基于51单片机的实时时钟和温度测量系统

广东海洋大学

课程论文设计

基于STC89C52、DS12C887、DS18B20的实时时钟和温度测量系统

学生姓名山问

学号007

院系信息学院

专业电子信息工程

指导教师欧哥

基于STC89C52、DS12C887、DS18B20的

实时时钟和温度测量系统

1、设计目的

（1）巩固单片机课程学习知识，熟悉单片机的开发流程。 （2）掌握硬件电路的设计、焊接以及调试的基本能力。 （3）掌握单片机编程语言，学会运用模块化的设计思想。

（4）培养动手实践能力， 具备设计、开发、应用单片机系统的能力。

2、系统功能

（1）自动计时，显示年、月、日、时、分、秒、星期。 （2）测试环境温度并显示 （3）具备闰年闰月自动补偿功能 （4）可设定每日的某一时刻闹钟 （5）时间显示可调整

3、系统的结构和工作原理

3.1 系统结构

此次课程设计的万年历，以STC89S52单片机为主控核心，由1602LCD 显示屏、DS12C887时钟芯片、温度传感器DS18B20、蜂鸣器、键盘、复位电路、晶振、电源模块、发光二极管等组成，系统结构框图如图1所示。

AT89S52

单片机

温度传感器

DS18B20

DS12C887时钟芯片

LCD 显示屏（1602）

蜂鸣器

复位电路

功能键盘

电源模块

图1 系统结构框图

3.2 工作原理

主控制器每隔一段时间读一次时钟芯片的内部寄存器的值，将读出的时间、星期、温度等值实时显示在LCD液晶屏上。同时，主控制器不断的扫描按键电路和温度测量电路，当有按键按下时，识别出按键的值并调整相应的时间、星期值再写入时钟芯片内部。温度数据由测量电路获得的环境温度值送人显示电路。

4、硬件设计

4.1 主控核心—STC89S52单片机

4.2 DS12C887时钟电路

DS12C887是美国Dallas半导体公司推出的并行接口实时时钟\日历芯片，采用CMOS技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池,DS12C887芯片内有微功耗，外围接口简单，精度高，工作稳定可靠等优点，广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。

DS12C887主要功能如下：

（1）内含一个锂电池，断电后运行十年以上不丢失数据；

（2）计秒、分、时、天、星期、日、月、年、并有闰年补偿功能；；

（3）12小时或24小时制，12小时时钟模式；

（4）Motorola和Intel总线时序选择；

（5）有128个字节RAM单元与软件接口，其中14个字节作为时钟和控制寄存器，114 字节为通用RAM，所有RAM单元数据都具有掉电保护功能；

（6）可编程方波信号输出；

（7）中断信号输出（IRQ）和总线兼容、定闹中断、周期性中断、时钟更新周期、结束

4.3 DS18B20温度传感器

采用数字式温度传感器DS18B20，其仅需一条数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除A/D模块，降低硬件成本，简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。

DS18B20特性如下：

（1）独特的单线接口方式：DS18B20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。

（2）在使用中不需要任何外围元件。

（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~+5.5 V。

（4）测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。

（5）通过编程可实现9~12位的数字读数方式。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。

（6）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

4.4 LCD1602显示屏

本设计采用1602字符型LCD，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，内置含128个字符的ASCII字符集字库，只有并行接口，无串行接口。

单片机的P0口与LCD的数据端口连接，用于数字信号的读取，控制端RS 、R/W、lcden 分别与单片机的P2.5、地和P2.4相连。

4.5 其它硬件电路

蜂鸣器电路：为了实现闹钟功能，选择蜂鸣器作为闹铃。采用PNP型s8550三极管

功能键盘：本设计采用了4个键盘，分别实现万年历时间日期的调整键、闹钟设置键、增加键（也为闹钟开启键）、减小键组成，分别连接P3.0，P3.1，P3.2，P3.6口。

复位电路：89C52的复位输入引脚RST为其提供了初始化的手段,可以使程序从指定处开始电源电路：电路采用5V电源进行供电，为了得到稳定的电源，采用单片机的程序下载线供电。

软件设计

本次系统设计软件部分采用模块化结构，由主程序﹑DS12C887子程序、DS18B20子程序、LCD1602子程序，键盘扫描子程序构成。

模块程序设计法的主要优点是：单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；模块程序允许设计者分割任务和利用

已有程序，为设计者提供方便。

5.1 主程序说明及流程图

主程序主要实现了从DS12C887各时间单元中读出数据和DS18B20传感器中读取数据，并送到LCD1602中显示的功能，同时检测有没有按键按下，如果有键被按下，则执行按键处理子程序。首先进行DS12C887时钟芯片、DS18B20芯片和LCD1602的初始化函数，然后进行按键扫描，不断地检测按键是否按下，读取DS12C887时钟芯片、DS18B20检测环境温度的数据，并且送到液晶显示器显示；当数据发生变化时候，重新进行扫描写入。

主程序流程图如图6。

开始

模块初始化

读/写日期、时间、温度信息

分离出日期、时间、温度值

LCD模块显示对应内容

定时闹钟设置子程序

日期、时间修改子程序

显示自动更新子程序

闹铃响程序

返回

图6 主程序流程图

5.2 DS12C887流程图及初始化程序

进入主程序后，DS12C887首先进行初始化设置，若串行口有数据，最后则调用函数从日历时钟芯片获取日历时钟信息，调用显示函数显示日历时钟信息显示出来，重复进行。这部分包括DS12C887某个单元写、读DS12C887某个单元的内容和DS12C887设定时间。

DS12C887的流程图如图7所示。

开始

DS12C887初始

调用函数获取时钟信息

送数据显示

进入主程序后，DS18B20首先进行初始化设置，然后通过对环境温度的检测，，调用显示函数显示温度信息，重复进行。

DS18B20的流程图如图8所示。

开始

DS18B20初始化

检测环境温度获取信息

送数据显示

图8 DS18B20的流程图

5.4 LCD1602流程图及初始化程序

进入主函数后，执行完1602LCD的初始化函数，然后用write_com(0x80)指令，命令先将数据指针定位在第一行第一个字处，然后写入第一行要显示的数据，在每个字之间简短的延时；在第二行重新定位数据指针write_com(0x80+0x40)，将数据指针定位在第二行，然后再将第二行所要显示的数据写入，继而显示。

1602LCD的写命令操作和读数据操作分别用两个独立的函数来完成，函数内部唯一的区别就是液晶数据命令选择端的电平。

1602LCD的流程图如图9所示。

开始

1602初始化

读取数据第一行显示

读取数据第二行显示

结束

图9 1602LCD的流程图

5、电路调试

6.1焊接调试过程

焊接的时候根据自己画的电路图仔细焊就行了，注意虚焊，错焊，和短路，焊完检查一遍再测试，哪个模块出问题了，就检查那部分电路。

7总结部分

利用STC89C52单片机设计万年历和温度测量不是一件简单的事情。从构思设计内容，到流程图设计、程序设计，到自己去购买元器件、焊接、调试，再修改程序，这个过程确实也学到了很多东西。自己设计了整个系统，单片机中的基本概念也都理清了。在学单片机的过程中，在做设计之前也做了很多准备的工作，比如了解扫描按键、显示、延时这些常用的子程序，这对我后面编写程序有了很大的帮助。这次设计用到了单片机的输入/输出功能、定时/计数功能和中断功能，这次的课程设计使得我对前面讲的单片机零散的知识点串起来了，是对基本功能知识的一次复习、总结和提高。在这次实践的过程中，主要的总结与体会有一下几个方面：

①程序的模块化设计思想

在程序编写过程中，用模块化设计与分析，可以达到事半功倍的效果。在主流程确定的情况下将比较复杂的大程序分解若干个功能模块，然后再综合，就显得比较清晰。这就好比是有一个粗线条、总轮廓再到最小的子程序单元。另外，有很多程序模块非常典型，

所以保存好这些模块也有利于以后再次的使用。

②做成一个实际的系统需要有良好的步骤

先画原理图，再列清单，再焊最小单元，然后调试，焊接调试多次交替进行。在焊接的时候，也是有基本的步骤，先电源，然后是单片机底座、晶振、下载接口等等。

③设计制作一个单片机系统，最重要的还是软件程序。

写程序首先要确定一些常数、地址，其实当某器件的连线设计好后，其地址也就被确定了，当器件的功能被确定下来后，其控制字也就被确定了。然后用文本编辑器编写软件，之后用编译器对源程序文件编译、查错，直到无语法错误，修改直到程序运行正确。在源程序被编译后，生成了扩展名为HEX的目标文件，用编程器将此文件调入即可写片。

每做一个东西都会有很多收获，比如做这个小东西，就必须学AltiumDesigner 画图软件，这个软件不同于其他软件，不那么容易上手，因为要学会自己画元件和封装，然后画原理图然后导入生成pcb，接着布局也是比较烦人的一件事，当然还要学习DS12C887，DS18B20，1602液晶等芯片和其它电子元器件的操作，这也是要慢慢积累的，还有接下来的编程，非常的重要，通过本次课程设计，学到了很多东西，也知道有很多东西还要加强认识和学习，但通过这门课的学习让设计和制作走上了新的里程碑，路漫漫…加油！

附录

程序清单：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

void delay(uint z)//延时函数{

uint x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--); }

void di() //蜂鸣器报警声音{

beep=0;

delay(100);

beep=1;

beep=0;

delay(200);

beep=1;

}

void nzd() //流水灯程序{ nzd1=0;

delay(150);

nzd1=1;

nzd2=0;

delay(150);

nzd2=1;

nzd3=0;

delay(150);

nzd3=1;

nzd4=0;

delay(150);

nzd4=1;

}

void init()

{//初始化函数

uchar num;

EA=1;//打开总中断

EX1=1;//开外部中断1

IT1=1;//设置负跳变沿触发中断

TMOD=0X01;

TH0=0X3C;

TL0=0XB0;

ET0=1;

flag_s4=0;//变量初始化

t0_num=0;

s1num=0;

week=1;

flag_wd=1;

lcden=0;

write_ds(0x0A,0x20);//打开振荡器

write_ds(0x0B,0x26);//设置24小时模式，数据二进制格式

//开启闹铃中断

set_time();//设置上电默认时间

write_com(0x38);//1602液晶初始化

write_com(0x0c);

write_com(0x06);

write_com(0x01);

write_com(0x80);

for(num=0;num<15;num++)//写入液晶固定部分显示

{

write_date(table[num]);

delay(1);

}

write_com(0x80+0x40);

for(num=0;num<8;num++)

{

write_date(table1[num]);

delay(1);

}

}

void main()//主函数

{

init();//调用初始化函数

sendChangeCmd();

while(1)

{

if(flag_wd==1)

{

delay(1000); //温度转换时间需要750ms以上 write_com(0xc0);

display(getTmpValue());

sendChangeCmd();

}

keyscan();//按键扫描

if(flag_ri==1)//当闹钟中断时进入这里

{

TR0=1;

nzd();

delay(100);

nzd();

delay(100);

nzd();

}

if(flag==0&&flag_s4==0)//正常工作时进入这里

{ zcxs=0;

tznz=1;

keyscan();//按键扫描

year=read_ds(9);//读取12C887数据

month=read_ds(8);

day=read_ds(7);

week=read_ds(6);

shi=read_ds(4);

fen=read_ds(2);

miao=read_ds(0);

write_sfm(8,miao);//送液晶显示

write_sfm(5,fen);

write_sfm(2,shi);

write_week(week);

write_nyr(3,year);

write_nyr(6,month);

write_nyr(9,day);

}

}

}

void exter() interrupt 2//外部中断1服务程序

{ uchar c; //进入中断表示闹钟时间到，

flag_ri=1; //设置标志位，用以大程序中报警提示

c=read_ds(0x0c);//读取12C887的C寄存器表示响应了中断

}

void timer() interrupt 1

{

TH0=0X3C;

TL0=0XB0;

t++;

if(t==10)

beep=0;

if(t==20)

{

t=0;

beep=1;

}

}

/************************ define.h ****************************/ #define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit rs=P2^5;

sbit lcden=P2^4;

sbit s1=P3^0;//功能键

sbit s2=P3^1;//增加键

sbit s3=P3^2;//减小键

sbit s4=P3^6;//闹钟查看键

sbit beep=P1^6;//蜂鸣器

sbit dscs=P2^3;

sbit dsas=P2^2;

sbit dsrw=P2^1;

sbit dsds=P2^0;

sbit dsirq=P3^3;

sbit ds = P1^7;

sbit tznz=P1^1;

sbit zcxs=P1^0;

sbit nzd1=P1^2;

sbit nzd2=P1^3;

sbit nzd3=P1^4;

sbit nzd4=P1^5;

bit flag,flag_s4,flag_ri,flag_wd;//定义两个位变量

uchar count,s1num,t0_num,t;//其它变量定义

char miao,shi,fen,year,month,day,week,amiao,afen,ashi,i;

uchar code table[]=" 2014-04-17 MOD";//液晶固定显示内容

uchar code table1[]=" : :";

void write_ds(uchar,uchar);//函数申明

void set_alarm(uchar,uchar,uchar);

void read_alarm();

uchar read_ds(uchar);

void set_time();

void delay(uint z);

void di();

/************************液晶操作函数****************************/

void write_com(uchar com)

{//写液晶命令函数

rs=0;

lcden=0;

P0=com;

delay(1);

lcden=1;

delay(1);

lcden=0;

}

void write_date(uchar date)

{//写液晶数据函数

rs=1;

lcden=0;

P0=date;

delay(1);

lcden=1;

delay(1);

lcden=0;

}

void write_sfm(uchar add,char date)

{//1602液晶刷新时分秒函数4为时，7为分，10为秒

char shi,ge;

shi=date/10;

ge=date%10;

write_com(0x80+0x40+add);

write_date(0x30+shi);

write_date(0x30+ge);

}

void write_nyr(uchar add,char date)

{//1602液晶刷新年月日函数3为年，6为分，9为秒

char shi,ge;

shi=date/10;

ge=date%10;

write_com(0x80+add);

write_date(0x30+shi);

write_date(0x30+ge);

}

void write_week(char week)

{//写液晶星期显示函数

write_com(0x80+12);

switch(week)

{

case 1: write_date('M');delay(5);

write_date('O');delay(5);

write_date('N');

break;

case 2: write_date('T');delay(5);

write_date('U');delay(5);

write_date('E');

break;

case 3: write_date('W');delay(5);

write_date('E');delay(5);

write_date('D');

break;

case 4: write_date('T');delay(5);

write_date('H');delay(5);

write_date('U');

break;

case 5: write_date('F');delay(5);

write_date('R');delay(5);

write_date('I');

break;

case 6: write_date('S');delay(5);

write_date('A');delay(5);

write_date('T');

break;

case 7: write_date('S');delay(5);

write_date('U');delay(5);

write_date('N');

break;

}

}

/*************************DS12C887时钟芯片操作函数********************************/

void write_ds(uchar add,uchar date) {//写12C887函数

dscs=0;

dsas=1;

dsds=1;

dsrw=1;

P0=add;//先写地址

dsas=0;

dsrw=0;

P0=date;//再写数据

dsrw=1;

dsas=1;

dscs=1;

}

uchar read_ds(uchar add)

{//读12C887函数

uchar ds_date;

dsas=1;

dsds=1;

dsrw=1;

dscs=0;

P0=add;//先写地址

dsas=0;

dsds=0;

P0=0xff;

ds_date=P0;//再读数据

dsds=1;

dsas=1;

dscs=1;

return ds_date;

}

void set_time()

{//首次上电初始化时间函数

write_ds(0,0);

write_ds(1,0);

write_ds(2,0);

write_ds(3,0);

write_ds(4,0);

write_ds(5,0);

write_ds(6,0);

write_ds(7,0);

write_ds(8,0);

write_ds(9,0);

}

void read_alarm()

{//读取12C887闹钟值

amiao=read_ds(1);

afen=read_ds(3);

ashi=read_ds(5);

}

/****************************DS18B20温度测量芯片操作函数*********************************/

void dsInit()

{

//对于11.0592MHz时钟, unsigned int型的i, 作一个i++操作的时间大于为8us

unsigned int i;

ds=0;

i=100; //拉低约800us, 符合协议要求的480us以上

while(i>0)i--;

ds=1; //产生一个上升沿, 进入等待应答状态

i=4;

while(i>0)i--;

}

void dsWait()

{

unsigned int i;

while(ds);

while(~ds); //检测到应答脉冲

i=4;

while(i>0)i--;

}

//向DS18B20读取一位数据

//读一位, 让DS18B20一小周期低电平, 然后两小周期高电平,

//之后DS18B20则会输出持续一段时间的一位数据

bit readBit()

{

unsigned int i;

bit b;

ds=0;

i++; //延时约8us, 符合协议要求至少保持1us

ds=1;

i++;i++; //延时约16us, 符合协议要求的至少延时15us以上

b=ds;

i=8;

while(i>0)i--; //延时约64us, 符合读时隙不低于60us要求

return b;

}

//读取一字节数据, 通过调用readBit()来实现

unsigned char readByte()

{

unsigned int i;

unsigned char j,dat;

dat=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

j=readBit();

//最先读出的是最低位数据

dat=(j<<7)|(dat >> 1);

}

return dat;

}

//向DS18B20写入一字节数据

void writeByte(unsigned char dat)

{

unsigned int i;

unsigned char j;

bit b;

for(j=0;j<8;j++)

{

b=dat&0x01;

dat>>=1;

//写"1", 将DQ拉低15us后, 在15us~60us内将DQ拉高, 即完成写1 if(b)

{

ds=0;

i++;i++; //拉低约16us, 符号要求15~60us内

ds=1;

i=8;while(i>0)i--; //延时约64us, 符合写时隙不低于60us要求

}

else //写"0", 将DQ拉低60us~120us

{

ds=0;

i=8;while(i>0) i--; //拉低约64us, 符号要求

ds=1;

i++;i++; //整个写0时隙过程已经超过60us, 这里就不用像写1那样, 再延时64us了}

}

}

//向DS18B20发送温度转换命令

void sendChangeCmd()

{

dsInit(); //初始化DS18B20, 无论什么命令, 首先都要发起初始化

dsWait(); //等待DS18B20应答

delay(1); //延时1ms, 因为DS18B20会拉低DQ 60~240us作为应答信号

writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字 Skip Rom

writeByte(0x44); //写入温度转换命令字 Convert T

}

//向DS18B20发送读取数据命令

void sendReadCmd()

{

dsInit();

dsWait();

delay(1);

writeByte(0xcc); //写入跳过序列号命令字 Skip Rom

writeByte(0xbe); //写入读取数据令字 Read Scratchpad

}

//获取当前温度值

int getTmpValue()

{

unsigned int tmpvalue;

int value; //存放温度数值

float t;

unsigned char low, high;

sendReadCmd();

//连续读取两个字节数据

low=readByte();

high=readByte();

//将高低两个字节合成一个整形变量

//计算机中对于负数是利用补码来表示的

//若是负值, 读取出来的数值是用补码表示的, 可直接赋值给int型的value

tmpvalue=high;

tmpvalue<<=8;

tmpvalue|=low;

value=tmpvalue;

//使用DS18B20的默认分辨率12位, 精确度为0.0625度, 即读回数据的最低位代表0.0625度t=value*0.0625;

//将它放大100倍, 使显示时可显示小数点后两位, 并对小数点后第三进行4舍5入

//如t=11.0625, 进行计数后, 得到value = 1106, 即11.06 度

//如t=-11.0625, 进行计数后, 得到value = -1106, 即-11.06 度

value=t*100+(value>0?0.5:-0.5); //大于0加0.5, 小于0减0.5

return value;

}

void display(int v)

{

unsigned char count;

unsigned char datas[]={0,0,0,0,0};

unsigned int tmp=abs(v);

datas[0]=tmp/10000;

datas[1]=tmp%10000/1000;

datas[2]=tmp%1000/100;

datas[3]=tmp%100/10;

datas[4]=tmp%10;

write_com(0xc0+11);

if(datas[0]!=0)

{

write_date('0'+datas[0]);

}

for(count=1;count!=5;count++)

{

write_date('0'+datas[count]);

if(count==2)

{

write_date('.');

}

}

}

/**********************************键盘扫描操作函数**************************************/

void keyscan()

{

if(flag_ri==1)

{//这里用来取消闹钟报警，任一键取消报警

if((s1==0)||(s2==0)||(s3==0)||(s4==0))

{

delay(5);

if((s1==0)||(s2==0)||(s3==0)||(s4==0))

{

while(!(s1&&s2&&s3&&s4));

di();

flag_ri=0;//清除报警标志

TR0=0;

}

}

}

if(s1==0)//检测S1

{

delay(1);

if(s1==0)

{

s1num++;//记录按下次数

if(flag_s4==1)

if(s1num==4)

s1num=1;

flag_wd=0;

flag=1; //

while(!s1);di();

switch(s1num)

{//光标闪烁点定位

case 1: write_com(0x80+0x40+8);

write_com(0x0f);

break;

case 2: write_com(0x80+0x40+5);

write_com(0x0f);

break;

case 3: write_com(0x80+0x40+2);

write_com(0x0f);

break;

case 4: write_com(0x80+12);

write_com(0x0f);

break;

case 5: write_com(0x80+9);

write_com(0x0f);

break;

case 6: write_com(0x80+6);

write_com(0x0f);

break;

case 7: write_com(0x80+3);

write_com(0x0f);

break;