課程設計二說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 示器提供代碼，因為這些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。七段發光二極管，再加上一個小數點位，共計八段。因此提供給LED顯示器的字形代碼正好一個字節。若a、b、c、d、e、f、g、dp 8個顯示段依次對應一個字節的低位到高位，即D0、DDDDDDD7。 共陰極LED數碼管字形代碼字型共陰極字形代碼字型共陰極字形代碼字型共陰極字形代碼03FH67DHC39H106H707Hd5EH25BH87FHE79H34FH96FHF71H466HA77H滅00H56DHb7CH本設計采用共陰極接線方法。 軟件設計其程序流程圖如下圖所示：之后，根據以上流程圖進一步編寫系統匯編語言或C語言代碼，并通過Keil軟件進行仿真模擬，通過后進一步進行接線調試，具體程序見附錄采用模塊化設計方法，是各個程序間的不良影響降低，相對獨立的工作，是本設計的一大優點：具體流程圖如下：具體程序實現見附錄。10．單片機功能設計與總結 主控單片機功能及原理介紹本課題設計的溫度控制系統主控制芯片選型為STC89C52單片機。1．單片機簡介51系列單片機在工業檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構成具有合成語音輸出能力的綜合應用系統，以增強人機對話的功能。STC89C52單片機是深圳宏晶科技有限公司生產的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個512K的片內數據存儲器RAM；4K片內程序存儲器；四個8位并行的I/O接口P0P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數器；五個中斷源的中斷控制系統；一個全雙工UART的串行I/O口；片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個部分通過內部總線相連接。 STC89C52單片機的一個執器周期由6個狀態(s1—s6)組成，每個狀態又持續2個震蕩周期，分為P1和P2兩個節拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態周期為1／6us；在一數情況下，算術和邏輯操作發生在N期間，而內部寄存器到寄存器的傳輸發生在P2期間。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執行指令。如果是雙字節指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字節。若為單字節指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節操作碼被忽略，且程序計數據也不加1。在加結束時完成指令操作。多數STC89C52指令周期為1—2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節單機器指令，通常是在一個機器周期內從程序存儲器中讀人兩個字節，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數據存儲器的單字節雙機器周期指令，在執行Movx指令期間，外部數據存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。STC89C52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。下面按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。（1）電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接+5V電源正端。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內部，接至片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號或與其它電源復用引腳 控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）．RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現持續兩個機器周期的高電平，就可實現復位操作，使單片機復位到初始狀態。當VCC發生故障，降低到低電平規定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內部RAM供電，以保證RAM中的數據不丟失。（B）．ALE/ P （30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現在P0口的低（C）．PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數據總線口讀回指令或常數。當訪問外部數據存儲器期間，PESN信號將不出現。（D）．EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA端保持高電平時，單片機訪問片內程序存儲器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉去執行外部程序存儲器的程序。當EA端保持低電平時，無論片內有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。 （4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口（39腳～22腳）：～。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數據分時復用口。它分時提供8位雙向數據總線。對于片內含有EPROM的單片機，當EPROM編程時，從P0口輸入指令字節，而當檢驗程序時，則輸出指令字節。(B).P1口（1腳～8腳）：～，可作為準雙向I/O接口使用。對于MCS—52子系列單片機，：；。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。(C).P2口（21腳～28腳）：～，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。(D).P3口（10腳～17腳）：～。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表 引腳第2功能RXD（串行口輸入端0）TXD（串行口輸出端）INT0（部中斷0請求輸入端，低電平有效）INT1（中斷1請求輸入端，低電平有效）T0（時器/計數器0計數脈沖端）T1（時器/計數器1數脈沖端）WR（部數據存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效）RD（部數據存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS—51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：1).單片機功能多，引腳數少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機對外呈3總線形式，由PP0口組成16位地址總線；由P0口分時復用作為數據總線。單片機最小系統電路庫房溫度控制系統設計中，控制核心是STC89C52單片機，該單片機為51系列增強型8位單片機，它有32個I/O口，片內含4K FLASH工藝的程序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價格便宜，其外部晶振為12MHz，一個指令周期為1μS。使用該單片機完全可以完成設計任務，其最小系統主要包括：復位電路、震蕩電路以及存儲器選擇模式（EA腳的高低電平選擇），電路如下圖2所示：圖、單片機最小系統本系統采用STC89C52單片機作為核心控制體。該單片機屬于DIP封裝的PDI40口管腳。具有4個輸入輸出端口，分別為PORT0,PORT1,PORT2,PORT3,其中P0口是一組8位漏極開路型雙向I0口，校驗時，要求接上拉電阻。其他三個內部有30K的電阻，所以不用再外接電阻。此單片機具有6個中斷，為全雙工通信口。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節Flash，512字節RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，三個16 位 定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。 相比較其他芯片來說價格適中，適合學生使用，故采用此單片機作為核心控制芯片。單片機I/O設置及外圍電路如下圖所示：單片機采用I2C總線接口技術。I2C總線的數據傳送協議如下：（a) 總線必須由主設備控制。主設備提供串行時鐘，控制數據傳送方向，并產生起始和結束信號。無論是主設備還是從設備，接收一個字節必須發出一個確認信號ACK。（b) I2C的時鐘線SCL和數據線SDA都是雙向的。總線空閑時，SCL和SDA都必須保持高電平。（c) 在時鐘線保持高電平期間，數據線出現的由高到低的跳變定義為起始信號（S），啟動I2C總線操作；數據線上出現的由低到高的跳變定義為停止信號（P），終止總線的數據傳送。（d) I2C總線的數據傳送格式為：起始信號S后，主設備送出8位的地址字節，以選擇從設備并指定數據的傳送方向，其后傳送數據。I2C總線上傳送的每一個數據均為8位，數據個數沒有限制。每傳送一個字節后，接受設備都必須發一位應答信號ACK，發送設備確認后，再發送下一個字節數據。每一字節數據都是由最高有效位依次到最低位。在全部數據發送結束后，主設備發送終止信號P。 I2C總線接口的軟件實現 對I2C總線接口器件的所有操作，都必須符合I2C總線協議。對于沒有I2C控制器的51系列單片機，可用軟件完成這項任務。圖（a）所示為AT24C16的字節寫操作時序。可以看出，主設備首先要啟動I2C操作，發出啟動信號S，隨后是器件地址，然后是一個0，表示寫操作。下一個時鐘周期，從主設備發回應答信號A，主設備再發送器件內部單元8位地址，從設備又發回應答信號，主設備講欲寫入的數據發出，設備應答后，主設備發出停止信號P，寫操作時序結束，AT24C16啟動內部的寫周期將數據永久保存。所有的地址或者數據都是高位在前，低位在后傳送。圖（b）為AT24C16的隨機讀操作時序。前半部分與字節寫相同，只是在設備第二次發回應答信號后，主設備再次發出啟動信號S，然后是從設備器件地址，隨后是一個1，表示讀操作。從設備發回應答信號，后續字節是從設備發出的存儲單元內容。最后，主設備發送一個非應答信號NA（1）和一個停止信號P，從而完成讀操作。綜上所述，確定單片機后即可確定系統整體硬件電路，系統硬件電路連線圖（硬件原理圖）如下圖所示：8279提供的8位7段數碼管及4X4矩陣鍵盤連線：時鐘電路連線：DS18B20電路連線：蜂鳴器（低電平有效）。蜂鳴器(低電平有效)， DS18B20溫控元件、8051單片機、8279鍵盤顯示器（包括芯片與八位七段譯碼器一起4x4按鍵鍵盤）、LED顯示燈（8位7段數碼管）、PCF8563時鐘電路芯片，導線若干等。 系統軟件設計總結用戶通過4x4行列式鍵盤輸入環境允許的最高溫度T1和最低溫度T2以及本地時間。溫度傳感器DS18B20從環境獲取溫度T與T1和T2相比較。若T在[T1，T2]之間則溫度傳感器繼續檢測環境溫度，反之則啟動蜂鳴器。時鐘芯片PCF8563的作用為計時，記錄時鐘的走時。8279鍵盤顯示器可以顯示系統的各項參數：當前的溫度，用戶設定的溫度，當前的時間。整個系統的核心為89C51單片機，負責信號的傳遞，控制所有芯片的正常運行，使得系統的功能得以實現。 系統軟件層次總結本次軟件的設計共分為3個層次。第一個層次為驅動層。這個層次主要負責對于各芯片的底層訪問。在本次設計中，該層次的代碼主要負責I2C設備的讀寫，與8279鍵盤顯示器的通訊，以及鍵盤的簡單掃描。第二個層次為中間層。其所起到的作用是在系統層和驅動層之間傳遞數據，并在這個過程中對數據加以處理，保證各芯片與單片機之間的正確通訊。第三個層次為系統層。本層次的亮點在于友好的操作界面以及簡易的操作方式。通過后進一步根據系統硬件原理圖進行接線調試，具體程序見附錄。附錄1．程序代碼TEMPER_L EQU 36HTEMPER_H EQU 35HTEMPER_N EQU 40HFLAG BIT 00HDQ BIT DANGER BIT ；蜂鳴器輸入端口，低電平有效ACK BIT 20HSLA DATA 30HSUBA DATA 31HNUMBYTE DATA 32HMTD EQU 40HMRD EQU 50HSCL EQU 0B0HSDA EQU 0B1HPCF8563 EQU 0A2HHlimitH DATA 41H；設置溫度值上限高位地址HlimitL DATA 40H；上限低位L