温度测量及时钟显示的课程设计

电子工艺课程设计报告题目温度测量及时钟显示的设计

姓名季琪源

学号 20092305914

院系滨江学院

专业电子信息工程

组员季琪源、邢卫国

二Ｏ一二年五月

南京信息工程大学电子信息工程系，南京 210044

基于AT89S52单片机温度测量及时钟显示设计

摘要：

本设计主要是温度测量及时钟显示的设计,由单片机AT89S52芯片和DS18B20芯片及1602液晶显示为核心，辅以必要的电路来设计制作完成。它是低功耗、高性能的CMOS型8位单片机。片内带有4KB的Flash存储器,且允许在系统内改写或用编程器编程。另外, AT89S52的指令系统和引脚与51完全兼容,片内有128B 的RAM、32条I/O口线、2个16位定时计数器、5个中断源、一个全双工串行口等。由于其功能的实现主要通过软件编程来完成,降低了硬件电路的复杂性,而且其成本也有所降低,所以在该设计中采用单片机利用AT89S52。并且AT89S52单片机结合1602液晶显示器的设计，在显示方面比数码管更简单，不用送段码和位码只需键入所要输出的数字或单词即可。

关键字：AT89S52、DS18B20、数字钟

一、引言：

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、办公室等公共场所，已成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体与振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度远远超过老式钟表，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能，这些的实现都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

二、设计目的与要求

2.1设计目的

⑴．进一步掌握单片机的原理及其功能。学会利用单片机做一些简单的电子

设计与制作。

⑵．熟悉DS18B230温度传感器的作用及其原理，会利用其进行温度的测量。

⑶．通过此次的电路焊接和调试提高自己的动手及其分析问题的能力。

2.2设计要求

1.以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个电子时钟系统。

2.系统显示器由4位LED数码管组成，分别显示时间值的小时和分，以24h （小时）计时方式。

3.能够使用按键开关随时对当前时间进行调整。

2.3系统的主要功能

通过DS18B20进行温度的测量，再由一条I/0数据端口与单片机进行通信，最后将结果显示在数码管上，实现温度检测的功能，另外在单片机上编写一个时钟程序同时在显示器上显示出来，实现时钟显示的功能。

小组分工情况

邢卫国主要负责软件部分，主要工作是编写程序，画电路图。季琪源主要负责焊接电路与报告的撰写，一起完成了本次课程设计的任务。

三、设计方法步骤及设计原理

3.1原理框图

为了实现LED显示器的数字显示，可以采用静态显示法和动态显示法。由于静态显示法需要数据锁存器等硬件，接口复杂一些。考虑时钟显示只有4位，且系统没有其他复杂的处理任务，所以决定采用动态扫描法实现LED的显示。单片机采用易购的AT89S52系列，这样单片机可具有足够的空余硬件资源实现其它的扩充功能。

图3—1总设计方框图

3.2原理说明

采用AT89S52单片机，最小化应用设计；采用共阴七段LED显示器，P0口输出段码数据，P1.0～P1.7口作列扫描输出，P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，P2.4，口接五个按钮开关，用以调时功能设置，P2.5口接温度传感器用于温度的测量。为了提供共阴LED数码管的驱动电压，用9013三极管作电源驱动输出。采用12MHz晶振，有利于提高通信波特率的准确性。为了提高驱动能力在P0口，P1

口和数码管之间要接上9013三极管，Proteus中不需接也可以正常显示，复位电路和晶振电路没接不影响仿真。

整体线路设计如下：

图3—2总设计原理图

3.3晶振及复位电路

3.4 系统仿真

点击仿真后默认显示时间

按下P2.3口上的开关后切换显示温度

按下P2.4口上的开关后切换显示时间

四、软件流程图及程序设计

（1）主程序

本设计中，计时采用定时器T0中断完成，其余状态循环调用显示子程序，当端口开关按下时，转入相应功能程序。

（2）LED显示子程序

数码管显示的数据存放在内存单元wei[0]- wei[7]中。其中 wei [0]- wei [1]存放时数据，wei [2]- wei [3]存放分数据，wei [4]- wei [5]存放秒数据，每一地址单元内均为十进制BCD码。由于采用软件动态扫描实现数据显示功能，显示用十进制BCD码数据的对应码段存放在ROM表(tab[11]中。显示时，先取出wei [0]- wei [7]中的某一数据，然后查得对应的显示用码段，并从P0口输出，P3口将对应的数码管选中供电，就能显示该地址单元的数据值。

(3)定时器T0中断服务程序

定时器T0用于时间计时。中断进入后，时钟计时累计中断达1秒时，对秒计数单元进行加1操作。在计数单元中采用十进制BCD码计数，满60进位，T0中断服务程序执行。流程见下图：

图4—1主程序流图

图4—2子程序流图

图4—4 温度转换流程图图4—3 读温度流程图

四、系统调试及总结分析（附上实物照片）

单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分，但是他们并不能完全分开。一般的方法是排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软/硬件故障。

1.系统性能测试与功能说明

走时：默认为走时状态，按24小时制分别显示“时时.分分.秒秒”，时间会按实际时间以秒为最少单位变化。

走时调整：按一下minute加一分；对时进行调整，按一下hour加一小时，从而达到快速设定时间的目的。

2.系统时钟误差分析

时间是一个基本物理量，具有连续、自动流逝、不重复等特性。我国时间基准来自国家授时中心，人们日常使用的时钟就是以一定的精度与该基准保持同步的。结合时间概念和误差理论，可以定义电子钟的走时误差S=S1-S2,S1表示程序实际运行计算所得的秒；S2表示客观时间的标准秒。S>0时表示电子钟秒单元数值刷新滞后，即走时误差为“慢”；反之，S<0表示秒单元数值的刷新超前，即走时误差为“快”。

本次设计的单片机电子钟系统中，其误差主要来源包括晶体频率误差，定时器溢出误差，延迟误差。晶体频率产生震荡，容易产生走时误差；定时器溢出的时间误差，本应这一秒溢出，但却在下一秒溢出，造成走时误差；延迟时间过长或过短，都会造成与基准时间产生偏差，造成走时误差。

3.软件调试问题及解决

软件程序的调试一般可以将重点放在分模块调试上，统调是最后一环。软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于软件仿真器即可；后者一般需要仿真系统的支持。本次课题，Keil软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正确，最后统调程序。

五、注意事项与心得体会

1.实习中的连线问题：

使用了为了提供共阴LED数码管的驱动电压，用74LS244作电源驱动输出。由P0口输出驱动数码管的段选择，而P3口的输出接上2803芯片驱动数码管的位选择。在连线时要注意芯片端口号和引脚号的区别，所以我参考了老师给我们的芯片资料，感觉非常有用，不但帮我们完成了线路图的连接，而且对于我们以后的学习也是非常有用的。对于数码管的段端口号和位端口号的确定有一定的困难，开始连线时我没有自己确定端口号，而是直接参考王老师连得电路图，感觉非常困难，后来我想到数码管就是由一个一个的二极管组成的，我为什么不用外用表自己来测量呢？这样既可以完成实验操作，而且还可以提高自己动手解决问题的能力。弄清原理后我很快确定好了数码管各个端口号对应的芯片引脚。P1.0,P1.1和P1.2是开关调节按钮，具体功能下面叙述，连线比较简单。对于这次连线总的来说还是比较简单的，可能一个看起来很复杂的电路图，如果我们能够弄清楚原理，那么就非常简单。同样对于我们学习也是这样的，遇到困难不能退缩，如果那样的话，那么也许我们永远不能够解决问题。

2.程序的编写过程

我们在大一时学习了C语言，当时不知道它有什么具体的作用，无非不就是编写一些简单无聊的程序。通过这次单片机的实习，我充分认识到C语言的强大功能。现在有点后悔当初没有好好学习这门语言。上学期学习单片机基础知识时我们主要是应用汇编语言编写程序，但是对于一些大型复杂的程序，可能汇编语言会很复杂。如何解决这个问题呢？实习老师向我们讲解了C51语言的强大功能，让我们到图书馆找一些资料学习一下。经过两个星期的系统学习，我基本掌握了编程思想和一般的方法。

3.心得体会

这是我又一次用单片机做成功的小制作硬件。在制作过程中，我对51单片机的了解进一步的加深，对KEIL软件的使用更加灵活，对Proteus模拟软件有了初步的了解。查阅相关电子毕业论文网站，对论文的书写也有了流程框架。我学到了许多自己以前没有接触过的知识，真是受益匪浅。经过一次次的使用Proteus也是我在学习单片机中不可缺少的系统仿真软件工具，它是现在市场上用来软件仿真最为重要的之一。在写报告时Microsoft –word也是不可缺少的办公软件，以前我对这个软件很陌生，通过这次的报告的编写，我对它的运用得到了进一步的认识。

附录：

#include"reg52.h"

unsigned char tempL=0,tempH=0; // 设置全局变量

unsigned int temperature;

unsigned char code tab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf};

unsigned char code tab1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//带小数点的数unsigned char wei[]={0x10,0x20,0x40,0x80,0x01,0x02,0x04,0x08};

unsigned int dua[]={0,0,10,0,0,10,0,0};

unsigned int dispbuf[]={0,0,0};

unsigned int hour=12;

unsigned int minite=0;

unsigned int second=0;

unsigned int tcnt=0;

sbit key1=P2^0;

sbit key2=P2^1;

sbit key3=P2^2;

sbit key4=P2^3;

sbit key5=P2^4;

sbit DQ=P2^5; //数据传输线接单片机的相应的引脚

/******************************************************************/

void delay(int x) //延时程序

{

whil e(x--);

}

//**********************************************

//初始化程序

void Init_DS18B20(void)

{

unsigned char x=0;

DQ=1; //DQ先置高

delay(8); //稍延时

DQ=0; //发送复位脉冲

delay(85); //延时（>480us）

DQ=1; //拉高数据线

delay(14); //等待（15-60us）

x=DQ; //

delay(20);

}

//**********************************************

//读一个字节

ReadOneChar(void)

{

unsigned char i=0;

unsigned char dat=0;

for(i=8;i>0;i--)

{

DQ=1;

delay(1);

DQ=0;

dat>>=1;

DQ=1;

if(DQ)

dat|=0x80;

delay(4);

}

return(dat);

}

//*********************************************** //写一个字节

void WriteOneChar(unsigned char dat)

{

unsigned char i=0;

for(i=8;i>0;i--)

{

DQ=0;

DQ=dat&0x01;

delay(5);

DQ=1;

dat>>=1;

}

delay(4);

}

//****************************** ReadTemperature(void)

{

Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xcc);

WriteOneChar(0x44);

delay(125);

Init_DS18B20();

WriteOneChar(0xcc);

WriteOneChar(0xbe);

tempL=ReadOneChar();

tempH=ReadOneChar();

temperature=(tempH*256)+tempL;

return (temperature);

}//*****************************************

void Dispbuf(unsigned int temper)

{

dispbuf[2]=(temper>>4)/10;

dispbuf[1]=(temper>>4)%10;

if(temper&0x8)

dispbuf[0]=0x55;

else dispbuf[0]=0;

}

void display1()

{

int i;

P0=0xff;

for(i=0;i<3;i++)

{

ReadTemperature();

Dispbuf(temperature);

if(i==1)

{

P1=wei[i];

P0=tab1[dispbuf[i]];

delay(200);

}

else

{

P1=wei[i];

P0=tab[dispbuf[i]];

delay(200);

}

}

}

//时钟显示**************************************** void display()

{

int i;

dua[0]=second%10;

dua[1]=second/10;

dua[3]=minite%10;

dua[4]=minite/10;

dua[6]=hour%10;

dua[7]=hour/10;

P1=wei[i];

P0=tab[dua[i]];

delay(2);

i++;

if(i==8)

{

i=0;

}

}

void keyscan()

{

if(key1==0)

{

delay(10);

if(key1==0)

{

second++;

if(second==60)

{

second=0;

minite++;

}

whil e(key1==0)

{

display();

}

}

}

if(key2==0)

{

delay(10);

if(key2==0)

{

minite++;

if(minite==60)

{

minite=0;

hour++;

}

whil e(key2==0)

{

display();

}

}

}

if(key3==0)

{

delay(10);

if(key3==0)

{

hour++;

if(hour==24)

{

hour=0;

}

whil e(key3==0)

{

display();

}

}

}

}

/******************************************************************/

/* 主函数*/ /******************************************************************/

void main()

{

TMOD=0x02;

TH0=0x06;

TL0=0x06;

TR0=1;

ET0=1;

EA=1; //中断允许

whil e(1)

{

if(key4==0)

{

whil e(key5==1)

{

display1();

}

}

if(key5==0)

{

whil e(key4==1)

{

keyscan();

display();

}

}

keyscan();

display();

}

}

void t0() interrupt 2 {

tcnt++;

if(tcnt==4000) {

tcnt=0;

second++;

if(second==60)

{

second=0;

minite++;

if(minite==60)

{

minite=0;

hour++;

if(hour==24)

{

hour=0;

}

}

}

}

}