毕业设计（论文）基于AT89S52单片机的数字电子钟设计.doc

原创性说明本人呈交的学位论文，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本人签名： 日期： 摘要电子时钟是采用电子电路实现对时、分、秒 进行数字显示的即使装置，广泛应用于个人家庭、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须品。本文介绍了基于单片机的多功能数字时钟设计。系统以 AT89S52为核心，具有日期、星期、时间设置及显示、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AT89S52单片机小系统电路、数字显示电路、键盘电路、温度传感器测温电路、时钟日历电路、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。这种实现方法的优点是电路简单，性能可靠，实时性好，时间和温度精度高，操作简单，编程容易。此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理。从而学会制作数字钟而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。关键词：AT89S52单片机 LCD1602液晶显示 DS18B20温度测量 DS1302时钟芯片ABSTRACTThe electronic clock is uses the electronic circuit realizes to, divides, the second to carry on the digit to demonstrate, even if installs, widely applies in individual family, the station, the wharf, the office and so on public place, becomes in the people daily life necessary to. This article introduced based on monolithic integrated circuits multi-purpose digital clock design. The system take AT89S52 as a core, has the date, the week, the time establishment and the demonstration, the alarm clock function, the back light lamp time delay establishment, the ambient temperature survey and the demonstration function. Hardware circuit including AT89S52 monolithic integrated circuit small system circuit, digita display circuit, keyboard electric circuit, temperature sensor temperature measurement electric circuit, clock calendar electric circuit, buzzer electric circuit several parts of modules. Carries on the debugging again through the C language programming to various modules, finally achieves the design requirements the effect. This kind realizes the method merit is the electric circuit is simple, the perform reliably, timeliness is good, the time and the temperature precision are high, the simplicity of operator, the programming is easy . This design and the manufacture digit clock is to understand the digital clocks principle. Thus the academic society manufactures the digital clock moreover through digital clocks manufacture further understanding each kind the small scale integration electric circuits function which and the practice means uses in the manufacture. And as a result of the digital clock including the combinatory logic electric circuit and the sequence circuit, may further study through it with grasps each kind of combinatory logic electric circuit and sequence circuits principle and the application method.Keywords: AT89S52SCM LCD1602 DS18B20temperature measurement DS1302 Clock Chip目录1 引言1.1课题研究的现实性意义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。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。纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各个仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理；以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是智能使用复杂的模拟电路、然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，与元件不断老化，控制精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到标准。随着电子技术的飞速发展，家用电器和办公电子设备逐渐增多，不同的设备都有自己的控制器，使用起来很不方便。根据这种实际情况，设计了一个单片机多功能数字钟系统，他可以避免多种控制器的混淆，利用一个控制器对多路电器进行控制，同时又可以进行时钟校准，它可以任意设置时间和闹钟。这种具有人们所需要的智能化特性的产品减轻了人们的劳动，扩大了数字化的范围，为家庭数字化提供了可能。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。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。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。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。1.3课题基本要求本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89S52作为核心控制器，通过硬件电路的制作已经软件程序的编制，设计制作出一个多功能数字钟系统。该时钟系统主要由时钟模块、闹钟模块、显示模块、控制模块组成。系统具有简单清晰的操作界面，能在4V6V直流电源下正常工作。能够准确显示时间，可随时进行时间调整，具有闹铃时间设置、闹铃开关功能。设计以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分能通过软件编程来实现，电路简单明了，系统稳定性高。同时，该时钟系统还具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用的元器件较少，单片机被占用的I/O口不多，因此具有一定的可扩展性。2.单片机技术概述2.1单片机简介2.1.1单片机发展状况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）。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。虽然单片机只是一个芯片,但从组成和功能上看,它已具有了微机系统的含义。 由于单片机从功能和形态来说都是为满足控制领域应用的要求,并且发展到新一代80C51、M68HC05、M68HCll系列单片机时,在其中着力扩展了各种控制功能,如A/D、PWM、:PCA计数器捕获/比较逻辑、高速I/0口、WDI等,已突破了微型计算机(Microcomputer)的传统内容。所以更准确地反映单片机本质的叫法应是微控制器(MicrocontrollerMCU),与之相应,则将通用的计算机称为微处理器(MPU) 根据单片机的结构和微电子设计的特点,应用系统中虽然往往仅以单片机为核心,但是它已完全融入应用系统之中,故而也有将单片机称为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)，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。2.1.2单片机的应用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.数字钟硬件设计3.1电路方案选取3.1.1单片机芯片的选择方案方案一: 采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二: 采用AT89S52,片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏，所以选择采用AT89S52作为主控制系统。3.1.2显示模块选择方案方案一： 采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字合适,与液晶相比，耗电及体积大与液晶相比，耗电及体积大，接线繁琐容易弄错，所以也不用此种作为显示。方案二： 采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,省了很多麻烦，接线简单方便，所以在此设计中采用LCD液晶显示屏。3.1.3电路最终方案决定综上各方案所述,对本次设计方案选定：采用AT89S52作为主控制系统；DS1302提供时钟；DS18B20温度传感器；LCD液晶显示屏作为显示。电路设计框图如下所示AT89S52主控制模 块DS1302时钟模块LCD液晶显示屏显示模块键盘模块DS18B20温度模块图3-1系统原理图3.2系统硬件介绍本电路是由AT89S52单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在3V超低压工作；时钟电路由DS1302提供，它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；温度的采集由DS18B20构成；显示部份由LCD液晶显示屏显示。3.2.1 AT89S52单片机简介AT89S52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89S52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89S52单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89S52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图3-2为AT89S52的管脚图。图3-2 AT89S52的管脚图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。3.3系统主要单元电路设计3.3.1单片机主控电路模块设计AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3,每一条I/O线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系统如下图所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。如下图所示：图3-3 主控制系统 3.3.2时钟电路模块设计图.3-4示出DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，Vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768KHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RSTS置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电动行时，在Vcc大于等于2.5V之前，RST必须保持低电平。中有在SCLK 为低电平时，才能将RST置为高电平，I/O为串行数据输入端（双向）。SCLK始终是输入端。 图3-4 DS1302的连接图3.3.3时钟电路原理及说明(1) 时钟芯片DS1302的工作原理： DS1302在每次进行读、写程序前都必须初始化，先把SCLK端置 “0”，接着把RST端置“1”，最后才给予SCLK脉冲；读/写时序如下图4所示。DS1302的控制字的位7必须置1，若为0则不能把对DS1302进行读写数据。对于位6，若对程序进行读/写时RAM=1，对时间进行读/写时，CK=0，位1至位5指操作单元的地址。位0是读/写操作位，进行读操作时，该位为1；该位为0则表示进行的是写操作。控制字节总是从最低位开始输入/输出的。表.2为DS1302的日历、时间寄存器内容：“CH”是时钟暂停标志位，当该位为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位为0时，时钟开始运行。“WP”是写保护位，在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP必须为0。当“WP”为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。(2) DS1302的控制字节：DS1302控制字节的高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出命令字节的格式如图所示.表 3-1 命令字节格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 R/c A4 A3 A2 A1 A0 R/w(3) 数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。图3-5 单字节传送操作格式图3-6 多字节突发模式操作格式(4) DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。 此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。 表3-2DS1302片内各寄存器数据格式时钟/RAM 数 据 格 式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 秒：0059 CH 10秒 秒 分：0059 0 10分 分 时：0023 0 0 10小时 小时 日：0131 0 0 10日 日 月：0112 0 0 0 10月 月星期：0107 1 0 0 0 0 星期 年：0107 10年 年 控制 WP 0 0 0 0 0 0 0RAM 030 X X X X X X X X3.3.4温度测量模块设计DS18B20是一种用一根信号线与一根返回线来实现互连通信的集成电路芯片。采用这种芯片构成的微型局域网系统具有建网速度快、成本低的特点，非常适合现场应用。一线数字温度计芯片DS18B20就是DALLAS公司推出的系列一线总线产品之一，它支持DALLAS触摸接口，遵循一线协议，并可以与处理器进行双向数字通信，同时性价比也很高，是一种使用起来非常方便的经济型温度传感器。DS18B20内部电路的核心是一个直接数字输出的温度传感器。它可将55125 范围内的温度值按9位、10位、11位、12位的分辨率进行量化，且以上的分辨率都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别是0.5、0.25、0.125、0.0625，即最高分辨率为0.0625，工作电压范围为3.05.5。(1) DS18B20 的测温原理 用DS18B20一线式数字温度芯片测量温度的原理如图所示。它没有采用传统的转换原理，如逐次逼近法、双积分式和算术等，而是运用了一种将温度直接转换为频率的时钟计数法，计数时钟由温度系数很低的振荡器产生，因而非常稳定；而计数的闸门周期则由温度系数很高（即对温度非常敏感）的振荡器来决定。 斜坡累加器 预置 比较器 置顶低温度系统振荡器 计数器置1/清零 =0 温度寄存器 计数器高温度系统振荡器停止 =0 图 3-7 温度测量的原理框图 计数器中的预置值以55时的计数值为基准，在闸门开放计数期间，每当计数值达到0，则温度寄存器就加，温度寄存器中的预置值也以55的测量值为基准。同时计数器的预置值还与斜坡累加器电路有关，该电路用于补偿振荡器对温度的抛物线特性，因此还要用时钟脉冲针对这个非线形校正预置值作计数操作，直至计数值达到0为止，如果此时闸门还未关闭，则再重复计数过程。斜坡累加器补偿了振荡器对温度的非线形特性，从而可以获得较高的温度测量分辨率，改变相对于测温量化级的计数量大小即可获得不同的分辨率。(2) DS18B20的测温过程在测温时对DS18B20进行操作的步骤如下：a. 初始化（READ ROM指令，代码33H），每次对DS18B20进行操作之前都要对其进行初始化，主要目的在于确定温度传感器是否已经连接到单总线上。b. 查找DS18B20（SEARCH ROM指令，代码FOH），该指令可使处理器通过排除法来辨别总线上的DS18B20。c.匹配DS18B20（MACTH ROM指令，代码55H），只有完全符合64位ROM序列的DS18B20才能响应其后的指令，当然，单点测温时可以使用SKIP ROM（CC H）指令来跳过这一步。d.发送温度转换指令（CONVERT 指令代码44H），发送该指令后应查询总线上的电平，当电平为高时，温度转换完成。e.读取温度值（READ SCRTCHPAD指令代码BE H），将该指令发出后，就可从总线上读取表示温度的两字节的二进制数。整个测温过程中的第45步才是DS18B20进行测温并将结果进行数字化转换和输出的过程。DS18B20接收到转换命令（44H）将立刻实施温度转换,并将结果存储到16位便笺式存储器中，数据格式为符号位扩展的二进制补码，然后用读便笺式存储器命令（BE H）将所得数据顺序置于总线上，最低位在前，最高位定义为符号位以表示温度的正负。DS18B20温度与数字输出典型值的对照表如表所列。表3-3 DS18B20 温度与数字输出的典型值 温度（） 数字输出（二进制） 数字输出|（十六进制） +1250000 0111 11011 0000 07D0 +850000 0101 0101 0000 0550 +25.6250000 0001 1001 0001 0191 +10.1250000 0000 1010 0010 00A2 +0.50000 0000 0000 1000 0008 00000 0000 0000 0000 0000 -0.51111 1111 1111 1000 FFF8 -10.1251111 1111 0101 1110 FF5E -25.6251111 1110 0110 1111 FE6F -551111 1100 1001 0000 FC90（3）温度测量模块的电路图设计如图所示：图3-8 温度测量模块电路3.3.5显示模块设计如图3-9为LCD显示模块，和最小系统上的连线一样，无需修改。图3-9 LCD液晶显示屏显示模块3.3.6闹钟模块电路设计闹铃功能是可以设置多个闹铃的。闹铃的持续时间为一分钟。可以手动按键关闭闹铃。闹铃电路模块如图所示：图 3-10 闹铃模块电路图3.3.7键盘电路模块设计本系统的按键电路如图3-11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：时间设置功能、闹钟设置功能。图3-11按键电路3.3.8系统硬件实物图图3-12系统实物图4单片机程序设计4.1程序流程框图当电路接入电源后，首先进行初始化。初始化完成后如果是反正实验显示屏会自动读取当前计算机时间，如果是实物电路则会却不显示零。这时通过按键进入子程序进行时间设置调整。（具体程序见附录2） 图4-1主程序流程图4.2子程序流程图子程序主要是对时间和闹铃时间进行设置调整。（具体程序见附录2）图4-2时间及闹铃程序流程图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源。（3）调试结论如果在系统中出现问题，一般应考虑硬件故障和软件故障。对于硬件故障，可能是接触不良、采用非交叉线、通讯线路的芯片或者电缆损坏，此时可编制简短的程序进行测试，在通讯的一方发送，另一方接收，并采用示波器观察对方发来的信号波形，如果接收不到，则是硬件已经损坏，如果信号与期望差别较大，可能是由于系统的抗干扰性较差，这可以在发送和接收的两端加入光电隔离。对于软件故障，主要考虑软件的容错性。为了保证数据通信的可靠性，在需要等待对方应答的地方，可加适当延时。同时为防止程序出现异常，可适当增大存放缓冲区字符的数组的大小。5.2仿真结果5.2.1上电后LCD显示此时电路初始化完毕，并读取了计算机时间，此时闹铃默认为关。图 5-1 电路初始化完毕后显示图5.2.2调节分钟按下时间设置键，首先显示分钟设置调整，按（3）键增加1。超过60则归零。图5-2 调节分钟显示图5.2.3调节小时设置分钟完成后继续按下时间设置键怎会进入小时调整，同理按（3）键加一超过23则归零。图 5-3 调节小时显示图5.2.4调节年份年份显示会在初始化读取当前年份，按（3）键加一。图 5-4 调节年份显示图5