微机原理及应用课程设计-基于89c52单片机的高温天气报警器系统设计

微机原理及应用课程设计-基于89c52单片机的高温天气报警器系统设计内容摘要：

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对显示区域进行控制，只要输入所需的控制电压，就可以显示出字符。 LCD 能够现实字符的关键在于其控制器，目前大部分点阵型 LCD 都使用日立公司的 HD44780 集成电路做为控制器。 HD44780 是集 驱动器与控制器于一体，专用于字符显示的液晶显示控制驱动集成电路，它的特点如下： （ 1）显示缓冲区及用户定义区的字符发生器全部内藏在片内。 （ 2）接口数据传输有 8 位和 4 位两种传输模式。 （ 3）具有简单而功能很强的指令集，可以实现字符的移动、闪烁灯功能。 HD44780 的工作原理较为复杂，但它的应用却非常简单。 只要将待显字符的标准 ASCII 码放入内部数据显示存储器（ DD RAM），内部控制线路就会自动将字符传送到显示器上。 例如，要 LCD 显示字符“ A”，则只需将 A 的 ASCII 码 41H 存入 DD RAM，控制线路就会通过 HD44780 的另一个部件字符产生器（ CG ROMa）将 A 的字型点阵数据找出来显示在 LCD 上。 1602 型 LCD 的主要技术参数 1. 1602 型 LCD 的主要技术参数如下： 显示容量： 16X2 个字符 芯片工作电压： ~ 工作电流： () 模块最佳工作电压： 字符尺寸： （ WXH） mm 1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如 微机原理及应用课程设计说明书 15 表 35 表 35 1062LCD 引脚功能 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 +5V 10 D3 数据 3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读 /写选择 13 D6 数据 6 E 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源负极 其中： 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接 地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器 ,低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执命令。 1602 型 LCD 显示字符的过程 要用 1602 型 LCD 显示字符必须解决 3 个问题：（ 1）待显示字符 ASCII 标准码产生；（ 2）液晶显示模式的设置；（ 3）字符显示位置的指定。 其中： （ 1）字符 ASCII 标准码的产生常用字符的标准 ASCII码，在程序中定义字符常量或字符串常量时， C语言在编译后会自动产生其标准 ASCII 码。 只要将生成的标准 ASCII 码通过单片机的 I/O口送入数据显示用存储器（ DDRAM），内部控制线路就会自动将字符传送到显示器上。 （ 2）液晶显示模式的设置包括要让液晶显示字符 ，必须对有无光标、光标的移动方向、光标是否闪烁及字符的移动方向等进行设置，才能获得所需的显示效果。 1602液晶显示模式的设置是通过控制指令对内部的控制器控制而实现的，常用的控制指令见表 36。 微机原理及应用课程设计说明书 16 表 36 常用控制指令表 指令 指令码 说明 指令周期 Fosc=250kHz R S R/ W DB 7 DB 6 DB 5 DB 4 DB 3 DB 2 DB 1 DB 0 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 清除屏幕，置 AC为 0，光标回位 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 DDRAM 地址为 0，显示回原位，DDRAM 内容不变 设置输入方式 0 0 0 0 0 0 0 1 1/D S 设置光标移动方向并指定显示是否移动 40us 显示开关 0 0 0 0 0 0 1 D C B 设置显示开关 D、光标开关 C、光标所在字符闪烁 B 40us 移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L 移动光标及整体显示，同内容时不改变 DDRAM 40us 功能设置 0 0 0 0 1 DL N F 设置接口数据位数DL、显示行数 L、字符字体 F 40us CGRAM 地址设置 0 0 0 1 ACC 设置 CGRAM 地址，设置后发送接收数据 40us DDRAM 地址设置 0 0 1 ADD 设置 DDRAM 地址，设置后发送接收数据 40us 1602 型 LCD 的读写操作 LCD 是一个慢显示器件，所以在写每条指令前一定要先读 LCD 的忙碌状态。 如果 LCD 正忙于处理其他指令，就等待；如果不忙，再执行写指令。 为此， 1602 型 LCD 设了一个忙碌标志位 BF，该位链接在 8 位双向数据 线的 DB7 位上。 如果 BF 为低电平“ 0”，表示 LCD 不忙；如果 BF 为高电平“ 1”，则表示 LCD 处于忙碌状态，需要等待。 假定 1602 型 LCD 的 8 位双向数据线（ DB0~DB7）是通过单片机的 P0 口进行数据传递的，那么只要检测 P0口的 引脚电平（ DB 连 ）就可以知道忙碌标志位 BF 的状态。 4 系统软件设计 proteus 软件环境介绍 本系统的硬件设计首先是在 Proteus 软件环境中仿真实现的。 Proteus 软件是来自英国 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件， Proteus 软件有十多年的历史，在全球 微机原理及应用课程设计说明书 17 广泛使用，除了具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、 PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，它的电路仿真是互动的。 针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试。 如果有显示及输出，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，还能看到运行后输入输出的效果。 Proteus 建立了完备的电子设计开发环境，尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达 到更好的效果。 Proteus 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具。 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC 等常用的 MCU及其外围电路（如 LCD， RAM， ROM，键盘，马达， LED， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC器件 ...）。 其实 Proteus 与 multisim 比较类似，只不过它可以仿真 MCU，当然，软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型，用开发板和仿真器当然是最好选择，可是初学者拥有它们的可能性比较小。 当然，硬件实践还是必不可少的。 在没有硬件的情况下， Proteus能像 pspice 仿真模拟 /数字电路那样仿真 MCU及外围电路。 另外，即使有硬件，在程序编写早期用软件仿真一下也是很有必要的。 Proteus 软件主要具有以下几个方面的特点： 设计和仿真软件 Proteus 是一个很有用的工具 ，它可以帮助学生和专业人士提高他们的模拟和数字电路的设计能力。 它允许对电路设计采用图形环境，在这种环境中，可以使用一个特定符号来代替元器件，并完成不会对真实电路造成任何损害的电路仿真操作。 它可以仿真仪表以及可描述在仿真过程中所获得的信号的图表。 它可以仿真目前流行的单片机，如 PICS, ATMELAVR, MOTOROLA, 8051 等。 在设计综合性方案中 ,还可以利用 ARES 开发印制电路板。 Protel 软件环境介绍 Protel 印制板设计软件包是澳大利亚 protel technology 公司与 1990 年推出的电子 CAD产品，具有方便、易学、实用、快速以及高速度、高步通率的特点。 它采用了分层次下拉窗口菜单结构形式，用户基本上不需要记背太多的键盘命令，用鼠标点击菜单命令就能操作， protel 有着很高的自动布线布通率。 布通率是电子产 CAD 产品的一项重要指标，它反映电子元件在电路图中连接关系有多少能在印刷版图中实现。 在设计常用的单、双面印制板时只要选择适当的元件布局和布线策略方法 ， protel 就可以轻易的达到98%100%的布通率。 对于极少数不能布通的定方 ， protel 可以用飞线 指示出来，引导用户用手工方法连通。 另外， protel 有强大的宏命令设置功能，利用宏命令功能多定义的 微机原理及应用课程设计说明书 18 热键可以大大提高操作速度。 Protel 对微机的软硬件配置要求很低： cpu 在 8088 以上， 以上版本，内存640kb 以上，双软件（或一个软件一个硬盘），单色显示器（多层板设计时最好用彩色），各种兼容打印机。 也能在 Windows9X 平台的模拟 DOS 下运行。 Protel 已成为印制板设计加工方面的工业标准。 据初步统计 protel 在 CAD 的市场占有率达 95%，成为电子产品制造业界的首选 CAD 软件。 keil 软件环境介绍 Keil C51 是 美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比， C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 Keil 提供了包括 C 编译器、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）将这些部分组合在一起。 运行 Keil 软件需要 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系统。 如果你使用 C 语言编程，那么 Keil 几乎就是你的不二之选，即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。 2020 年 2 月发布 Keil μVision4 ， Keil μVision4 引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。 新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。 新版本支持更多最新的 ARM 芯片，还添加了一些其他新功能。 2020 年 3月 ARM 公司发布最新集成开发环境 RealView MDK 开发工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与 ARM 器件的最完美匹配。 5 硬件电路设计 温度采集单元电路 微机原理及应用课程设计说明书 19 图 51 1602LCD 显示单元电路 图 52 超温报警单元电路 温度采集装置收集到的温度超过系统预设的温度，单片机 和 脚、 脚输出信号电平使 LED灯点亮，从而显示出报警。 其单元电路如图 所 示： 微机原理及应用课程设计说明书 20 图 53 报警电路 单片机最小系统的设计 单 片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O口和中断系统、定时器 /计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 本次课程设计中选用AT89C52 式单片机，其最小系统主要由电复位、振荡电路组成。 单片机的最小系统如图 54所示。 单片机的复位电路原理是在单片机的复位引脚 RST 上电阻和电容，实现上电复位。 当复位电平持续两个时钟周期以上时复 位有效。 复位电路由按键复位和上电复位两部分组成，上电复位是在复位引脚上连接一个电容到 VCC，再连接一个电阻到 GND；按键复位是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、 RST 也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。 AT89C52 单片机使用 12MHZ 的晶振最为振荡源，由于单片机。