智能儀表課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.設(shè)計任務(wù)與要求1</p><p><b>　　1.1設(shè)計目的1</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計要求1</b></p><p>　　2.方案設(shè)計原理及方案論證2</p>&l

2、t;p>　　2.1系統(tǒng)整體設(shè)計思路2</p><p>　　2.2系統(tǒng)方案論證2</p><p>　　2.2.1 時鐘系統(tǒng)方案選擇2</p><p>　　2.2.2單片機(jī)的選擇2</p><p>　　2.2.3顯示系統(tǒng)的方案比較2</p><p>　　2.2.4測溫系統(tǒng)方案選擇3</p>

3、<p>　　2.2.5串口通信方案選擇3</p><p><b>　　3.硬件設(shè)計4</b></p><p>　　3.1硬件總體結(jié)構(gòu)簡介4</p><p>　　3.2 單片機(jī)選擇4</p><p>　　3.2.1 單片機(jī)概述4</p><p>　　3.2.2 STC89C54單

4、片機(jī)的引腳說明5</p><p>　　3.2.3 STC89C54單片機(jī)最小系統(tǒng)7</p><p>　　3.3顯示模塊的選擇7</p><p>　　3.3.1 LCD12864概述8</p><p>　　3.3.2 LCD12864基本參數(shù)及引腳功能8</p><p>　　3.4溫度傳感器的選擇9</

5、p><p>　　3.5硬件線路設(shè)計分析10</p><p>　　3.5.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)10</p><p>　　3.5.2 LCD12864連線圖10</p><p>　　3.5.3 按鍵連線圖12</p><p>　　3.5.4 DS18B20及蜂鳴器驅(qū)動12</p><p>　　3

6、.5.5 串口通信模塊12</p><p>　　3.5.6 直流穩(wěn)壓模塊13</p><p>　　4.系統(tǒng)工作流程圖14</p><p>　　5.電路圖的繪制15</p><p><b>　　6.個人心得16</b></p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)17</b&

7、gt;</p><p><b>　　1.設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計目的</b></p><p>　　1、掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計方法；</p><p>　　2、掌握常用數(shù)字集成電路的功能和使用；</p><p>　　3、掌握小型單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)

8、。</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p><b>　　基本功能要求</b></p><p>　　1、可動態(tài)左右、上下顯示“歡迎使用”；</p><p>　　2、在5秒按鈕無操作則以24h（小時）計時方式顯示時、分、秒；</p><p>　　3、使

9、用按鍵開關(guān)可實現(xiàn)時分調(diào)整；</p><p>　　4、具有鬧鐘功能，聲光提示。</p><p><b>　　擴(kuò)展功能</b></p><p>　　1、顯示日期與星期；</p><p>　　2、實時溫度的采集與顯示；</p><p>　　3、可232通訊顯示計算機(jī)傳送字符；</p>&l

10、t;p>　　4、液晶屏的背光控制。</p><p>　　2.方案設(shè)計原理及方案論證</p><p>　　2.1系統(tǒng)整體設(shè)計思路</p><p>　　按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，本時鐘溫度系統(tǒng)的設(shè)計必須采用單片機(jī)軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，用單片機(jī)的自動控制能力配合溫度傳感器來控制時鐘和溫度的調(diào)整顯示，并可實現(xiàn)鬧鐘及串口通信功能，獲得時鐘溫度數(shù)據(jù)信息，單片機(jī)對其進(jìn)行一系列的處理，

11、最后通過液晶顯示出來。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)方案論證</b></p><p>　　2.2.1 時鐘系統(tǒng)方案選擇</p><p><b>　　方案1：</b></p><p>　　通過單片機(jī)內(nèi)部的定時器/計數(shù)器，用軟件實現(xiàn)，直接用單片機(jī)的定時器編程以實現(xiàn)時鐘；</p>

12、<p><b>　　方案2：</b></p><p>　　用專門的時鐘芯片實現(xiàn)時鐘的計時，再把時間數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，由單片機(jī)控制顯示。</p><p>　　為節(jié)約成本，我們選用方案1。</p><p>　　2.2.2單片機(jī)的選擇</p><p>　　實現(xiàn)對于單片機(jī)的選擇，如果用8031 系列，由于它沒有內(nèi)部RAM

13、，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)，因而不可用；51 系列單片機(jī)的ROM 為4K，對于我們設(shè)計的系統(tǒng)可能有點??；54 系列單片機(jī)與51 系列的結(jié)構(gòu)一樣，而ROM 擴(kuò)大為16K，對我們設(shè)計系統(tǒng)提供充足的空間進(jìn)行功能的擴(kuò)展。再有51 系列單片機(jī)與54 系列的單片機(jī)價格差不多。因此，我們選擇54系列的單片機(jī)。</p><p>　　2.2.3顯示系統(tǒng)的方案比較</p><p>　　方案1：用數(shù)碼管或點陣

14、LED 顯示。</p><p>　　方案2：用液晶1602 顯示。</p><p>　　方案3：用液晶12864 顯示。</p><p>　　時鐘和溫度的顯示可以用數(shù)碼管或LED，而且價格便宜。但是數(shù)碼管的只能顯示簡單的設(shè)計的系統(tǒng)，與我們設(shè)計要求也不相符。因為有很多東西需要顯示，還是用顯示功能更好的液晶顯示器比較好，它能顯示更多的數(shù)據(jù)，用1602 液晶顯示數(shù)據(jù)有限，

15、1602不能夠顯示指針時鐘，只能夠顯示一些基本的西文字符，顯示數(shù)據(jù)的可讀性不好，用可以顯示漢字的12864液晶顯示器還可以增加顯示信息的可讀性，用12864的繪圖功能即可繪制出指針時鐘的框架，讓人看起來會很方便。雖然它們在價格上差距很大，但是1602不能夠?qū)崿F(xiàn)我們的要求，所以我們選擇LCD12864顯示屏。</p><p>　　2.2.4測溫系統(tǒng)方案選擇</p><p><b>

16、　　方案1：</b></p><p>　　用熱敏電阻等測溫元件測出電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度。需要比較多的外部元件（A/D 轉(zhuǎn)換）支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。</p><p><b>　　方案2：</b></p><p>　　用溫度傳感器DS18B20 直接測溫。DS18B20 溫度傳感器是美國DALLAS 半導(dǎo)體公司最新

17、推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。</p><p>　　經(jīng)比較，我們選擇方案2。</p><p>　　2.2.5串口通信方案選擇</p><p>　　方案1：RS485，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，但只普遍用于工業(yè)現(xiàn)場，在普遍民用中很少使用。</p><p>

18、　　方案2：RS232，傳輸范圍有限，比較容易受干擾，但普遍民用計算機(jī)都設(shè)有該接口，所以相對普及且易操作。</p><p>　　經(jīng)過比較選擇方案2以能滿足該實驗要求。</p><p><b>　　3.硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1硬件總體結(jié)構(gòu)簡介</p><p>　　帶秒表、時鐘計時器，萬年歷的顯示屏設(shè)計設(shè)

19、計硬件結(jié)構(gòu)圖如下所示：</p><p>　　圖1-1系統(tǒng)總體硬件連接圖</p><p>　　此系統(tǒng)包括單片機(jī)主控模塊、溫度檢測模塊、12864顯示模塊、按鈕設(shè)置模塊、串口通信模塊、穩(wěn)壓模塊、蜂鳴器模塊共7大部分。</p><p><b>　　3.2 單片機(jī)選擇</b></p><p>　　3.2.1 單片機(jī)概述</

20、p><p>　　單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機(jī)。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器葉數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計算機(jī)(SCM)這一名稱?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C(jī)的本質(zhì)

21、，但是由于單片機(jī)這個名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。</p><p>　　1、單片機(jī)的主要特點有:</p><p>　　(1) 具有優(yōu)異的性能價格比。</p><p>　　(2) 集成度高、體積小、可靠性高。</p><p>　　(3) 控制功能強(qiáng)。</p><p>　　(4) 低電壓，低功

22、耗。</p><p>　　2、單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域:</p><p><b>　　(1) 工業(yè)控制</b></p><p><b>　　(2) 儀器儀表</b></p><p><b>　　(3) 電信技術(shù)</b></p><p>　　(4) 辦公自動化

23、和計算機(jī)外部設(shè)備</p><p><b>　　(5) 汽車和節(jié)能</b></p><p><b>　　(6) 制導(dǎo)和導(dǎo)航</b></p><p><b>　　(7) 商用產(chǎn)品</b></p><p><b>　　(8) 家用電器</b></p>

24、<p>　　因此，在本課題設(shè)計的溫濕度測控系統(tǒng)中，采用單片機(jī)來實現(xiàn)。在單片機(jī)選用方面，由于STC89系列單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)兼容，所以，本系統(tǒng)中選用STC89C54單片機(jī)。</p><p>　　3.2.2 STC89C54單片機(jī)的引腳說明</p><p>　　圖1-2 STC89C54單片機(jī)引腳圖</p><p>　　芯片引腳如圖1-2所示：

25、</p><p><b>　　VCC : 電源。</b></p><p><b>　　GND: 地。</b></p><p>　　P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。</p><p>　　P1口： 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平

26、。</p><p>　　P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。</p><p>　　P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。</p><p>　　RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計時完成后

27、，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。</p><p>　　PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。</p><

28、p>　　EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。</p><p>　　XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于89C54，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲器（地址為0000H～1FFFH）開始

29、，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H~FFFFH。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器：STC89C52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。</p><p>　　定時器2：定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，它既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。</p><p>　　3.2.3 STC89C54單片機(jī)最小系統(tǒng)</p>&l

30、t;p>　　圖1-3 晶振電路</p><p><b>　　圖1-4 復(fù)位電路</b></p><p>　　如圖1-3、圖1-4所示，復(fù)位電路和時鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運行的基本模塊。單片機(jī)最小系統(tǒng)是在以51單片機(jī)為基礎(chǔ)上擴(kuò)展，使其能更方便地運用于測試系統(tǒng)中，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被測試的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)

31、品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為在實時檢測和自動控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。</p><p>　　3.3顯示模塊的選擇</p><p>　　3.3.1 LCD12864概述</p><p>　　帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線

32、或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個16*16 點漢字，和128個16*8 點ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示8×4 行16×16 點陣的漢字，也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模

33、塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。</p><p><b>　　圖形液晶模塊。</b></p><p>　　圖1-5 LCD1602實物圖</p><p>　　3.3.2 LCD12864基本參數(shù)及引腳功能</p><p>　　引腳功能如表1-1所示：<

34、/p><p>　　表1-1 LCD12864引腳功能</p><p>　　3.4溫度傳感器的選擇</p><p>　　傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱。通常被測量是非電物理量, 輸出信號一般為電量。</p><p>　　溫度實現(xiàn)只能通過外部的溫度傳感器來實現(xiàn)。經(jīng)上網(wǎng)查閱資料及市場考察，DS18B20

35、體積小，只有3 只腳，電路接法簡單。它能夠直接讀出被測溫度。內(nèi)部含有寄存器為我們設(shè)計實現(xiàn)上下限報警功能提供保障。用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置；報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；精度為0.5°C，也符合我們設(shè)計的要求。DS18B20 也是我們通常使用的型號，因此溫度傳感器用DS18B20。引腳說明見表1-2。典型應(yīng)用電路如圖1-6所示。</p><p>　　表1-2 DS1

36、8B20引腳說明</p><p>　　DS18B20 有兩種接法：一是單線接法即只接DQ。這種方法應(yīng)用它內(nèi)部的寄生電源，因此在QT 上要用一個MOSFET 把I/O 線只接拉到電源上。二是從vdd 腳加上電源。方法一適合于遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)控，不需要本地電源。而我們只是設(shè)計測溫系統(tǒng)，選擇方法二就行了，還有MOSFET 極容易燒壞，我們不用它。Vdd 接5V 電源，vss 接地，DQ 與P3.7 相連。因為DS18B20

37、 的工作電流約為1MA，因此Qt 端還要加上拉電阻為其提供電流。若用5V 電源，則R=5/1MA=5k。R 取4.7K。</p><p>　　3.5硬件線路設(shè)計分析</p><p>　　3.5.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　CPU 為STC89 系列增強(qiáng)型8 位單片機(jī)，頻率高達(dá)80MHz，可工作于6Clock，32 I/O，3 定時器，內(nèi)置 WDT、EEP

38、ROM。支持ISP，ESD。晶振采用12M/11.0592M（可更換）。</p><p>　　3.5.2 LCD12864連線圖</p><p>　　第1 腳：VSS 為地電源</p><p>　　第 2 腳：VCC 接5V 正電源</p><p>　　第 3 腳：V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高,對

39、</p><p>　　比度過高時會產(chǎn)生重影,使用時可以通過一個10K 的電位器調(diào)整對比度。</p><p>　　第 4 腳：RS 為寄存器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。</p><p>　　第 5 腳：RW 為讀寫信號線,高電平時進(jìn)行讀操作,低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS 和RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng)RS 為低電平RW為高電

40、平時可以讀忙信號,當(dāng)RS為高電平RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第 6 腳：E 端為使能端,當(dāng)E 端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第 7～14 腳：D0～D7 為8 位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15腳：PSB 并/串行接口選擇：H-并行；L-串行。</p><p>　　第19腳：

41、背光源正極（LED+5V）由P24腳接三極管放大后驅(qū)動背光，可實現(xiàn)由單片機(jī)管腳控制背光亮滅。</p><p>　　第20腳：背光源負(fù)極（LED-0V）。</p><p>　　3.5.3 按鍵連線圖</p><p>　　5個獨立按鍵接P10~P14口，并由LED燈指示。實現(xiàn)時鐘的增、減、確認(rèn)、返回和鬧鐘設(shè)置等功能。</p><p>　　3.5.

42、4 DS18B20及蜂鳴器驅(qū)動</p><p>　　DS18B20數(shù)據(jù)腳通過接上拉電阻接入單片機(jī)P3.7腳，蜂鳴器由P2.0控制并通過三極管放大驅(qū)動。</p><p>　　3.5.5 串口通信模塊</p><p>　　RS232 接口是制定用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加

43、以規(guī)定。DB25 的串口一般只用到的管腳只有2（RXD）、3（TXD）、7（GND）這三個，隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在DB25 針很少看到了，代替他的是DB9 的接口，DB9 所用到的管腳比DB25 有所變化，是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）這三個。因此現(xiàn)在都把RS232 接口叫做DB9。</p><p>　　3.5.6 直流穩(wěn)壓模塊</p><p>　　直流電源通過插座接入，由開

44、關(guān)控制其開關(guān)，通過穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓到9伏，再通過7805穩(wěn)壓到5伏輸出，并有LED燈指示。</p><p><b>　　4.系統(tǒng)工作流程圖</b></p><p><b>　　5.電路圖的繪制</b></p><p>　　電路圖通常是在系統(tǒng)框圖、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇的基礎(chǔ)上繪制的，它是電路組裝、調(diào)試和維修的依據(jù)。

45、繪制電路圖時，注意以下幾點：</p><p>　?。?） 元器件布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于閱讀。</p><p>　?。?） 注意信號流向。一般從輸入端或信號源開始，由左至右或上至下按信號的流向依次畫出各單元電路，而反饋通路的信號流向則與此相反。</p><p>　?。?） 圖形符號標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)標(biāo)注。</p><p>　?。?） 連線應(yīng)

46、為直線，盡量少交叉和折彎。</p><p><b>　　6.個人心得</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我對課堂上的理論知識有了進(jìn)一步的了解，并增強(qiáng)了對單片機(jī)領(lǐng)域的興趣。同時也發(fā)現(xiàn)自對數(shù)電知識和電子設(shè)計軟件掌握得不夠。</p><p>　　這次設(shè)計仿真我們用到了仿真軟件Proteus7.7和編譯軟件keil4.0，從軟件的安裝到使用

47、，從網(wǎng)上查閱資料學(xué)到了很多課堂之外的專業(yè)知識。這次的設(shè)計最主要是單片機(jī)的應(yīng)用，從控制到接口。這個技術(shù)是一個多學(xué)科的綜合，要做到靈活應(yīng)用需要自我學(xué)習(xí)各種輔助技術(shù)的應(yīng)用。</p><p>　　其次感受最深的是設(shè)計是一小步，實現(xiàn)成實物才是一大步。在仿真時，驅(qū)動液晶屏沒有用電流放大電路，到制作實物時因為電流很小液晶屏無法顯示，我們只能增加電流放大電路。設(shè)計中每一步都要細(xì)心認(rèn)真，一個小的失誤，都會導(dǎo)致后面的環(huán)節(jié)發(fā)生錯誤。&

48、lt;/p><p>　　在制作過程中雖然后來有設(shè)計上的疏忽但是我們每一步都細(xì)心焊接，一步一檢查，一次成功。</p><p>　　此次課程設(shè)計，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題的能力，出現(xiàn)差錯的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作的團(tuán)隊精神，都讓我受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也能扛的起并高質(zhì)量的完成項目。</p><p>　　這次設(shè)計中我明顯體會到自己知識的匱乏，

49、思考問題不全面，這激勵我學(xué)好基礎(chǔ)知識的同時要拓展知識面，增強(qiáng)自己的綜合能力，從而使自己成為一個高綜合素質(zhì)人才從而更好地適應(yīng)社會。</p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周潤景，張麗娜，基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真，北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[2] 萬福君，潘松峰，劉芳，