874380983基于单片机的电子时钟和温度计设计（含PCB图）.doc

中国计量学院本科毕业设计（论文）基于单片机的电子时钟和温度计设计MCU-based Design of Electronic Clock and Thermometer郑 重 声 明本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。学生签名： 日期： 致 谢本次毕业设计成功完成，要感谢中国计量学院现代科技学院机电系给以资金和其他方面的大力支持。特别感谢金英莲老师在毕业设计过程中对我的帮助和指导。金英莲老师的鼓励和理解，以及在技术上不厌其烦的指导，使我对自己所做的事充满信心和干劲。尤其是金英莲老师启发性的教育方式使我在毕业设计中学到了很多思考问题和解决问题的方法，而这些所具有的价值要远远超过专业知识本身，这些也是我终身受用的。在这里再次向金英莲老师表示衷心的感谢！同时也向在我的毕业设计中帮助过我的同学们表示感谢，我的成功与他们都是分不开的！感谢在我大学四年学习和生活中帮助过我的老师们、同学们和朋友们！谢谢！基于单片机的电子时钟和温度计设计摘要：钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。本文介绍了基于单片机的电子时钟和温度计设计。系统以 STC89C52为核心，具有日期、星期、时间设置及显示、秒表功能、闹钟功能、背光灯延时设置、环境温度测量及显示功能。硬件电路包括STC89C52单片机小系统电路、LCD1602液晶显示电路、键盘电路、DS18B20 温度传感器测温及显示电路、DS1302电路、蜂鸣器电路几部分模块。再通过C语言编程对各模块进行调试，最后达到设计要求的效果。关键词：电子时钟；STC89C52单片机；LCD1602液晶显示；DS18B20；温度测量；DS1302时钟芯片MCU-based Design of Electronic Clock and ThermometerAbstract： Digital watch has brought great convenience to the life of the people. Studying digital clock and expanding its applications have a very practical significance. In this paper,it introduced the design of the multi-functional electronic clock system and Thermometer.The system with STC89C52 as the core component has the function of day,week, time to set up and display, the function of Stopwatch,Alarm,the backlight delay to set up and display, Ambient temperature measurement, temperature display.Hardware circuit included STC89S52 small circuit system, LCD1602 LCD circuit, keyboard scanning circuits, DS18B20 temperature sensors and temperature display circuit , DS1302 circuit and Buzzer circuit modules.And through the c programming language debugging of each module,the final results meet the design requirements.Keywords: Electronic clock;STC89C52 SCM;LCD1602 LCD;DS18B20; temperature measurement;DS1302 Clock Chip目 次摘要IABSTRACTII目 次III1 引言11.1 研究现状11.1.1 研究方向11.1.2 国内外研究现状21.1.3 发展趋势31.1.4 研究意义31.2 研究思路51.2.1 理论基础和分析51.2.2 研究设想51.2.3 设计流程和预期成果52 单片机的应用及发展现状73 系统硬件设计83.1 系统功能描述83.2 器件选型83.3 系统模块组成电路123.3.1 单片机最小系统电路133.3.2 液晶显示电路143.3.3 DS18B20测温电路143.3.4 键盘电路模块153.3.5 系统硬件实物图154 系统软件设计174.1 C51语言及其特点174.2 整体程序框图174.3 系统程序流程图175 系统调试245.1 调试过程245.2 调试结果246 总结287 参考文献29附录A：电路原理图30附录B：PCB图31附录C：实物图32附录D：源代码33学位论文数据集651 引言20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、电子秒表、温度检测等功能。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉1。电子时钟是采用数字电路实现对时间、日期数字显示的计时装置，是人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、航站、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。但随着时间的推移，科学技术的不断发展，生活节奏越来越快，竞争日益激烈，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。成为人们日常生活中不可少的必需品，因此，研究电子时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义10。1.1 研究现状1.1.1 研究方向电子时钟的设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用对单片机编程来实现电子钟等，其中，利用单片机实现的电子时钟具有硬件结构简单、编程灵活、便于电子时钟功能的扩展，即可用该电子时钟发出各种控制信号、精确度高等特点3。多功能电子时钟除了具有时钟的多种功能外具有对环境温度检测的功能，温度是表征物体冷却程度的物理量，也是一种最基本的环境参数。在农工业生产及日常生活中，对温度的测量及控制始终占据着极其重要的地位。目前,典型的温度测控系统由模拟式温度传感器、A/D 转换电路和单片机组成。由于模拟式温度传感器输出的模拟信号必须经过A/D 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，因而使得硬件电路结构复杂，成本较高。而以DS18B20 为代表的新型单总线数字式温度传感器集温度测量和A/D转换于一体,直接输出数字量，与单片机接口电路结构简单，广泛使用于距离远、节点分布多的场合，具有较强推广应用价值2。1.1.2 国内外研究现状单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片, 而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括地讲, 一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格便宜, 为学习、应用和开发提供了便利条件。世纪跨越了三个“电” 的时代, 即电气时代、电子时代和现已进人的电脑时代。不过, 这里的电脑, 通常是指个人计算机, 简称机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机, 大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。顾名思义, 这种计算机的最小系统只用了一片集成电路, 即可进行简单运算和控制。因为它体积小, 通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中, 起着有如人类头脑的作用, 它出了毛病, 整个装置就瘫痪了。现在, 这种单片机的使用领域已十分广泛, 如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机, 就能起到使产品升级换代的功效, 常在产品名称前冠以形容词“智能型” , 如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品, 不是电路太复杂, 就是功能太简单且极易被仿制。究其原因, 可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上5。单片机应用系统因其优异的性能、高可靠性以及成本低廉被广泛应用于航空航天、工业测控、机器人感觉、数字信号处理、通信等各个技术领域， 然而在比较特殊的应用系统中， 我们不仅希望单片机系统能够完成数据的采集处理， 而且同时还想知道产生这些数据的时刻， 以便于更详细地了解和掌握现场情况， 因此为单片机系统增加数字时钟将是不可回避的一项新型的工程技术6。随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、电子秒表、体温检测等等。单片机在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道它的内部结构以及工作原理。由单片机作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经单片机输出，利用显示器显示出来。通过键盘可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术或者数码管显示技术7。数字电子时钟，自从它发明的那天起，就成为人类的朋友，是人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、航站、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。但随着时间的推移，科学技术的不断发展，生活节奏越来越快，竞争日益激烈，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。可以说时间的准确已成为各行业安全运行的基础，如果时间出现误差而不能及时校正，会造成一系列严重的后果和经济损失8温度是一种最基本的环境参数，日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过A/D 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构复杂，制作成本较高。近年来，美国DALLAS 公司生产的DSl8B20 为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。DSl8B20 集温度测量和A/D 转换于一体，直接输出数字量，传输距离远，可以很方便地实现多点测量，硬件电路结构简单，与单片机接口几乎不需要外围元件9。1.1.3 发展趋势为了适应嵌入式应用的需求，单片微控制器应运而生，发展极其迅速。从70年代至今，单片机发展成为一个品种齐全，功能丰富的庞大家庭。单片机即单片微型计算机，MCU（Micro Controller Unit），它是微型计算机的一个分支，它是在一块芯片上集成了CUP、RAM、ROM存储器、I/O接口等而构成的微型计算机。因为它主要应用于工业测控领域，因此，单片机在出现时，Intel公司就给单片机取名为嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）13。单片机最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。单片机在近三十年的发展中形成了种类繁多，性能各异的各系列产品，目前对单片机的需求越来越多，要求也越来越高10。智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU），并且可通过软件来实现测试功能，其智能化取决于软件的开发水平14。智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展11。21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展12。1.1.4 研究意义数字电子时钟是采用数字电路实现对时，分，秒数字显示的即使装置，广泛用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，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振荡器的广泛应用，是的数字时钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电器的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字时钟及扩大其应用，有着非常现实的意义4。随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现， 能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比,这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。然而温度检测方面，DALLAS公司生产的DS18B20当仁不让，超小的体积，超低的硬件开销，抗干扰能力强，精度高。DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的选择，一般在使用DS18B20时往往采用微处理器的I/O端口实现与该器件的通信。在实际应用中可以取得良好的测温效果11选用AT89C51 型单片机作为主控制器件，DS18B20 作为测温传感器通过4 位共阳极LED 数码管串口传送数据,实现温度显示。通过DS18B20 直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在0100最大线性偏差小于0.1。该器件可直接向单片机传输数字信号， 便于单片机处理及控制。另外，该温度计还能直接采用测温器件测量温度，从而简化数据传输与处理过程15。DS18B20特性为一个端口即可实现通信。每个DS18B20都有一个独一无二的序列号，实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温，测温范围在-55°C+125°C，精度误差为+-0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字式传输，支持35.5V的电压范围16。在日常生活和自动控制系统中，经常遇到对时间和温度实时监控的需求。这就给具有多种功能的时钟提供了市场。本文就给出了一种基于单片机实现带温度检测的电子时钟的设计方法和实现过程。单片机正朝着速度更快，运算能力更强，功能更强大的方向快速发展。在不久的将来，单片机讲以更强大的功能和灵活的性能，快速的走进我们的生活，扮演着越来越重要的角色13。1.2 研究思路1.2.1 理论基础和分析电子时钟的设计方法有多种，可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用对单片机定时中断编程来实现电子钟等，其中，利用专用的电子时钟芯片DS1302来进行对时钟数据的读和写，用时钟芯片可以降低单片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。1.2.2 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0.1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。1.2.3 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：（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。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。3 系统硬件设计3.1 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。 3.2 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3.1为AT89S52的管脚图。图3.1 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，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。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。（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3.2所示。图3.2 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3.3所示：（注意两种模式）图3.3 DS1302数据传输时序图 （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± 0. 5， 可编程的分辨率为912 位,对应的可编程温度分别为0.5、0.25、0.125、0.0625，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3.4所示。其中VDD 和GND 分别接电源和地，DQ 为数据输出。图3.4 DS18B20芯片管脚图（4） 液晶显示屏图3.5 LCD1602外观图表3.1 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1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极基本操作程序：读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H输出：D0D7=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，D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：D0D7=数据写数据：输入：RS=H，RW=L，D0D7=数据，E=高脉冲 输出：无3.3 系统模块组成电路本设计系统以STC89C52 单片机为核心，通过DS1302来实现年、月、日、星期、时、分、秒显示和设置功能和闹钟功能,同时还有秒表功能、液晶背光灯延时控制实现节能功能和温度检测功能。硬件电路包括STC89C52单片机系统模块、LCD1602液晶显示模块、按键模块、DS1302电路模块、DS18B20 温度传感器测温模块和蜂鸣器模块组成。基于单片机系统的电子时钟基本结构框图如图3.6所示：单片机电源DS1302时钟芯片液晶显示模块温度传感器DS18B20按键模块晶振、复位电路蜂鸣器声响模块图3.6 系统的基本结构框图3.3.1 单片机最小系统电路单片机小系统电路包括晶振电路和复位电路。复位电路包括自动复位和开关复位两种方式。其作用是在单片机在上电时或按下复位按钮时，瞬间电容两端电压不能突变，使RST管脚保持两个周期以上高电平状态，使单片机复位。只要该正脉冲能够保持约10ms以上，单片机就能有效复位了。晶振电路采用内时钟方式，通常用12MHZ晶体和电容组成的并联谐振电路作定时元件。它由两个30pf电容，一个12M石英晶振组成。电容一般选择30Pf左右，其大小对振荡频率有微小影响，可起频率微调作用。在设计时，注意晶体和电容应尽可能与单片机靠近，减少寄生电容，保证震荡器可靠工作。电路如图3.7示：图3.7 单片机小系统电路复位电路中所选择的电容必须在10uf左右以上，否则，电容的充电时间不够长，将影响单片机正常工作。10k的电阻是为了在手动复位时，防止电源正负端短路，起到保护和限制电流作用。3.3.2 液晶显示电路图3.8 液晶显示电路通过一个10K的电位器调整对比度,从而达到合适的背光灯对比度。16管脚接三极管然后B端接P26，C端接地。当P26端接入为低电平此时三极管导通使背光灯亮，反之则灭，从而通过定时实现了背光灯节能功能。3.3.3 DS18B20测温电路图3.9 DS18B20测温电路DS18B20测温原理：DS18B20 通过一种片上温度测量技术来测量温度。DS18B20内部有两个不同温度系数的振荡器。低温度系数的振荡器输出的脉冲始终在高温度系数振荡器产生的门周期内计数，即用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于-55的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55）的值增加，表明所测温度大于-55。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以在测温时获得比较高的分辨率。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨率，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。图3.10 温度测量电路的方框图3.3.4 键盘电路模块本系统的按键电路如图3.13所示，当按键按下则I/O口接入低电平来驱动单片机实现功能。设计按键的功能：屏幕切换功能、模式选择功能、时间设置功能、闹钟设置功能、秒表控制功能、背光灯设置功能。图3.11 按键电路3.3.5 系统硬件实物图硬件电路板利用Protel se99进行对原理图的设计然后制成PCB板如图3.12图3.12系统实物图4 系统软件设计4.1 C51语言及其特点C51语言有比较好的性能，它具有较好的可读性,结构简单,控制方便。用它开发可以减小开放的周期，提高开放的效率和代码的可读性。本系统采用C语言编写。4.2 整体程序框图系统程序实现六部分功能：时钟部分实现年、月、日、时、分、秒、星期显示和设置、闹钟功能、秒表功能、液晶背光灯延时节能功能；温度测量部分实现环境温度测量及显示；键盘部分主要为模式选择功能；功能整体程序流程框图如图4. 1所示：图4.1 整体程序框图4.3 系统程序流程图整个系统程序主要包括：1.模式切换程序；2. 时钟设置程序； 3. 闹钟程序；4.液晶背光灯延时设置程序；5.温度测量子程序；6.秒表程序；7.数据显示程序。（1） 模式切换程序主要实现各功能模式的选择从而实现各功能，流程图如图4.2：图4.2 模式切换程序流程图（2）时间设置程序可以实现时钟的年、月、日、时、分、秒、星期的设置和写入DS1302芯片，程序流程图如图4.3（时间的设置）和图4.4（日期设置）：图4.3 时间设置程序流程图图4.4 日期设置程序流程图（3）闹钟设置程序实现对闹钟的开和关设置、闹钟设定功能。程序流程图如图4.5:图4.5闹钟设置程序流程图（4）液晶背光灯延时程序实现控制液晶背光灯打开的时间从而实现节能效果，程序流程图如图4.6：图4.6背光灯延时程序流程图（5）秒表程序主要实现秒表的开、暂停和清零效果，程序流程图如图4.7：图4.7秒表程序流程图（6） 温度测量子程序流程温度传感器程序主要包括读出温度子程序、温度转换命令子程序。读出温度子程序：程序主要功能是读出RAM中的9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。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。流程图如图4.8、图4.9： 图4.8 读出温度子程序图 4.9温度转换命令子程序 （7） 液晶显示程序流程本系统采用的LCD1602实现数据的显示，输出稳定，控制简单。程序包括这几部分：1.定义存储输出数据的全局变量数组;2.初始化;3.判忙；4.写指令；5.写数据。程序流程图如图4.10：图4.10 显示程序流程图 5 系统调试5.1 调试过程（1）时钟显示调试问题现象：在长时间没有使用硬件的情况下，开启系统时年、月、日、时、分、秒和星期上的数字大多数是“？”，复位后还是同种情况。故障原因分析：在长时间没有使用硬件情况下如果一直把3V电池装在系统硬件上会导致DS1302芯片接触不灵。解决方法：解决方案是在不使用系统情况下卸掉3V的备用电池然后通过5V的电池作为系统的供电电