【正文】 湖 南 科 技 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）題目作者學(xué)院專業(yè)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師二〇〇 年 月 日湖 南 科 技 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 機(jī)電工程 學(xué)院 測(cè)控技術(shù)與儀器 系（教研室）系（教研室）主任: （簽名） 年 月 日學(xué)生姓名: 盧 超 學(xué)號(hào): 1103030106 專業(yè): 測(cè)控技術(shù)與儀器 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題： 基于單片機(jī)的水流量測(cè)試 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自 2015 年 3 月 9 日開(kāi)始至 2015 年 5 月 2 日止3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料：1）相應(yīng)電子元器件；2）使用工具：Proteus仿真；ProtelDXP繪制原理圖等軟件3）參考資料：[1] [M].北京清華大學(xué)出版社2003 [2] [M].北京高等教育出版社(第四版),19994 設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容：1）完成水流量測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)；2）完成程序設(shè)計(jì)和仿真設(shè)計(jì)；3）設(shè)計(jì)原理圖和完成實(shí)物圖的焊接和功能調(diào)試；4）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；5 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說(shuō)明與圖紙或論文等）及要求：1）基于單片機(jī)的水流量測(cè)設(shè)系統(tǒng)實(shí)物一件；2）基于單片機(jī)的水流量測(cè)設(shè)系統(tǒng)的電路圖；3）完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；6 發(fā)題時(shí)間： 2014 年 12 月 31 日指導(dǎo)教師： （簽名） 學(xué) 生： （簽名）湖 南 科 技 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評(píng)語(yǔ)[主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作態(tài)度，研究?jī)?nèi)容與方法，工作量，文獻(xiàn)應(yīng)用，創(chuàng)新性，實(shí)用性，科學(xué)性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)]指導(dǎo)人： （簽名）年 月 日 指導(dǎo)人評(píng)定成績(jī)： 湖 南 科 技 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)[主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究?jī)?nèi)容與方法，實(shí)用性與科學(xué)性，結(jié)論和存在的不足等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)]評(píng)閱人： （簽名）年 月 日 評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)： 湖 南 科 技 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄日期： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)下列材料：1 設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 共 頁(yè)2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁(yè)3 指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) 共 頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：[主要對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的研究思路，設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量，文本圖紙規(guī)范程度和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）的介紹，回答問(wèn)題情況等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)]答辯委員會(huì)主任： （簽名）委員： （簽名）（簽名）（簽名）（簽名） 答辯成績(jī)： 總評(píng)成績(jī)： 摘 要論文以智能家居系統(tǒng)中的水流量模塊為課題，以水流量計(jì)傳感器和數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)采集水流量狀態(tài)和水溫的數(shù)據(jù)，并根據(jù)主控器STC89C52的程序指令處理后計(jì)算出水費(fèi)價(jià)格，用液晶屏LCD1602分當(dāng)前溫度、水價(jià)和水流總量三種狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示。另外，本課題設(shè)計(jì)了上下限報(bào)警，使查看更為直觀，使用更加方便。關(guān)鍵詞:單片機(jī)；DS18B20溫度傳感器；水流量傳感器目 錄第一章 總體設(shè)計(jì) 9第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 10 10 12 13 14 溫度測(cè)量電路 18 水流量測(cè)量電路 22 水流量測(cè)量電路 23 報(bào)警電路 24 繼電器控制電路 25 小結(jié) 26第三章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 軟件設(shè)計(jì)總流程 27 溫度程序模塊 28 水流量程序模塊 31 顯示程序 33 小結(jié) 34第四章 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 35 keil uvision4軟件 35 Protel DXP軟件 36 proteus電路仿真 37第五章 實(shí)物展示 40第六章 總結(jié) 41參 考 文 獻(xiàn) 42致 謝 43附錄1：總程序 44第一章 總體設(shè)計(jì)當(dāng)打開(kāi)水龍頭時(shí)，根據(jù)單片機(jī)STC89C52的指令、水流量計(jì)傳感器采集水流量狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)STC89C52掃描到水流量計(jì)傳感器的脈沖數(shù)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)STC89C52處理，計(jì)算出所采集的水流量后，通過(guò)液晶屏LCD1602能動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前水流量。根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程，可以將的本課題劃分為8 個(gè)電路模塊如圖1 所所示：LCD 1602顯示電路按鍵電路STC89C52水流量測(cè)量電路時(shí)鐘電路溫度測(cè)量電路復(fù)位電路繼電器控制電路報(bào)警電路圖11 電路總框圖第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)1）與MCS52單片機(jī)產(chǎn)品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器2）1000次擦寫周期3）全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 4）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 5）32個(gè)可編程I/O口線6）三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源7）全雙工UART串行通道8）低功耗空閑和掉電模式 9）掉電后中斷可喚醒 10）看門狗定時(shí)器11）雙數(shù)據(jù)指針12）掉電標(biāo)識(shí)符 ：STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash。 圖21 STC89C52表21 STC89C52引腳介紹說(shuō)明引腳功能介紹VSS電路接地端～8位漏極開(kāi)路的雙向I/O通道～8位擬雙向I/O通道RXD，串行輸入口TXD，串行輸出口INT0，外部中斷０輸入口INT1，外部中斷１輸入口定時(shí)器/計(jì)數(shù)器０外部事件脈沖輸入端定時(shí)器/計(jì)數(shù)器１外部事件脈沖輸入端外部數(shù)據(jù)存貯器寫脈沖外部數(shù)據(jù)存貯器讀脈沖RST/VpD復(fù)位輸入信號(hào)ALE/PROG地址鎖存有效信號(hào)PSEN程序選通有效信號(hào)EA/VPP當(dāng)保持TTL高電平，執(zhí)行內(nèi)部EPROM的指令，當(dāng)使TTL為低電平， 從外部程序存貯器取出所有指令，在內(nèi)的EPROM編程時(shí)，此端為21Ｖ編程電源輸入端XTAL1內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個(gè)輸入端XTAL2內(nèi)部振蕩器外接晶振的一個(gè)輸入端單片機(jī)的最小系統(tǒng)有三部分組成，即電源，時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。其中單片機(jī)的電源引腳與5V電源連通即可，而時(shí)鐘電路和復(fù)位電路還需接口擴(kuò)展，這也是單片機(jī)的基本電路操作。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在STC89C52單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過(guò)XTAL1和XTAL2引腳接入定時(shí)控制元件(晶體振蕩器和電容)，即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。在STC89C52芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容。在單片機(jī)的XTAL1腳和XTAL2腳之間并接一個(gè)晶體振蕩器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器，XTAL1為內(nèi)部反相放大器的輸入端，XTAL2為內(nèi)部反相放大器的輸出端，在其兩端接上晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩電路，并產(chǎn)生振蕩脈沖，振蕩電路輸出的脈沖信號(hào)的頻率就是晶振的固有頻率。在實(shí)際應(yīng)用中通常還需要在晶振的兩端和地之間各并上一個(gè)小電容。圖22 時(shí)鐘電路用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。電容大小與晶振頻率和工作電壓有關(guān)。但電容的大小影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，為了提高精度，本實(shí)驗(yàn)板采用20pF的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，晶振、電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，減小分布電容，以保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其目的是使CPU和系統(tǒng)中各部分處于一個(gè)確定的狀態(tài)，并從這一狀態(tài)開(kāi)始工作。系統(tǒng)上電路或死機(jī)后都要進(jìn)行復(fù)位操作。單片機(jī)的RST引腳為復(fù)位引腳，振蕩電路正常工作后，RST端加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，單片機(jī)就被復(fù)位。復(fù)位電路有3種基本方式：上電復(fù)位，開(kāi)關(guān)復(fù)位和看門狗復(fù)位。圖23 復(fù)位電路本課題采用按鍵開(kāi)關(guān)復(fù)位是指通過(guò)接通按鈕開(kāi)關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。開(kāi)關(guān)復(fù)位電路一般不單獨(dú)使用。在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，若需使用開(kāi)關(guān)復(fù)位電路，一般的做法是將開(kāi)關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位組合在一起形成組合復(fù)位電路，上電復(fù)位電路完成上電復(fù)位功能，開(kāi)關(guān)復(fù)位電路完成人工復(fù)位。圖23中C7與R1構(gòu)成了上電復(fù)位電路。上電復(fù)位后，電源經(jīng)R1對(duì)C7充滿電源，C7等效于開(kāi)路，RST端為低電平；單片機(jī)正常工作。按開(kāi)關(guān)K1后，C7兩端電荷經(jīng)R1迅速放電，K1斷開(kāi)后，由CR1及電源完成對(duì)單片機(jī)的復(fù)位操作。在上述電路中CR1按上電復(fù)位電路的設(shè)計(jì)而取值。 復(fù)位電路的作用非常重要，能否成功復(fù)位關(guān)系但單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的問(wèn)題。如果振蕩電路正常而單片機(jī)系統(tǒng)不能正常