基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计_本科毕业论文(编辑修改稿)

基于51单片机粮库无线温度监测系统的设计_本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

学院本科毕业论文（设计） 第 6 页 显示模块的选型 方案一： 采用 LED 数码管，如图 所示，它是设备常用简易显示电子元器件之一。 LED 数码管的主要优点如下： (1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 CMOS、 ITL电路兼容。 (2)发光响应时间极短，高频特性好，单色性好，亮度高。 (3)体积小，重 量轻，抗冲击性能好。 (4)寿命长，使用寿命在 10 万小时以上，甚至可达 100 万小时。 （ 5）成本低，使用简单方便。 然而， LED 也有缺点的：（ 1）其散热性能稍差（ 2）用单片机控制时需要配置恒流驱动芯片（ 3）容易出现光衰甚至 “死灯 ”现象。 （ 4）只能显示数字，而不能显示简单的字符。 基于上述特点， LED 数码管常用于设备简易的数字显示中。 图 LED数码管外形 方案二：采用 LCD 1602A，如图 ，其为标准型 16X2液晶显示字符模块。 LCD 1602A的特点如下：（ 1）机身薄，节省空间：与比较笨重的 CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。 （ 2）省电，不产生高温：属于低耗电产品，可以做到完全不发烫，相对与 CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。 （ 3）无辐射，益健康：液晶显示器完全无辐射，这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。 （ 4）画面柔和不伤眼：不同于 CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。 LCD 1602A能现显示简单的字符。 其也存在缺点 ，如价格较贵，可视角度小，反应时间较慢等。 综合比较方案一与方案二，数码管作为温度检测的显示，LCD1602A 作为温度接收的显示。 图 LCD1602A 外形 贵州大学科技学院本科毕业论文（设计） 第 7 页 第三章 MCS51 单片机的结构与原理简介 作为单片机市场的主流产品， 51 系列单片机具有省电耐用、可多次编程、性能稳定、物美价廉等优点，所以选择 MCS51 单片机作为此温度监测系统的控制核心。 本章将对其结构及原理进 行简要的介绍。 MCS51 单片机的内部结构 MCS51 单片机的组成 MCS51 单片机是在一块芯片上集成 CPU、 RAM、 ROM、定时器 /计数器和 I/O 口等基本功能部件。 单片机内部包含以下几个部件： （ 1） 一个 8 位 CPU （ 2） 一个片内振荡器及时钟电路 （ 3） 4 KB ROM 程序存储器 （ 4） 128 B RAM 数据存储器 （ 5） 两个 16 位定时器 /计算器 （ 6） 可寻址 64 KB 外部数据存储器和 64 KB 外部程序存储器空间的控制 电路 （ 7） 32 条可编程的 I/0 线 （ 8） 一个可编程全双工串行接口 （ 9） 具有 5 个中断源、两个优先级嵌套中断结构 CPU CPU 是单片机的核心部件，它由运算器和控制器等部件组成。 1） 运算器 运算器的 功能是进行算述运算和逻辑运算。 可以对半字节、单字节等数据进行操作。 例如能完成加、减、乘、除、 BCD 码十进制调整等操作。 此外， 8051 运算器还包含有一个 布尔处理器，用来处理位操作。 2） 程序计数器 PC 程序计数器 PC 用来存放即将要执行的指令地址，共 16 位，可对 64KB 的程序存 储器直接寻址。 执行指令时， PC 内容的低 8 位 P0 口输出，高 8 位经 P2 口输出。 3）指令寄存器 指令 寄存器中存放指令代码。 CPU 执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能 [2]。 贵州大学科技学院本科毕业论文（设计） 第 8 页 4）定时与控制部件 （ 1）时钟电路 8051 片内设有一个由反向放大器所构成的振荡电路， XTAL1 和 XTAL2 分别振荡电路的输入和输出端，时钟可以由内部方式产生。 内部方式时钟电路如图 所示。 外部方式的时钟很少用，若要用时，只要将 XTAL1 接地， XTAL2 接 外部振荡器即可。 图 （ 2）时序 MCS51 典型的指令周期为一个机器周期，一个机器周期由 6 个状态个振荡周期组成。 每个状态又被分成两个时相进行。 如图 所示，为 8051 单片机的取指令和执行指令的定时关系。 图 8051时序 MCS51 单片机外部结构 MCS51 单片机引脚功能 MCS 单片机都采用 40 引脚的双列直插 封装方式，其引脚功能如下： 1）主电源引脚 VSS 和 VCC VSS 接地； VCC 正常操作时为 +5V 电源。 贵州大学科技学院本科毕业论文（设计） 第 9 页 2）外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。 当采用外部振荡器时，此引脚接地。 XTAL2 内部振荡电路反相放大器的输出端。 是外接晶体的另一端。 当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。 3） 控制或与其他电源利用引脚 RST/VPD， ALE/PROG， PSEN 和 EA/VPP （ 1） RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平， 将使单片机复位。 在 VCC 掉电期间，在引脚可接上备用电源，由 VPD 向内部提供备用电源，以保持内部 RAM 中的数据。 （ 2） ALE/PROG 正常操作时为 ALE 功能提供把地址的低字节锁存到外部锁存器， ALE 引脚以不变的频率周期性地发出正脉冲信号。 因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。 （ 3） PSEN 外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储器取指令或数据期间， PSEN在每个机器周期内两次有效。 （ 4） EA/VPP EA/VPP 为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。 当 EA/VPP 为 高电平时，访问内部程序存储器；当 EA/VPP 为低电平时，访问外部程序存储器。 4） 输入输出引脚 ～ ， ～ ， ～ ， ～ P0 口（ ～ ）是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 口，在访问外部存储器时，它分时传送低字节地址和数据总线， P0 口以吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL 负载。 P1口（ ～ ）是一个带有内部提升电阻的 8位准双向 I/O口。 能驱动 4 个 LSTTL负载。 P2 口（ ～ ）是一个带有内部提升电阻的 8 位准双向 I/O 口，在访 问外部存储器时，它输出高 8 位地址。 P2 口可以驱动 4 个 LSTTL 负载。 P3口（ ～ ）是一个带有内部提升电阻的 8位准双向 I/O口。 能驱动 4 个 LSTTL负载。 贵州大学科技学院本科毕业论文（设计） 第 10 页 T1 方式控制字 T0 方式控制字 复位和复位电路 在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞或死机时，就需要进行复位。 MCS5l 系列单片机的复位引脚 RST 出现 2 个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。 MCS51 单片机的复位电路如图 所示： 图 在 RESET（图中表示为 RST）输入端出现高电平时实现复位和初始化。 复位后，各内部寄存器状态如表 所示： 表 寄存器 内容 寄存器 内容 PC 0000H TMOP 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TH 00H PSW 00H TL 00H SP 07H TH 00H DPTR 0000H TL 00H P0～ P3 0FFH SCON 00H IP 00000 SBUF 不定 IE 000000 PCON 0 MCS51 单片机的定时器 /计数器 定时器 /计数器的结构 1） 特殊功能寄存器 TMOD 特殊功能寄存器 TMOD 为定时器的方式控制寄存器，寄存器中每位的定义如图 所示。 其中 M M0 用来确定所选的工作方式，如表 所示： 图 TMOD寄存器各位定义 表 工作方式选择 D7 D6 D5 D6 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 贵州大学科技学院本科毕业论文（设计） 第 11 页 M1 M0 方式 说明 0 0 0 13 位定时器 /计数器 0 1 1 16 位定时器 /计数器 1 0 2 自动装入时间常数的 8 位定时器 /计数器 1 1 3 对 T0 分为两个 8 位独立计数器；对 T1 置方式 3 时停止工作 （ 1） C/T 定时器方式或计数器方式选择位。 C/T=1 时，为计数器方式； C/T=0 时，为定时器方式。 （ 2） GATE 定时 器 /计数器运行控制位，用来确定对应的外部中断请求引脚，是否参与 T0 或 T1 的操作控制。 2)定时器控制寄存器 TCON 特殊功能寄存器 TCON 用于控制定时器的操作及对定时器中断的控制。 其各位定义如图 所示： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 用于外部中断 图 TCON寄存器各位定义 (1)TR0 T0 的运行控制位。 该位置 1 或清 0 用来实现启动计 数或停止计数。 (2)TF0 T0 的溢出中断标志位。 当 T0 计数溢出时由硬件自动置 1；在 CPU 中断处理时由硬件清为 0。 (3)TR1 T1 的运行控制位，功能同 TR0。 (4)TF1 T1 的溢出中断标志位，功能同 TF0。 工作方式 MCS51片内的定时器 /计数器可以通过对特殊功能寄存器 TMOD中的控制位 C/T的设置来选择定时器方式或计数器方式；通过对 M1M0 两位的设置来选择 4 种工作方式，以 T0 为例加以说明 [3]。 1)方式 0 当 M1M0 设置为 00 时，定时器选定为方式 0 工作。 在这种方式下， 16 位寄存 器只用了 13 位， TL0 的高 3 位未用。 由 TH0 的 8 位和 TL0 的低 5 位组成一个 13 位计数器。 当 GATE=0 时，只要 TCON 中的 TR0 为 1， TL0 及 TH0 组成的 13 位计数器就开始计数；当 GATE=1 时，此时仅 TR0=1 仍不能使计数器计数，还需要 INT0 引脚为 1 才能使计数 贵州大学科技学院本科毕业论文（设计） 第 12 页 器工作。 2)方式 1 方式 1 和方式 0 的工作相同，唯一的差别是 TH0 和 TL0 组成一个 16 位计数器。 3)方 式 2 方式 2 把 TL0 配置成一个可以自动恢复初值的 8 位计数器， TH0 作为常数缓冲器，TH0 由软件预置值。 当 TL0 产生溢出时，一方面使溢出标志 TF0 置 1，同时把 TH0 中的 8 位数据重新装入 TL0 中。 4)方式 3 方式 3 对定时器 T0 和定时器 T1 是不相同的。 若 T1 设置为方式 3，则停止工作。 所以方式 3 只适用于 T0。 方式 3 使 MCS51 具有 3 个定时器 /计数器。 当 T0 设置为方式3 时，将使 TL0 和 TF0 成为两个相互独立的 8 位计数器， TL0 利用了 T0 本身的一些控制（ C/T， GATE， TR0， INTO 和 TF0）方式，它的操作。