淺析基于單片機(jī)的數(shù)字時鐘與溫度顯示系統(tǒng)的設(shè)計

劉衛(wèi)東 曾紹杰 李超 翟佳豪 王瑞東

摘 要：隨著社會的發(fā)展，時間與溫度對我們越來越重要。本文以單片機(jī)為數(shù)字時鐘與溫度顯示系統(tǒng)的核心，用DS1302、DS18B20、LCD12864液晶模塊來提供時間信息、讀取溫度、顯示時間和溫度，通過按鍵來設(shè)定溫度的上限和下限，實現(xiàn)溫度報警。該系統(tǒng)具有功耗低、簡單方便、適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；DS1302；DS18B20；LCD12864

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.145

0 引言

數(shù)字時鐘利用數(shù)字電路來顯示時分秒年月日星期，和機(jī)械時鐘相比而言，數(shù)字時鐘計時準(zhǔn)確、顯示直觀，在各個方面有十分廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字時鐘的功能越來越多。本文以單片機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計的數(shù)字時鐘與溫度顯示系統(tǒng)具備顯示年月日時分秒星期、實時溫度、低溫加熱、高溫報警降熱、設(shè)定溫度上限下限、校時的功能。該系統(tǒng)實時性強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低、易于改進(jìn)升級，具有一定的應(yīng)用價值。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵模塊、計時芯片DS1302、溫度傳感器DS18B20、LCD12864液晶顯示模塊、報警電路、低溫加熱電路、高溫降溫電路、電源電路組成（如圖1所示）。

單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的處理控制核心，DS1302計時芯片內(nèi)含一個實時時鐘/日歷，這個實時時鐘/日歷可以提供年月日時分秒星期的信息，時鐘可以為12小時制或者24小時制，DS18B20溫度傳感器提供溫度讀數(shù)，按鍵模塊可以設(shè)定報警溫度的上限、下限和時鐘時間，LCD12864液晶上顯示時間、溫度、設(shè)定的溫度上限下限，報警電路在溫度低于設(shè)定的溫度下限或高于設(shè)定的溫度上限時發(fā)出報警，低溫加熱電路當(dāng)溫度低與設(shè)定值時加熱，高溫降溫電路在溫度高于設(shè)定的上限值時降溫，電源電路提供設(shè)備工作時的電源。

2 硬件電路原理分析

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)選擇與設(shè)計

傳統(tǒng)方案一般采用數(shù)字控制的電路，電路比較簡單，生產(chǎn)成本低，可以實現(xiàn)時鐘的基本功能，當(dāng)在電路中加溫度顯示電路，就會造成電路不穩(wěn)定，并且系統(tǒng)的性能差。本文系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)作為主要控制器，電路的硬件簡單，工作是性能穩(wěn)定，時鐘系統(tǒng)性能好，便于智能控制，成本很低。

2.2 時鐘電路設(shè)計

本文系統(tǒng)采用外部時鐘芯片DS1302，該芯片具有實時時鐘，能計算年、月、日、時、分、秒、星期，直到 2100 年，并有閏年調(diào)節(jié)功能，可以工作在2.0V 至 5.5V 寬電壓范圍，在 2.0V 時工作電流小于 300nA，功耗低，在低于1μW 時還能保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息。

2.3 溫度電路設(shè)計

在溫度測量電路中，采用DS18B20溫度傳感器，該傳感器提供9位溫度讀數(shù)，具有獨特的單線接口，只需1個接口引腳即可以通信，不需任何外部元件和備份電源，可以測量從-55攝氏度到+125攝氏度，廣泛應(yīng)用在工業(yè)系統(tǒng)和消費類產(chǎn)品。

2.4 液晶顯示電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用LCD12864液晶屏來顯示年、月、日、時、分、秒、星期、溫度、設(shè)定的溫度上限下限，該LCD12864的控制芯片是 ST7920，內(nèi)置 8192 個中文漢字（16×16點陣），128 個 ASCII 字符（8×16點陣），可以顯示 8*4 行漢字，有很好的人機(jī)交互界面。

2.5 報警電路設(shè)計

采用蜂鳴器來實現(xiàn)報警功能，當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度的下限值時或者高于設(shè)定溫度的上限值時，蜂鳴器發(fā)出聲音，從而提醒用戶，如果是低溫報警，低溫加熱電路就會工作，從而使溫度升高。如果是高溫報警，高溫降溫電路就會工作，從而使溫度降低，使環(huán)境溫度維持在設(shè)定的溫度值范圍內(nèi)。

2.6 按鍵模塊設(shè)計

用獨立按鍵對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行操作，來實現(xiàn)年、月、日、時、分、秒、星期的調(diào)節(jié)與溫度的上限值和下限值的設(shè)定。

3 結(jié)語

本文設(shè)計的基于DS1302和DS18B20的數(shù)字時鐘與溫度顯示系統(tǒng)，性能穩(wěn)定、電路簡單、功耗低、系統(tǒng)成本低。有良好的顯示界面，能穩(wěn)定的顯示年、月、日、時、分、秒、星期、溫度，方便調(diào)節(jié)。可以滿足人們在日常生活和生產(chǎn)中一定的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹克巖.基于單片機(jī)的多功能數(shù)字鐘的設(shè)計[J].電子制作，2017（15）：68-69+54.

[2]龐宇擎，李仲男.多功能數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子制作，2016（01）：13+12.

[3]祝鳳蓮.基于DS1302的數(shù)字鐘設(shè)計[J].科技廣場，2012（07）：126-128.

作者簡介：劉衛(wèi)東（1996-），男，河北石家莊人，本科，研究方向：電子信息工程。