单片机水流量检测(测试)设计

1、单片机课程设计题 目 水流量显示器 学 院 电子工程学院 专 业 自动化 班 级 学 号 姓 名 组 员 指导教师 2013年 5 月引言31. 任务设计42. 系统硬件电路的设计52.1主芯片STC89C5252.1.1主要性能52.1.2芯片功能特性简述：52.1.3引脚功能62.2时钟电路72.3复位电路72.4液晶显示电路82.4.1显示特性82.4.2引脚说明82.4.3接口时序102.4.4初始化指令：122.5水流量测量电路142.6按键控制电路153. 软件系统的设计163.1软件设计总流程163.2水流量程序模块163.2.1水流量的读取程序173.3显示程序184. 总结1

2、9参考文献20附件1. 原理图21附件3 仿真图225. 程序23引言随着现代社会的进步，经济的发展，人们对精神领域的追求更高，对生活水平的要求更高。现代的家居生活是一种高品位、高质量、个性化、智能化的方式。本系统就是基于STC89C52单片机控制的智能家居系统，可以实际监控室内各种不同的家电设备，并能通过液晶屏动态显示当前工作状态。该系统与传统的智能家居系统相比，具有功能多样化、成本造价低等优点，且符合当今社会智能、节能、环保的发展观念，并在人们享受高品位、高质量、个性化、智能化生活的同时提高人们的节约意识。由于智能家居系统有众多模块，本课题只采取其中的水流量模块进行单独设计。关键词： 单片

3、机 水流量传感器1. 任务设计当打开水龙头时，根据单片机STC89C52的指令、水流量计传感器采集水流量状态。当单片机STC89C52扫描到水流量计传感器的脉冲数，经过单片机STC89C52处理，计算出所采集的水流量后，通过液晶屏LCD1602能动态显示当前水流量。2. 系统硬件电路的设计2.1主芯片STC89C522.1.1主要性能1）与MCS-52单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器2）1000次擦写周期3）全静态操作：0Hz33Hz 4）三级加密程序存储器 5）32个可编程I/O口线6）三个16位定时器/计数器八个中断源7）全双工UART串行通道8）低功耗空闲和掉电模式

4、 9）掉电后中断可唤醒 10）看门狗定时器11）双数据指针12）掉电标识符 2.1.2芯片功能特性简述：STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2

5、个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K字节在系统可编程 Flash。 图2-1 单片机引脚 2.1.3引脚功能表2-1 STC89C52引脚介绍说明引脚功能介绍VCC+5V电源电压VSS电路接地端P0.0P0.78位漏极开路的双向I/O通道P2.0P2.78位拟双向

6、I/O通道P3.0RXD，串行输入口P3.1TXD，串行输出口P3.2INT0，外部中断输入口P3.3INT1，外部中断输入口P3.4定时器/计数器外部事件脉冲输入端P3.5定时器/计数器外部事件脉冲输入端P3.6外部数据存贮器写脉冲P3.7外部数据存贮器读脉冲RST/VpD复位输入信号ALE/PROG地址锁存有效信号PSEN程序选通有效信号EA/VPP当保持TTL高电平，执行内部EPROM的指令，当使TTL为低电平， 从外部程序存贮器取出所有指令，在内的EPROM编程时，此端为21编程电源输入端XTAL1内部振荡器外接晶振的一个输入端XTAL2内部振荡器外接晶振的一个输入端2.2时钟电路单片

7、机的最小系统有三部分组成，即电源，时钟电路和复位电路。其中单片机的电源引脚与5V电源连通即可，而时钟电路和复位电路还需接口扩展，这也是单片机的基本电路操作。时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。在STC89C52单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制元件(晶体振荡器和电容)，即可构成一个稳定的自激振荡器。在STC89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2

8、之间跨接晶体振荡器和微调电容。在单片机的XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一个晶体振荡器就构成了内部振荡方式。STC89C52单片机内部有一个高增益的反相放大器，XTAL1为内部反相放大器的输入端，XTAL2为内部反相放大器的输出端，在其两端接上晶振后，就构成了自激振荡电路，并产生振荡脉冲，振荡电路输出的脉冲信号的频率就是晶振的固有频率。在实际应用中通常还需要在晶振的两端和地之间各并上一个小电容。图2-2 时钟电路用晶振和电容构成谐振电路。电容大小与晶振频率和工作电压有关。但电容的大小影响振荡器的稳定性和起振的快速性，为了提高精度，本实验板采用20pF的电容作为微调电容。在设计电路板时，晶振、

9、电容等均应尽可能靠近芯片，减小分布电容，以保证振荡器振荡的稳定性。2.3复位电路复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU和系统中各部分处于一个确定的状态，并从这一状态开始工作。系统上电路或死机后都要进行复位操作。单片机的RST引脚为复位引脚，振荡电路正常工作后，RST端加上持续两个机器周期的高电平后，单片机就被复位。复位电路有3种基本方式：上电复位，开关复位和看门狗复位。图2-3 复位电路本课题采用按键开关复位是指通过接通按钮开关，使单片机进入复位状态。开关复位电路一般不单独使用。在应用系统设计中，若需使用开关复位电路，一般的做法是将开关复位与上电复位组合在一起形成组合复位电路，上电复位电路

10、完成上电复位功能，开关复位电路完成人工复位。图2-3中C7与R1构成了上电复位电路。上电复位后，电源经R1对C7充满电源，C7等效于开路，RST端为低电平；单片机正常工作。按开关K1后，C7两端电荷经R1迅速放电，K1断开后，由C7、R1及电源完成对单片机的复位操作。在上述电路中C7、R1按上电复位电路的设计而取值。 复位电路的作用非常重要，能否成功复位关系但单片机系统能否正常运行的问题。如果振荡电路正常而单片机系统不能正常运行，其主要原因是单片机没有完成正常复位，程序计数器的值没有回0，特殊功能寄存器没有回到初始状态。这时可以适当地调整上电复位电路的阻容值，增加其充电时间常数来解决问题。2.

11、4液晶显示电路课题任务要求以LCD1602芯片显示单片机处理后的温度、水费和水流量，在此有必要详尽的介绍LCD1602的特性和用法。2.4.1显示特性 只需5V 电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性 内置 192 种字符（160个 5×7 点阵字符和 32 个5×10 点阵字符） 具有 64 个字节的自定义字符 RAM 显示方式：STN、半透、正显 驱动方式：1/16DUTY，1/5BIAS 视角方向：6点 背光方式：底部 LED 通讯方式：4位或 8 位并口可选 标准的接口特性：适配 MC51 和M6800 系列 MPU的操作时序。2.4.2引脚说明表2-2 液晶1602引

12、脚说明管脚号 符号功 能1Vss电源地（GND）2Vdd电源电压(+5V)3V0LCD驱动电压(可调) 寄存器选择输入端，输入MPU 选择模块内部寄存器类型信号：RS=0，当MPU 进行写模块操作，指向指令寄存器；4RS当MPU 进行读模块操作，指向地址计数器；RS=1，无论MPU 读操作还是写操作，均指向数据寄存器5R/WR/W=0 读操作；R/W=1 写操作6E使能信号输入端，输入MPU 读/写模块操作使能信号：4位方式通讯时，不使用DB0-DB37DB0数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道8DB1数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道9DB2数据输入/输出口，M

13、PU 与模块之间的数据传送通道10DB3数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道11DB4数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道12DB5数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道13DB6数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道14DB7数据输入/输出口，MPU 与模块之间的数据传送通道15A背光的正端+5V16K 背光的负端0V16K 背光的负端0V2.4.3接口时序图2-5 时序图表2-3 液晶1602时序图标号说明时序参数符号极限值单位测试条件最小值典型值最大值E信号周期tc400ns引脚EE脉冲宽度Tpm150nsE上升沿/下降沿时间Tr,tf

14、25ns地址建立时间Tsp130ns引脚E、RS、RW地址保持时间Thd110ns数据建立时间（读操作）Td100ns引脚DB0DB7数据保持时间（读操作）Thd220ns数据建立时间（写操作）Tsp240ns数据保持时间（写操作）Thd210ns程序实现如下：/*写指令程序*/void wr_com(unsigned char com) /写指令 delay(1); /延时1ms RS=0; /写命令设置 RW=0; /并行数据的读写 EN=0; /使能为0 P2=com; /输入命令 delay(1); /延时1ms EN=1; /使能为1 delay(1); /延时1ms EN=0; /

15、使能为0 /*写数据程序*/void wr_dat(unsigned char dat)/ 写数据 delay(1); /延时1ms RS=1; /写数据设置 RW=0; /并行数据的读写 EN=0; /使能为0 P2=dat; /输入数据 delay(1); /延时1ms EN=1; /使能为1 delay(1); /延时1ms EN=0; /使能为02.4.4初始化指令：表2-4 清屏指令指令功能指令编码执行时间/msRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0清屏00000000011.64功能：清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入"空白"的AS

16、CII码20H; 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方;将地址计数器(AC)的值设为0。表2-5 光标归位指令指令功能指令编码执行时间/msRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0光标归位000000001X1.64功能：把光标撤回到显示器的左上方; 把地址计数器(AC)的值设置为0; 保持DDRAM的内容不变表2-6 进入模式设置指令指令功能指令编码执行时间/msRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0进入模式设置00000001I/DS1.64功能：设定每次定入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。表2-7 显示开关控制指令指

17、令功能指令编码执行时间/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0显示开关控制0000001DCB功能：控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。表2-8 设定显示屏或光标移动方向指令指令功能指令编码执行时间/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0设定显示屏或光标移动方向00000/功能：使光标移位或使整个显示屏幕移位。表2-9 功能设定指令指令功能指令编码执行时间/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0功能设定0000/功能：设定数据总线位数、显示的行数及字型。参数设定的情况如下：表2-10 设定CGRAM地址指令指令功能

18、指令编码执行时间/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0设定CGRAM地址000CGRAM的地址（位）功能：设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。表2-11 设定DDRAM地址指令指令功能指令编码执行时间/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0设定RAM地址00CGRAM的地址（位）40功能：设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。 (注意这里我们送地址的时候应该是0x80+Address，这也是前面说到写地址命令的时候要加上0x80的原因) 表2-12 读取忙信号或AC地址指令指令功能指令编码执行时间/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3D

19、B2DB1DB0读取忙碌信号或AC地址0FBAC内容（位）40功能：读取忙碌信号BF的内容，BF=1表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机送来的数据或指令;当BF=0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令;读取地址计数器(AC)的内容。表2-13 数据写入DDRAM或CGRAM指令一览指令功能指令编码执行时间/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0写数据到DDRAM或CGRAM10要写的数据D7D040功能：将字符码写入DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符;将使用者自己设计的图形存入CGRAM。表2-14 从CGRAM或DDRAM读出数据的指令一览指令功能指令

20、编码执行时间/sRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0从CGRAM或DDRAM中读数据11要读的数据D7D040功能：读取DDRAM或CGRAM中的内容。单片机和LCD液晶显示器的连接图2-6 液晶显示电路2.5水流量测量电路课题任务中最重要的是水流量的测量。通过水流量传感器的数据采集，根据商家的水流量传感器的参数可以得出单片机在运算时的数据。水流量传感器参数：环境温度：-1055流量计算在流量为:0.20.4L/Min时，1L=2100次;0.50.8L/Min时，1L=2280次；0.91.2L/Min时,1L=2350次；1.22.5L/Min时，1L=2460次;（

21、脉冲次数在流量变化时有一定程度的变动）接线方法白线：信号输出；黑线：电源负（也可按客户要求定做）测量精度：±5%（在流量稳定的系统，精度可达±2%）工作电压：DC024V工作压力：100PSI（7kg/cm)耐湿性能：在环境湿度为90%以下时性能保持稳定寿命测试：本产品用进口干簧管作感应元件，在负荷小于24V 1mA前提下, 开关寿命大于3亿次。 图2-15 水流量测量电路 2.6按键控制电路课题设计之初，要求基本实现的功能有水流量的控制、水价的改变。由于液晶显示屏不能够完全实现其显示，故又增加了换页功能，共三个控制键。图2-16 按键电路3. 软件系统的设计3.1软件设计

22、总流程程序要求液晶显示有当前水流量，总流量。水流量的测量由开关控制。由于LCD1602的显示屏幕有限，所以又把程序设计成可以翻页的形式。翻页也用开关控制。由于在两个界面里面都显示水温，故在显示程序里加入测量水温程序也未尝不可。整个程序中结构较为简单，但其中也有几个重要而且比较费脑筋的子程序，包括水测量程序、水流量数据的计算转换程序。在程序中可以分为2个主要模块：水流量模块，显示模块如图3-1所示：图3-1 总流程图3.2水流量程序模块水流量的测量主要依靠对得到的频率处理，由流量计在一段时间下产生高电平的个数决定，即Q（流量）=F（频率）/R（商家设定值）所以只要在单片机中设定一定的时间，并在该

23、时间之下计算出得到的高电平即可。在本程序中STC89C52的两个定时器T0为计数状态，T1 为计时状态，这样方可测量流量。3.2.1水流量的读取程序中断程序运行的时间到，就可以读取计数器中的数值，将下数值读出后把计数器赋值为0，等待下一次的取出，然后进入对读出数据的处理程序。如图3-4所示：图3-2 水流量数据的处理程序在预定时间到，即已经取出了定时器的数值。我们计算的水流量最大是以每吨来计算并显示的，故一个整形或长整型的数不够，故先把它放在了一个int变量的存储空间内，做水流量的前三位，在定义一个长整型的数，把它作为水流量的后六位，这样计算起来也比较容易，数据也不会起冲突，也是为将要计算水价

24、做准备。设定该水流量的最大计数为250吨，超过了定值，则会从0开始。如图3-5所示：图3-3 水流量数据处理流程图3.3显示程序在程序中只是计算出流量值，温度值以及和资源分配的情况，一些字母的显示，都要另加，这样才能尽善尽美的表达出显示出来的意思。所以在主程序中不必再测量温度。在第一页主要显示的是总水流量的后三位，最后以t结尾。第二页主要当前水流量的前三位，最后以kg结尾。4. 总结在为期两周的实训中，我学到了很多，在整个过程中，包括最开始的课题设计、焊接、程序编写，到最后的调试我都参与其中。可以这么说，在这两个星期中学到的东西比我两个月学到的还要多。在最开始设计课题时，查了很多资料，经过组员

25、的讨论，最终确定了现在这个方案。在焊接的过程中，基本上没出什么问题，一切都很顺利的进行着。在编写程序以及调试的过程中出现了一些问题，比如：当有水流过时，传感器多计数的脉冲达不到我们设计时的要求，所以经过了多次修改，最终实现了功能。在整个过程中要特别感谢丁文斌老师的指导，没有他耐心的指导，我们是不会做的这么好的。参考文献1 张菁，基于单片机水流量控制系统方案的研究。2007（9）。2 楼然苗，51系列单片机设计实例. 北京航空航天大学出版社，2003。3 苏铁力、关振海等.传感器及其接口技术M.中国石化出版社,1998.4 肖晴，液晶显示流量的控制，2005（2）。5 谭浩强，C程序设计(第二版

26、). 清华大学出版社. 1999年12月第2版附件1. 原理图附件2 实物图附件3 仿真图附件4 元器件清单元器件名称型号数量（个）单片机STC89C511水流传感器探头DS18B201液晶显示器LCD16021晶振11.0596MHZ1电阻500欧2电阻1K1电阻4.7K1电阻10K1瓷片电容22pF2瓷片电容0.1uF2电解电容20uF2电解电容100uF1发光二极管红色1发光二极管黄色2发光二极管绿色1电源接口5V1拨头开关1按键3总计255. 程序#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigne

27、d intsbit DQ=P10; /ds18b20与单片机连接口sbit RS=P11;sbit RW=P12;sbit EN=P13;sbit p37=P36; /流量正常运行接口sbit p36=P37; /温度报警接口sbit p14=P14; /功能按键接口sbit p15=P15;sbit p16=P16;uchar code table=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x20; /0-9数字和显示无 unsigned long int a;float f,zong;uint tvalue;uchar n1,n2

28、,n3,n4,n5,n6,n7,n8,n9;uchar tflag,d,g,kai,j,j1,j2,b; /*延时子程序*/void delay(uint z) int x,y; for(x=z;x>0;x-)for(y=120;y>0;y-); /*延时1us子程序*/ void delay_18B20(unsigned int i)/延时1微秒 while(i-); /*液晶显示写指令*/ void wr_com(unsigned char com) /写指令 delay(1); /延时1ms RS=0; /写命令设置 RW=0; /并行数据的读写 EN=0; /使能为0 P2

29、=com; /输入命令 delay(1); /延时1ms EN=1; /使能为1 delay(1); /延时1ms EN=0; /使能为0 /*液晶显示写数据*/void wr_dat(unsigned char dat)/写数据 delay(1); /延时1ms RS=1; /写数据设置 RW=0; /并行数据的读写 EN=0; /使能为0 P2=dat; /输入数据 delay(1); /延时1ms EN=1; /使能为1 delay(1); /延时1ms EN=0; /使能为0/*水流量计算程序与数据转换程序*/void loop () uint zong1; if(g=0) /判断时间

30、是否到 zong=(b/0.1)+zong; /得出总流量的后三位 g=1; /将标志为为1if(zong>=1000) /判断总流量后三位是否大于1000a+; /总流量前六位加1zong=0; /后三位清零 if(a>=1000000) /总流量前六位大于1百万a=0; /总流量前六位清零zong1=(int)zong ; /总流量后三位转换为整形 n9=a/100000; /总流量9位全部分配n8=a%100000/10000;n7=a%10000/1000;n6=a%1000/100;n5=a%100/10;n4=a%10;n3=zong1%1000/100;n2=zong

31、1%100/10;n1=zong1%10; /*流量程序*/ void liuliang() while(d>=2) /时间到？ d=0; /d清零 b=TH0*256+TL0; /读取频率 TH0=0x00; /计数器清零 TL0=0x00; g=0; /时间标志位 loop(); /水流量计算程序与数据转换程序 /*第一页显示子程序*/ void display1() wr_dat(0x3a); /显示： wr_com(0x80+0x40); /水流量（t）显示 wr_dat(0x46); wr_dat(0x4c); wr_dat(0x4f); wr_dat(0x57); wr_da

32、t(0x3a); wr_dat(0x20); wr_dat(tablen9); wr_dat(tablen8); wr_dat(tablen7); wr_dat(0x2e); /显示小数点 wr_dat(tablen6); wr_dat(tablen5); wr_dat(tablen4); wr_dat(0x20); /显示小数点 wr_dat(0x74); wr_dat(0x20); /*第二页显示子程序*/ void display2() wr_dat(0x3a); /显示： wr_dat(tablej2);wr_dat(0x2e);wr_dat(tablej1);wr_dat(0x5c);wr_dat(0x2f);wr_dat(0x74);wr_dat(0x20);wr_com(0x80+0x40+5);/水流量（kg）显示wr_dat(0x20);wr_dat(0x20);wr_dat(tablen4);wr_dat(0x2e); /显示小数点 wr_dat(tablen3);wr_dat(tablen2);wr_dat(tablen1);wr_dat(0x20);wr_dat(0x6b);wr_dat(0x67); /*控