精度。 体温计的设计方法也有多种， 我国一般电子体温计使用 NTC 温度传感器 ，因为 它的测量精度、反应速度和电阻年漂移率 技术都很好。 而另外一种方法是使用DS18B20 数字温度传感器，该传感器广泛用于工业测量环境，虽然精度不如 NTC温度传感器的高，但 是凭着它输出信号为数字信号、简单的电路设计原理和低廉的价格，综合考虑本系统 使用 DS18B20 传感器。 研究设想 本次设计通过对硬件和软件设计熟悉掌握， 通过程序编写 完成电子时钟 年 、 月 、日 、 时 、 分 、 秒 、 星期显示及有时间设置等 基本功能的基础 上 还完成了 控制液晶屏亮屏时间的 节能功能 ，在硬件电路中设计出多个扩展功能，包括环境温度测量 、稳压去耦功能 和闹铃功能 等。 硬件电路包括 单片机最小系统电路、 DS1302 时钟芯片电路模块、 LCD1602 液晶显示模块、按键模块、 DS18B20 温度传感器模块、蜂鸣器电路模块、稳压去耦电路 ； 软件 部分主要通过 c 程序 的编程实现对 时钟芯片进行时间数据的读和写然后通过液晶显示 程序将时间显示出来 ， 也 通过键盘扫描程序实现功能的转换和屏幕的切换， 还可以 通过对 DS18B20 检测结果进行编程从而达到分辨率为 的效果，利用对 DS1302 时间设置来实现背光灯的延时和秒表功能。 结合硬件、软件的分步调试，达到要求的控制效果。 设计流程 和预期成果 设计 分为硬件和软件两大部分完成。 首先在 Protel 99SE 上进行原理图 和 PCB板 的绘制和修改 并制作出印制电路板 ，在电气检查无误的情况下，购买所需要的元器件。 接着 把元器件 焊接 到 各个功能 电路的模块上 ，并结合程序 进行调试。 最后将各个 功能的电路 程序组合起来 ， 然后再进行总程序的调试直到调试成功。 预期能达到以下结果： 中国计量学院 现代科技学院 本科毕业设计（ 论文） 6 （ 1） 实现年 、 月 、 日 、 时 、 分 、 秒 、 星期显示且有时间、日期 和星期的 设置 ； （ 2） 实现闹钟设置功能和秒表功能 ； （ 3） 实现 液晶背光灯延时控制从而达到节能效果、按键声效果和 屏幕切换功能 ； （ 4） 实现 环境 温度 检测和显示功能。 中国计量学院 现代科技学院 本科毕业设计（ 论文） 7 2 单片机 的应用及发展现状 单片机的应用具有面大量广的特点。 国际上从 70年代开始，国内自 80年代以来，单片机已广泛地应用于国民经济的各个领域，对各个行业的技术改 造和产品智能化的更新换代起着重要的推动作用。 它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： （ 1）单片机在智能仪表中的应用 ： 单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 （ 2）单片机在机电一体化中的应用 ： 机电一体化是械工业发展的方向。 机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。 单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大 提高机器的自动化、智能化程度。 （ 3）单片机在实时控制中的应用 ： 单片机广泛地用于各种实时控制系统中。 例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。 单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 （ 4）单片机在分布式多机系统中的应用 ： 在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。 多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。 单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装 在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。 单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 （ 5）单片机在人类生活中的应用 ： 自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。 单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。 另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。 从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部 分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。 这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。 中国计量学院 现代科技学院 本科毕业设计（ 论文） 8 3 系统硬件设计 系统功能描述 基于单片机的定时和控制装置在许多行业中有着广泛的应用，而电子时钟是其中最基本最具有代表性的控制系统 ，而温度检测广泛用于工业环境。 在基于单片机控制系统的电子电路中，除了基本的单片机系统和外围电路外，还需要外部的控制和显示装置。 硬件电路包括 STC89C52 单片机、 LCD1602 液晶显示电路、按键电路、蜂鸣器 电路、 DS1302 时钟芯片电路模块、 DS18B20 温度传感器 几部分电路模块。 该 系统设计 可以完成如下功能： （ 1） 实现年 、 月 、 日 、 时 、 分 、 秒 、 星期显示且有时间、日期 和星期的 设置 ； （ 2） 实现闹钟设置功能和秒表功能 ； （ 3） 实现 液晶背光灯延时控制从而达到节能效果、按键声效果和屏幕切换功能 ； （ 4） 实现环境 温度 检测和显示功能。 器件选型 本系统设计用到的器件包括单片机 STC89C52 芯片一块， DS1302 时钟芯片一块 ，温度传感器 DS18B20 一个， LCD1602 液晶显示屏一块，一个蜂鸣器， 3V 电池一块 ,12HZ 的晶振一个， 排针排线若干组，电容电阻若干，导 线若干，二级管若干 ,自己设计的 PCB 板一块， 按钮 5 个。 下面对其它器件的一些重要方面进行相关说明。 （ 1） 系统控制核心 STC 系列单片机以其优良的性能、高可靠性、低价格、低功耗 、抗静电、抗干扰 ，成为取代 MCS51 单片机的主流机型之一，有着十分广阔的应用前景。 本次设计系统控制核心采用 STC89C52 芯片。 STC89C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰 /高速 /低功耗的单片机，内部已扩展了 RAM，指令代码完全兼容传统 8051，而 STC89C52 最具典型性，具有 8K FLASH 存储器 512 字节 RAM 数据存储器， 可在线重复编程，擦写次数不少于 1000 次，或使用通用的非易失性存储器编程器；通用的 8 位 CPU与在线可编程 Flash 集成在一块芯片上，从而使 STC89C52 功能更加完善，应用更加灵活；与只拥有 128 字节的片内 RAM 的 AT89C52 系列单片机相比， STC89C52单片机片内 RAM 有 512 字节， 3 个定时器， 8 个中断源，片内程序存储器有 8KB；具有较高的性价比，使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。 图 为AT89S52 的管脚图。 中国计量学院 现代科技学院 本科毕业设计（ 论文） 9 图 STC89C52 管脚图 VCC : 电 源 GND: 地 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 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， /计数器 2的外部计数输入（ ）和时器 /计数器 2的触发输入（ ）。 在 flash编程和校验时， P1口接收低 8位地址字节。 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（例如执行 MOVX @DPTR）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（如 MOVX @RI）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， P2口也接收高 8位地址字节和一些控制信号。 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， 在 flash编程和校验时， P3口也接收一些控制信号。 中国计量学院 现代科技学院 本科毕业设计（ 论文） 10 （ 2） DS1302 DS1302 是一种常用的时钟芯片 ， 它有时钟计数功能，可以对秒、分钟、小时、月、星期、年的计数。 年计数可达到 2100 年。 其管脚排列如图 所示。 图 DS1302 芯片管脚图 DS1302 包括时钟 /日历寄存器和 31 字节（ 8 位）的数据暂存寄存器，数据通信仅通过一条串行输入输出口。 实时时钟 /日历提供包括秒、分、时、日期、月份和年份信息。 闰年可自行调整，可选择 12 小时制和 24 小时制，可设置 AM、 PM。 通过 三个管脚端口 进行数据的控制和 传递： RESET、 I/O、 SCLK。 通过备用电源可以让芯片在小于 1MW 的功率下运作。 数据传输如图 所示：（注意两种模式） 图 DS1302 数据传输时序图 4B （ 3） 温度传感器 DS18B20集成了温度传感器、信号调整电路、 A/D 采样和转换电路、存储器等部件。 集成电路的测温元件采用测半导体载流子随温度变化的特性原理制成，即测温中国计量学院 现代科技学院 本科毕业设计（ 论文） 11 元件为正电阻温度系数的热敏电阻。 它可以直接以数字量的形式输出被测环境的温度而不需要配加其它外围电路。 另外，多个 DS18B20 可以共用一条数据总线与 CPU 进行通信，与传统的温度传感器 （ AD590、 LM35）一个器件需要一条数据线相比，具有十分突出的优越性。 测温范围 55 ℃ ～ + 125℃ ,在 10℃ ～ +85℃ 时精度为 177。 0. 5℃ ， 可编程的分辨率为 9～ 12 位 ,对应的可编程温度分别为 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 、℃ ，转换时间为 750ms。 关于 DS18B20 的应用，主要是与不同型号的单片机进行对接，从而设计了不同形式的温度监测系统。 例如，对汽车轮胎的温度监测与报警。 还有的利用 DS18B20 设计了多点分布式温度监测系统，实现了对多点温度的同步监测等。 本系 统除具有温度测量与报警功能之外，还通过一定的控制电路实现了对加热系统的自动控制。 DS18B20 的引脚及指令系统 DS18B20 的引脚如 图。 其中 VDD 和 GND 分别接电源和地， DQ 为数据输出。 图 DS18B20 芯片管脚图 （ 4） 液晶显示屏 图 LCD1602 外观图 表 1602 型 LCD 的接口信号说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 Data I/O 中国计量学院 现代科技学院 本科毕业设计（ 论文） 12 2 VDD 电源正极 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶显示偏压信号 11 D4 Data I/O 4 RS 数据 / 命令选择端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 读写选择端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信号 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正极 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源负极 基本操作程序 ： 读状态：输入： RS=L， RW=H， E=H 输出： D0~D7=状态字 读数据：输入： RS=H， RW=H， E=H 输出：无 写指令 ：输入： RS=L， RW=L， D0~D7=指令码， E=高脉冲 输出： D0~D7=数据 写数据：输入： RS=H，。