智能仪表课程设计报告我.docx

智能仪表课程设计报告 我 目录 1.设计任务与要求 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计要求 (1) 2.方案设计原理及方案论证 (2) 2.1系统整体设计思路 (2) 2.2系统方案论证 (2) 2.2.1 时钟系统方案选择 (2) 2.2.2单片机的选择 (2) 2.2.3显示系统的方案比较 (2) 2.2.4测温系统方案选择 (3) 2.2.5串口通信方案选择 (3) 3.硬件设计 (4) 3.1硬件总体结构简介 (4) 3.2 单片机选择 (4) 3.2.1 单片机概述 (4) 3.2.2 STC89C54单片机的引脚说明 (5) 3.2.3 STC89C54单片机最小系统 (7) 3.3显示模块的选择 (7) 3.3.1 LCD12864概述 (8) 3.3.2 LCD12864基本参数及引脚功能 (8) 3.4温度传感器的选择 (9) 3.5硬件线路设计分析 (10) 3.5.1 单片机最小系统 (10) 3.5.2 LCD12864连线图 (10) 3.5.3 按键连线图 (12) 3.5.4 DS18B20及蜂鸣器驱动 (12) 3.5.5 串口通信模块 (12) 3.5.6 直流稳压模块 (13) 4.系统工作流程图 (14) 5.电路图的绘制 (15) 6.个人心得 (16) 7.参考文献 (17) 1.设计任务与要求 1.1设计目的 1、掌握数字电子钟的设计方法； 2、掌握常用数字集成电路的功能和使用； 3、掌握小型单片机系统的开发。 1.2设计要求 基本功能要求 1、可动态左右、上下显示“欢迎使用”； 2、在5秒按钮无操作则以24h（小时）计时方式显示时、分、秒； 3、使用按键开关可实现时分调整； 4、具有闹钟功能，声光提示。 扩展功能 1、显示日期与星期； 2、实时温度的采集与显示； 3、可232通讯显示计算机传送字符； 4、液晶屏的背光控制。 2.方案设计原理及方案论证 2.1系统整体设计思路 按照系统的设计功能要求，本时钟温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合温度传感器来控制时钟和温度的调整显示，并可实现闹钟及串口通信功能，获得时钟温度数据信息，单片机对其进行一系列的处理，最后通过液晶显示出来。 2.2系统方案论证 2.2.1 时钟系统方案选择 方案1： 通过单片机内部的定时器/计数器，用软件实现，直接用单片机的定时器编程以实现时钟； 方案2： 用专门的时钟芯片实现时钟的计时，再把时间数据送入单片机，由单片机控制显示。 为节约成本，我们选用方案1。 2.2.2单片机的选择 实现对于单片机的选择，如果用8031 系列，由于它没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不可用；51 系列单片机的ROM 为4K，对于我们设计的系统可能有点小；54 系列单片机与51 系列的结构一样，而ROM 扩大为16K，对我们设计系统提供充足的空间进行功能的扩展。再有51 系列单片机与54 系列的单片机价格差不多。因此，我们选择54系列的单片机。 2.2.3显示系统的方案比较 方案1：用数码管或点阵LED 显示。 方案2：用液晶1602 显示。 方案3：用液晶12864 显示。 时钟和温度的显示可以用数码管或LED，而且价格便宜。但是数码管的只能显示简单的设计的系统，与我们设计要求也不相符。因为有很多东西需要显 示，还是用显示功能更好的液晶显示器比较好，它能显示更多的数据，用1602 液晶显示数据有限，1602不能够显示指针时钟，只能够显示一些基本的西文字符，显示数据的可读性不好，用可以显示汉字的12864液晶显示器还可以增加显示信息的可读性，用12864的绘图功能即可绘制出指针时钟的框架，让人看起来会很方便。虽然它们在价格上差距很大，但是1602不能够实现我们的要求，所以我们选择LCD12864显示屏。 2.2.4测温系统方案选择 方案1： 用热敏电阻等测温元件测出电压，再转换成对应的温度。需要比较多的外部元件（A/D 转换）支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。 方案2： 用温度传感器DS18B20 直接测温。DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912 位的数字值读数方式。 经比较，我们选择方案2。 2.2.5串口通信方案选择 方案1：RS485，传输距离远，抗干扰能力强，但只普遍用于工业现场，在普遍民用中很少使用。 方案2：RS232，传输范围有限，比较容易受干扰，但普遍民用计算机都设有该接口，所以相对普及且易操作。 经过比较选择方案2以能满足该实验要求。 3.硬件设计 3.1硬件总体结构简介 带秒表、时钟计时器，万年历的显示屏设计设计硬件结构图如下所示： 图1-1系统总体硬件连接图 此系统包括单片机主控模块、温度检测模块、12864显示模块、按钮设置模块、串口通信模块、稳压模块、蜂鸣器模块共7大部分。 3.2 单片机选择 3.2.1 单片机概述 单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器叶 数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。 1、单片机的主要特点有: (1) 具有优异的性能价格比。 (2) 集成度高、体积小、可靠性高。 (3) 控制功能强。 (4) 低电压，低功耗。 2、单片机的主要应用领域: (1) 工业控制 (2) 仪器仪表 (3) 电信技术 (4) 办公自动化和计算机外部设备 (5) 汽车和节能 (6) 制导和导航 (7) 商用产品 (8) 家用电器 因此，在本课题设计的温湿度测控系统中，采用单片机来实现。在单片机选用方面，由于STC89系列单片机与MCS-51系列单片机兼容，所以，本系统中选用STC89C54单片机。 3.2.2 STC89C54单片机的引脚说明 图1-2 STC89C54单片机引脚图 芯片引脚如图1-2所示： VCC : 电源。 GND: 地。 P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。 P1口：是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。 P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。 P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。 RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。 PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于 89C54，如果EA 接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。 数据存储器：STC89C52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。 定时器2：定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。 3.2.3 STC89C54单片机最小系统 图1-3 晶振电路 图1-4 复位电路 如图1-3、图1-4所示，复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。单片机最小系统是在以51单片机为基础上扩展，使其能更方便地运用于测试系统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。 3.3显示模块的选择 3.3.1 LCD12864概述 带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16 点汉字，和128个16*8 点ASCII 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4 行16×16 点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 图形液晶模块。 图1-5 LCD1602实物图 3.3.2 LCD12864基本参数及引脚功能 表1-1 LCD12864引脚功能 3.4温度传感器的选择 传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称。通常被测量是非电物理量, 输出信号一般为电量。 温度实现只能通过外部的温度传感器来实现。经上网查阅资料及市场考察，DS18B20 体积小，只有3 只脚，电路接法简单。它能够直接读出被测温度。内部含有寄存器为我们设计实现上下限报警功能提供保障。用户可定义的非易失性温度报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；精度为 0.5°C ，也符合我们设计的要求。DS18B20 也是我们通常使用的型号，因此温度传感器用DS18B20。引脚说明见表1-2。典型应用电路如图1-6所示。 表1-2 DS18B20引脚说明 DS18B20 有两种接法：一是单线接法即只接DQ。这种方法应用它内部的寄生电源，因此在QT 上要用一个MOSFET 把I/O 线只接拉到电源上。二是从vdd 脚加上电源。方法一适合于远距离温度监控，不需要本地电源。而我们只是设计测温系统，选择方法二就行了，还有MOSFET 极容易烧坏，我们不用它。Vdd 接5V 电源，vss 接地，DQ 与P3.7 相连。因为DS18B20 的工作电流约为 1MA，因此Qt 端还要加上拉电阻为其提供电流。若用5V 电源，则 R=5/1MA=5k。R 取4.7K。 3.5硬件线路设计分析 3.5.1 单片机最小系统 CPU 为STC89 系列增强型8 位单片机，频率高达80MHz，可工作于6Clock，32 I/O，3 定时器，内置 WDT、EEPROM。支持ISP，ESD。晶振采用12M/11.0592M （可更换）。 3.5.2 LCD12864连线图