【正文】 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目 單片機系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā) 學(xué)生姓名 楊明瑞 學(xué)號 290604100085 班 級 081112 專 業(yè) 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 分 院 信息技術(shù) 指導(dǎo)教師 金照春 2010年 12月 19日 摘 要：本文介紹了一種基于PIC16F877A單片機，利用DS18B20對多路溫度采集，并進行溫度的控制與檢測，并通過12864液晶顯示出來。系統(tǒng)中通過控制按鈕實現(xiàn)了實時各路的報警溫度，并且實現(xiàn)多路與任一單路溫度顯示切換，從而既可以進行多路的檢測又可以進行任一單路的監(jiān)控，而且還有數(shù)字跟圖形兩種顯示方式更為直觀。在溫度超過設(shè)定溫度時溫度跟時間通過24C02存儲起來，以便查看，同時可以通過固定電話遠程報警，還能將溫度上傳至PC機，進行后續(xù)處理。關(guān)鍵詞：溫度檢測；單片機；串行通訊；DS18B20。目錄1 系統(tǒng)設(shè)計 72 主芯片：PIC16F877A單片機簡介 9 PIC單片機的優(yōu)越之處： 9 PIC16F877A引腳圖及主要性能 10 最小系統(tǒng) 11 11 系統(tǒng)時鐘 12 設(shè)計心得總結(jié) 123 LCD12864液晶原理介紹及接口實現(xiàn) 12 液晶顯示模塊概述 12 液晶引腳說明 13 接口時序 14 具體指令介紹 15 顯示坐標(biāo)關(guān)系 1圖形顯示坐標(biāo) 19 漢字顯示坐標(biāo) 20 與單片機的接口實現(xiàn) 21 設(shè)計心得總結(jié) 224 DS18B20原理介紹及接口實現(xiàn) 22 DS18B20簡介 22 DS18B20結(jié)構(gòu)及其工作原理 23 DS18B20的接口實現(xiàn) 29 硬件設(shè)計 29 軟件設(shè)計 30 設(shè)計心得總結(jié) 31 焊接問題： 31 軟件設(shè)計： 31 不足： 315 存儲芯片AT24C02簡單介紹及接口實現(xiàn) 32 AT24C02功能描述管腳定義 32 管腳定義及接口實現(xiàn) 32 設(shè)計心得 346 實時時鐘DS1302簡單介紹及接口實現(xiàn) 34 DS1302簡介 34 DS1302結(jié)構(gòu)及工作原理 34 DS1302的接口實現(xiàn) 357 溫度上限報警功能 37 設(shè)計原理 37 設(shè)計心得體會 378 與PC串口通訊及VB上位機簡單介紹 38 與PC串口通信 38 上位機介紹 399 總結(jié) 43附錄 44部分原理圖： 44參考文獻 45致謝 46基于PIC單片機的多路溫度監(jiān)控巡回系統(tǒng)1 系統(tǒng)設(shè)計在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常要對溫度進行測量與控制，并且有時是對多個點進行溫度測量，比如冷庫溫度監(jiān)控、環(huán)境溫度監(jiān)測、農(nóng)業(yè)溫室監(jiān)控、糧庫溫度監(jiān)控等。在這種情況下，多點溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)運而生。多點溫度檢測系統(tǒng)通常能夠?qū)Χ鄠€工作點的溫度進行檢測，顯示當(dāng)前溫度，并能夠?qū)囟冗M行存儲和報警，還能將溫度上傳至PC機，進行后續(xù)處理。傳統(tǒng)的測溫元件有熱電偶和熱電阻，需很多硬件支持并且電路復(fù)雜。本文將設(shè)計一款由新型的數(shù)字溫度傳感器DS18B20配合單片機，具有溫度檢測、顯示、存儲、自動統(tǒng)計分析及跟電腦通訊連接還利用固定電話遠程報警等功能的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)30℃ ℃PC機通訊4 * 溫度傳感器固話報警 圖 多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)模擬應(yīng)用溫度監(jiān)控主系統(tǒng)構(gòu)架框圖如圖 所示：PIC16F877A單片機12864液晶顯示實時時鐘上限報警接口按鍵控制PC機通訊AT24C02溫度儲存四路溫度采集 圖 多路溫度監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架框圖 手工焊接實物圖主要技術(shù)參數(shù)A溫度檢測范圍 ： 55℃～+125℃B測量精度 ： ℃C 顯示方式： LCD12864顯示D 報警方式： 固話報警2 主芯片：PIC16F877A單片機簡介 PIC單片機的優(yōu)越之處：(1)哈佛總線結(jié)構(gòu):MCS51單片機的總線結(jié)構(gòu)是馮諾依曼型,計算機 在同一個存儲空間取指令和數(shù)據(jù),兩者不能同時進行。而PIC單片機的總線結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu),指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開的,一個用于指令,一個用于數(shù)據(jù),由于 可以對程序和數(shù)據(jù)同時進行訪問,所以提高了數(shù)據(jù)吞吐率。正因為在 PIC單片機中采用了哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，所以與常見的微控制器不同的一點是：程序和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度。數(shù)據(jù)總線都是8位的，但指令總線位數(shù)分別位 1116位。 (2)流水線結(jié)構(gòu):MCS51單片機的取指和執(zhí)行采用單指令流水線結(jié)構(gòu),即取一條指令,執(zhí)行完后再取下一條指令。而PIC的取指和執(zhí)行采用雙指令流水線結(jié)構(gòu),當(dāng)一條指令被執(zhí)行時,允許下一條指令同時被取出,這樣就實現(xiàn)了單周期指令。 (3)寄存器組:PIC單片機的所有寄存器,包括I/O口,定時器和程序計數(shù)器等都采用RAM結(jié)構(gòu)形式,而且都只需要一個指令周期就可以完成訪問和操作。而MCS51單片機需要兩個或兩個以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。 （4）運行速度高：由于采用了哈佛總線結(jié)構(gòu)，以及指令的讀取和執(zhí)行才用了流水作業(yè)方式，使得運行速度大大提高。 （5）功耗低：PIC單片機的功率消耗極低，是目前世界上最低的單片機品種之一。在4MHz時鐘下工作時耗電不超過2mA，在睡眠模式下耗電可以低到1uA以下。 （6）驅(qū)動能力強：I/O端口驅(qū)動負載的能力較強，每個I/O引腳吸入和輸出電流的最大值可分別達到25mA和20mA，能夠直接驅(qū)動發(fā)光二極管LED、光電耦合器或者輕微繼電器等。 （7）外接電路簡潔PIC單片機片內(nèi)集成了上電復(fù)位電路、I/O引腳上拉電路、看門狗定時器等，可以最大程度減少或免用外接器件，以便實現(xiàn)“純單片機”應(yīng)用。這樣，不僅方便于開發(fā)，而且還可節(jié)省用戶的電路空間和制作成本。 （8）程序保密性強目前，尚無辦法對其直接進行解密拷貝，可以最大限度的保護用戶的程序版權(quán)。 PIC16F877A引腳圖及主要性能－1所示。 圖 PIC16F877A引腳圖 圖 2 PIC16F877A實物圖主要性能參數(shù)如下所示：l 具有高性能RISC CPUl 僅有35條單字指令l 100000次擦寫周期l 除程序分支指令為兩個周期外，其余均為單周期指令l 運行速度： DC—20MHZ始終輸入 DC—200ns 指令周期l 8K * 14個 FLASH程序存儲器368 * 8 個數(shù)據(jù)存儲器（RAM）字節(jié)256 * 8 EEPRM 數(shù)據(jù)存儲器字節(jié)l 提供14個中斷源l 功耗低在5V， 4MHZ 時鐘運行時電流小于 2mA在3V， 32KHZ 時鐘運行時電流小于20Ual 支持在線串行編程（ICSP）l 運行電壓范圍廣，l 輸入及輸出電流可達到25mAl Timer0：帶有預(yù)分頻器的8位定時器/計數(shù)器l Timer1：帶有預(yù)分頻器的16位定時器/計數(shù)器，在使用外部晶振震蕩時鐘時，在睡眠期間仍能工作l Timer2：帶有8位周期寄存器，預(yù)分頻器和后分頻器的8位定時器/計數(shù)器。l 2個捕捉器，比較器，PWM模塊其中： 捕捉器是16位， 比較器是16位，最大分辨率是200ns PWM最大分辨率是10位l 10位多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 最小系統(tǒng) PIC16F877A的復(fù)位功能設(shè)計得比較完善，實現(xiàn)復(fù)位或引起復(fù)位的條件和原因可以歸納成4類：人工復(fù)位、上電復(fù)位、看門狗復(fù)位、欠壓復(fù)位。這里簡單介紹一下人工復(fù)位人工復(fù)位：無論是單片機在正常運行程序，還是處在睡眠狀態(tài)或出現(xiàn)死機狀態(tài)，只要在人工復(fù)位端MCLR加入低點平信號，就令其復(fù)位。－1所示。 圖 —1 PIC最小系統(tǒng)電路圖 —2 最小系統(tǒng)實物圖 系統(tǒng)時鐘 數(shù)字電路的工作離不開時鐘信號，每一步細微動作都是在一個共同的時間基準(zhǔn)信號協(xié)調(diào)下完成的。作為時基發(fā)生器的時鐘震蕩電路，為整個單片機芯片的工作提供系統(tǒng)時鐘信號，也為單片機與其他外接芯片之間的通訊提供可靠的同步時鐘信號。PIC16F877A的時鐘電路是由片內(nèi)的一個反相器和一個反饋電阻，與外接的1個石英晶體和2個電容，共同構(gòu)成的一個自激多諧振蕩器。－1 所示。 設(shè)計心得總結(jié) PIC16F877A的最小系統(tǒng)跟51相似，較為簡單。芯片自身增加了很多功能，如：自帶8路AD轉(zhuǎn)換、增加SPI總線，引腳復(fù)位功能多等。芯片自身功能的增加給設(shè)計帶來了很多靈活性，同時也是學(xué)習(xí)的難點。3 LCD12864液晶原理介紹及接口實現(xiàn) 液晶顯示模塊概述12864A1漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）及64X256點陣顯示RAM（GDRAM）。主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性:電源：VDD ~+5V(內(nèi)置升壓電路，無需負壓)；顯示內(nèi)容：128列 64行顯示顏色：黃綠顯示角度：6：00鐘直視LCD類型：STN與MCU接口：8位或4位并行/3位串行配置LED背光多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等 液晶引腳說明引腳號引腳名稱方向功能說明1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端3V0LCD驅(qū)動電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)H/L并行的使能信號；串行的同步時鐘7DB0H/L數(shù)據(jù)08DB1H/L數(shù)據(jù)19DB2H/L數(shù)據(jù)210DB3H/L數(shù)據(jù)311DB4H/L數(shù)據(jù)412DB5H/L數(shù)據(jù)513DB6H/L數(shù)據(jù)614DB7H/L數(shù)據(jù)715PSBH/L并/串行接口選擇：H并行；L串行16NC空腳17/RETH/L復(fù)位 低電平有效18NC空腳19LED_A背光源正極（LED+5V）20LED_K背光源負極（LEDOV）邏輯工作電壓(VDD)：～電源地(GND)：0V工作溫度(Ta)：0～60℃(常溫) / 20～75℃（寬溫） 接口時序模塊有并行和串行兩種連接方法，本文采用并行接法（時序如下）：8位并行連接時序圖MPU寫資料到模塊程序?qū)崿F(xiàn)如下：/********************************************************************* 名 稱：send_i() * 功 能：寫一個字節(jié)命令到LCD* 入口參數(shù)：unsigned char x 字符*******************************************************************/void send_i(unsigned char x){ chk_busy()。 //檢測LCD是否工作繁忙 rs = 0。 //設(shè)置該字節(jié)數(shù)據(jù)為控制命令 rw = 0。 //設(shè)置此次操作為寫 PORTD = x。 //送數(shù)據(jù)口PORTD e = 1。 //使能 nop()。 nop()。 nop()。 e = 0。 //禁止}MPU從模塊讀出資料程序?qū)崿F(xiàn)如下：/************************************************* 讀數(shù)據(jù)**************************************************/unsigned char u8_Lcd12864ReadByte_f( void ){ unsigned char byReturnValue 。 chk_busy() 。 //檢測LCD是否工作繁忙 TRISD=0XFF。 //設(shè)置PD口為輸入狀態(tài) PORTD = 0xff 。 //PD初始化