12864时钟温度显示

课程设计用纸目录1.引言…………………………………………………………………………11.1课题研究背景……………………………………………………………11.2课题研究意义………………………………………………………………11.3课题研究内容………………………………………………………………12.系统方案设计…………………………………………………………………22.1总体方案设计…………………………………………………………………22.2系统方案选择与论证……………………………………………………22.2.3单片机芯片的选择…………………………………………22.2.3显示模块选择方案和论证…………………………………………22.2.3温度传感器模块选择与论证…………………………………………23.硬件电路设计…………………………………………………………………33.1硬件系统结构图……………………………………………………………33.2ST89C52单片机介绍………………………………………………………33.3数字温度传感器DS18B20………………………………………………63.4矩阵键盘接口设计…………………………………………………………83.512864液晶显示电路设计…………………………………………………93.6整时响铃电路设计………………………………………………………104.软件程序设计…………………………………………………………………114.1软件设计总体思路及主程序设计流程图…………………………………114.2软件程序详解………………………………………………………………125.作品调试…………………………………………………………………………31结语………………………………………………………………………………32参考文献…………………………………………………………………………33致谢…………………………………………………………………………34课程设计用纸第1页1.引言1.1课题研究背景随着微电子技术和超大规模集成电路技术的不断发展，家用电子产品种类日益丰富，数字显示的万年历已经越来越流行。单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。采用单片机的内部定时器实现年月日，时分秒，星期的显示，硬件设计简单。为此设计了计时准确，成本低廉的万年历。1.2课题研究意义随着科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了测量技术的发展，其目的在于：（1）本课题的研究可以使学生更好地掌握基于单片机应用系统的分析与设计方法，培养创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，提高电子产品研发素质、增强针对实际应用进行控制系统设计制作的能力。（2）掌握数字温度传感器DS18B20的原理、性能、使用特点和方法，利用C51对系统进行编程。（3）本课题综合了现代测控、电子信息、计算机技术专业领域方方面面的知识，具有综合性、科学性、代表性，可全面检验和促进学生的理论基础和实践技能。1.3课题研究内容本设计研究的主要内容如下：（1）在广泛查阅温度检测控制理论和方法、测温技术和温度控制技术等资料的基础上，根据不同的控制要求及应用领域完成对系统方案的总体设计。本设计采用以AT89C52为核心的单片机系统，来实现对温度的检测功能。（2）研究比较各相关元器件的功能与特点，选择合适的元器件。（3）系统硬件设计。系统硬件设计主要包括：温度检测、单片机数据采集处理、显示、键盘设定、报警电路等部分。课程设计用纸第2页2.系统方案设计2.1系统总体方案设计数字电子时钟是采用数字电路实现对年，月，日，时，分，秒数字显示的装置，通过温度传感器显示实时温度的变化，通过定时器进行时间的运动，通过外部矩阵键盘校准时间，最后经过显示屏显示。2.2系统方案选择与论证2.2.1单片机芯片的选择本设计采用AT89C52芯片作为硬件核心，该芯片内有4K字节的在线编程Flash存储器，可以擦写1000次，具有掉电模式，而且具有掉电状态下的中断恢复功能，对设计开发非常实用[1]。2.2.2显示模块选择方案和论证方案一：LED数码管显示由于数码管动态扫描需要借助74LS164移位寄存器进行移位，该芯片在电路调试时往往会有很多障碍，所以不采用LED数码管作为显示。方案二：LCD12864液晶显示此液晶具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优势和可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。所以最终选择LCD12864。2.2.3温度传感器模块选择与论证方案一采用模拟温度传感器AD590，转换结果需要经过运算放大器和AD转换器传送给处理器。它控制虽然简单，成本低，但是后续电路复杂，且需要进行温度标定，集成温度传感器AD590输出为电流信号,且输出信号较弱，所以需要后续放大及A/D转换电路，如采用普通运放则精度难以保证，而测量放大器价格较高，这样会使成本升高。方案二采用了数字温度传感器DS18B20，它能在现场采集温度数据，直接将温度物理量变换为数字信号并以总线方式传送到单片机进行数据处理，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字式读数方式，因此，该方案完全具有可行性，同时体现了技术的先进性，经济上也有很大的优势。综上所述，本课题采用AT89C52芯片，DS18B20温度传感器，LCD12864液晶显示对系统进行设计。课程设计用纸第3页3硬件电路设计3.1硬件系统结构图总体硬件设计仿真图如图一所示：图1：总体硬件设计仿真图3.2ST89C52单片机介绍3.2.1STC89C52单片机51系列单片机的引脚配置如图1所示。主要包括P0、P1、P2、P3口以及读写功能输出，时钟输入端等。（1）AT89C51的特点1.AT89C51具有以下几个特点：2.AT89C51与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；3.片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；4.全静态工作,工作范围：0Hz～24MHz；5.三级程序存储器加密；6.128×8位内部RAM；7.32位双向输入输出线；（2）AT89C52:的功能描述AT89C52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编课程设计用纸第4页程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。图2：STC89C52单片机引脚图（3）最小系统设计最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。图3：单片机最小系统原理框图（4）时钟电路时钟电路复位电路51系列单片机I/O接口课程设计用纸第5页STC89C52单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图4所示。在STC89C52单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图4：STC89C52内部时钟电路（5）复位电路当在STC89C52单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST(9)端与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图4。时钟频率用11.0592MHZ时C取10uF,R取10kΩ。图5：STC89C52复位电路课程设计用纸第6页3.3数字温度传感器DS18B20介绍DS18B20温度传感器的封装如图6所示：图6：温度传感器的封装图1、DS18B20的主要特性1.1、适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电1.2、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1.3、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1.4、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1.5、温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃1.6、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温1.7、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，速度更快1.8、测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力1.9、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、DS18B20的外形和内部结构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的外形及管脚排列如下图7:课程设计用纸第7页DS18B20引脚定义：(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图7：DS18B20内部结构图DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图8所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图8中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图8：DS18B20测温原理框图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）。课程设计用纸第8页光刻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。图9:DS18B20温度值格式表这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度