【文章內容簡介】 線。P3口為雙重功能口：可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設備；作為第二功能使用。 圖 單片機 顯示電路設計本課題要將傳感器的溫度信號和鍵盤輸入的控制信號都顯示出來，利用單片機89c51傳輸控制信號。本課題要用到MAXIM 公司生產的MAX7219串行LED驅動顯示器，此顯示器具有接口簡單．占用資源少、控制靈活方便、LED級聯(lián)擴展便利的優(yōu)點。MAX7219是串行輸出共陰極顯示驅動芯片，每片可驅動8個LED，具有級聯(lián)功能可控制更多的LED 。MAX7219為24引腳芯片，除與LED顯示相連的線外，與微控制器只需3根連線相接：．LOAD，其中CLK為時鐘輸入端，DIN為數(shù)據(jù)輸入端，LOAD為鎖存信號。MAX7219的工作時序為：時鐘的上升沿MAX7219把DIN引腳數(shù)據(jù)移入內部移位寄存器， 在時鐘下降沿MAX7219把數(shù)據(jù)移向DOUT端， 而LOAD的上升沿則鎖存最后移入的16位串行數(shù)據(jù)。對MAX7219的控制操作很方便，其片內具有8個位寄存器和6個控制寄存器．位寄存器對應LED的具體內容，控制寄存器決定LED的工作方式。控制寄存器分別為：不工作方式寄存器、譯碼方式寄存器、亮度控制寄存器、掃描個數(shù)寄存器、關閉寄存器．顯示測試寄存器．寄存器的操作格式為2字節(jié)的串行數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)為寄存器地址，第二個字節(jié)為控制命令或待顯示數(shù)據(jù)。寄存器的地址分配及功能如下所示：不工作寄存器(0x00)：用于MAX7219級聯(lián)控制。位寄存器(0x010x08)：8位LED待顯示內容。譯碼方式寄存器(0x0g)：決定譯碼方式，分B碼和不譯碼兩種。亮度控制寄存器(0x0A)：LED段電流控制。掃描個數(shù)寄存器(0x0B)：決定顯示多少個LED 。關閉寄存器(0x0C)：決定正常工作方式或關閉LED顯示。顯示測試寄存器(0x0D)：決定正常工作方式或顯示測試。MAX7219是在脈沖控制下工作的，因此其抗干擾就更為重要。一般在其電源和地之間接一十幾f 的電容。另外，當MAX72l9和其他串行芯片共用I/O引腳時，最好在其外邊加一上拉電阻。P1口內部有上拉電阻，如不在其外部接上拉電阻，有時出現(xiàn)驅動能力不足的現(xiàn)象。要用MAX7219控制多于8個的LED時，可以將多個MAX7219級聯(lián)使用。各芯片的CLK和LOAD端并接在一起。上一級MAX7219的DOUT端接下一級的D 端。級聯(lián)顯示時，如欲控制次級的MAX7219，只需向前幾級的MAX7219的不工作方式寄存器送空操作數(shù)：本級則送欲顯示的數(shù)據(jù)。另外，需注意，LOAD信號只需執(zhí)行一次清O和置位，分別在整個過程的始末。即：級聯(lián)調用WrTwoByte()程序時，應將程序里的LOAD清O和置位語句屏蔽掉。只在級聯(lián)顯示的開始和最后分別將LOAD置O和1。本課題用了六個LED數(shù)碼管，具體連接如下圖： 顯示電路圖 鍵盤電路設計鍵盤是電子設備常見的輸入裝置，作為人們與電子設備交流的重要途徑，一旦出錯，將影響到電子設備的整體使用，所以鍵盤電路雖然簡單，但鍵盤的穩(wěn)定性、可靠性，應引起足夠的重視。鍵盤是計算機系統(tǒng)中不可缺少的輸入設備。單片機的鍵盤電路主要有矩陣掃描和單鍵電路兩種，其中以使用Ⅳ +Ⅳ 條l/0 線實現(xiàn)ⅣⅣ 的矩陣掃描式鍵盤電路最為常用，44的矩陣掃描式鍵盤如圖所示。當按鍵少時可接成線性鍵盤；當按鍵較多時，可以將鍵盤接成矩陣形式，這種形式節(jié)省口線。矩陣鍵盤按鍵的狀態(tài)同樣需要變成數(shù)字量1和0。開關的一端通過電阻接VCC，開關另一段的接地是通過程序輸出數(shù)字0實現(xiàn)的。矩陣鍵盤每個按鍵都有它的行值和列值，行值和列值的組合就是這個這個按鍵的編碼。矩陣行線和列線分別通過兩個并行接口和CPU通信，其中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)。由行掃描值和列回饋信號共同形成鍵編碼。鍵盤一般采用行列掃描方式來設計。行列掃描是指：把鍵盤按鍵排列成n行m列的nm行列點陣，使用軟件或硬件的方法對其行、列分別進行掃描，從而判斷是否有鍵按下，并獲得掃描碼。當無鍵按下時，行線與列線斷開，所有列線均為高電平。當有一個鍵按下時，則與此鍵對應的行線與列線接通。如此行線為低電平，則此列線也為低電平。為確定是否有鍵按下，CPU先通過并行輸出口使所有的行線為低電平，然后通過并行輸入口讀入列信號，若為全“1”，則沒有鍵按下，若有一個為“0”，則表示有一個鍵已按下。若有一個為“0”，則表示有一個鍵已按下。為消去按下時的抖動現(xiàn)象，程序延遲20ms后再判斷具體是哪一個鍵按下先將第一行置為低電平，然后讀入列信號，若有一個為“0”，則按下的鍵在此行；若為全“1”，則按下的鍵不在此行，再將下一行置為低電平，并測試列信號。如果在最后一行也為低電平時仍未找到按下的鍵，則認為剛才有鍵按下的情況為誤動作。對找到的鍵，進行分析并處理。當按鍵時間較為短促時，系統(tǒng)判斷不到有鍵按下。經測試，按鍵在按下或釋放時，通常伴隨著幾ms到十幾ms的觸點抖動，然后才能穩(wěn)定下來。在觸點抖動期間檢測按鍵的通斷狀態(tài)，會導致一次按鍵或釋放被錯誤地認為是多次操作。所以，當檢測到有鍵按下或釋放時，應通過軟件延時20 ms左右，避開觸點抖動的影響。去抖時間既不能太短也不能太長：如果時間太短，無法起到去抖作用；如果時間太長，超過了鍵按下的持續(xù)時間，則會判不到按鍵。軟件去抖時間不宜太短也不宜太長，定為20ms 。本設計使用行列掃描方式，其電路原理圖如下圖所示。 鍵盤電路原理圖本課題使用行列掃描方式，在單片機的P1口上連接上4*4的鍵盤，單片機掃描鍵盤，如果有鍵按下，單片機會根據(jù)鍵碼執(zhí)行相應的程序，使整個系統(tǒng)的功能更加完善。 報警電路設計 為了實現(xiàn)多點溫度檢測報警系統(tǒng)，本課題采用AT89C51單片機作為主控制器，采用掃描的方式對多點DS18B20溫度傳感器獲取對應該位置的溫度值，經處理后通過串口可以立即發(fā)送到上位機，如溫度不在設定的范圍內，給出報警信號。 圖 溫度報警電路 通信模塊設計 RS232接口簡介RS232是目前異步串行通信中應用最廣泛的標準總線，適用于數(shù)據(jù)中斷設備(DTE和數(shù)據(jù)通信設備(DEC)ELA RS232是目前最常用的串行接口標準，用于計算機與計算機之間，計算機與單片機的數(shù)據(jù)通信。此標準的目的是定義數(shù)據(jù)終端設備(DTE)之間的電氣特性。RS232提供了單片機與單片機、單片機與PC機之間串行數(shù)據(jù)通信的標準接口。但RS232規(guī)定的邏輯電平與單片機的邏輯電平是不一致的。因此在應用中，必須把微處理器的信號電平(TTL電平)轉換為RS232電平，或者對二者進行逆轉換。選用電平轉換芯片MAX232來實現(xiàn)的。（1）RS232通訊協(xié)議特性由于MCS51單片機的串口采用TTL電平，信號幅值低易受干擾，只能在很近的距離內實現(xiàn)通訊．鑒于MCS51單片機串行接口的弱點，在單片機系統(tǒng)串行通訊中廣泛采用標準接口．許多儀器儀表出廠時配有串行接口或附件模塊銷售．在標準串行接口中RS232由于使用方便、線少而得到廣泛地應用，多年來不但沒有被淘汰，相反使用更加廣泛． 由于PC機串行口使用的是RS 232C邏輯電平，而AT89C51單片機串行口的輸入輸出均為TTL電平，因此，當PC機與單片機通信時必須進行電平轉換。常見的電平轉換方法有以下3種：①使用MC1488和MC1489電平轉換器。由于MC1488和MC1489需要15V或12V供電，所以使用不方便，而且工作穩(wěn)定性和可靠性也不高。②使用2個三極管構成準RS 232C電平轉換器。采用此方法串行通信只能工作于半雙工狀態(tài)，而且程序設計復雜。③使用雙向電平轉換集成芯片。此方法優(yōu)點是只需單一個+5V 電源供電，可靠性高，無需增加程序設計的復雜性，常用的芯片有ICL232，MAX232，TSC232等。本文采用最后一種方法，芯片選用MAX232。 MAX232芯片簡介MAX232芯片是MAXIM 公司生產的，包含兩路接收器和驅動器的IC片．MAX232芯片內部有一個電源電壓轉換器，可以把輸入的+5V 電壓變換為RS232輸出電平所需的一1O～+ 10V 電壓．所以采用此芯片接口串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了．對于沒有一12～+12V 的場合，其適應性更強．加之其價格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛采用．MAX232芯片的引腳結構如下圖所示． MAX232 組成框圖 MAX232引腳圖 MAX232 芯片的框圖和引腳圖圖中上半部分電容C1，C2，C3，C4及V+，V是電源變換電路部分．在實際應用中，器件對電源噪聲很敏感，因此VCC必須對地加去耦電容。電容C1，C2，C3，C4取同樣數(shù)值的膽電解電容取1．0F/16V。用于提高抗干擾能力，在連接時必須盡量靠近器件．圖中下半部分為發(fā)送和接收部分．實際應用中，T1IN，T2IN 可直接連接TTL/CMOS電平的MCS51的單片機的串行發(fā)送端TXD；R1OUT，R2OUT 可直接連接TTL/CMOS電平的MCS51的單片機的串行接收端RXD/TXD；T1OUT，T2OUT可直接連接PC機的RS232串口的接收端RXD/TXD；RIIN，R2IN可直接連接PC機的R 232串口的發(fā)送端TXD． PC機與單片機的串行通信接口電路在設計硬件接口電路時，應充分考慮到電路的電氣特性、邏輯電平以及驅動能力的匹配問題，若匹配得不好，將會導致通信失敗。如前所述，本文采用MAX232作為PC機與單片機的串行通信接口芯片。硬件連接時，可從MAX232中的2路發(fā)送器和接收器中任選一路，只要注意發(fā)送與接收的引腳對應關系即可。接口電路如圖所示。圖 PC機與單片機通信接口電路重慶工學院畢業(yè)論文 軟件設計第四章 軟件設計 軟件開發(fā)工具的選擇要使單片機系統(tǒng)按照人的意圖辦事，需設法讓人與計算機對話，并聽從人的指揮。程序設計語言是實現(xiàn)人機交換信息的最基本工具，可分為機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言用二進制編碼表示每一條指令，是計算機能直接識別和執(zhí)行的語言。用機器語言編寫的程序成為機器語言程序或者指令程序（機器碼程序）。因為機器只能識別和執(zhí)行這種機器碼程序，所以又稱它為目標程序。用機器語言編寫程序不易記憶、不易查錯、不易修改。為了克服機器語言的上述缺點，可采用有一定含義的符號，即指令助記符來表示，一般都采用某些有關的英文單詞的縮寫。這樣就出現(xiàn)了另一種程序語言—匯編語言。匯編語言是用助記符、符號和數(shù)字等來表示指令的程序語言，容易理解和記憶，它與機器語言指令是一一對應的。匯編語言不像高級語言（如BASIC）那樣通用型強，而是屬于某種計算機所獨有，與計算機的內部硬件結構密切相關。用匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序。以上兩種語言都是低級語言。盡管匯編語言有不少優(yōu)點，但它仍存在著機器語言的某些缺陷：與CPU的硬件結構密切相關，不同的CPU其匯編語言是不同的。這使得匯編語言程序不能移植，使用不便；其次，要使用匯編語言進行程序設計必須了解所使用CPU硬件的結構與性能，對程序設計人員有較高的要求。為此，又出現(xiàn)了對單片機進行編程的高級語言，如PL\M，C等。 Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。經分析綜合得知，本課題采用C語言進行編程。 系統(tǒng)軟件設計的一般原則　　在單片機應用開發(fā)中代碼使用效率、單片機的抗干擾性以及軟件可靠性是實際工程設計的重點。 單片機應用軟件系統(tǒng)設計包括功能模塊劃分、程序流程確立、模塊接口設計以及程序代碼編寫。我們依據(jù)系統(tǒng)的功能要求，將整體軟件系統(tǒng)分割成若干個獨立的程序模塊。這些程序模塊可以是幾條語句的集合、功能函數(shù)或程序文件。隨后，根據(jù)個程序模塊的實現(xiàn)功能寫出流程，一般需要寫出具體的實現(xiàn)功能描述。程序代碼通常采用匯編語言或高級語言（C語言）編寫。 本課題采用C語言編程，在此必須注意以下問題：（1）提高程序代碼效率必須熟悉當前使用的C語言編譯器，試驗每條C語言編譯以后對應的匯編語言的語句行數(shù)，這樣就可以很明確的知道代碼效率。（2）減少程序錯誤我們在編寫程序時，要注重考慮如下方面。[1]物理參數(shù) [2]資源參數(shù) [3]應用參數(shù) [4]過程參數(shù)（3）單片機的抗干擾性防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔離干擾路徑。單片機干擾最常見的現(xiàn)象就是復位，導致程序運行異常。設計系統(tǒng)是一般需要添加一個“看門狗”監(jiān)控模塊，在系統(tǒng)出現(xiàn)不可逆轉的干擾時，監(jiān)控模塊將重啟系統(tǒng)，并從斷點處繼續(xù)執(zhí)行。（4）系統(tǒng)的可靠性[1]要測試單片機軟件功能的完善性。[2]上電、掉電測試。[3]系統(tǒng)耗損測試。4..3系統(tǒng)軟件設計的一般步驟系統(tǒng)進行軟件設計時，先要對本課題硬件有一個熟練的掌握，知道系統(tǒng)的組成，數(shù)據(jù)的傳輸，信號是如何被控制的，以及信號的顯示。然后進行軟件設計時，先搞清楚各個部分的子程序及他們的流程圖，然后進行C語言編程，最后將它們系統(tǒng)的編程 軟件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件設計主要包括系統(tǒng)程序和流程圖，根據(jù)整個系統(tǒng)的要求，完成溫度的測量與控制必須經過以下幾個步驟：單片機接受傳感器的溫度信號，并通過MAX7219驅動顯示出來，單片機掃描鍵盤，接受控制信號，并將溫度顯示出來，若溫度不在范圍內則發(fā)出報警。 系統(tǒng)主程序流程圖 傳感器程序設計（1）DSl8b20編程簡介每一片單總線芯片內部都有一個全球惟一的64 位編碼，在多路測