浅析基于单片机的数字时钟与温度显示系统的设计

刘卫东 曾绍杰 李超 翟佳豪 王瑞东

摘 要：随着社会的发展，时间与温度对我们越来越重要。本文以单片机为数字时钟与温度显示系统的核心，用DS1302、DS18B20、LCD12864液晶模块来提供时间信息、读取温度、显示时间和温度，通过按键来设定温度的上限和下限，实现温度报警。该系统具有功耗低、简单方便、适应性强、性能稳定等优点。

关键词：单片机；DS1302；DS18B20；LCD12864

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

0 引言

数字时钟利用数字电路来显示时分秒年月日星期，和机械时钟相比而言，数字时钟计时准确、显示直观，在各个方面有十分广泛的应用。随着科学技术的发展，数字时钟的功能越来越多。本文以单片机为基础，设计的数字时钟与温度显示系统具备显示年月日时分秒星期、实时温度、低温加热、高温报警降热、设定温度上限下限、校时的功能。该系统实时性强、系统稳定性强、成本低、易于改进升级，具有一定的应用价值。

1 系统构成

该系统主要由单片机最小系统、按键模块、计时芯片DS1302、温度传感器DS18B20、LCD12864液晶显示模块、报警电路、低温加热电路、高温降温电路、电源电路组成（如图1所示）。

单片机最小系统是整个系统的处理控制核心，DS1302计时芯片内含一个实时时钟/日历，这个实时时钟/日历可以提供年月日时分秒星期的信息，时钟可以为12小时制或者24小时制，DS18B20温度传感器提供温度读数，按键模块可以设定报警温度的上限、下限和时钟时间，LCD12864液晶上显示时间、温度、设定的温度上限下限，报警电路在温度低于设定的温度下限或高于设定的温度上限时发出报警，低温加热电路当温度低与设定值时加热，高温降温电路在温度高于设定的上限值时降温，电源电路提供设备工作时的电源。

2 硬件电路原理分析

2.1 单片机最小系统选择与设计

传统方案一般采用数字控制的电路，电路比较简单，生产成本低，可以实现时钟的基本功能，当在电路中加温度显示电路，就会造成电路不稳定，并且系统的性能差。本文系统采用51系列单片机作为主要控制器，电路的硬件简单，工作是性能稳定，时钟系统性能好，便于智能控制，成本很低。

2.2 时钟电路设计

本文系统采用外部时钟芯片DS1302，该芯片具有实时时钟，能计算年、月、日、时、分、秒、星期，直到 2100 年，并有闰年调节功能，可以工作在2.0V 至 5.5V 宽电压范围，在 2.0V 时工作电流小于 300nA，功耗低，在低于1μW 时还能保持数据和时钟信息。

2.3 温度电路设计

在温度测量电路中，采用DS18B20温度传感器，该传感器提供9位温度读数，具有独特的单线接口，只需1个接口引脚即可以通信，不需任何外部元件和备份电源，可以测量从-55摄氏度到+125摄氏度，广泛应用在工业系统和消费类产品。

2.4 液晶显示电路设计

本系统采用LCD12864液晶屏来显示年、月、日、时、分、秒、星期、温度、设定的温度上限下限，该LCD12864的控制芯片是 ST7920，内置 8192 个中文汉字（16×16点阵），128 个 ASCII 字符（8×16点阵），可以显示 8*4 行汉字，有很好的人机交互界面。

2.5 报警电路设计

采用蜂鸣器来实现报警功能，当环境温度低于设定温度的下限值时或者高于设定温度的上限值时，蜂鸣器发出声音，从而提醒用户，如果是低温报警，低温加热电路就会工作，从而使温度升高。如果是高温报警，高温降温电路就会工作，从而使温度降低，使环境温度维持在设定的温度值范围内。

2.6 按键模块设计

用独立按键对单片机系统进行操作，来实现年、月、日、时、分、秒、星期的调节与温度的上限值和下限值的设定。

3 结语

本文设计的基于DS1302和DS18B20的数字时钟与温度显示系统，性能稳定、电路简单、功耗低、系统成本低。有良好的显示界面，能稳定的显示年、月、日、时、分、秒、星期、温度，方便调节。可以满足人们在日常生活和生产中一定的需求。

参考文献：

[1]尹克岩.基于单片机的多功能数字钟的设计[J].电子制作，2017（15）：68-69+54.

[2]庞宇擎，李仲男.多功能数字钟的设计与实现[J].电子制作，2016（01）：13+12.

[3]祝凤莲.基于DS1302的数字钟设计[J].科技广场，2012（07）：126-128.

作者簡介：刘卫东（1996-），男，河北石家庄人，本科，研究方向：电子信息工程。