[信息与通信]51单片机课程设计DS1302时钟、18B20温度计.doc

摘要: 该设计实现了24小时制的时间显示及设定、年月日星期的显示及设定、闹钟的设定、温度的检测及显示等功能。设计共分为四大部分，分别是控制部分、时钟部分、温度检测部分和人机交互部分。以单片机（AT89C51）组成的最小系统为整个设计的控制核心，单片机通过对时钟芯片（DS1302）的控制完成时钟的功能，通过对温度传感器（18B20）的控制完成温度检测的功能，最后通过对数码管、蜂鸣器及按键的控制完成时间和温度的显示以及调整时间、设定闹钟等功能。 关键词：电子钟；温度计；单片机 目录 摘要: 1 第一章 设计任务 3 第二章 电路设计 3 2.1电路方案的比较 3 2.2根据设计绘制框图及原理图 5 第三章 工作原理 7 3.1 单片机的工作原理 7 3.2 DS18B20的工作原理 8 3.3DS1302的工作原理 10 3.4数码管的工作原理 12 第四章 调试与验证 12 4.1程序调试 12 4.2仿真验证 15 参考文献 15 附录 16 附录一 使用说明 16 附录二 元件清单 16 附录三 pcb版图 17 附录四 程序清单 18 第一章 设计任务 1、基本要求 （1）能够实现时间的正确显示，并且可以对表进行调整。 （2）能够实现年月日及星期的显示，并且可以对日期进行调整。 （3）能够实现对温度的及时检测，并且可以正确显示。 （4）用protel99se绘制设计的原理图，并生成PCB图。 （5）用protues实现对设计的仿真。 2、提高要求 （1）能够实现闹铃的设定。 （2）为了使显示画面更美观，信息量更大，尝试使用液晶显示器（1602或12864）对时间和温度进行显示。 （3）将硬件实物做出来。 第二章 电路设计 2.1电路方案的比较 1、时钟电路的设计 方案一：时钟电路可由555定时器组成，通过555定时器构成1Hz脉冲发生电路（如图2-1），然后将脉冲机输入单片机，经单片机计算生成时钟。脉冲信号从555的3号引脚输出，通过电阻和电容可以得到不同频率的脉冲。其计算方法为tpl=R2C2ln2；tph=(R1+R2)C2ln2。 图2-1 555秒脉冲发生电路 方案二：用单片机控制专用时钟芯片DS1302（如图2-2），通过对时钟芯片的初始化设置、写数据、读数据等操作，实现对时钟信息的获取。、 图2-3 DS1302与单片机连接图 比较：两个方案虽然都能实现时钟的功能，但是方案一由于电阻电容及其自身的精度影响，其生成的秒脉冲精度相对差一些，且将秒脉冲信号换算成时钟的编程也相对复杂，而方案二能够较好地弥补方案一的不足。所以本设计中的时钟电路采用方案二的设计。 2、温度检测电路的设计 方案一：利用热敏电阻对温度特殊的温度效应，可以通过一个比较简单的电路将温度信号转换成相应的电压信号，为了使电压信号更便于精确测量，可以利用运放将电压信号放大，再经模数转换将电压信号送入单片机，最后通过单片机的计算得出温度值，送入数码管显示。 方案二：利用单片机对温度传感器DS18B20的控制，获取温度传感器所采集的温度信号（如图2-3）。 图2-3 DS18B20与单片机连接图 比较：方案一原理容易理解，但实际操作很有难度。不仅自己设计电路精度不能保证，而且外围电路复杂，成本也较高。而由图2-3可以直观看出方案二简单方便，且精度较高，所以本设计中的温度检测电路采用方案二。 2.2根据设计绘制框图及原理图 1、由本设计的任务要求可知，本设计中需要单片机与温度传感器和时钟芯片进行数据交互，需要输入部分（按键）和输出部分（数码管、闹铃）实现人机互动。如设计框图（图2-4）所示。 图2-4 设计框图 2、再设计中，单片机需要外接晶振，需要复位电路等。为使数码管正常显示、蜂鸣器正常发声，需要加一定的放大电路。结合本设计的设计框图和电路方案的比较，可得完整原理图（如图2-5）。 图2-5 原理图 第三章 工作原理 3.1 单片机的工作原理 1、单片机数据采集原理 单片机的数据采集主要是通过与时钟芯片和温度传感器的数据交互实现的，另外有按键信息需要采集。对于前者，单片机需要先向芯片中写入相应指令，然后写入地址或其他数据，以便最后再读取所需数据（具体见3.2和3.3的介绍）。对于后者只需要检测按键的高低电平即可，比较简单，在此不再赘述。 2、单片机控制数码管原理 该设计将数码管的a~g、dp端接至单片机的P0口，将数码管的共阳控制端接至单片机的P3.3、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0口。需要注意的是该设计中采用动态扫描的方式实现数码管的动态显示，其原理是通过P0口送入要显示的数据，然后让六个数码管依次闪亮，动态扫描，利用数码管余辉和人的视觉暂留实现显示。 图3-1 数码管与单片机连接图 3.2 DS18B20的工作原理 1