【正文】 112233con1DY+3～1～24bridge1DQC5470UFC6220UFC8C7123V VGNDIN OUTU278L05D1REDR110K1 2 3P1DYSWVCC5 圖 電源原理圖 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 24 第四章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)概述 整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來(lái)了。此時(shí) 一個(gè)穩(wěn)定輸出 5V的電源已經(jīng)設(shè)計(jì)好，對(duì)于本設(shè)計(jì)它完全能夠滿足單片機(jī)及集成塊所需電源的要求。 5V 電源出來(lái)再經(jīng)過電解電容的二級(jí)濾波，使 5V 電源更加穩(wěn)定可靠。 220V 交流電通過 9V 變壓器變?yōu)?9V 的交流 電， 9V 交流電通過四個(gè)二極管的全橋整流后變?yōu)?9V 直流電，然后經(jīng)過電解電容（ 470μF）進(jìn)行一級(jí)濾波，青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 23 以去除直流電里面的雜波，防止干擾。10%左右的波動(dòng)，負(fù)載和溫度的變化而變化，因而在整流、濾波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近穩(wěn)恒的直流電。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接用來(lái)給集成電路供電的，而要通過整流電路將交流電變成脈動(dòng)的直流電壓。 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20P1 Header 20GND1KR2RPotVCCGNDVCC10KR1Res2GND12864 LCDVCCEA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10U3AT89S52123456781615141312111091KR4Res Pack3VCC 圖 顯示電路 電源電路 電源變壓器是將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐怠Ｒ姼戒洝?5】。此模塊的 DDRAM 共 64 行，屏幕可以循環(huán)滾動(dòng)顯示64 行。 Z 地址計(jì)數(shù)器 可以用指令 DISPLAY START LINE預(yù)置。 (7) Z 地址計(jì)數(shù)器 Z 地址計(jì)數(shù)器是一個(gè) 6 位計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。數(shù)據(jù)為 1 表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為 0 表示顯示非選擇。 Y 地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后， Y 地址自動(dòng)加 1， Y地址指針從 0 到 63。高 3 位是 X 地址計(jì)數(shù)器，低 6 位為 Y地址計(jì)數(shù)器， XY 地址計(jì)數(shù)器實(shí)際上是作為 DDRAM 的地址指針， X 地址計(jì)數(shù)器為 DDRAM 的頁(yè)指針， Y 地址計(jì)數(shù)器為 DDRAM 的 Y 地址指針。 DDF的狀態(tài)是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信號(hào)控制的。 （ 4）顯示控制觸發(fā)器 DFF 此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。 BF=0 時(shí)，模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。 （ 3）忙標(biāo)志： BF BF 標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況。當(dāng) D/I=1 時(shí)，在下降沿作用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫入 DR，或在 E 信號(hào)高電平作用下由 DR 讀到DB7∽ DB0 數(shù)據(jù)總線。當(dāng) D/I=0 時(shí)，在 E 信號(hào)下降沿的作用下，指令碼 寫入 IR。 RST=L，復(fù)位 18 VEE 液晶驅(qū)動(dòng)電源 19 VLED+ LED 電源正 () 20 VLED LED 電源地 12864 的功能部件的介紹 在使用 12864LCD 前先必須了解以下功能器件才能進(jìn)行編程。 R/W=1,讀狀態(tài)。其中，段位式LCD 和字符式 LCD 只能用于字符和數(shù)字的簡(jiǎn)單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點(diǎn)陣式 LCD 不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動(dòng)，動(dòng)畫功能，分區(qū)開窗口，反轉(zhuǎn)，閃爍等功能，用途十分廣泛。 液晶顯示器 (LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。 顯示電路 本設(shè)計(jì)中顯示模塊用到的 LCD 是 12864。完成一位數(shù)據(jù)傳輸 ，輸入也使用同樣原理。這就是 SCLK 時(shí)鐘線存在的原因，由 SCK 提供時(shí)鐘脈沖， SDI， SDO 則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。 接下來(lái)就負(fù)責(zé)通訊的 3 根線了。 （ 1） MOSI– SPI 總線主機(jī)輸出 / 從機(jī)輸入（ SPI Bus Master Output/Slave Input） （ 2） MISO– SPI 總線主機(jī)輸入 / 從機(jī)輸出（ SPI Bus Master Input/Slave Output) SCLK – 時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生 CS – 從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制（ Chip select），有 的 IC 此 pin 腳叫 SS 其中 CS 是控制芯片是否被選中的，也就是說(shuō)只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)（高電位或低電位），對(duì)此芯片的操作才有效。 SPI 的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少 4 根線，事實(shí)上 3 根 也可以（用于單向傳輸時(shí)，也就是半雙工方式）。外圍設(shè)置 FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、 LCD 顯示驅(qū)動(dòng)器、 A/D 轉(zhuǎn)換器和 MCU 等。 SPI 接口主要應(yīng)用在 EEPROM， FLASH，實(shí)時(shí)時(shí)鐘， AD 轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。 SPI，是英語(yǔ) Serial Peripheral interface 的縮寫，顧名思義就是串行 外圍設(shè)備接口。 24L01 的工作原理圖如 所示。若此時(shí)自動(dòng)應(yīng)答開啟，接收方則同時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號(hào)。 接收數(shù)據(jù)時(shí) ,首先將 nRF24L01 配置為青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 18 接收模式，接著延遲 130μs進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來(lái)。若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射 。MAX_RT 或 TX_DS 置高時(shí)，使 IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功， TX_DS 置高，同時(shí) TX_PLD 從 TX FIFO 中清除 。 表 35 nFR24L01 工作模式 模式 PWRUP PRIMRX CE FIFO 寄存器狀態(tài) 接收模式 1 1 1 發(fā)射模式 1 0 1 數(shù)據(jù)在 TX FIFO 寄存器中 發(fā)射模式 1 0 1→0 停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完 待機(jī)模式 2 1 0 1 TX FIFO 為空 待機(jī)模式 1 1 0 無(wú)數(shù)據(jù)傳輸 掉電 0 NRF24L01 工 作原理：發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，首先將 nRF24L01 配置為發(fā)射模式：接著把接收節(jié)點(diǎn)地址 TX_ADDR 和有效數(shù)據(jù) TX_PLD 按照時(shí)序由 SPI 口寫入nRF24L01 緩存區(qū)， TX_PLD 必須在 CSN 為低時(shí)連續(xù)寫入，而 TX_ADDR 在發(fā)射時(shí)寫入一次即可，然后 CE置為高電平并保持至少 10μs，延遲 130μs后發(fā)射數(shù)據(jù) 。 他的個(gè)引腳功能如表 34 所示。 nRF24L01 功耗低 ,在以 6 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有 9 mA 接收時(shí)，工作電流只有 mA，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。 nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。原理圖如圖 。 本設(shè)計(jì)是運(yùn)用兩個(gè) DS18B20 分別采集溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)多 路數(shù)據(jù)采集的，但是設(shè)計(jì)中考慮一根總線帶多個(gè) DS18B20 會(huì)互相影響測(cè)量結(jié)果，因此并沒有使用一個(gè)單片機(jī)帶多個(gè)溫度采集器的方式，而是采用一個(gè)單片機(jī)帶一個(gè)溫度采集器兵分別通過發(fā)送模塊將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)。 （ 4）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力，不能掛接過多的 DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。 DS18B20 在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將 VCC 與 GND 接在一起，焊接牢固。 （ 2）有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自 動(dòng)DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。在實(shí)際應(yīng)用中還可以使用一個(gè) MOSFET 將 I/O 口線直接和電源相連，起到上拉的作用。另外單總線長(zhǎng)度也不宜超過 80M，否則也會(huì)影響到數(shù)據(jù)的傳輸。 本系統(tǒng)為多點(diǎn)溫度測(cè)試。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測(cè)建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過程監(jiān)測(cè)和控制。 因?yàn)槊恳粋€(gè) DS18B20 的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè) DS18B20 可以同時(shí)存在 于一條總線。信息被發(fā)送到 /從 DS18B20 通過 1線接口，所以中央微處理器與 DS18B20 只有一個(gè)一條口線連接。 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12 位 溫度轉(zhuǎn)換為 12 位數(shù)字格式最大值為 750 毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng) 。 176。 C 至 +85 176。華氏相當(dāng)于是 67 176?？捎脭?shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V至 V 無(wú)需備用電源，測(cè)量溫度范圍為 55 176。其中 R0、 R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對(duì)應(yīng)四種分辨率如下表所列，出廠時(shí) R0、 R1 置為缺省值： R0=1， R1=1（即 12 位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率 如表 32 所 示 。 D、配置寄存器。 C、非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL。 64 位激光 ROM 從高位到低位依次為 8 位 CRC、 48 位序列號(hào)和 8 位家族代碼 (28H)組成。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 所示。這允許許多不同地方放置溫度靈敏器件。CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。℃ 。測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃ ，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16 位數(shù)字量方式串行輸出。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹 小空 間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如圖 所示。 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路就是震蕩電路，是單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的供暖工作速度。 XTAL1：振蕩器反向放大器輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 執(zhí)行內(nèi)部程序 /EA 應(yīng)接 VCC。 /EA/Vpp：訪問外部程序存儲(chǔ)器允許端。當(dāng) AT89S52 在讀取外部程序時(shí)， 每個(gè)機(jī)器周期將 PSEN 激活兩次。若微控制器在外部執(zhí)行方式， ALE禁止位無(wú)效。該位置的 “1”后。在正常操作情況下， ALE 以振蕩器頻率的 1/6 的固定速率發(fā)出脈沖，它是用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，需要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 ALE/ /PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（允許地址鎖存）是一個(gè)用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)的書粗脈沖。 表 31 P3 口的替代功能 引腳 符號(hào) 說(shuō)明 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 /INT0 外部中斷 0 /INT1 外部中斷 1 T0 T0 定時(shí)器的外部的計(jì)數(shù)輸入 T1 T1 定時(shí)器的外部的計(jì)數(shù)輸入 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選 通 青島理工大學(xué)畢業(yè)論文 11 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀選通 RST：復(fù)位端。在與FLASH 并行編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口可輸入某些控制信號(hào)。 P3 口用做輸出口時(shí)，輸出緩沖器可吸收 4 各 TTL 的灌電流；用做輸入口時(shí)，首先將引腳置 1，由 內(nèi)部上拉電阻抬位高電平。在 FLASH 并行編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口可輸入高字節(jié)地址和某些控制信號(hào)。 CPU 訪問外部 16位地址的存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口提供高 8 位地址。 P2 口用做輸出口時(shí)，可驅(qū)動(dòng)4 各 TTL 負(fù)載；用做輸入口時(shí)，先將引腳置 1，由內(nèi)部上拉電阻將其提高到高電平。在串行編程和效驗(yàn)時(shí)， 、輸出和移位脈沖引腳。 P1 口的引腳可由外部負(fù)載拉到低電平