【文章內(nèi)容簡介】 基于 Lab Center Electronics 公司的 PROTEUS 軟 件，PROTEUS 實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的設(shè)計(jì) ,與 Keil 能聯(lián)立調(diào)試，完成程序與硬件的搭建。本課題選取的 P89V51RD2 在 PROTEUS 元件庫中沒有，而因?yàn)?P89V51RD2 在代碼和引腳等功能上兼容 AT89C51，所以用 AT89C51 代替，仿真電路圖如圖 所示。 圖 硬件仿真電路圖 3． 1 最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示，是由單片機(jī)芯片、晶振振蕩電路、復(fù)位電路組成的。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁 共 37 頁 圖 最小系統(tǒng)（ AT89C51替代仿真） P89V51RD2 的簡介 P89V51RD2 是飛利浦 生產(chǎn)的基于 80C51 的低功耗系列微處理器 ,此款芯片除了上文所述的 X2 方式的降低電磁干擾（ EMI），程序存儲(chǔ)器支持系統(tǒng)中編程和在應(yīng)用中編程 ,可重復(fù)編程， ISP 的應(yīng)用在應(yīng)用固件的作用下擴(kuò)大了范圍。 P89V51RD2 的工作電壓是 5V ， 1KB 的 RAM, 64KB 的 Flash,增加了 3個(gè)中斷源和2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、低電磁干擾方式以及雙 DPTR 指針。和 51微處理器相同的是有 4個(gè)8 位輸入輸出口，其中有三個(gè) 高達(dá) 16mA 的 I/O 口，同時(shí)內(nèi)部自帶上拉電阻。當(dāng)然，最重要的是具有低功耗模式：（ 1）外部中斷喚醒的掉電模式（ 2）空閑模式。 P89V51RD2 有三種封裝形式： DIP、 PLCC、 TQFP，在芯片的選取中體現(xiàn)在最后 2位字母，本課題采用就是 P89V51RD2FN， F 代表溫度范圍是 40℃ ～ 85 ℃， N則代表DIP 封裝，如下表所示： 表 P89V51RD2封裝 P89V51RD2FA 64KB 40～ +85℃ P89V51RD2FBC 64KB 40～ +85℃ P89V51RD2BN 64KB 0～ +70℃ P89V51RD2FN 64KB 40～ +85℃ 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路由晶振和 30 PF 電容器組成的生成單片機(jī)需要的時(shí)鐘振蕩頻率 12 MHZ。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁 共 37 頁 在 MCS－ 51系列單片機(jī)片內(nèi)置有一個(gè)高增益的反相放大器，放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。 復(fù)位電路的原理 其中，復(fù)位電路緊急處理，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，按下復(fù)位鍵系統(tǒng)將重啟。復(fù)位電路包括電解電容器、電阻器、按鍵 ,單片 機(jī)復(fù)位條件是連接高電平。單片機(jī)開始 后 ,通過電容器的電壓連續(xù)的 V5 ,這是當(dāng)通過電阻器的電壓接近 V0 , RST 在低水平 ,以便系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鈕被按下時(shí) ,開關(guān)打開 ,這一次 ,形成一個(gè)循環(huán)在電容器 ,電容器短路 ,所以電容器是放電。一段時(shí)間后 ,電容器的電壓由 V5 下降到 ,甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓的總和 ,這 一次通過電阻器的電壓 K10 為 ，甚至更多 ,RST 相當(dāng)于高電平，系統(tǒng)自動(dòng)重置。 3． 2 溫度采集電路 溫度采集模塊采用的是由達(dá)拉斯公司推出的最新的一種比較先進(jìn)的智能溫度傳感器 —— DS18B20[12]。 DS18B20 完成對(duì)溫度的測(cè)量以及獨(dú)立的將測(cè)量結(jié)果送給單片機(jī)的任務(wù) ,單片機(jī)完成對(duì)溫度的轉(zhuǎn)換和計(jì)算工作 ,再經(jīng)顯示電路顯示出來 ,同時(shí)設(shè)有報(bào)警電路 [13]。 DS18B20 內(nèi)部集成了 ONB0ARD（在板）專利技術(shù)，該芯片如一只 三極管的外形內(nèi)部集成了敏感元件和轉(zhuǎn)換電路。該芯片是 1wire 接口的數(shù)字溫度傳感器，能有效地提高抗干擾性，測(cè)溫范圍是 55℃ ～ +125℃，可以在編程時(shí)設(shè)置 9～ 12 位分辨率。此外， DS18B20 的芯片硬件接口電路簡單，很大程度上節(jié)省了引線和邏輯電路，通用性很好。其仿真電路圖如圖 所示： 圖 溫度采集電路 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁 共 37 頁 DS18B20 供電方式 DS18B20 供電的方式有 2種，一種是較為常見的直接接電源，即 DS18B20 的 1號(hào)引腳接 GND， 2號(hào)引腳接 I/O 口， 3號(hào)引腳接 VCC；而另外一種是由寄生電源 供電，單片機(jī)端口接信號(hào)口， UDD、 GND 接地，為保證在有效的的足夠的電流在 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)被提供，可用一個(gè) MOSFET 管來完成對(duì)總線的上拉。 DS18B20 的工作原理 DS18B20 的工作原理如圖 所示：利用不同溫度系數(shù)的晶振的振蕩頻率受溫度影響不同（低溫度系數(shù)變化小，高溫度系數(shù)變化大）分別產(chǎn)生相同頻率的脈沖信號(hào)送到兩個(gè)計(jì)數(shù)器中，低溫度系數(shù)晶振的計(jì)數(shù)和溫度寄存器設(shè)定為最低溫度 55 攝氏度，低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)減法計(jì)數(shù)，到零后加一，低溫度系數(shù)晶振的計(jì)數(shù)重新加入，重新開始計(jì)數(shù)， 直到另一計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到零，停止溫度寄存器的累加，即為所測(cè)得溫度。 計(jì) 數(shù) 器 1置 頂斜 率 累 加 器比 較低 溫 度 系 數(shù) 晶 振頂 置= 0溫 度 寄 存 器高 溫 度 系 數(shù) 晶 振計(jì) 數(shù) 器 2= 0清 除加 1停 止圖 DS18B20測(cè)溫原理 3． 3 顯示電路 由于 LCD 獨(dú)具低壓和微功耗性，液晶顯示器在單片機(jī)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，AMPIRE128X64 顯示器是一款漢字圖形型液晶顯示模塊 ， 硬件接口電路如圖 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 共 37 頁 圖 顯示電路 AMPIRE128X64 顯示器的引腳接口 在顯示電路中， VBB 接地， VDD 接 +5V， VEE 為液晶對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地 時(shí)對(duì)比度最高；為了獲得最佳對(duì)比度， VEE 接地 [2]。如表 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 37 頁 表 AMPIRE128X64接口說明 1 CS1 H/L 片選信號(hào)，低電平選前 64位 2 CS2 H/L 片選信號(hào)，低電平選前 64位 3 GND 0V 邏輯地 4 VCC 5V 邏輯正 5 VO 驅(qū)動(dòng)電壓，在 VEE和 VO家電阻 6 RS H/L 數(shù)據(jù) /指令選擇： 高電平：數(shù)據(jù)送入顯示 RAM； 低電平：數(shù)據(jù)送入指令寄存器 7 R/W H/L 讀 /寫：高水平：讀數(shù)據(jù) 低電平：寫數(shù)據(jù) 8 E H/L 讀寫高電平有效 9 DB0 H/L 輸入輸出引腳 10 DB1 H/L 輸入輸出引腳 11 DB2 H/L 輸入輸出引腳 12 DB3 H/L 輸入輸出引腳 13 DB4 H/L 輸入輸出引腳 14 DB5 H/L 輸入輸出引腳 15 DB6 H/L 輸入輸出引腳 16 DB7 H/L 輸入輸出引腳 17 RET L 低電平復(fù)位有效 18 VOUT 10V LCD驅(qū)動(dòng)源 如上表示， AMPIRE128X64 有五個(gè)控制，一個(gè)復(fù)位，四個(gè)電源和八個(gè) 三態(tài)數(shù)據(jù)引腳。與有字庫的液晶顯示屏不同的是 AMPIRE128X64 被分成 2 個(gè)液晶驅(qū)動(dòng)，分左右顯示，所有有 CS CS2。 AMPIRE128X64 顯示器的硬件結(jié)構(gòu) AMPIRE128X64 采用了由行驅(qū)動(dòng)和列驅(qū)動(dòng) 2 部分組成了 64128? 的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的全點(diǎn)陣液晶顯示，可以顯示 32 個(gè) 1616? 的漢字或 64 個(gè) 816? 的 ASCII 字符，也可以顯示圖片。 AMPIRE128X64 有 5條與 CPU 相連的控制 總線， 8位并行 I/O 數(shù)據(jù)總線。 該液晶顯示器主要由 8 個(gè)硬件模塊組成： （ 1） 顯示數(shù)據(jù) (RAM/DRDAM): DRDAM 用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， RAM映射到顯示屏上的點(diǎn)（高電平顯示，低電平不顯示） （ 2） 輸入輸出緩沖器 :是雙向工作的，將液晶顯示模塊與 MPU 總線連接，實(shí)現(xiàn) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 37 頁 不同時(shí)鐘下系統(tǒng)的通訊。當(dāng)片選有效則實(shí)現(xiàn)通訊，否則中斷聯(lián)系，呈現(xiàn)高阻態(tài)，不影響其他功能的實(shí)現(xiàn)。 （ 3） 輸入寄存器 :接收 MPU 給液晶顯示模塊（ LCM）的數(shù)據(jù)并鎖存。 （ 4） 輸出寄存器 :用于暫時(shí)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。 （ 5） 指令寄存器 :接收指令代碼，譯碼將之送入寄存器或觸發(fā)器。 （ 6） 狀態(tài)寄存器 :表示液晶 屏的當(dāng)時(shí)工作狀態(tài)，尤其“忙”狀態(tài)是標(biāo)志 MPU 對(duì)LCM 訪問必須判別的狀態(tài)，處于“忙”是，輸入輸出緩沖器被鎖，任何操作無效。 （ 7） X 地址寄存器 :控制著液晶顯示屏 8個(gè)頁面的選擇的 3位的頁地址寄存器，是八選一的選擇器，且沒有自動(dòng)修改功能，想要修改必須重置 X 地址寄存器。 （ 8） Y 地址計(jì)數(shù)器 :管理 64 個(gè)單元的六位循環(huán)加一計(jì)數(shù)器，和 X 地址寄存器結(jié)合選通唯一的顯示單元， Y 地址計(jì)數(shù)器有自動(dòng)加 1 的功能，讀寫操作后加一，加滿 0X3F 后循環(huán)歸零再加一。 3． 4 報(bào)警電路 為了加強(qiáng)數(shù)字溫度計(jì)的實(shí)用性，設(shè)置了超限報(bào)警功能，如圖 所示： 圖 報(bào)警電路 蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的原理是：振動(dòng)膜發(fā)聲的電流經(jīng)過電磁線圈，但是由于微處理器的輸出電流只有 mA36 ，不能滿足蜂鳴器發(fā)聲的要求，因此將一個(gè)三極管充當(dāng)電流放大，當(dāng)單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 14 頁 共 37 頁 4 軟件電路的設(shè)計(jì) 在軟件設(shè)計(jì)方面中 , 筆者使用的是模塊化設(shè)計(jì)程序方法，這種方法優(yōu)勢(shì)如下 :①模塊化編程不僅簡化了程序開發(fā) ,而且便于理解和調(diào)試；②當(dāng)有相同作用的程序 ,需要2 次以上的使用時(shí)， 程序可以編寫成函數(shù) ,在以后需使用時(shí)，可以直接調(diào)用而不需重新編寫；③對(duì)數(shù)字溫度計(jì)而言，日后需要增減某一功能時(shí)，只需要調(diào)節(jié)相應(yīng)程序模塊即可，靈活性高。 4． 1 總體軟件設(shè)計(jì)流程 開 始結(jié) 束初 始 化d s 1 8 b 2 0 在 ？溫 度 轉(zhuǎn) 換 命 令讀 取 命 令溫 度 處 理 命 令 L C D 忙 ？ 超 限 ?L C D 顯 示報(bào) 警NYYYNN 圖 軟件設(shè)計(jì)流程圖 如圖 所示： 軟件設(shè)計(jì)部分要求實(shí)現(xiàn)傳感器 DS18B20 采集到溫度并且在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)然后傳送到單片機(jī)，單片機(jī)分為兩部分，一部分將采集到的的溫度轉(zhuǎn) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 37 頁 發(fā)給液晶顯示器，在顯示屏不被占用的情況下，實(shí)時(shí)顯示溫度；另一部分執(zhí)行比較操作，即判斷是否超限，超過上限或下限就輸出電信號(hào)到蜂鳴器，蜂鳴器報(bào)警。 主程序關(guān)鍵 語句： void main() { LCD_init()。 clear12864()。 //初始化 show()。 SX ()。 read_18B20()。 Delay_nms(1000)。 //讀溫度 while (1) { if(flag) //按秒刷新 { read_18B20()。 play_xiao (55 , 4 , Xiao)。 if(fg==1) { play8(00 , 2 , fuhao)。 play32_n2(12 , 2 , Z)。 } else play32_n3(0