单片机系统设计方案与制作技术报告说明书模板

中国矿业大学徐海学院单片机系统设计与制作技术报告姓名：孙天/马玲玲学号：229０93２7/22091１８0班级：电气０9－5题目：温度计与流水灯任课教师：胡明老师20１１年9月单片机设计与制作任务书班级电气09—５学号２20９0３27学生姓名孙天任务下达日期：年月日设计日期:年月日至年月日设计题目：设计主要内容和完成功能:教师签字:摘要本文首先描述系统硬件工作原理,并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程,其次，详细阐述了程序的各个模块和实现过程。本设计以数字集成电路技术为基础,单片机技术为核心.本文编写的主导思想是软硬件相结合，以硬件为基础,来进行各功能模块的编写。关键词：ＡT8９S5２ＤS1８B２０LCD16０2蜂鸣器目录TOC＼ｏ”1—3”＼ｈ\z\u_Toc3126９17８３”２、硬件设计 PＡＧEＲEF_Toｃ３1２6９1７８3＼h7HYＰERＬINＫ\ｌ"_Ｔoc3１２6９１７84"2。1单片机主控模块 PＡGERＥF＿Toc31２6９1７84\h7ＨYPERＬＩNＫ3、软件设计 PＡＧEＲEF＿Tｏc３１2691788\ｈ10HYPERLＩＮＫ\l＂_Tｏｃ312691789”３。１主程序 PＡGＥREF_Tｏc3１2６917８9\h１0HYPERLIＮK\l＂_Toc３1269１790＂３．2ＬCD１6０2的驱动ﻩＰＡGＥREF_Toc3126９１790＼h1１HYPERＬINK\ｌ"＿Toｃ3126９１791”３。3DＳ1８Ｂ20的驱动 PAGＥRＥF_Ｔｏc312６91791\ｈ13HYPERLＩNK\l＂_Tｏc31269179２"3.4蜂鸣器驱动 PＡGEREF_Toc3１269１792\h1４HYPERLINK\ｌ"_Toc312６９179３"4、系统调试 PAGＥＲEF_Toc31２691793\h1４ＨＹＰERLＩＮK\l"＿Toc31２6９1７9４＂５、结束语 PAGEREF_Ｔoc31269１7９4＼ｈ15HYPＥRLＩNK＼ｌ＂_Toc31269１795＂6。参考文献ﻩPAGEＲEF_Ｔoc３1269179５\h15HYPERLINK\ｌ＂_Ｔoc3126９１７96＂7、附录ﻩPAGEＲEF＿Ｔoc３12691796\h15包括系统硬件电路图、源程序(加注释)、实物作品调试和演示照片１、系统概述数字温度计功能要求是用5１单片机(AＴ８9S52)和温度传感器(DS18Ｂ20)通过程序控制来实现在液晶屏ＬCD1６０2上显示当前温度值、报警温度值，并可以通过蜂鸣器模块在过温时报警。设计思路是根据普通温度计的功能，在单纯测量温度的基础上增加蜂鸣器模块实现温度报警功能,并可以设定报警温度值。系统以ＡＴ89Ｓ52单片机作为核心控制器件,外围主要有液晶显示ＬＣD１６02、DS18B２0和蜂鸣器,均为串行通信器件，使得系统线路简单可靠性高.Ｐroteｕs仿真图２、硬件设计2.1单片机主控模块ＡT89S52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Atmeｌ公司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和在系统可编程Fｌash，使得AT89S52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.它主要负责各个模块的初始化工作;设置定时器、寄存器的初值；读取并处理来自温度传感器的信号；处理按键响应;控制液晶实时显示等。图2.AT8９S52管脚排布AT89Ｓ52的管脚排布如图２所示：VCC：电源ＧＮD：地P0口：Ｐ0口是一个8位漏极开路的双向Ｉ/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对Ｐ0口写“1"时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P０口也被作为低８位地址/数据复用.在这种模式下,Ｐ0具有内部上拉电阻。在ｆlash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口:P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p１输出缓冲器能驱动4个ＴＴL逻辑电平。对Ｐ1端口写“１"时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P１．0和P1．２分别作定时器/计数器２的外部计数输入(P１。0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/Ｔ2ＥＸ），具体如下表所示。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的８位双向Ｉ/O口，P２输出缓冲器能驱动4个ＴTＬ逻辑电平.对Ｐ2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用.作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ＩIL)。在访问外部程序存储器或用１6位地址读取外部数据存储器(例如执行ＭOVX@ＤPTR）时,P2口送出高八位地址。在这种应用中,P２口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOＶX@ＲI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在ｆlash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号.Ｐ3口：P３口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p2输出缓冲器能驱动4个ＴTL逻辑电平。对P３端口写“1"时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIＬ）。P3口亦作为AT89S５２特殊功能（第二功能)使用，如下表所示。在flaｓｈ编程和校验时，Ｐ3口也接收一些控制信号。ＲＳT：复位输入。ALE／PＲOＧ:地址锁存控制信号。ＰSEN:外部程序存储器选通信号。ＥA／VPＰ：访问外部程序存储器控制信号。XＴAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL２：振荡器反相放大器的输出端。在本设计中所用到的引脚有ＶCC,ＧND,ＲＳT,EA/VPP，XTAL1，XＴＡL2,P0口，P2口,P3口.硬件电路连接如图3所示.系统采用12M晶振;P０口为单片机与液晶显示器通信的数据端口，其中P０口有８个１K的上拉电阻；AT89S５2单片机的复位靠外部电路来实现，信号由RESET(RST)引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时，只要保持RESET（RＳT)引脚高电平两个机器周期,单片机即可以复位，系统既有上电复位电路又可以手动复位S4；Ｐ2．0~Ｐ2。2为液晶显示器的控制信号端口：P3．7为蜂鸣器的控制端口;P1。4~P1。5为按键模块的接口；P3.3为温度传感器通信端口。2。2液晶显示模块系统中采用LCＤ1602作为显示器件输出信息.与传统的LED数码管显示器件相比,液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了.ＬCＤ1602可以显示2行16个字符,具有８位数据总线Ｄ0-Ｄ７，和RS、Ｒ/W、E三个控制端口，工作电压为5Ｖ,并且带有字符对比度调节和背光设置.管脚功能简介：ＶＬ：LＣD对比度调节端，电压调节范围为0—５Ｖ。接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高，可以用一个5K的电位器来调整对比度；RS：数据或者指令选择端。处理器写入指令时,RS为低电平，写入数据时，RＳ为高电平R/Ｗ:读写控制端。R/W为高电平时，读取数据;Ｒ/W为低电平时,写入数据E:LCＤ模块使能信号控制端。写数据时,需要下降沿触发模块D０—D7：8位数据总线，三态双向BＬ+:ＬEＤ背光正极。需要背光时，BＬA串接一个限流电阻接ＶCCBL-：LＥＤ背光负极LCD１60２的管脚功能排布如图2．2.1所示2.３温度传感器模块系统采用DＳ18Ｂ2０作为温度信息采集模块.DS１８B20支持“一线总线”，温度测量范围为-55℃~＋125℃，在－１0℃~+８5℃精度为±5℃。现场温度直接以“一线总线"的数字方式进行传输，大大提高系统的可靠性，温度数字量转换时间为20０ms(典型值）ＤS1８B２0的管脚功能排布如图2。3。1所示：。2.4报警模块系统采用蜂鸣器作为报警的输出，蜂鸣器的电路连接图如图２.4．１所示：电路中采用PNP管85５0来做为信号功率放大来驱动喇叭闹铃，由图可以看出PNP管85５０的集电极接电源正５伏。过温时从ＡＴ８9Ｓ５２的P３。7脚输出低频的方波信号使蜂鸣器报警。３、软件设计根据设计任务的要求确定系统程序的完整结构，尽可能采用模块化程序设计方法，将任务划分为相对独立的功能模块，明确各模块的功能、时间顺序和相互关系，系统的软件设计可以分为几个部分,首先是各个模块的底层驱动程序编写,而后是系统联机调试，编写上层系统程序。本系统软件程序主要包括：液晶LCD16０2的底层驱动模块、ＤS18B2０的低层驱动模块、定时器0定时温度检测模块、蜂鸣器报警模块等。3.1主程序ｖoiｄmaｉn(）｛ ucharnuｍ; init（); delaｙ(2000）; delay(20０0); delay（20０0)；ﻩﻩwrite_com(０x01);//清除ＬCD的显示内容ﻩｗｈiｌe（１){ﻩＰ0=0xaa； write_com(０x8０)；P０＝０ｘ55; foｒ(num=０;num<1５;num+＋）{ ｗrｉtｅ_datａ(tabｌｅ2[nｕm］）； dｅlay(5）; }Ｐ0=0xcc； wendu=ＲｅadTｅmp(）； Ｐ０=0x3３； wriｔe_ｗendｕ（2，ｗeｎdu)；Ｐ０=0x0f;P０=0xｆ0；ﻩﻩDela(５0);ﻩ P0=0x00;ﻩ Dｅlａ（25); P0=０xff； Delａ(２5）；ﻩﻩP0=０x00； Deｌa（2５）;ﻩﻩP0=0xff；ﻩﻩDeｌａ（25)； }}3.２ＬCD１602的驱动液晶显示分两个子程序，一个是初始化时候使用，如图３。2。1．所示。另一个接受来自温度采集子程序的数据,送入液晶显示LCＤ16０２显示。以下是LＣＤ１6０2的程序://lcｄ的写指令vｏidwｒｉte_ｃｏｍ（ucｈarcｏｍ){ lcdrs=0; lcdeｎ=0； P1=cｏｍ； delａy（5）;ﻩｌcden=１; delay（5)； lｃdｅn=0;｝//lcｄ的写数据voidｗrite_data（ucｈarda）｛lcdｒs＝1； lｃden＝0； Ｐ1=da；ﻩdelａy(5); lｃｄeｎ=1； deｌay（5）；ﻩlｃｄen＝0；}／/初始化ｖoidinit（）{uｃhaｒnｕｍ; ｌcｄwritｅ=0；lｃdeｎ=0； ｗritｅ_coｍ（0x38)；／／1６＊2显示,5＊7点阵，8位数据ｗrite_coｍ(0x0c)；//显示开，关光标 write_com（０x06);／／移动光标 write_coｍ（0ｘ01）；／/清除LCD的显示内容ｗｒiｔe＿ｃom(0x80)；for（ｎｕｍ=0;num〈10;num+＋){ write＿dａta(taｂle［num]）;ﻩdelaｙ（５)； ﻩ} ﻩﻩwrite_cｏｍ(0x８0＋0x4０);ﻩfoｒ(num＝0；num<１1；num++）｛ write_daｔa（tａblｅ１[num］); dｅｌaｙ(5)； ｝}ｖoｉdwrite_wｅｎdu（ｕchａradｄ,charda）｛ucharshi,ge; shi=da/１0；ﻩge=ｄａ％１0； wrｉｔe_cｏm（0x80＋0ｘ4０＋add)； ｗrite＿datａ(0ｘ3０＋sｈi)；ﻩﻩwrite_ｄata（0x30+ge）；}vｏidDela（uintdeｌ)｛ﻩuiｎｔi，j;ﻩfｏｒ（i＝0;i<dｅl；i++）ﻩfｏr（j=０;j〈１８27；ｊ＋+）ﻩ；}3。3DS18B２0的驱动温度采集子程序程序框图如图3。２．1所示。程序在定时器2中断产生时候响应,进入采集。首先检测DS18Ｂ2０是否正常,不正常进行温度报警，激活报警程序。发送转换信号,等待转换完成，读DS18B20寄存器。把接受的数据转换为10进制。返回一个表示温度的整形数据。以下是温度采集子程序的底层驱动源程序：/＊**＊＊**＊*＊＊＊*＊读取dｓ１8ｂ２0当前温度＊*＊＊*＊*＊＊＊*＊/RｅadＴemp（void）｛ﻩ float ｖal;ｕcｈartemp_vａlue，value; ｕnsignedcharａ=0; unsigｎedchaｒb=0；ﻩunsigｎｅdcharｔ＝０;ﻩInit_DS18Ｂ２0（）；ﻩＷｒitｅＯnｅＣhａr(0ｘCC）；ﻩ／／跳过读序号列号的操作 WriｔeＯneChar(0x４4)； /／启动温度转换ﻩdelay_１8B20(100）;／/tｈｉｓmeｓsageisweｒｙimpoｒｔantﻩＩｎit＿ＤＳ１8B20（）； WrｉｔｅOｎｅＣｈaｒ(0xCC）； //跳过读序号列号的操作ﻩWrｉteＯneChaｒ（0xBE)； //读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度 delaｙ_18B2０（1０0）; a=ReadOｎeChar（）;ﻩ//读取温度值低位 b=ＲeadOｎｅChaｒ(）;ﻩ //读取温度值高位 temp_vaｌuｅ=b〈〈４; tｅmp_value+=（ａ&0xf0)>〉4； vaｌuｅ=a＆0x0f；ﻩval=ｔeｍｐ＿value+valuｅ； reｔurn(vａｌ); }3.４蜂鸣器驱动vｏiｄｂeｅｐ（）//蜂鸣器子程序{uｎｓｉgnedｃhａrｉ;foｒ(i=0;i<１8０；ｉ＋＋）｛Delay(８０）；BＥＥP=！BEEＰ；/／BEEＰ取反}BEＥP＝1;//关闭蜂鸣器deｌａｙms(1０0）；｝４、系统调试这套系统里运用的是按钮复位,单片机在刚通电的时候可能会没用发现，这次只需按下单片机左边的方形按钮便可。在温度计去流水灯的作品板上LCＤ１60２需要调节它的ＶEＥ端。通过一个10K的电阻进行调节,将“鬼影”去掉。调节后的的效果如下:5、结束语本次用单片机设计的数字温度计已经完成。同其他温度采集系统相比，这次的设计还有可以改进的地方.主要有如下几点:1．可以组建温度测量网络，实时显示各网点的温度。2.DS18B２０最高精度可达±0．0625℃(12位)。３。使用片内具有ｅepｒｏｍ的单片机,即可实现可记录温度数据和可在线设定报警温度的温度计.６．参考文献[1］龚运新．《单片机C语言开发技术》[Ｍ].清华大学出版社,2０06［2］张迎新。《单片机原理及应用》［M].电子工业出版社,2004附录程序代码：/＊＊**＊*＊****ds18ｂ２0子程序＊＊**＊＊**＊*＊＊＊*＊**＊＊＊＊*＊＊＊//＊****＊**＊＊＊ds１8b2０延迟子函数(晶振12ＭHz)＊＊＊*＊＊*/＃inｃlude＜reg52。h＞sｂｉtＤQ=P3＾3;＃defｉneucharｕnsignedchar＃inｃludｅ＂18b20．h＂＃defiｎｅuintunsｉgneｄintuchaｒcｏdetable[]=”WelcomeTｏ＂；//初始化日期和星期ｕcharcｏdetabｌe1[］=”ＯurSyｓｔem！”;/／初始化时间ucharcodetaｂle2[]=＂Tｅmｐeraｔureis：”;／/初始化时间voidｄｅlay_1８Ｂ20（unsiｇnedｉntｉ){ while（ｉ-—)；}/＊*＊***＊＊＊*ds18b20初始化函数**＊**＊*＊＊＊**＊＊*＊＊**＊＊＊/ｖoiｄＩniｔ_DS18B20(void)｛ﻩunsｉｇnedcｈarx＝０；ﻩDＱ＝１；//DQ复位 dｅlay_18B20(8）;//稍做延时ﻩＤQ=0；//单片机将DＱ拉低ﻩｄｅlａy_1８B20(80)；/／精确延时大于４８0us DＱ=１；/／拉高总线 delaｙ＿18B20(4）；ﻩx=ＤＱ;//稍做延时后如果x=0则初始化成功ｘ=1则初始化失败 delaｙ_18B20(２0)；｝／＊**＊*＊＊*＊＊*ds18ｂ20读一个字节*＊＊*＊***＊*＊**＊/uｎsｉgｎedchａrＲeaｄOneＣhar(voｉd）{ﻩuｃhari＝0; ｕｃharｄat=0； for（ｉ=８；i〉0;ｉ—－） { ﻩDＱ＝0；//给脉冲信号 ｄat＞＞=1;ﻩ DQ=１;／/给脉冲信号ﻩﻩｉf(ＤQ）ﻩ ｄat｜=0ｘ80；ﻩ dｅｌay_18B20（4）；ﻩ｝ retｕrｎ（dat)；}/＊＊＊***＊＊＊＊＊**ds18b20写一个字节＊*＊***＊*****＊＊*＊/vｏidWriｔeOｎｅＣhar（uchardat）｛ uｎsignｅdchaｒi=0； for(ｉ＝８；i〉０；i——)ﻩ{ﻩﻩDQ=０；ﻩ DQ=dａｔ&０ｘ01;ﻩdeｌａy_18Ｂ20(5）； ﻩDQ=1; dat〉＞=1；｝｝／＊＊＊＊＊**＊＊***＊*读取dｓ18b2０当前温度＊＊***＊＊＊**＊＊／ReadTeｍp(void)｛ﻩﻩflｏａtﻩｖaｌ；ｕchａrtemｐ_vaｌue，valuｅ; uｎsｉgneｄcｈara=0； unｓｉｇnｅdchaｒb=0； ｕnｓignedｃhart＝0；ﻩＩnit_DＳ1８B20（)；ﻩＷｒiｔeOｎeChar（0ｘCC)； /／跳过读序号列号的操作ﻩWｒｉteOneChar（0x４４)；ﻩ／/启动温度转换ﻩｄelay_18Ｂ２0（10０）；//thismeｓsageisｗeｒyimpoｒtantﻩIｎiｔ_DS18B２0（）；ﻩWriｔeＯneChaｒ(0xＣC）；ﻩ//跳过读序号列号的操作ﻩWriteOneChａr（0xBＥ）; //读取温度寄存器等（共可读9个寄存器）前两个就是温度ﻩdelay_18B２0（100）; a=ＲeaｄOｎeChaｒ（）； ／/读取温度值低位 b=RｅadOnｅＣhar（）； //读取温度值高位ﻩtｅmp_ｖalue=b<<4;ﻩtemp＿ｖalｕe+＝(a＆0xf0)>＞4；ﻩvalue=a＆0x0f;ﻩvａｌ＝temｐ＿ｖalue＋valuｅ－6；ﻩretuｒn(val）；ﻩ｝//以上是DS１8Ｂ20的驱动程序。然后在主程序中直接调用函数就可以了。//以上是在主程序中的调用,你看关于温度的那个就可以.//以下三个是定义LCD的引脚ﻩｓbｉtｌcden=P2＾２；ﻩsbiｔlcdwrite=P２＾1；ﻩsbitlcdｒs=P２＾0;charｗeｎdu；//延时程序vｏiddelay(ｕｉntz）｛uｉntx,ｙ；for（x=z；ｘ>0;x—－)for（y＝1１0;y〉０；ｙ—-）；｝//lcｄ的写指令voidwｒite＿com(ｕcｈarcom）{ lｃdrs=0; lｃden=0；ﻩP1＝ｃom; delａｙ（5）;ﻩlcdｅｎ=1；ﻩｄelay（5）; lｃｄｅn=0；}/／lcd的写数据ｖoiｄｗritｅ＿data（ｕcharda){ｌcdｒs=1; lcden＝0； Ｐ1=da; delaｙ(5）；ﻩlcden=1；ﻩdelay（５）; lcdｅｎ＝0;}/／初始化voｉｄinｉt(）｛ucｈarｎｕｍ; lcdwｒite=0;lｃｄeｎ＝0;ﻩｗｒite＿com(0x38)；／/１6＊2显示,５*7点阵，8位数据write_ｃｏm（0x0c）；//显示开,关光标ﻩwｒitｅ_ｃom(0ｘ06）；//移动光标ﻩwｒite_com（0x0１）；//清除ＬＣD的显示内容ｗrｉte_com（0x80）；f