單片機課程設(shè)計空調(diào)溫度控制器的設(shè)計

1、蘇 州 市 職 業(yè) 大 學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 課程名稱： 空調(diào)溫度控制器的設(shè)計 起訖時間： 2010年1月18日1月22日 院 系： 電子信息工程系 班級： 08電子信息2班 姓 名： 指導(dǎo)教師： 系 主 任： 目錄第一章 緒論- 2 -1、空調(diào)發(fā)展史- 2 -第二章 at89s51單片機原理- 4 -2.1、at89s51的結(jié)構(gòu)和封裝- 4 -2.2 at89s51單片機的存儲空間、特殊功能寄存器- 4 -2.3單片機三大功能- 9 -2.3.3串行口- 12 -2.4鍵盤和顯示- 13 -第三章a/d轉(zhuǎn)換芯片tlc1549- 17 -一、概述- 17 -第四章eeprom，at24c02- 1

2、9 -1i2c總線的基本結(jié)構(gòu)- 19 -2雙向傳輸?shù)慕涌谔匦? 19 -3i2c總線上的時鐘信號- 20 -4數(shù)據(jù)的傳送- 20 -5總線的競爭解決- 21 -6. i2c總線接口器件- 21 -第五章溫度傳感器- 21 -5.1溫度傳感器介紹- 21 -5.2 空調(diào)溫度傳感器的作用- 22 -第六章設(shè)計- 23 -6.1硬件設(shè)計- 23 -6.2軟件設(shè)計- 23 -第一章 緒論1、空調(diào)發(fā)展史    我們現(xiàn)在所定義的空調(diào)出現(xiàn)于從18世紀90年代到19世紀初的一次科學(xué)技術(shù)的急速發(fā)展。    19世紀，英國科學(xué)家及發(fā)明家麥克·法

3、拉第(michael faraday)，發(fā)現(xiàn)壓縮及液化某種氣體可以將空氣冷凍，此現(xiàn)象出現(xiàn)在液化亞摩尼亞蒸發(fā)時，當時其意念仍流于理論化。     john gorrie在1842年以壓縮技術(shù)制造出冰塊，并使用作冷凍空氣以吹向患瘧疾和黃熱病的病人。為了拯救一些的漁民的生命而作的一次嘗試，卻改變了全世界人民的生活方式。     leonardo da vinci 在大約1500年制造了一臺水動風(fēng)扇用于他妻子閨房的通風(fēng)；    dr. william cullen在1775年發(fā)明了一臺用于冷凍水的機器； 

4、;   jacrb perkins 在1834年取得了一臺制冷機的專利權(quán)；    在1851年，grorrie因為他的“第一個用于醫(yī)學(xué)制冷和空調(diào)的機器”得到了8080 號專利權(quán)，獲得了肯定。這臺新機器給歷史上第一個空調(diào)醫(yī)院提供了冰和冷空氣。這個過程是20世紀初廣泛用于航海船只的壓縮空氣冰制冷機器的前身。    正像瓦特兄弟發(fā)明蒸汽機改變了之前的陸地運輸系統(tǒng)那樣，john gorrie的成就改變了人類控制環(huán)境的能力。    1972年，raymond b.becker of gaines

5、ville, fla.出版了gorrie, m.d.空氣調(diào)節(jié)和醫(yī)用制冷之父。    20年之后，美國最早的女工程師之一的margaret ingels出版了willis haviland carrier，空調(diào)之父    1901年，stuart willis. carrier博士在美國建立世界上第一所空調(diào)試驗研究室。    1902年7月17日，開利博士為美國紐約市一家印刷廠設(shè)計了世界上公認的第一套科學(xué)空調(diào)系統(tǒng)噴淋式熱濕控制系統(tǒng)?？照{(diào)行業(yè)將這項發(fā)明視為空調(diào)業(yè)誕生的標志。   

6、 1906年，開利博士發(fā)明了世界上第一臺噴淋式空氣洗滌器，即噴水室。    1906年，開利在buffalo鍛造公司風(fēng)機手冊上發(fā)表了第一個焓濕圖。    1911年12月，開利博士得出來空氣干球、濕球和露點溫度之間的關(guān)系，以及空氣濕熱、潛熱和比焓值之間關(guān)系的計算公式。    1911：開利向機械工程師美國分會發(fā)表論文合理的溫濕度公式，成為空調(diào)行業(yè)最基本的理論。    1922年，開利博士發(fā)明了世界上第一臺離心式冷水機組。     190

7、6年5月，美國的多面手工程師克勒謀(stuart wcramer)在一次美國棉業(yè)協(xié)會(acma)的會議上正式提出了“空氣調(diào)節(jié)”(air conditioning)術(shù)語，從而為空氣調(diào)節(jié)命名。    韋利士·加利亞將“空氣調(diào)節(jié)”放進其1907年創(chuàng)辦的公司名稱：美國加利亞空氣調(diào)節(jié)公司 (開利公司)。    空調(diào)的發(fā)明已經(jīng)列入20世紀全球十大發(fā)明之一，它首次向世界證明了人類對環(huán)境溫度、濕度、通風(fēng)和空氣品質(zhì)的控制能力。    1911年，芝加哥建立了第一座空調(diào)電影院，隨后兩座是在洛杉磯和紐約(1922年)

8、。紐約空調(diào)電影院是第一座真正可以調(diào)節(jié)空氣各種性能的電影院。    henry galson 設(shè)計出了第一臺“人民的空調(diào)器”。    1919年，美國布魯克林的abraham&straus商店是第一家實現(xiàn)舒適空調(diào)的大型商店。    1920年就有一座教堂配備了舒適空調(diào)。    1920年，巴西莫羅韋洛礦是第一個實現(xiàn)空調(diào)的礦井。    自1925年到1931年，空調(diào)首次大規(guī)模的試驗：估計美國約有400家電影院和劇場配備了舒適空調(diào)。 

9、   1927-1928年，各類工廠尤其是卷煙廠和紡織廠，采用了空調(diào)。     在法國，1927年巴黎附近的一座醫(yī)院，1932年一家電話交換局實現(xiàn)了空調(diào)。    在日本，1917年一家私人住宅實現(xiàn)了空調(diào)，1920年一家糖果廠實現(xiàn)了空調(diào)，1927年一家劇場實現(xiàn)了空調(diào)。    1928年，有學(xué)者提出氟利昂cfc在制冷技術(shù)中的研究。    1928年，開利和其他人合力在通用汽車研究實驗室為冰箱合成cfc制冷劑。    1928年，第

10、一臺電制冷自動售貨機在紐約銷售股份有限公司誕生。    1929年在巴爾的摩-俄亥俄運行線上一輛火車餐車配備了舒適空調(diào)。     1930年的時候，空調(diào)首次應(yīng)用在汽車中。    1930年左右，空調(diào)在歐洲開始出現(xiàn)。在英國，第一座空調(diào)旅館是倫敦的cumberland旅館。    1931年在紐約-華盛頓線路上有一列火車全部實現(xiàn)舒適空調(diào)。    1931年我國首先在上海的許多紡織廠安裝了帶噴水室的空調(diào)系統(tǒng)，其冷源為深水井。隨后，幾座高層建筑

11、的大旅館和幾家所謂“首輪”電影院，先后設(shè)置了全空氣式空調(diào)系統(tǒng)。有一家電影院和一家銀行，還安裝了離心式制冷機。    1932年，reuben trane 發(fā)明了風(fēng)機盤管機組。    1937年，開利博士又發(fā)明了空氣水系統(tǒng)的誘導(dǎo)器裝置，是目前常見的空調(diào)末端裝置風(fēng)機盤管的前身。    從1937年起就采用活動式空調(diào)機組使飛機在起飛前降溫。    1938年，華盛頓市府大廈配備了當時最大的空調(diào)裝置(20930kw)。    1945年以后，人們才大規(guī)模

12、地實現(xiàn)私人小汽車的空調(diào)。     1969年，空調(diào)技術(shù)應(yīng)用在了宇航船系統(tǒng)中。    第二次世界大戰(zhàn)以來，空調(diào)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了直接的應(yīng)用，首先是在人工氣候室里。人工氣候室里的試驗裝置可隨意調(diào)節(jié)溫度、濕度、照明度及大氣中的化學(xué)成分等等，以研究農(nóng)作物的生長情況。這些環(huán)境模擬裝置1945年以來發(fā)展很快。    1948 年，在美國加利福尼亞州北部，出現(xiàn)了紡織工人因為工作環(huán)境溫度的惡劣而罷工要求安裝空調(diào)系統(tǒng)的事件。    1950年之后，專家學(xué)者也開始研究人們在空調(diào)環(huán)境下的熱舒適。1

13、953年，公共汽車和小汽車實現(xiàn)空調(diào)。現(xiàn)代化飛機也采用空調(diào)，有的用空氣循環(huán)，有的采用液化蒸汽壓縮機。第二章 at89s51單片機原理2.1、at89s51的結(jié)構(gòu)和封裝        從功能上分，它包括如下部件：一個8位中央處理器（cpu）；4k可在線編程flash ；128字節(jié)ram與特殊功能寄存器；2個16位定時/計數(shù)器；中斷邏輯控制電路；一個全雙工串行接口（uart）；32條可編程的io口線；另外，還包括一些寄存器如程序計數(shù)器pc 、程序狀態(tài)寄存器psw 、堆棧指針寄存器sp 、數(shù)據(jù)指針寄存器dptr等部件。 at89s51單片機具

14、有多種封裝形式，包括pdip40、pdip42、plcc44和tqfp44。最適合學(xué)校實驗室使用的是pdip40封裝形式，它的外形如圖1.1所示。pdip40封裝形式的單片機芯片可以很方便地使用面包板來組成應(yīng)用電路。圖2.2 at89s51單片機pdip40封裝外形圖2.2 at89s51單片機的存儲空間、特殊功能寄存器at89s51單片機的程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間是分離的，每種存儲空間的尋址范圍都是64kb。上述存儲空間在物理上可以被映射到4個區(qū)域：片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。存儲空間的映射圖如圖1.2所示。當存儲空間映射為外部存儲器時，包括程序空間和數(shù)

15、據(jù)空間，at89s51單片機的p0口的8個引腳，從p0.0（ad0）到p0.7（ad7）（引腳從39到32），以時分方式被用作數(shù)據(jù)總線和地址總線的低8位；p2口的8個引腳，從p2.0（a8）到p2.7（a15）（引腳從21到28），被用作地址總線的高8位。由于對外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器的訪問都是通過p0口和p2口實現(xiàn)，為了區(qū)分它們，外部程序存儲器由引腳（引腳29）的輸出信號控制；外部數(shù)據(jù)存儲器的寫或讀操作分別由引腳p3.6（，引腳16）和引腳p3.7（，引腳17）輸出信號控制。圖2.3 at89s51單片機的存儲器映射圖2.2.1 程序存儲空間程序存儲空間可以被映射為內(nèi)部程序存儲器或者外

16、部程序存儲器。at89s51單片機內(nèi)部具有的4kb程序存儲器被映射到程序存儲空間的0000h0fffh區(qū)間，如圖1.2所示。這部分程序存儲空間也可以被映射為外部程序存儲器，它具體被映射為哪一種程序存儲器取決于引腳（引腳31）所接的電平。當引腳為高電平，內(nèi)部程序存儲器被映射到這部分程序存儲空間；當引腳為低電平，外部程序存儲器被映射到這部分程序存儲空間。高于0fffh的程序存儲空間只能被映射為外部程序存儲器。目前atmel公司生產(chǎn)的8051兼容芯片具有多種容量的內(nèi)部程序存儲器的型號，例如at89s52單片機具有8kb內(nèi)部程序存儲器；t89c51rd2單片機具有64kb內(nèi)部程序存儲器。鑒于通常可以采

17、用具有足夠內(nèi)部程序存儲器容量的單片機芯片，用戶在使用中不需要再擴展外部程序存儲器，這樣在單片機應(yīng)用電路中引腳（引腳31）可以總是接高電平。2.3.2 數(shù)據(jù)存儲空間數(shù)據(jù)存儲空間也可以被映射為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器。進入不同的數(shù)據(jù)存儲器是通過不同的指令來實現(xiàn)的，這點與程序存儲器不一樣。at89s51的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器有256字節(jié)，它們被分為兩部分：高128字節(jié)和低128字節(jié)。低128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是真正的ram區(qū)，可以被用來寫入或讀出數(shù)據(jù)。這一部分存儲容量不是很大，但有很大的作用。它可以進一步被分為3部分，如圖1.3所示。圖2.4 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128字節(jié)在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128字節(jié)

18、中，地址從00h1fh的最低32個字節(jié)組成4組工作寄存器，每組有8個工作寄存器。每組中的8個工作寄存器都被命名為從r0到r7。在一個具體時刻，cpu只能使用其中的一組工作寄存器。當前正在使用的工作寄存器組由位于高128字節(jié)的程序狀態(tài)字寄存器（psw）中第3位（rs0）和第4位（rs1）的數(shù)據(jù)決定。程序狀態(tài)字寄存器中的數(shù)據(jù)可以通過編程來改變。這種功能為保護工作寄存器的內(nèi)容提供了很大的方便。如果用戶程序中不需要全部使用4組工作寄存器，那么剩下的工作寄存器所對應(yīng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器也可以作為通用數(shù)據(jù)存儲器使用。工作寄存器在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的地址映射如表1.1所示。表2.1 工作寄存器地址映射表0組（rs

19、1=0，rs0=0）1組（rs1=0，rs0=1）2組（rs1=1，rs0=0）3組（rs1=1，rs0=1）地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器00hr008hr010hr018hr001hr109hr111hr119hr102hr20ahr212hr21ahr203hr30bhr313hr31bhr304hr40chr414hr41chr405hr50dhr515hr51dhr506hr60ehr616hr61ehr607hr70fhr717hr71fhr7在工作寄存器區(qū)上面，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的地址從20h2fh的16個字節(jié)范圍內(nèi)，既可以通過字節(jié)尋址的方式進入，也可以通過位尋址的方式進入

20、，位地址范圍從00h到7fh。字節(jié)地址與位地址的對應(yīng)關(guān)系如表1.2所示。表2.2 字節(jié)地址與位地址的關(guān)系位 地 址字 節(jié) 地 址d7d6d5d4d3d2d1d02fh7f7e7d7c7b7a79782eh77767574737271702dh6f6e6d6c6b6a69682ch67666564636261602bh5f5e5d5c5b5a59582ah575655545352515029h4f4e4d4c4b4a494828h474645444342414027h3f3e3d3c3b3a393826h373635343332313025h2f2e2d2c2b2a292824h27262524

21、2322212023h1f1e1d1c1b1a191822h171615141312111021h0f0e0d0c0b0a090820h0706050403020100內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址從30h7fh部分僅可以用作通用數(shù)據(jù)存儲器。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的高128字節(jié)被稱為特殊功能寄存器（sfr）區(qū)。特殊功能寄存器被用作cpu和在片外圍器件之間的接口，它們之間的聯(lián)系方框圖如圖1.4所示。圖2.5 特殊功能寄存器（sfr）工作框圖cpu通過向相應(yīng)的特殊功能存儲器寫入數(shù)據(jù)實現(xiàn)控制對應(yīng)的在片外圍器件的工作，從相應(yīng)的特殊功能存儲器讀出數(shù)據(jù)實現(xiàn)讀取對應(yīng)的在片外圍器件的工作結(jié)果。在at89s51單片機中，包括前面提

22、到的程序狀態(tài)字寄存器（psw）的特殊功能存儲器共有26個，它們離散地分布在80hffh的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址空間范圍內(nèi)，如表1.3所示。表2.3 at89s51單片機特殊功能存儲器地址映射表f8hffhf0hbf7he8hefhe0hacce7hd8hdfhd0hpswd7hc8hcfhc0hc7hb8hipbfhb0hp3b7ha8hieafha0hp2auxr1wdersta7h98hsconsbuf9fh90hp197h88htcontmodtl0tl1th0th1auxr8fh80hp0spdp0ldp0hdp1ldp1hpcon87h在表2.3中，對于沒有定義的存儲單元用戶不能使用。如

23、果向這些存儲單元寫入數(shù)據(jù)將產(chǎn)生不確定的效果，從它們讀取數(shù)據(jù)將得到一個隨機數(shù)。對于字節(jié)地址低位為8h或者fh的特殊功能存儲器，既可以進行字節(jié)操作，也可以進行位操作。例如前面提到的用來確定當前工作寄存器組的程序狀態(tài)字寄存器（psw），它的地址為d0h，因此對它可以進行字節(jié)操作，也可以進行位操作。采用位操作可以直接控制程序狀態(tài)字寄存器中的第3位（rs0）或第4位（rs1）數(shù)據(jù)而不影響其他位的數(shù)據(jù)。低位地址不為8h或fh的特殊功能存儲器只可以進行字節(jié)操作，當需要修改這些特殊功能存儲器中的某些位時，對其他的位應(yīng)注意保護。片外數(shù)據(jù)存儲空間可以被映射為數(shù)據(jù)存儲器、擴展的輸入/輸出接口、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字

24、/模擬轉(zhuǎn)換器等。這些外圍器件統(tǒng)一編址。所有外圍器件的地址都占用數(shù)據(jù)存儲空間的地址資源，因此cpu與片外外圍器件進行數(shù)據(jù)交換時可以使用與訪問外部數(shù)據(jù)存儲器相同的指令。cpu通過向相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)存儲器地址單元寫入數(shù)據(jù)實現(xiàn)控制對應(yīng)的片外外圍器件的工作，從相應(yīng)的外部數(shù)據(jù)存儲器地址單元讀出數(shù)據(jù)實現(xiàn)讀取對應(yīng)的片外外圍器件的工作結(jié)果。2.3單片機三大功能2.3.1中斷中斷概念 單片機的cpu正在處理某個任務(wù)時，遇到其它事件請求（如定時器溢出），暫時停止目前的任務(wù)，轉(zhuǎn)去處理請求的事件，處理完后再回到原來的地方，繼續(xù)原來的工作，這一過程稱為“中斷”，我們把請求的事件稱為中斷源。圖2.6圖2.7 mcs-51系列

25、單片機的中斷系統(tǒng)與中斷系統(tǒng)有關(guān)的sfr（1）tcon中斷控制寄存器 表2.4中斷控制寄存器tcond7d6d5d4d3d2d1d0位地址8fh 8dh 8bh8ah89h88h位定義tf1 tf0 ie1it1ie0it0it0外部中斷int0的觸發(fā)方式選擇位。 it0=0，低電平觸發(fā)方式 ；it0=1，下降沿觸發(fā)方式 。ie0外部中斷int0的中斷請求標志。 it1外部中斷int1的觸發(fā)方式選擇位。功能與it0類似。ie1外部中斷int1的中斷請求標志。功能與ie0類似。tf0定時/計數(shù)器t0的中斷請求標志。tf1定時/計數(shù)器t1的中斷請求標志。（2）

26、ie中斷允許控制寄存器表2.5中斷允許控制寄存器ied7d6d5d4d3d2d1d0位地址afhachabhaaha9ha8h位定義eaeset1ex1et0ex0ex0外部中斷0中斷允許控制位。ex0=1， int0被允許（開中斷）ex0=0，外部中斷0被禁止（關(guān)中斷）et0定時/計數(shù)器t0中斷允許控制位。ex1外部中斷int1中斷允許控制位。 et1定時/計數(shù)器t1中斷允許控制位。es串行口中斷允許控制位。 ea中斷系統(tǒng)總允許控制位 。（3）中斷優(yōu)先級控制寄存器 表2.6中斷優(yōu)先級控制寄存器ipd7d6d5d4d3d2d1d0位地址bchbbhbahb9hb8h位定義pspt1px1pt0

27、px0px0外部中斷int0中斷優(yōu)先級控制位。pt0定時/計數(shù)器t0優(yōu)先級控制位。px1外部中斷int1中斷優(yōu)先級控制位。pt1定時/計數(shù)器t1優(yōu)先級控制位。ps串行口優(yōu)先級控制位。 （4）中斷源向量地址 int0： 0003ht0： 000bhint1： 0013ht1： 001bh串行口：0023h2.3.2、中斷處理過程1、中斷請求 中斷源只有在有請求時，cpu才可能響應(yīng)它，不同的中斷源產(chǎn)生中斷請求的方式是不同的 。外部中斷產(chǎn)生請求是在外中斷的引腳上加低電平或下降沿信號，而定時/計數(shù)器中斷請求是在內(nèi)部的計數(shù)單元計滿溢出時產(chǎn)生，串行口中斷請求是在完成一次發(fā)送或接收時產(chǎn)生。2、中斷響應(yīng)（1）

28、條件 中斷源的中斷已經(jīng)被允許 ，中斷允許標志和總的中斷允許標志ea都被設(shè)置為“1”。 cpu此時沒有響應(yīng)同級或高級中斷。 cpu正處于執(zhí)行某一條指令的最后一個機器周期。 （并且不是對ie、ip進行訪問的指令或者是中斷返回指令reti ） （2）響應(yīng)中斷時的操作 保護斷點地址。 撤除該中斷源的請求標志。 關(guān)閉同級中斷。 將該中斷源的入口地址送給pc，程序?qū)⑥D(zhuǎn)到該程序的入口地址處運行。 3、中斷服務(wù) 中斷服務(wù)就是中斷源請求cpu做的任務(wù)，需要編程者用指令來實現(xiàn)。 4、中斷返回 中斷返回和子程序的返回類似，需要執(zhí)行一條返回指令reti reti ；（sp）pc158，sp-1sp。 ；（sp）pc7

29、0，sp-1sp。中斷返回時完成的操作：（1）恢復(fù)斷點地址。 （2）開放同級中斷 。2.3.2、定時/計數(shù)器兩個16位的定時/計數(shù)器t0和t1。它們本質(zhì)上是計數(shù)器。在做計數(shù)器使用時計數(shù)引腳上的脈沖信號（下降沿），在做定時器使用時數(shù)內(nèi)部的機器周期 。計數(shù)器是加法計數(shù)器，計滿時溢出，并產(chǎn)生溢出標志（tf0、tf1） 。1、與定時器有關(guān)的sfr1定時/計數(shù)器控制寄存器tcon 表2.7定時/計數(shù)器控制寄存器tcon tcond7d6d5d4d3d2d1d0位地址8fh8eh8dh8ch8bh8ah89h88h位定義tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it1tr0定時/計數(shù)器t0運行控制位。 t

30、r0=1，啟動t0運行（與tmod中的gate位有關(guān)），tr0=0，t0停止運行。tr1定時/計數(shù)器t1運行控制位。功能同tr02、定時/計數(shù)器工作方式控制寄存器tmod 表2.8定時/計數(shù)器工作方式控制寄存器tmodtmodd7d6d5d4d3d2d1d0位定義gatec/tm1m0gatec/tm1m0高4位控制t1，低4位控制t0（1）gate門控位。gate一般情況下設(shè)置為 0，此時定時/計數(shù)器的運行僅受tr0/tr1控制。 （2）c/t定時/計數(shù)選擇位。 c/t=0，為定時方式，對內(nèi)部的機器周期計數(shù)。 c/t=1，為計數(shù)方式，對引腳上的脈沖信號計數(shù)，負跳變有效。（3）m1m0工作方式

31、選擇位。 m1m0=00b，方式013位的定時/計數(shù)器。 m1m0=01b，方式116位的定時/計數(shù)器。 m1m0=10b，方式28位的定時/計數(shù)器，初值自動重裝。 m1m0=11b，方式3兩個8位的定時/計數(shù)器，僅適用于t0。2定時/計數(shù)器計數(shù)寄存器 th0t0的高8位。 tl0t0的低8位。 th1t1的高8位。 tl1t1的低8位。2.3.3串行口1串行通信的方式：異步通信：它用一個起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束。其每幀的格式如下：在一幀格式中，先是一個起始位0，然后是8個數(shù)據(jù)位，規(guī)定低位在前，高位在后，接下來是奇偶校驗位（能省略），最后是停止位1。用這種格式表示字符，則字

32、符能一個接一個地傳送。在異步通信中，cpu與外設(shè)之間必須有兩項規(guī)定，即字符格式和波特率。字符格式的規(guī)定是雙方能夠在對同一種0和1的串理解成同一種意義。原則上字符格式能由通信的雙方自由制定，但從通用、方便的角度出發(fā)，一般還是使用一些標準為好，如采用ascii標準。波特率即數(shù)據(jù)傳送的速率，其定義是每秒鐘傳送的二進制數(shù)的位數(shù)。例如，數(shù)據(jù)傳送的速率是120字符/s，而每個字符如上述規(guī)定包含10數(shù)位，則傳送波特率為1200波特。同步通信：在同步通信中，每個字符要用起始位和停止位作為字符開始和結(jié)束的標志，占用了時間；所以在數(shù)據(jù)塊傳遞時，為了提高速度，常去掉這些標志，采用同步傳送。由于數(shù)據(jù)塊傳遞開始要用同步

33、字符來指示，同時要求由時鐘來實現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步，故硬件較復(fù)雜。28051單片機的串行接口結(jié)構(gòu)8051單片機串行接口是一個可編程的全雙工串行通信接口。它可用作異步通信方式（uart），與串行傳送信息的外部設(shè)備相連接，或用于通過標準異步通信協(xié)議進行全雙工的8051多機系統(tǒng)也能通過同步方式，使用ttl或cmos移位寄存器來擴充i/o口。8051單片機通過管腳rxd（p3.0，串行數(shù)據(jù)接收端）和管腳txd（p3.1，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界通信。sbuf是串行口緩沖寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器。它們有相同名字和地址空間，但不會出現(xiàn)沖突，因為它們兩個一個只能被cpu讀出數(shù)據(jù)，一個只能被cp

34、u寫入數(shù)據(jù)。串行口的控制與狀態(tài)寄存器串行口控制寄存器scon它用于定義串行口的工作方式及實施接收和發(fā)送控制。字節(jié)地址為98h，其各位定義如下表：d7d6d5d4d3d2d1d0sm0sm1sm2rentb8rb8tirism0、sm1：串行口工作方式選擇位，其定義如下：sm0、sm1工作方式功能描述波特率0 0方式08位移位寄存器fosc/120 1方式110位uart可變1 0方式211位uartfosc/64或fosc/321 1方式311位uart可變其中fosc為晶體震蕩器頻率2.4鍵盤和顯示在設(shè)計各種單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，還需擴展很多外部接口器件才能充分發(fā)揮單片機的智能控制功能。如擴展鍵

35、盤與顯示器件接口，可實現(xiàn)人機對話功能；擴展a/d轉(zhuǎn)換接口，可實現(xiàn)對外部各種模擬信號的檢測與轉(zhuǎn)換；擴展d/a轉(zhuǎn)換接口可將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，從而完成對控制對象的驅(qū)動。本章將主要介紹常見的鍵盤、顯示（led、lcd）、a/d和d/a轉(zhuǎn)換接口電路。(1) 鍵盤接口電路鍵盤是計算機最常用的輸入設(shè)備，是實現(xiàn)人機對話的紐帶。按其結(jié)構(gòu)形式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤。編碼鍵盤采用硬件方法產(chǎn)生鍵碼。每按下一個鍵，鍵盤能自動生成鍵盤代碼，鍵數(shù)較多，且具有去抖動功能。這種鍵盤使用方便，但硬件較復(fù)雜，pc機所用鍵盤即為編碼鍵盤。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，其鍵碼由軟件確定，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，廣泛應(yīng)

36、用于各種單片機應(yīng)用系統(tǒng)，一、 獨立式鍵盤按照鍵盤與單片機的連接方式可分為獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤相互獨立，每個按鍵占用一根i/o口線，每根i/o口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他按鍵的工作狀態(tài)。這種按鍵軟件程序簡單，但占用i/o口線較多（一根口線只能接一個鍵），適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中。1鍵閉合測試，檢查是否有鍵閉合kcs：mov p1，#0ffhmov a，p1cpl aanl a，#0fhret若有鍵閉合，則（a0）, 若無鍵閉合，則（a=0）。2去抖動當測試到有鍵閉合后，需進行去抖動處理。由于按鍵閉合時的機械彈性作用，按鍵閉合時不會馬上穩(wěn)定接通，按鍵斷開時也不會馬上斷開，由

37、此在按鍵閉合與斷開的瞬間 會出現(xiàn)電壓抖動，如圖6-2所示。鍵盤抖動的時間一般為510ms，抖動現(xiàn)象會引起cpu對一次鍵操作進行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤，因而必須設(shè)法消除抖動的不良后果。通過去抖動處理，可以得到按鍵閉合與斷開的穩(wěn)定狀態(tài)。去抖動的方法有硬件與軟件兩種：硬件方法是加去抖動電路，如可通過rs觸發(fā)器實現(xiàn)硬件去抖動；軟件方法是在第一次檢測到鍵盤按下后，執(zhí)行一段10ms的延遲子程序后再確認該鍵是否確實按下，躲過抖動，待信號穩(wěn)定之后，再進行鍵掃描。通常多采用軟件方法。二、矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤又稱行列式鍵盤，p1口的8根口線分別作為4根行線與4根列線，在其行、列交匯點接有16個鍵盤。與獨立式鍵

38、盤相比，單片機口線資源利用率提高了一倍。但若需要更多的鍵盤，需采用接口擴展的方式，利用8155芯片進行鍵盤擴展，利用pa口作為輸出口，8根口線作為列線，利用pc口作為輸入口，4根口線作為行線，由此產(chǎn)生32鍵的矩陣式鍵盤。這種鍵盤采用掃描方式檢測按鍵閉合情況及識別確定鍵碼，因此稱掃描方式鍵盤。2鍵盤掃描的中斷控制方式在單片機系統(tǒng)中，cpu除了對鍵盤進行處理外，還要進行數(shù)據(jù)處理、結(jié)果輸出顯示及其它各種控制，因此鍵盤處理不應(yīng)占用cpu過多的時間，但又必須保證cpu能夠檢測到鍵盤的工作。為提高cpu的工作效率，可采用中斷掃描方式。當無鍵閉合時，cpu處理自已的工作，當有鍵閉合時，產(chǎn)生中斷請求，cpu轉(zhuǎn)

39、去執(zhí)行鍵盤掃描子程序并執(zhí)行相應(yīng)的功能。采用中斷方式的鍵盤掃描電路。本電路采用4輸入與門用于產(chǎn)生鍵盤中斷，其輸入端與各行線相連，輸出端接至8031的外部中斷輸入端 。當無鍵盤閉合時，與門各輸入端均為高電平，輸出端為高電平；當有鍵閉合時， 為低電平，于是向cpu申請中斷。若cpu開放中斷，則會響應(yīng)該鍵盤中斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序。 (2) led顯示接口電路一、led顯示器led（light emitting diode）顯示器是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，具有顯示清晰、成本低廉、配置靈活、與單片機接口簡單易行的特點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。1led顯示器結(jié)構(gòu)與分類le

40、d顯示器內(nèi)部由7段發(fā)光二極管組成，因此亦稱之為七段led顯示器，由于主要用于顯示各種數(shù)字符號，故又稱之為led數(shù)碼管。每個顯示器還有一個圓點型發(fā)光二極管（用符號dp表示），用于顯示小數(shù)點，圖6-6為led顯示器的符號與引腳圖。根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，led顯示器可分為共陰極與共陽極兩種led顯示器。（1）共陰極led顯示器。各二極管的陰極連在一起，公共端接低電平時，若某段陽極加上高電平則該段發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光，而輸入低電平的段則不發(fā)光。（2）共陽極led顯示器。圖中各二極管的陽極連在一起，公共端接高電平時，若某段陰極加上低電平則該段發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光，而輸入高電平的段則不發(fā)光。led數(shù)碼管通常有紅

41、色、綠色、黃色三種，以紅色應(yīng)用最多。由于二極管的發(fā)光材料不同，數(shù)碼管有高亮與普亮之分，應(yīng)用時根據(jù)數(shù)碼管的規(guī)格與顯示方式等決定是否加驅(qū)動電路。2led顯示器的段碼7段led顯示器可采用硬件譯碼與軟件譯碼兩種方式。在數(shù)字電路中曾介紹硬件譯碼顯示方法，如利用74ls47等實現(xiàn)譯碼顯示，這里主要介紹軟件方式實現(xiàn)譯碼顯示。加在顯示器上對應(yīng)各種顯示字符的二進制數(shù)據(jù)稱為段碼。數(shù)碼管中，七段發(fā)光二極管加上一個小數(shù)點位共計8段，因此段碼為8位二進制數(shù)，即一個字節(jié)。由于點亮方式不同，共陰與共陽兩種led數(shù)碼管的段碼是不同的。表2.9led數(shù)碼管顯示（字型 共陽極段碼 共陰極段碼） 0c0h3fh990h6fh1f

42、9h06ha88h77h2a4h5bhb83h7ch3b0h4fhcc6h39h499h66hda1h5eh592h6dhe86h79h682h7dhf8eh71h7f8h07h滅ffh00h880h7fh二、led并行顯示技術(shù)1利用8155做led顯示器并行接口電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，通常具有多位led顯示器，在編程時采用動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)顯示是指利用單片機控制顯示器逐位點亮，而不是同時點亮。由于人眼的視覺殘留效應(yīng)，仍然感覺顯示器是同時點亮的，但要求顯示器動態(tài)點亮的速度應(yīng)足夠快，否則會有閃爍感。在實現(xiàn)動態(tài)顯示時，除了必須給各位數(shù)碼管提供段碼外還必須對各位顯示器進行位的控制，即進行段控與位

43、控。工作時，各位數(shù)碼管的段控線對應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個8位的i/o口控制；各位的位控線（公共陽極或陰極）由另一i/o控制。在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼。三、串行l(wèi)ed顯示技術(shù)在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，led顯示方式由于具有使用方便、價格低廉等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。在采用并行顯示方式時，顯示電路的段碼與位控碼要占用單片機的較多口線，盡管可采用8155等接口芯片進行擴展，但口線利用率仍較低，不能滿足大型控制系統(tǒng)的要求。采用串行顯示方式則只需占用2至3根口線，節(jié)約單片機大量的i/o線，且使用效果很好。下面介紹一種基于74hc595a的led串行顯示技術(shù)。174hc595a工作原理74hc595

44、a內(nèi)部含有8位移位寄存器和8位d鎖存器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖6-9所示。串行移位寄存器接收外部輸入串行數(shù)據(jù)，一方面可進行串行數(shù)據(jù)輸出，同時向鎖存器提供8位并行輸入數(shù)據(jù)，并具有異步復(fù)位功能；8位鎖存器可三態(tài)輸出并行數(shù)據(jù)。該芯片具有串行輸入、并行輸出兩個獨立的時鐘信號。 工作狀態(tài) 輸 入 輸 出 ser srclk rclk sqh q0-q7復(fù) 位 l × × l h l l u串行輸入 h d l h l srg srh u鎖存輸出 h × l h l u n高 阻 × × × × h z注：u：不變；n：數(shù)據(jù)刷新；z：高阻。 輸入

45、數(shù)據(jù)在串行移位時鐘sclk上升沿由串行輸入端ser輸入到芯片內(nèi)部串行移位寄存器中，同時sqh端串行輸出；在鎖存時鐘信號lclk上升沿到來時，芯片將內(nèi)部串行移位寄存器8位數(shù)據(jù)并行輸出。正常工作時，應(yīng)將復(fù)位端 與使能端 分別接高電平、低電平。2應(yīng)用電路設(shè)計圖6-10為12位led顯示器應(yīng)用電路。若采用普通的led并行顯示方式需擴展單片機接口，電路復(fù)雜、成本高。本系統(tǒng)利用三片74hc595a芯片實現(xiàn)12位串行l(wèi)ed顯示控制。使用時，在串行時鐘的控制下，可將顯示器位控碼與段控碼逐位串行輸入至三個芯片中，然后利用鎖存信號實現(xiàn)并行輸出，完成12數(shù)數(shù)碼顯示更新。利用此顯示方式僅占用單片機三根口線，極大節(jié)約單

46、片機口線資源。采用串行數(shù)據(jù)輸入，顯示速度相對較慢，實際使用時顯示效果穩(wěn)定、可靠，完全滿足設(shè)計要求第三章a/d轉(zhuǎn)換芯片tlc1549一、概述tlc1549是美國德州儀器公司生產(chǎn)的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它采用cmos工藝，具有內(nèi)在的采樣和保持，采用差分基準電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達到±1lsb max（4.8mv）等特點。  1.2  tlc1549的工作溫度范圍內(nèi)（自然通風(fēng)）極限參數(shù)如下：電源電壓范圍： -0.56.5v輸入電壓范圍： -0.3vcc+0.3v輸出電壓范圍： -0.3vcc+0.3v正基

47、準電壓： vcc+0.1v負基準電壓： -0.1v峰值輸入電流（任何輸入端）： ±20ma峰值總輸入電流（所有輸入端）： ±30ma工作溫度范圍（自然通風(fēng)）：         tlc1549c 070         tlc1549i -4080         tlc1549m

48、  -65125二、工作原理在芯片選擇（cs）無效情況下，i/o clock 最初被禁止且data out 處于高阻狀態(tài)。當串行接口把cs拉至有效時，轉(zhuǎn)換時序開始允許i/o clock 工作并使data out 脫離高阻狀態(tài)。串行接口然后把i/o clock 序列提供給i/o clock 并從data out 接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。i/o clock 從主機串行接口接收長度在10和16個時鐘之間的輸入序列。開始10個i/o 時鐘提供采樣模擬輸入的控制時序。 在cs的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的msb出現(xiàn)在data out端。10位數(shù)據(jù)通過data out 被發(fā)送到主機串行接口。為了開始轉(zhuǎn)

49、換，最少需要10個時鐘脈沖。如果i/o clock 傳送大于10個時鐘長度，那么在的10個時鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把data out 拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進行的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時間內(nèi)cs端高電平至低電平的跳變可終止該周期，器件返回初始狀態(tài)（輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉(zhuǎn)換結(jié)果）。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時要小心防止cs被拉至低電平。時序圖如圖2。三、應(yīng)用介紹 3.1 tlc1549的理想轉(zhuǎn)換特性如圖3所示。(1) 此曲線基于下列假設(shè)：vref+和vref-已被調(diào)整以便從數(shù)字0至1跳變的電壓（vzt）為0.0024v，滿度跳變電壓（vft）為4.908

50、v。1lsb=4.8mv。(2) 滿度值（vfs）是指其額定中點（midstep）值具有最高的絕對值的那級臺階。零度值（vzs）是指其額定中點（midstep）值等于零的那級臺階。3.2  tcl1549典型串行接口3.3  應(yīng)用程序#include "d:/c51/inc/stdlib.h"#define byte unsigned chardata int result;sbit cs_ad=  0xa4;sbit dout=   0xa3;sbit clk=    0xa2;void de

51、lay(void)                  /延時子程序 data byte i,j;  for(i=0;i<255;i+)  for(j=0;j<255;j+) ; main() data byte i;  number1:  cs_ad=1;  /禁止i/o clockcs_ad=0;      

52、60;        /開啟控制電路，使能data out和i/o clockresult=0;  /清轉(zhuǎn)換變量           for(i=0;i<10;i+) /采集10次 ，即10bit           clk=0;      &

53、#160;      result*=2;             if(dout) result+;             clk=1;                dela

54、y();            cs_ad=1; ;  /data out 返回到高阻狀態(tài)而終止序列            result1=result;  /轉(zhuǎn)換 第四章eeprom，at24c02串行eeprom中，較為典型的有atmel公司的at24cxx系列和at93cxx等系列產(chǎn)品。簡稱i2c總線式串行器件。串行器件不僅占用很少的資源和i/o線，而

55、且體積大大縮小，同時具有工作電源寬、抗干擾能力強、功耗低、數(shù)據(jù)不易丟失和支持在線編程等特點。 i2c總線是一種用于ic器件之間連接的二線制總線。它通過sda（串行數(shù)據(jù)線）及scl（串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件：不管是單片機、存儲器、lcd驅(qū)動器還是鍵盤接口。1i2c總線的基本結(jié)構(gòu)采用i2c總線標準的單片機或ic器件，其內(nèi)部不僅有i2c接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。cpu不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單

56、又靈活的擴展與控制。i2c總線接口電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。2雙向傳輸?shù)慕涌谔匦詡鹘y(tǒng)的單片機串行接口的發(fā)送和接收一般都分別用一條線，如mcs51系列的txd和rxd，而i2c總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當某個器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當其從總線上接收信息時，又成為接收器(也叫從器件)。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件。i2c總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。總線上主和從(即發(fā)送和接收)的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時數(shù)據(jù)傳送的方向。sda和scl均為雙向

57、i/o線，通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。i2c總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標準工作方式下為 100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達400kbit/s。3i2c總線上的時鐘信號在i2c總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接在scl時鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。scl線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使scl線一直保持低電平，使scl線上的所有器件開始低電平期。此時，低電平周期短的器件的時鐘由低至高的跳變并不能影響scl線的狀態(tài)，于是這些器件將進入高電平等待的狀態(tài)。當所有器件的時鐘信號都上跳為高電平時，低電平期結(jié)束，scl線被釋放返回高電平，即所有的器件都同時開始它們的高電平期。其后，第一個結(jié)束高電平期的器件又將scl線拉成低電平。這樣就在scl線上產(chǎn)生一個同步