《毕业设计（论文）-数字温湿度检控器的硬件设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-数字温湿度检控器的硬件设计.doc（38页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、西安工程大学本科毕业设计(论文)摘 要随着科学技术的日新月异，人类社会取得了长足的进步，在居家生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中的温度和湿度进行测量和控制。本设计设计了一个智能化的温湿度测量应用系统。本系统采用成熟的DHT11作为测量湿度的传感器，采用精度高的DS18B20作为温度传感器，控制芯片采用技术成熟，功能强大，价位低廉大众化的宏晶STC89C52单片机。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感器技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性，传感器包括一个电阻式感湿元件和一
2、个NTC测温元件，温度信号由“一线总线”数字化温度传感器DS18B20进行检测，DS18B20的测温范围是-55+125，可以程序设定912位的分辨率。并与一个高性能8位单片机相连接，每个DHT11传感器都在精确的湿度较验箱中进行校准，校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。DS1302是一种高性能、低功耗带RAM的时时钟芯片，可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时。LCD12864显示电路，发光报警，继电器电路都由STC89C52单片机控制。为了提高系统的抗干扰性能，对湿度，温度的检测采用了硬件抗干扰
3、和软件抗干扰的综合方法。最后设计了系统各个功能部分的软件程序。由本设计课题做成的温湿度检测系统结构简单、价格便宜、量程宽，具有较高的可靠性、安全性及实用性。关键字:STC89C52,DS18B20, DS1302, RHT11,温湿度控制ABSTRACT With the rapid development of science and technology, human society has achieved great progress! In the life that occupy the home, industry, agriculture, national defense,
4、environmental protection and scientific research departments, such as aerospace, often need to the environment humidity and temperature measurement and control. The design of an intelligent humidity measuring the application systems. The system adopts the technology DHT11 and DS18B20 as measuring th
5、e humidity and temperature sensor. temperature signal from the bus line digital temperature sensor DS18B20 provided, DS18B20 in -55+125 range resolution of the inherent temperature 0.5 .Control system chip adopt mature technology, powerful, price cheap popular STC89C52.Each DHT11 sensors are accurat
6、e calibration of humidity in calibration. In the form of calibration coefficient of the program memory, OTP store in the sensor signal detection in the internal process to call this calibration factor. Wire system, system integration serial interface becomes easy.DS1302 is a chip with read access me
7、mory which can accurate time such as year, month, week and day. LCD12864 display circuit and light alarm circuit controlled by STC89C52. The system can be designed to provide a stable working voltage of power supply circuit. Finally the design of the system software programs each function. By this d
8、esign task to make the temperature and humidity of the detection system structure is simple, cheap price, wide range, high reliability, safety and practicality. Keywords: STC89C52, DS18B20, DS1302, Temperature and humidity control目 录第1章 概 述11.1 课题研究背景11.2 系统的设计要求11.3 系统基本方案11.3.1各模块电路的方案选择及论证21.3.2系
9、统各模块的最终方案5第2章 系统的硬件设计62.1 数字温湿度检控器的总体结构设计62.2 检测模块的硬件设计62.3 时钟模块的硬件设计142.4 键盘输入模块的硬件设计172.5 显示模块的硬件设计182.6 报警输出执行模块的硬件设计25第3章 温湿度检控器设计的调试273.1硬件检测调试273.2 软件检测调试273.2.1 液晶LCD12864显示器检测调试273.2.2 时钟芯片DS1302检测调试273.2.3 温度传感器DS18B20检测调试283.2.4 温湿度传感器DHT11检测调试283.2.5 按键部分检测调试283.2.6 报警测试检测调试283.2.7 调试结果28
10、总 结30致 谢31参考文献32附录1:系统硬件原理图33附录2:元件清单35西安工程大学本科毕业设计(论文)第1章 概 述1.1 课题研究背景随着科学技术的日新月异，人类社会取得了长足的进步，在居家生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境中的温度和湿度进行测量和控制，尤其是对一些仓库，对温湿度的检测与控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题，单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温湿度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高，组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。本文设计了一种基于
11、STC89C52单片机的温湿度测量和控制装置，能对环境温湿度进行测量，并能根据温湿度给定值给出上下限，控制执行机构，实现调节环境温湿度的目的。1.2 系统的设计要求本系统采用数字传感器DS18B20、DHT11对温湿度进行检测，把检测到的温湿度送到单片机，采用单列七按键对温湿度进行设定分别为温度上下限，湿度上下限设定及加减1，通过实时温湿度与设定的温湿度进行比较，如果不符合要求，通过发光二极管报警。同时由继电器控制调节装置的开断来调节温湿度，来达到我们实际的要求。用DS1302时钟芯片做时间模块部分。LCD12864显示当前温度湿度值以及时间。1.3 系统基本方案根据题目要求系统模块分可以划分
12、为：温湿度采集模块，键盘输入模块，显示电路模块，报警调节模块及主控制器模块组成，系统的框图如图1-1所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。1.3.1各模块电路的方案选择及论证1）控制器模块根据题目要求，控制器主要用于对温湿度测量信号的接受和处理、控制继电器来控制外设对象以满足设计要求、控制显示电路对温湿度值实时显示以及控制键盘实现对温湿度值的设定等。对控制器的选择有以下三种方案：控制器模块键盘输入模块检测模块报警输出执行模块显示模块时钟模块图1-1 系统基本模块方框图方案一：采用FPGA作为系统控制器。FPGA功能强大，可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它
13、将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的I/O口方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统控制核心。由温度传感器送来的温度信号，经FPGA程序对其进行处理，控制报警装置动作。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且其成本偏高，引脚较多，硬件电路布线复杂。方案二：采用模拟运算放大器组成PID控制系统。对于温湿度控制是足够的。但要附加显示、温度设定等功能，要附加许多电路，稍显麻烦。方案三：采用宏晶公司的STC89C52作为系统控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活
14、、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。基于以上分析拟订方案三，用STC89C52作为控制核心，对温湿度采集和实时显示以及报警调节装置进行控制。2）报警输出执行模块根据题目，要对空间环境进行报警，当然温度湿度过高时，通过控制部分对环境温度湿度进行处理，让其自然冷却。达到理想要求。由于对报警的要求不是很高，原因是当报警发生后控制部分立刻进行调节，考虑到简化电路的设计，我们选择有发光二极管进行报警。对调节装置控制模块是通过一个开关来达到控制空调，排气扇达到调节环境的目的。有以下两种方案：方案一：采用光电耦合器控制。光电耦合器：是用LED或激光二
15、极管作触发器件,以可控硅或晶体管作为开关器件,所以光电耦合属于无触点开关器件,具有使用寿命长,速度快,噪音低,体积小,触发电压低,价格低等优点.但也有通过的电流小,电压低等缺点,多用于控制小电流,低电压的场合。方案二：采用继电器控制。继电器:是用电磁感应原理,通常采用一个线包,在给线包加电时,将磁场力通过微型机械传动机构转换成机械力.从而带动触点的吸合与断开。所以继电器也称为电磁开关,由于其是通过金属触点来传送控制电压或电流,因此可以通过大电流与高电压。综上所述我们选择方案二。3）检测模块温度信号为模拟信号，本设计要对温度进行控制和显示，所以要把模拟量转换为数字量。该温度采集模块有以下五种方案
16、：方案一：利用热电阻传感器作为感温元件，热电阻随温度变化而变化，用仪表测量出热电阻的阻值变化，从而得到与电阻值相应的温度值。最常用的的是铂电阻传感器，铂电阻在氧化介质中，甚至在高温的条件下其物理，化学性质不变。由铂电阻阻值的变化经小信号变送器XTR101将铂电阻随温度变化的转换为420mA线形变化电路，再将电流信号转化为电压信号，送到A/D转换器ADC0809.即将模拟信号转换为数字信号。该方案线性度优于0.01。方案二：采用温度传感器AD590K。AD590K具有较高精度和重复性，良好的非线性保证0.1的测量精度。加上软件非线性补偿可以实现高精度测量，AD590将温度转化为电流信号，因此要加
17、相应的调理电路，将电流信号转化为电压信号。送入8为A/D转换器，可以获得相当高的精度，基本满足题目要求。 方案三：采用数字温度传感器DS18B20。DS18B20为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。方案四：采用DHT11。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。超小的体积、极低的功耗.但其测温的精度不够高，比不上DS18B20,在要求高的场合不可用，然而其对湿度的检测是一种不错的选择.其电路也相对简单类似与DS
18、18B20。方案五：综合方案三和方案四相结合基于以上分析和现有器件所限，温湿度采集模块选用方案五。DS18B20与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面带来了令人满意的效果。而DHT11测温度只有050，但其湿度范围适合我们的要求。4）时钟模块时钟模块部分直接采用美国达拉斯公司的时钟芯片DS1302加外设来记录时间的年、月、日、周、时、分及秒
19、。5）键盘与显示模块根据题目要求，温湿度要通过按键人工设定报警上下限，并能实时显示温度值、湿度值及时间。对于键盘就用七个按键来单片机相连。其主要显示模块有下面两种方案： 方案一：采用液晶显示屏和通用矩阵键盘。液晶显示屏（LCD）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等特点。方案二：采用多位LED七段数码管分别显示温度，温度的十位、个位和小数位。时间的年、月、日、周、时、分及秒。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。但由于需要显示温度值，湿度值，还有时间，信息量比较多，要采用数码管，就要进行刷屏，编程量
20、比较大且各种信息不能及时显示。根据以上论述，采用方案一。本系统中，采用了LCD12864作显示模块，节省单片机的内部资源。1.3.2系统各模块的最终方案根据以上分析，结合器件和设备等因素，确定如下方案： 1）采用STC89C52单片机作为控制器，分别对温湿度采集、LCD12864显示、温湿度设定、报警调节装置控制。2）温湿度测量模块采用数字温度传感器DS18B20和DHT11。DS18B20器件经软件设置可以实现高分辨率测量。而DHT11超小的体积、极低的功耗有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。3）时间模块就直接采用DS1302时钟芯片。4）报警与执行模块采用LED灯及继电器
21、控制，实现电路简单实用，加上温度变化缓慢可以满足设计要求。5）显示用LCD12864液晶显示实时温度值，湿度值及时间，用TU、TD、HU、HD、UP 、DOWN、TH来对温湿度上下限加减切换来处理。第2章 系统的硬件设计2.1 数字温湿度检控器的总体结构设计我们设计的这款单片机环境检测装置，它的硬件主要由以下几个模块组成：1、检测模块： 本实验装置采用的是STC89C52单片机控制来对温湿度传感器DHT11和DS18B20温度传感器的信号进行采集处理。2、时钟模块： 采用时钟芯片DS1302来完成时钟部分。 3、显示模块： 主要由液晶12864来显示时间，实时温度湿度。4、键盘输入模块：主要通
22、过7个按键来完成对环境总体温湿度控制设置。5、报警输出执行模块：主要由发光二极管和继电器控制来完成。6、控制模块： 主要采用宏晶的STC89C52单片机做为主控部分。2.2 检测模块的硬件设计一、数字温度传感器DS18B20的介绍美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“
23、一线总线”的优点。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。新的“一线器件”DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。 DS18B20的特性DS18B20
24、可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色,DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为2，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 DS18B20、D
25、S1822 “一线总线”数字化温度传感器同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内，精度为0.5。DS1822的精度较差为2。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。1. DS18B20的主要特性（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。（2）独特的单线接口方式，DS18B
26、20在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。（3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。（5）测温范围55125，在-10+85时精度为0.5。（6）可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。（7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。（8）测量结果直接输出数
27、字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。（9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2. DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL。DS18B20的外形实物如图2-1所示。2-1 DS18B20实物图DS18B20引脚定义： (1)DQ为数字信号输入/输出端。 (2)GND为电源地。 (3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。3. DS18B20工作原理图2-2所示为DS18B20的工作原理图，DS18B
28、20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器
29、中的数值即为所测温度。图2-2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。斜率累加器预置比较计数器1=0计数器2=0低温度系数晶振高温度系数晶振预置温度寄存器图2-2 DS18B20测温原理框图二、温湿度传感器DHT11的介绍DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极
30、为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。其实物图如图2-3所示。图2-3 DHT11实物图1. 传感器性能湿度部分说明如表2-1。表2-1 传感器湿度部分性能说明参数条件MinMax单位分辨率11RH%精度0505RH%量程范围03090RH%252090RH%502080RH%2. 电源引脚DHT11的
31、供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。3. 串行接口(单线双向)DATA 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿
32、度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。通讯过程如图2-4。总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后等待主机开始信号结束,然后
33、发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。图2-4 通讯过程4. 测量分辨率测量分辨率分别为
34、8bit（温度）、8bit（湿度）。5. 电气特性如表2-2VDD=5V，T = 25。表2-2 DHT11的电气特性参数条件MinTypeMax单位供电DC35.05.5V供电电流测量0.52.5mA平均0.21mA待机100150uA采样周期秒1次6. 应用信息1） 工作与贮存条件超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。返回正常工作条后，传感器会缓慢地向校准状态恢复。要加速恢复进程的“恢复处理”。在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。2） 暴露在化学物质中电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰，化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。在一个
35、纯净的环境中，污染物质会缓慢地释放出去。下文所述的恢复处理将加速实现这一过程。高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。3） 恢复处理置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器，通过如下处理程序，可使其恢复到校准时的状态。在50到60和小于10%RH的湿度条件下保持2小时（烘干）随后在20到30和大于70%RH的湿度条件下保持5小时以上。4） 温度影响气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，DHT
36、11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。7. DHT11引脚说明如表2-3表2-3 DHT11引脚说明Pin名称注释1VDD供电3-5.5V2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极三、硬件连接1. 温度传感器DS18B20与89C52单片机的连接本系统采用半导体温度传感器作为敏感元件。传感器我们采用了DS18B20单总线可编程温度传感器,来实现对温度的采集和转换，直接输出数字量，可以直接和单片机进行通讯，大大简化了电路的复杂度。DS18B20应用广泛，性能可以满足题目的设计要求。它与单片机的连接如图2-5所示。图2-5 DS18B20与
37、单片机的连接图 其中的数据DQ线与单片机P2.0口连接，通过单片机的处理通过液晶来显示实时的温度。2. 湿度传感器DHT11与89C52单片机的连接DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，其中我们主要应用了DHT11对湿度的检测。其与单片机的连接是相当简单的，其性能完全满足设计要求。其连接图如图2-6所示。图2-6 DHT11与单片机的连接图 其中DHT11的数据线DATA与单片机的P2.1口连接来实现对实时湿度的采集，并通过液晶来对实时湿度来显示。2.3 时钟模块的硬件设计一、时钟芯片DS1302的介绍美国DAL
38、LAS 公司推出的低功耗时钟芯片DS1302 的结构和工作原理及其在测量系统中的应用。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302 用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析以及对异常数据出现的原因的查找有重要意义。二、DS1302 的结构及工作原理DS1302是美国DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，工作电压宽达2.55.5V。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
39、内部有一个31的用于临时性存放数据的RAM 寄存器。DS1302 是DS1202 的升级产品，与DS1202 兼容，但增加了主电源后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。1. 引脚功能表如表2-4表2-4 DS1302引脚功能表引脚号引脚名称功能1VCC2主电源2，3X1,X2振荡源，外接32768Hz晶振4GND地线5RST复位/片选线6I/O串行数据输入输出端7SCLK串行数据输入端8VCC1后备电源2. DS1302 的控制字节说明DS1302控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302 中位6 如果为0，则表示存取日历时钟
40、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。3. 复位通过把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，接通RST控制逻辑，允许地址命令序列送入移位寄存器；其次， 提供了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。如果在传送过程中置RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V 之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK 为低电平时，才能将R
41、ST 置为高电平。4. 数据输入输出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 位至高位7。5. DS1302 的寄存器DS1302 共有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。其日历、时间寄存器及其控制字。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
42、 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COH到FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再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）。数据的读写如图2-7所示。 图2-7 数据的读写三、DS1302 在测量系统中的硬件电路DS1302 与CPU 的连接仅需要三条线，即SCLK（7）、I/O(6）、RST（5）。 在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。 在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式下 连接到备份电源，以便在没有主电源的情
43、况下能保存时间信息以及数据。DS1302由或两者中的较大者供电。当 大于Vcc1+0.2V 时，Vcc2 给DS1302 供电。当小于时，DS1302由备用电源供电。本系统直接用VCC来做电源供电。四、89C52与时钟芯片DS1302的连接本设计为了能够让人们了解到是什么时间的温湿度，所以采用了时钟芯片DS1302来将时间显示在LCD上，美国DALLAS 公司推出的低功耗时钟芯片DS1302 的结构和工作原理及其在测量系统中的应用。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能，其与单片机的连接电路如图2-8所示。图2-8 DS1302与单片机连接其中DS1302的时钟
44、串行信号输入端SCLK与单片机的P1.6口相连，串行I/O与单片机的P1.5相连，复位信号与P1.7相连，通过单片机的编程来把时间显示在LCD12864上面。2.4 键盘输入模块的硬件设计键盘是由若干按钮组成的开关矩阵，它是单片机系统中最常用的输入设备，用户能通过键盘向计算机输入指令、地址和数据。一般单片机系统中采和非编码键盘，非编码键盘是由软件来识别键盘上的闭合键，它具有结构简单，使用灵活等特点，因此被广泛应用于单片机系统。若所有列线均为高电平，则说明按键中无键按下，立即返回；若要有一I/O的电平为低，则表明键盘中有键被控下。 本设计由于为了充分利用I/O口资源采用独立式键盘结构，分别与单片
45、机的P1.0、 P1.1、 P1.2、P1.3、 P1.4、P3.6及P3.7连接，连接电路图如图2-9所示。图2-9 按键连接其中各个按键作用：K1:通过对温度上限设置按键;K2: 通过对温度下限设置按键;K3: 通过对湿温度进行加； K4: 通过对温湿度进行减；K5: 通过对湿度上限设置；按键K6: 通过对湿度下限设置按键；K7: 通过在LCD12864上对设置界面和正常显示界面进行切换。2.5 显示模块的硬件设计一、液晶LCD12864的介绍RT12864-2M汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256
46、点阵显示RAM（GDRAM）。电源VDD 3.3V到+5V(内置升压电路，无需负压)，显示内容为128列 64行，与MCU接口采用8位或4位并行3位串行。1. 表2-5为引脚说明及参数表2-5 LCD12864引脚说明及参数引脚号引脚名称方向功能说明1VSS-模块的电源地2VDD-模块的电源正端3V0-LCD驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令/数据选择信号；串行片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行的使能信号；串行的同步时钟7DB0H/L数据08DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/L数据513DB6H/L数据614DB7H/L数据715PSBH/L并/串行接口选择：H-并行；L-串行16NC空脚17/RSTH/L复位 低电平有效18NC空脚19LED_A-背光源正极（LED+5V）20LED_K-背光源负极（LED-OV）逻辑工作电压(VDD)：4.55.5V