淺析基于單片機的數字時鐘與溫度顯示系統的設計

劉衛東 曾紹杰 李超 翟佳豪 王瑞東

摘 要：隨著社會的發展，時間與溫度對我們越來越重要。本文以單片機為數字時鐘與溫度顯示系統的核心，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，通過按鍵來設定溫度的上限和下限，實現溫度報警。該系統具有功耗低、簡單方便、適應性強、性能穩定等優點。

關鍵詞：單片機；DS1302；DS18B20；LCD12864

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

0 引言

數字時鐘利用數字電路來顯示時分秒年月日星期，和機械時鐘相比而言，數字時鐘計時準確、顯示直觀，在各個方面有十分廣泛的應用。隨著科學技術的發展，數字時鐘的功能越來越多。本文以單片機為基礎，設計的數字時鐘與溫度顯示系統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、設定溫度上限下限、校時的功能。該系統實時性強、系統穩定性強、成本低、易于改進升級，具有一定的應用價值。

1 系統構成

該系統主要由單片機最小系統、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）。

單片機最小系統是整個系統的處理控制核心，DS1302計時芯片內含一個實時時鐘/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，按鍵模塊可以設定報警溫度的上限、下限和時鐘時間，LCD12864液晶上顯示時間、溫度、設定的溫度上限下限，報警電路在溫度低于設定的溫度下限或高于設定的溫度上限時發出報警，低溫加熱電路當溫度低與設定值時加熱，高溫降溫電路在溫度高于設定的上限值時降溫，電源電路提供設備工作時的電源。

2 硬件電路原理分析

2.1 單片機最小系統選擇與設計

傳統方案一般采用數字控制的電路，電路比較簡單，生產成本低，可以實現時鐘的基本功能，當在電路中加溫度顯示電路，就會造成電路不穩定，并且系統的性能差。本文系統采用51系列單片機作為主要控制器，電路的硬件簡單，工作是性能穩定，時鐘系統性能好，便于智能控制，成本很低。

2.2 時鐘電路設計

本文系統采用外部時鐘芯片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，并有閏年調節功能，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 時還能保持數據和時鐘信息。

2.3 溫度電路設計

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，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，廣泛應用在工業系統和消費類產品。

2.4 液晶顯示電路設計

本系統采用LCD12864液晶屏來顯示年、月、日、時、分、秒、星期、溫度、設定的溫度上限下限，該LCD12864的控制芯片是 ST7920，內置 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，有很好的人機交互界面。

2.5 報警電路設計

采用蜂鳴器來實現報警功能，當環境溫度低于設定溫度的下限值時或者高于設定溫度的上限值時，蜂鳴器發出聲音，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，使環境溫度維持在設定的溫度值范圍內。

2.6 按鍵模塊設計

用獨立按鍵對單片機系統進行操作，來實現年、月、日、時、分、秒、星期的調節與溫度的上限值和下限值的設定。

3 結語

本文設計的基于DS1302和DS18B20的數字時鐘與溫度顯示系統，性能穩定、電路簡單、功耗低、系統成本低。有良好的顯示界面，能穩定的顯示年、月、日、時、分、秒、星期、溫度，方便調節。可以滿足人們在日常生活和生產中一定的需求。

參考文獻：

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