毕业论文)基于单片机的自动恒温控制系统的设计

毕业论文)基于单片机的自动恒温控制系统的设计内容摘要：

片机系统中常用的显示电路有 LED 显示、 LCD 显示。 方案一： LED 显示屏 采用七段码显示时，数码管中的每一段相当于一个发光二极管。 对于共阳极的数码管，内部每个发光二极管的阳极被连在一起，成为该各段的公共选通线，发光二极管的阴极则成为段选线。 对于共阴极数码管，则正好相反，内部发光二极管的阴极接在一起，阳极成为段选线。 这两种数码管的驱动方式是不同的。 当需要点亮共阳极数码管的一段时，公共段需接高电平，该段的段选线接低电平。 从而该段被点亮。 当需要点亮共阴极数码管的一段时，公共段需接低电平，该段的段选线接高电平，该段被 点亮。 方案二： LCD 显示电路多采用 1602 液晶。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵 型液晶模块。 它由若干个 5X7或者 5X11 等 点阵 字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。 1602LCD 是指显示的内容为 216 ，即可以显示两行，每行 16个字符液晶模块（显示字符和数字）。 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。 基于精确显示，拟采用方案二。 按键输入电路 一般键盘电路有两种：独立式键盘和矩阵式键盘。 方案一： 独立式键盘中，各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，每根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。 因此，通过检测输入线的电平状态就可以很容易的判断按键是否被按下了。 独立式键盘电路配置灵活，软件结构简单。 但每个按键需占用一根输入线，在按键数量较多时，输入口浪费大，电路结构显得很繁杂，故此种按键适用于按键较少或操作速度较高的场合。 7 方案二：矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，分别连接到按键开关的两端。 行线通过上拉电阻接到 VCC 上。 平时无按键动作时，行线处于低电平状态，而当有按键按下时，列线电平为低，行线电平为高。 这一点是识别矩阵式是否被按下的关键所在。 因此，各按键彼此将相互影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适合的处理，才能确定闭合键的位置。 很明显，在按键数量较多的场合，矩阵式键盘与独立式键盘相比，要节省很多的 I/O 口。 由于本系统只需要 4 个按键，故选择独立式键盘。 开发环境及编程语言的选择 硬件开发环境的选择 Protel 是 Protel 公司在 80 年代末推出的 EDA 软件，在电子行业的 CAD 软件中，它当之无愧地排在众多 EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都 要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用 Protel。 早期的 Protel 主要作为印制板自动布线工具使用，运行在 DOS 环境，对硬件的要求很低，在无硬盘 286 机的 1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的 Protel 已发展到 Protel 99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的 EDA 软件，完全安装有 200 多 M，它工作在WINDOWS95 环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数 字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server （客户 /服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如 ORCAD， PSPICE， EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度 PCB 的 100％布通率。 在国内 Protel 软件较易买到，有关 Protel 软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。 Protel软件的原厂商 Altium公司推出了 Protel系列的高端版本 Altium Designer。 Altium Designer ，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。 Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件（如 FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行 PCB 和 FPGA 设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。 这款高端版本 Altium Designer 除了全面继承包括 99SE， Protel 2020 在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。 Altium Designer 拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了 FPGA 设计功能和 SOPC 设 8 计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的 FPGA 与 PCB 设计以及嵌入式设计集成在一起。 Designer 以强大的设计输入功能为特点，在 FPGA 和板级设计中，同时支持原理图输入和 HDL 硬件描述输入模式；同时支持基于 VHDL 的设计仿真，混合信号电路仿真、布局前 /后信号完整性分析。 Altium Designer 的布局布线采用完全规则驱动模式，并且在 PCB 布线中采用了无网格的 SitusTM 拓扑逻辑自动布线功能；同时，将完整的 CAM 输出功能的编辑结合在一起。 Altium Designer 极大地增强了对高密板设计的支持，可用于高速数字信号设计，提供大量新功能和改进，改善了对复杂多层板卡的管理和导航，可将器件放置在 PCB 板的正反两面，处理高密度封装技术，如高密度引脚数量的球型网格阵列 (BGAs)。 Altium Designer 中的 Board Insight 系统把设计师的鼠标变成了交互式的数 据挖掘工具。 Board Insight 集成了 “警示 ”显示功能，可毫不费力地浏览和编辑设计中叠放的对象。 工程师可以专注于其目前的编辑任务，也可以完全进入目标区域内的任何其他对象，这增加了在密集、多层设计环境中的编辑速度。 Altium Designer 引入了强大的 „逃逸布线 ‟引擎，尝试将每个定义的焊盘通过布线刚好引到 BGA 边界，这令对密集 BGA 类型封装的布线变的非常简单。 显著的节省了设计时间，设计师无需手动就可以完成在一大堆焊盘间将线连接这些器件的内部管脚。 Altium Designer 极 大减少了带有大量管脚的器件封装在高密度板卡上设计的时间，简化了复杂板卡的设计导航功能，设计师可以有效处理高速差分信号，尤其对大规模可编程器件上的大量 LVDS 资源。 Altium Designer 充分利用可得到的板卡空间和现代封装技术，以更有效的设计流程和更低的制造成本缩短上市时间。 经比较，本设计采用 Altium Designer。 软件开发环境的选择 单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，汇编语言源程序要变成 CPU可以执行的机器吗有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇 编，目前已经极少使用手工汇编的方法了。 机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于 MCS—51 单片机的汇编软件有早期的 A51，随着单片机开发技术的不断发展，单片机的开发软件业在不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件业在不断发展。 方案一： Keil 是德国知名软件公司 Keil（现已并入 Arm 公司）开发的基于8051 内核的微控制器软件开发平台，是目前开发 8051 内核单片机的主流工具，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 编 9 译器、宏汇 编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（ uVision）将这些部分结合在一起。 运行 Keil 软件需要 Pentium 或以上的 CPU， 16M 或更多的 RAM、 20M 以上的闲散硬盘空间、WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系统。 掌握这一软件的使用对于使用 51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果使用的是 C 语言，则该软件十分适用，即使使用的是汇编语言，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令工作事半功倍。 方案二： 使用伟福软件必须使用伟福的硬件才 能仿真，硬件自己也不能搭起来，硬件的支持很少，软件编程起来也比较繁琐。 伟福的单片机软件平台内部的编译器不如 Keil 的好用，如果写的程序行中存在错误，在编译的过程中， Keil 可以精确的指出语法错误所在的程序所在行数，而伟福就不能做到非常精确了，所以这次设计选择方案一。 编程语言的选择 方案一：选择 C 语言 C 语言是一种通用的程序设计语言，其代码率高，数据类型及运算符丰富，并具有良好的程序结构，适用于各种应用的程序设计，是目前使用较广的单片机编程语言。 单片机的 C 语言采用 C51 编译器（简称 C51）。 由 C51 产生的目标代码短、运行速度高、所需存储空间小。 方案二：选择汇编语言 当设计一个小的嵌入式系统时，一般我们都用汇编语言。 在很多工程中，这是一个很好的方法，因为，代码一般都不超过 8K，而且都比较简单。 如果硬件工程师要同时设计软件和硬件，经常会采用汇编语言来做程序。 同时还应该认识到，汇编语言是一个非常低级的语言，它仅仅高于直接手工编写二进制的机器指令码，因此不可避免地存在一些缺点： A. 编写的代码非常难懂，不好维护； B. 很容易产生 Bug，难于调试； C. 只能针对特定的体系结构和处理器进行优化； D. 开发效率很低，时 间长且单调； E. 兼容性不好，与硬件关系非常紧密。 如果使用 C51的话，可以很好的解决这些问题。 应用 C51编程具有以下优点： 不需要了解处理器的指令集，对 8051 的存储器结构也不必要了解； 寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理； 指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性； 可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数； 与使用汇编语言编程相比，程序的开发和调试时间大大缩短； 10 库文件可提供许多标准的例程（例如格式化输出、数据转换和浮点运算）加入到应用程序当中； 可实 现模块化编程技术，从而可 将已编制好的程序加入到新程序中； C 语言可移植性好且非常普及， C 编译器几乎适用于所有的目标系统，已完成的软件项目可以容易地转换到其它的处理器或环境。 此外， C51语言还有许多强大的功能，如提供丰富的库函数供用户直接调用，完整的编译控制指令为程序调试提供必要的符号信息等等。 总之， C51语言是广大单片机开发人员的强有力的工具，所以本设计选择 C语言和汇编语言同时使用。 第 3 章 硬件电路设计 11 第 3 章 硬件电路设计 单片机的选型 STC89C52单片机简介 目前， 52 系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因 此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。 STC89C52 单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。 每一个单片机包括：一个 8 位的微型处理器 CPU；一个 512K 的片内数据存储器 RAM； 4K 片内程序存储器；四个 8 位并行的 I/O 接口 P0P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器 /记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART 的串行 I/O 口；片内振荡器和时钟产生电路，但石 英晶体和微调电容需要外接。 最高允许振荡频率是 12MHZ。 以上各个部分通过内部总线相连接。 STC89C52 单片机时序 STC89C52 单片机的一个执器周期由 6 个状态 (s1—s6)组成，每个状态又持续 2 个震荡周期，分为 P1 和 P2 两个节拍。 这样，一个机器周期由 12 个振荡周期组成。 若采用 12MHz的晶体振荡器，则每个机器周期为 1us，每个状态周期为 us61 ；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在 N 期间，而内部寄存器到寄存器的传 输发生在 P2 期间。 对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从 S1P2 开始执行指令。 如果是双字节指令，则在同一机器周期的 s4 读人第二字节。 若为单字节指令，则在 51 期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加 1。 在加结束时完成指令操作。 多数 STC89C52 指令周期为 1—2 个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需 4 个机器周期。 对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但 Movx指令例外， Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周 期指令，在执行 Movx指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。 STC89C52 单片机引脚介绍 STC89C52 单片机的 40 个引脚中有 2 个专用于主电源引脚， 2 个外接晶振的引脚， 4 个控制或与其它电源复用的引脚，以及 32 条输入输出 I/O 引脚。 下面按。