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水溫檢測與存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-08 15:32本頁面
  

【正文】 ) 溫度采集電路部分(5) 晶閘管控制部分(6) 存儲部分 良好的設(shè)計(jì)方案可以減少軟件設(shè)計(jì)的工作量,提高軟件的通用性,擴(kuò)展性和可讀性。(2) 明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系,力求數(shù)據(jù)傳遞少,以增強(qiáng)各模塊的獨(dú)立性,便于軟件編制和調(diào)試。(4) 按照開發(fā)式軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),將各模塊有機(jī)的結(jié)合起來,即成一個(gè)較完善的系統(tǒng)。第2章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要思路是通過對單片機(jī)編程將由溫度傳感器DS18B20采集的溫度外加驅(qū)動電路顯示出來,包括對繼電器的控制,進(jìn)行升溫。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路本系統(tǒng)采用的單片機(jī)為STC89C52RC。主要特性如下:增強(qiáng)型8051單片機(jī),6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.工作電壓:~(5V單片機(jī))/~(3V單片機(jī))工作頻率范圍:0~40MHz,相當(dāng)于普通8051的0~80MHz,實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口(32個(gè)),復(fù)位后為:P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉,P0口是漏極開路輸出,作為總線擴(kuò)展用時(shí),不用加上拉電阻,作為I/O口用時(shí),需加上拉電阻。即定時(shí)器T0、TT2外部中斷4路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路,Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒通用異步串行口(UART),還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART工作溫度范圍:40~+85℃(工業(yè)級)/0~75℃(商業(yè)級)PDIP封裝STC89C52RC單片機(jī)的工作模式掉電模式:典型功耗,可由外部中斷喚醒,中斷返回后,繼續(xù)執(zhí)行原程序空閑模式:典型功耗2mA正常工作模式:典型功耗4Ma~7mA掉電模式可由外部中斷喚醒,適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備STC89C52RC引腳圖STC89C52RC引腳功能說明VCC(40引腳):電源電壓VSS(20引腳):接地P0端口(~,39~32引腳):P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O口。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí),P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在Flash ROM編程時(shí),P0端口接收指令字節(jié);而在校驗(yàn)程序時(shí),則輸出指令字節(jié)。P1端口(~,1~8引腳):P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。對端口寫入1時(shí),通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,這是可用作輸入口。此外,()和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入(),具體參見下表:在對Flash ROM編程和程序校驗(yàn)時(shí),P1接收低8位地址。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(吸收或輸出電流方式)4個(gè)TTL輸入。P2作為輸入口使用時(shí),因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個(gè)電流()。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行“MOVX R1”指令)時(shí),P2口引腳上的內(nèi)容(就是專用寄存器(SFR)區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容),在整個(gè)訪問期間不會改變。P3端口(~,10~17引腳):P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。對端口寫入1時(shí),通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,這時(shí)可用作輸入口。在對Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí),P3還接收一些控制信號。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效,用來完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。ALE/(30引腳):地址鎖存控制信號(ALE)是訪問外部程序存儲器時(shí),鎖存低8位地址的輸出脈沖。在一般情況下,ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖,可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。如果需要,通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作將無效。否則,ALE將被微弱拉高。(29引腳):外部程序存儲器選通信號()是外部程序存儲器選通信號。/VPP(31引腳):訪問外部程序存儲器控制信號。注意加密方式1時(shí),將內(nèi)部鎖定位RESET。在Flash編程期間,也接收12伏VPP電壓。XTAL2(18引腳):振蕩器反相放大器的輸入端。單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容,中間再并個(gè)12MHZ的晶振,形成單片機(jī)的晶振電路。圖21 單片機(jī)最小系統(tǒng) 鍵盤電路鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的主要輸入設(shè)備,單片機(jī)使用的鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。因此使用方便,但硬件較復(fù)雜。非編碼鍵盤中鍵的數(shù)量較少,硬件簡單,在單片機(jī)中應(yīng)用非常廣泛。圖22 按鍵功能圖按鍵電路圖如圖23所示。相對與數(shù)碼管顯示更靈活,顯示內(nèi)容更加豐富,人機(jī)交互頁面更加人性化??梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 。LCD12864的基本特性(1) 、低電源電壓(VDD:++)(2)、顯示分辨率:12864點(diǎn) (3)、內(nèi)置漢字字庫,提供8192個(gè)1616點(diǎn)陣漢字(簡繁體可選) (4)、內(nèi)置 128個(gè)168點(diǎn)陣字符 (5)、2MHZ時(shí)鐘頻率 (6)、顯示方式:STN、半透、正顯 (7)、驅(qū)動方式:1/32DUTY,1/5BIAS (8)、視角方向:6點(diǎn) (9)、背光方式:側(cè)部高亮白色LED,功耗僅為普通LED的1/5—1/10 (10)、通訊方式:串行、并口可選 (11)、內(nèi)置DCDC轉(zhuǎn)換電路,無需外加負(fù)壓 (12)、無需片選信號,簡化軟件設(shè)計(jì)(13)、工作溫度: 0℃ +55℃ ,存儲溫度: 20℃ +60℃管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC+5V電源正3V0對比度(亮度)調(diào)整4RS(CS)H/LRS=“H”,表示DB7——DB0為顯示數(shù)據(jù)RS=“L”,表示DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7——DB0R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB1H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線9DB2H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線10DB3H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線11DB4H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線12DB5H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線13DB6H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線14DB7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH:8位或4位并口方式,L:串口方式(見注釋1)16NC空腳17/RESETH/L復(fù)位端,低電平有效(見注釋2)18VOUTLCD驅(qū)動電壓輸出端19AVDD背光源正端(+5V)(見注釋3)20KVSS背光源負(fù)端(見注釋3)*注釋1:如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式,可將PSB接固定高電平,也可以將模塊上的J8和“VCC”用焊錫短接。*注釋3:如背光和模塊共用一個(gè)電源,可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接?!?忙標(biāo)志:BF 字型產(chǎn)生ROM(CGROM)提供8192個(gè)此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF 的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號控制的?!?字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)● 地址計(jì)數(shù)器AC地址計(jì)數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設(shè)定指令暫存器來改變,之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時(shí),地址計(jì)數(shù)器的值就會自動加一,當(dāng)RS為“0”時(shí)而R/W為“1”時(shí),地址計(jì)數(shù)器的值會被讀取到DB6——DB0中。此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路,由地址計(jì)數(shù)器的值來指定DDRAM中的光標(biāo)或閃爍位置。 指 令 碼功 能令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0這個(gè)指令不改變DDRAM 的內(nèi)容顯示狀態(tài)開/關(guān)0000001DCBD=1: 整體顯示 ONC=1: 游標(biāo)ONB=1:游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定00000001I/DS指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫入時(shí),設(shè)定游標(biāo)的移動方向及指定顯示的移位游標(biāo)或顯示移位控制000001S/CR/LXX設(shè)定游標(biāo)的移動與顯示的移位控制位。 指 令 碼功 能令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0初始值R1R0=00,第一次設(shè)定為反白顯示,再次設(shè)定變回正常睡眠模式0000001SLXXSL=0:進(jìn)入睡眠模式SL=1:脫離睡眠模式擴(kuò)充功能設(shè)定00001CLXREG0CL=0/1:4/8位數(shù)據(jù)RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作G=1/0:繪圖開關(guān)設(shè)定繪圖RAM地址0010AC60AC50AC4AC3AC3AC2AC2AC1AC1AC0AC0設(shè)定繪圖RAM先設(shè)定垂直(列)地址AC6AC5…AC0再設(shè)定水平(行)地址AC3AC2AC1AC0將以上16位地址連續(xù)寫入即可該系統(tǒng)的LCD12864液晶硬件電路的復(fù)位電路采用上電復(fù)位,對比度的調(diào)節(jié)采用精密電位器調(diào)節(jié)。 圖27 液晶電路 溫度采集電路(1) DS18B20介紹 Dallas最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20簡介新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。℃。2℃。其DS18B20的管腳配置和封裝結(jié)構(gòu)如圖28所示。 (2)DS18B20的單線(1-wire bus)系統(tǒng)單線總線結(jié)構(gòu)是DS18B20的突出特點(diǎn),也是理解和編程的難點(diǎn)。第二,DS18B20的輸出口是漏級開路輸出,這里給出一個(gè)微控制器和DS18B20連接原理圖。顯然,總線上的器件與(wired AND)關(guān)系。之所以提出這點(diǎn),是因?yàn)橄喈?dāng)多的文獻(xiàn)資料上認(rèn)為,微控制器在讀取總線上數(shù)據(jù)之前的I/O口的置1操作是為了給DS18B20一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的信號。如果當(dāng)前DS18b20發(fā)送0,即使微控制器I/O口置1,總線狀態(tài)還是0。(2)除了DS18B20發(fā)送0的時(shí)間段,其他時(shí)間其輸出口自動截止。2時(shí),確保微控制器在寫1的時(shí)候DS18B20可以正確讀入。① DS18B20的復(fù)位時(shí)序,如圖29 圖29 DS18B20的復(fù)位時(shí)序圖② DS18B20的讀時(shí)序?qū)τ贒S18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過程,至少需要60us才能完成。圖210 DS18B20的讀時(shí)序③ DS18B20的寫時(shí)序?qū)τ贒S18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。如圖211所示。當(dāng)DQ或VDD引腳為高電平時(shí),這個(gè)電路便“取”的電源。為了使DS18B20能完成準(zhǔn)確的溫度變換,當(dāng)溫度變換發(fā)生時(shí),DQ線上必須提供足夠的功率。第一種方法是發(fā)生溫度變換時(shí),在 DQ 線上提供一強(qiáng)的上拉,這期間單總線上不能有其它的動作發(fā)生。 圖212 DS18B20供電方式1另一種方法是 DS18B20 工作在外部電源工作方式,如圖213 所示。此外,在單總線上可以并聯(lián)多個(gè) DS18B20,而且如果它們?nèi)坎捎猛獠侩娫垂ぷ鞣绞?,那么通過發(fā)出相應(yīng)的命令便可以同時(shí)完成溫度變換。因此, 在對DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí),必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序,否則將無法讀取測溫結(jié)果。當(dāng)1Wire上所掛DS18B20超過8個(gè)時(shí),就需要考慮微處理器的總線驅(qū)動問題,這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。實(shí)際應(yīng)用中,測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線,其中一對線接地線與信號線,另一組接VCC 和地線,屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。事實(shí)上,基于1Wire總線的產(chǎn)品還有很多種,如1Wire總線的E2PROM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、電子標(biāo)簽等。,讀取溫度傳感器的數(shù)值。 圖214 DS18B20電路 (1) I2C總線介紹 C總線結(jié)構(gòu)很簡單,只有兩條線,包括一條數(shù)據(jù)線(SDA)和一條串行時(shí)鐘線(SCL)。連接到總線的器件具有不同的地址,CPU根據(jù)不同的地址進(jìn)行識別,從而實(shí)現(xiàn)對硬件系統(tǒng)簡單靈活的控制。所以,C總線結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)非常簡潔。(2)I2C的傳輸協(xié)議 I2C總線每傳送一位數(shù)據(jù)必須有一個(gè)時(shí)鐘脈沖。 圖216 C總線傳送數(shù)據(jù)時(shí)序圖 那么是不是所有C總線中的信號都必須符合上述的有效性呢?只有兩個(gè)例外,就是開始和停止信號。 停止信號:當(dāng)SCL為高電平時(shí),SDA發(fā)生從低到高的跳變,就定義為結(jié)束信號。每個(gè)字節(jié)必須是8位,但是傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)量不受限制,首先傳送的是數(shù)據(jù)的最高位。如果沒有接受到應(yīng)答位,主機(jī)則產(chǎn)生一個(gè)停止條件結(jié)束本次的傳送。當(dāng)主器件傳送一個(gè)字節(jié)后,在第9個(gè)SCL時(shí)鐘內(nèi)置高SDA線,而從器件的響應(yīng)信號將SDA拉低,從而給出一個(gè)應(yīng)答位。C總線的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議如下:(1)、主器件發(fā)出開始信號(2)、主器件發(fā)出第一個(gè)字節(jié),用來選通相應(yīng)的從器件。方向位為“0”表示發(fā)送,方向位為“1”表示接受。圖218 C總線數(shù)據(jù)的傳送過程圖(4)、接下來主、從器件正式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送,這時(shí)在I2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限,但每一個(gè)字節(jié)必須為8位(傳送的時(shí)候先送高位,再送低位)。數(shù)據(jù)的傳送過程如下圖218所示: (3)24C02簡介24C01/2402是一個(gè)1K/2K/4K/8K/16K
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