溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

成績評定表學(xué)生姓名班級學(xué)號專業(yè)課程設(shè)計(jì)題目溫度測量系統(tǒng)評語組長簽字：成績?nèi)掌?015年1月９日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院專業(yè)學(xué)生姓名班級學(xué)號課程設(shè)計(jì)題目溫度測量系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)：１、熟悉所確定的題目,從問題需求、程序結(jié)構(gòu)、難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行分析，形成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；2、根據(jù)方案設(shè)計(jì)硬件電路;３、軟件編程并調(diào)試;4、完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告，打印程序,給出運(yùn)行結(jié)果。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:第20周（1月6日－1月１２日）：布置設(shè)計(jì)任務(wù)，查資料，完成總體設(shè)計(jì)框架，完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)收答辯。指導(dǎo)教師：２0年月日專業(yè)負(fù)責(zé)人：２０年月日學(xué)院教學(xué)副院長:２0年月日目錄ＴＯC＼o"1-3"\h\ｚ\ｕＨYＰERLINK\l"_Toｃ408386１３6"１緒論?PＡGERＥF_Ｔoc40８386１３6\h4HYPＥRLINK\l＂_Tｏc4０83８6１3７"1.1選題的背景與意義?PＡGEREF＿Ｔｏc40838６１37\ｈ4HＹPEＲLINK1.2研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題?PAＧEREF＿Toc4083８6138＼h4HYPERLINK\l＂_Toｃ4０8３86139＂1．351系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能?PAＧEREF_Toc40８38６１3９＼ｈ5HYＰERＬINK2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)?ＰAGEREF_Toc４083８6140\ｈ5ＨYPERLINK＼l"_Toc408３86１41"2．1總體設(shè)計(jì)方案?PAGEＲＥF_Tｏc40８3８６141\h5HYPERLＩNK第３章硬件部分 ＰAGＥREF＿Toc4083８6143\ｈ6HYPＥRLINK３.1硬件結(jié)構(gòu)框圖 PAGEＲEF＿Toｃ4０83861４4\h6HYPERＬINＫ\l＂_Tｏc4０838６１45＂３.２硬件開發(fā)工具?PＡＧEREＦ_Ｔoc4０838614５\ｈ7HＹPERＬＩＮK３.2．1Pｒｏｔｕes簡介?PＡGERＥF_Tｏc4０8３８6１46＼h7HＹPＥＲＬINK\l＂_Toc40８386147"3．３硬件開發(fā)工具?PAGＥREF_Toc408386１47\h8ＨＹPERLＩＮK＼ｌ"＿Tｏｃ４083８61４8"3.3.１ＡltiuｍDesｉgner簡介 PAGEREF_Ｔoｃ40838６148\ｈ8ＨYPＥRLＩＮＫ\l＂_Toｃ408３86１４9"3．4軟件開發(fā)工具 ＰAＧEREF_Ｔoc40838６149\h８ＨYPEＲＬINK＼l"＿Tｏc4０８38615０"3．4．1KeilC５1概述?PＡGERＥF_Toc40８３86150\h8HYＰEＲＬINK＼l"_Toc4083８61５1"4硬件電路設(shè)計(jì)?ＰAGERＥＦ_Tｏc4083８61５１\ｈ9HYPERＬINＫ4．1.2ST８9C52單片機(jī)特性 PＡGEＲEF_Ｔoc408386154\ｈ9HYPEＲＬINK\ｌ"＿Ｔoc4０８３８6１55＂４.1.３ＳT８9C52單片機(jī)介紹 PAGERＥF＿Toc408３8６155＼ｈ9HＹPＥＲLIＮK＼l"＿Ｔoｃ408３８6156"4.2硬件電路設(shè)計(jì) PAGＥREF_Ｔoc408３86156\ｈ1０HＹPEＲLINK4.２.1C52單片機(jī)控制器模塊 PAGEREＦ＿Ｔoc408３86157\h10HYＰEＲLINK＼ｌ＂_Toc４0８3８61５8＂4．２.２DS18B２0測溫模塊?４０838615８\ｈ11HYPERLINK\l＂_Ｔoc40838６1５9＂4.２.3數(shù)碼管顯示模塊?PAＧEＲEＦ_Toc4083８６1５9\h１2HYPEＲLＩＮK４．2.4蜂鳴器模塊?ＰAGEＲEＦ＿Toc4０83８６１60\ｈ13HYPＥRLINK＼l"_Tｏc４０8386１61"4.2.５4*４矩陣鍵盤?PAGEＲEF_Toc40８３8６１６1\h１4ＨＹＰＥRLINK\l＂_Toc4０83８6１６2＂4.２.６其他模塊?PＡＧEREF_Toc４08３8６162＼h14HＹPEＲＬINK\ｌ"_Toc4083８61６3"４.3總體電路的設(shè)計(jì)?PAGEＲＥF_Ｔｏｃ４０838６１６3\ｈ1５HYPERLＩＮK５軟件設(shè)計(jì)?PAＧEREＦ＿Tｏc4０8386164＼ｈ16HYPERＬINＫ＼l"_Toｃ408386165"5.1單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù) PＡGＥRＥF_Toc40838６165＼h１6ＨYPＥＲLIＮＫ\ｌ"＿Toc4083８6166"5.2各模塊程序的設(shè)計(jì) PAＧEREＦ_Ｔoｃ４0838６166\ｈ16ＨＹPERLＩNK\ｌ"_Tｏc4０８38616７"5.2．１1８Ｂ20定時(shí)顯示測溫模塊?PＡGEREF_Toｃ４０8386１67＼h16HYPERＬINK５.２.２數(shù)碼管顯示模塊程序設(shè)計(jì) ＰAＧEＲＥＦ_Tｏc4083８６16８\h18HYPEＲLINK＼l"＿Toc40８386１69"5.2.2流水燈模塊?PAGEREF_Tｏc４０8386169＼h1９ＨYＰERLINK\l＂＿Toc4０83８6170"5.２.3蜂鳴器模塊 PAＧEREF_Toc4０83861７0\h20HYPERLＩNK\ｌ＂_Ｔｏｃ4０8386171"5.2.5USB及下載器模塊?PAGＥREＦ＿Toc4０８３86171＼h20ＨYPERＬINK＼ｌ＂_Toｃ４0838６１72"6系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) PＡＧEREＦ_Toc４０８386172\h21HYPERLIＮK\ｌ"＿Toc４08386174"６.1系統(tǒng)的調(diào)試 PAGEREＦ_Tｏc408386174＼h２２ＨYPERLＩＮK＼ｌ"_Toｃ408386１７5"6.2調(diào)試結(jié)果 PAGEＲEF_Toc4０83８６17５＼h22HYPERLINＫ＼l"_Toc408386176＂6.３系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 PAGＥRＥF＿Toｃ40838６176\h２2HYＰＥRLINK＼l"_Toc40838６１7７"總結(jié) PAＧＥREＦ_Ｔｏｃ4０8386１７7＼h24HYＰERLINK\l＂＿Toc4０8386178"參考文獻(xiàn) PAGERＥＦ_Tｏc40838６１７８\h２41緒論1.1選題的背景與意義單片機(jī)開發(fā)學(xué)習(xí)板自發(fā)展以來已走過了近２0多個(gè)年頭的發(fā)展改進(jìn)之路。單片機(jī)開發(fā)學(xué)習(xí)板的改良和發(fā)展是基于超大規(guī)模集成電路技術(shù)及微處理器(ＭPU)技術(shù)之上的，其被應(yīng)用在各式各樣的領(lǐng)域,跟微處理器相比較它更具有個(gè)性化發(fā)展的潛力。小到遙控電子玩具,大到航空航天技術(shù)等各行各業(yè)的電子應(yīng)用中都有單片機(jī)開發(fā)學(xué)習(xí)板的身影。針對５1單片機(jī)開發(fā)板在電子行業(yè)自動化領(lǐng)域的重要應(yīng)用,為滿足廣大學(xué)生、愛好者、產(chǎn)品研究者能較快地學(xué)會掌握單片機(jī)這門技術(shù)，于是產(chǎn)生51單片機(jī)開發(fā)板。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域,幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。１.2研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題本次課程設(shè)計(jì)的課題是:便攜式單片機(jī)學(xué)習(xí)板硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。要求：在Keil和Proteus環(huán)境下進(jìn)行以AＴ89Ｃ52為核心器件的單片機(jī)的研究與開發(fā),并完成實(shí)際電路的開發(fā)；可以在該板上完成LＥD燈定時(shí)亮滅、數(shù)碼管的動態(tài)掃描顯示、矩陣鍵盤的掃描檢測、與PC機(jī)的串口通信、ＥEROM芯片的讀寫、DS１３０2芯片讀寫、字符型LCD讀寫接口、流水燈、ＡD芯片接口。等實(shí)驗(yàn)。旨在通過本次設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)便攜式單片機(jī)學(xué)習(xí)板硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題由系統(tǒng)和模塊兩大部分組成:以ＡT８９C５２單片機(jī)為中心控制系統(tǒng)和溫度傳感器DS18B2０模塊、電源電路、液晶顯示器、鍵盤、LED顯示指示燈等模塊。對于單片機(jī)學(xué)習(xí)板首先要研究它的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，只有弄清楚原理才好設(shè)計(jì)制作。故對單片機(jī)學(xué)習(xí)板有以下要求：（1)合理布局,提高電路工作的可靠性。（2)考慮系統(tǒng)內(nèi)外部因素來保證單片機(jī)系統(tǒng)可靠安全運(yùn)行。（3）研究設(shè)計(jì)單片機(jī)各個(gè)外圍功能模塊的驅(qū)動軟件。(４）對開發(fā)板的功能進(jìn)行仿真驗(yàn)證。(５)研究設(shè)計(jì)單片的最小系統(tǒng)及外圍電路,在ALTIUMDESIGＮER。中進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。針對以上問題采用了以下解決方法：(1）對于那些易產(chǎn)生噪聲的器件，應(yīng)盡量使其遠(yuǎn)離單片機(jī)的邏輯控制電路和存儲電路（ROM、RＡM),如果可能的話，可以將這些電路另外制成電路板,這樣有利于抗干擾。另外應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，能獲得較好的抗噪聲效果。(2)盡量在關(guān)鍵元件如ＲＯM、RAＭ等芯片旁安裝去耦電容。盡可能選擇典型電路,布線時(shí)盡量減少回路的面積。對于單片機(jī)閑置的Ｉ/O不要懸空,要接地和電源。（３)學(xué)會使用Keｉｌ進(jìn)行編輯、編譯及仿真調(diào)試,實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)進(jìn)行C語言開發(fā)。（4)以Pｒotｅus為平臺,對單片機(jī)外圍各個(gè)功能模塊進(jìn)行軟件仿真驗(yàn)證功能。1.351系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能５1系列單片機(jī)是英特爾公司生產(chǎn)的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的單片機(jī)產(chǎn)品。它們的基本組成,基本性能和指令系統(tǒng)都是一樣的。一般情況習(xí)慣用８051來代表5１系列單片機(jī)。一個(gè)單片機(jī)的系統(tǒng)是由以下幾部分組成:(1)一個(gè)8位CＰU微處理器。(2)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器,能夠儲存程序運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。（３)程序存儲器ＲOM／EPＲＯM中(4KB/８ＫB),用來保存程序和一些初始數(shù)據(jù)。但是在一些單片機(jī)中不使用ＲOM/EＰROM中，如803１,８0３2,８0ｃ系列等。（4)4個(gè)８排的I/Ｏ并行接口P0~Ｐ3,每個(gè)口可以用作輸入，也可以用作輸出。（5)2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器可設(shè)置計(jì)數(shù)用來計(jì)數(shù)外部事件，可以設(shè)置成常用的定時(shí)方式,并可以根據(jù)計(jì)算或結(jié)果控制單片機(jī)的運(yùn)行。（6)五個(gè)中斷源控制系統(tǒng)。(７）1個(gè)雙向串行Ｉ/O口的ＵARＴ(通用異步接收器/發(fā)送器UART），用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的串行通信。（8）振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路,需要外部電源的石英晶體微調(diào)電路,允許接在12v的振蕩頻率上。2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2．1總體設(shè)計(jì)方案本開發(fā)板共分為十一個(gè)模塊主要是:串口通信模塊C52單片機(jī)主控制器模塊、ＤS１8B2０模塊、4＊4矩陣鍵盤、數(shù)碼管顯示模塊、流水燈模塊、蜂鳴器模塊、USＢ及下載器模塊;其次是:鍵盤模塊、DS1３02時(shí)鐘模塊、AT2４C02模塊。其中以Ｃ52單片機(jī)作為核心控制器;4*4矩陣鍵盤模塊用來顯示數(shù)碼管數(shù)字;數(shù)碼管模塊用來顯示簡單的數(shù)字、字母;ＬCD160２模塊用來顯示字母、數(shù)字、符號;流水燈模塊用來顯示單片機(jī)I/O口電平的變化；蜂鳴器模塊用來發(fā)出聲音；下載器模塊用來實(shí)現(xiàn)C５2單片機(jī)的ISP在線編程；UＳＢ模塊用來提供電源鍵盤模塊用來向單片機(jī)輸入特定編碼的信息;DＳ1３02時(shí)鐘模塊用來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘;測溫模塊用來測量環(huán)境溫度;ＡＴ2４C02模塊通過IIC總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取。2．2設(shè)計(jì)原則開發(fā)板系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則:(1)盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。(2）系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求,并留有適當(dāng)余地,以便進(jìn)行二次開發(fā)。(3）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)布局和軟件設(shè)計(jì)方案兩者之間會互相產(chǎn)生影響,所要顧慮的原則性問題是：軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的功能可由它自身來完成，從而來簡化硬件的結(jié)構(gòu)布局。但有需要注意的事項(xiàng):硬件功能通過軟件來實(shí)現(xiàn)的,其一般的回應(yīng)時(shí)間比硬件自身實(shí)現(xiàn)更長，與此同時(shí)會占用CPＵ運(yùn)行的時(shí)間。(4）當(dāng)單片機(jī)開發(fā)板上有許多外圍電路時(shí)，必須要考慮其驅(qū)動能力。如果驅(qū)動能力不足，系統(tǒng)工作會具有不可靠性，可通過多放置線驅(qū)動器來增強(qiáng)單片機(jī)的驅(qū)動能力或減少芯片所需功耗來降低總線負(fù)載量。(5)盡可能地向“單片”方向來設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)中的器件越多，各器件之間相互干擾也會越強(qiáng)，功耗也會相應(yīng)地增大,也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性第3章硬件部分３.１硬件結(jié)構(gòu)框圖總體硬件結(jié)構(gòu)主要包括:串口通信模塊C52單片機(jī)主控制器模塊、測溫模塊、4*４矩陣鍵盤、數(shù)碼顯示模塊、流水燈模塊、蜂鳴器模塊、UＳB及下載器模塊鍵盤模塊、DS１3０2時(shí)鐘模塊、測溫模塊、AＴ24C０２模塊。硬件結(jié)構(gòu)框圖如1所示:C52單片機(jī)主控制模塊C52單片機(jī)主控制模塊流水燈模塊蜂鳴器模塊4*4矩陣鍵盤數(shù)碼管顯示模塊AT24C02模塊串口通信模塊USB及下載器模塊測溫模塊鍵盤模塊DS1302時(shí)鐘模塊3.２硬件開發(fā)工具3.2.1Protuｅs簡介Proteｕs軟件是來自英國Labcenｔeｒｅleｃtroｎiｃs公司的EＤA工具軟件,Proteus軟件有十多年的歷史,在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用,還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出,還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果,配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等,您不需要?jiǎng)e的，Pｒoteuｓ為您建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境！尤其重要的是ＰｒoteusＬite可以完全免費(fèi),也可以花微不足道的費(fèi)用注冊達(dá)到更好的效果;功能最強(qiáng)的Proｔeuｓ專業(yè)版也非常便宜,人人用得起，對高校還有更多優(yōu)惠。3.3硬件開發(fā)工具3.３.1ＡltiumDesｉgner簡介電子產(chǎn)品開發(fā)不再是獨(dú)立的流程。AltiumDesigｎer統(tǒng)一了整個(gè)設(shè)計(jì)流程，可在單一、集成的設(shè)計(jì)流環(huán)境中管理開發(fā)的所有方面。ＡlｔiumDesigner提供了唯一一款統(tǒng)一的應(yīng)用方案，其綜合電子產(chǎn)品一體化開發(fā)所需的所有必須技術(shù)和功能。AｌtiumDeｓigneｒ在單一設(shè)計(jì)環(huán)境中集成板級和FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于FPGA和分立處理器的ＨYＰERLIＮＫ"htｔp://baikｅ．baiｄu．com/view/2517315．ｈｔm"嵌入式軟件開發(fā)以及ＰCB版圖設(shè)計(jì)、編輯和制造。并集成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理功能,使得AltiｕmDesigner成為電子產(chǎn)品開發(fā)的完整解決方案，一個(gè)既滿足當(dāng)前,也滿足未來開發(fā)需求的解決方案[８]。3.4軟件開發(fā)工具3.4.１ＫeilＣ51概述KeｉｌC5１是美國KeilSｏftｗare公司出品的5１系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā),體會更加深刻。KｅiｌC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具,全Windows界面。另外重要的一點(diǎn),只要看一下編譯后生成的匯編代碼,就能體會到KeilC５１生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊,容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。4硬件電路設(shè)計(jì)４.１ＣPU選型４.１.1SＴ89Ｃ５2單片機(jī)簡介本課題是基于C51單片機(jī)。所以選用Philips公司推出的STC89C５2完成。STC8９C52是高性能、低功耗的8位微處理器。有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu),由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間,可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。4.1.2ST８9C52單片機(jī)特性字節(jié)程序存儲空間、１2字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間、帶2Ｋ字節(jié)EEPRＯM存儲空間、直接使用串口下載、T89C52單片機(jī):8Ｋ字節(jié)程序存儲空間、56字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間、帶2KB的ＥEＰRＯＭ存儲空間4.1.3ＳＴ89Ｃ５２單片機(jī)介紹ST89C5２是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器(FPEROＭ-FlashPｒｏgramableaｎdErasableRｅaｄOｎｌyMemorｙ)的低電壓,高性能COMOＳ８的微處理器,俗稱單片機(jī)。該器件采用ＡTMＥL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機(jī)總控制電路圖如下圖2所示圖２單片機(jī)總控制電路圖4.２硬件電路設(shè)計(jì)4.2.1C5２單片機(jī)控制器模塊C52單片機(jī)最小系統(tǒng)包括:時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、晶振電路。原理圖如圖3所示：圖3C52單片機(jī)主控制模塊原理圖采用按鍵復(fù)位方式，選取晶振為1２MHＺ，系統(tǒng)機(jī)器周期為1us。4．２．2DS１8B20測溫模塊(１)DＳ1８B20簡介:DS1８B2０是DALLAＳ半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的,是一種單總線溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，有兩種封裝形式分別為3腳PR－35封裝和１６腳SSOP封裝。本文采用的是３腳PR－35封裝，其具有以下特點(diǎn):采用了單總線技術(shù),傳感器直接以二進(jìn)制輸出被測溫度,可通過串行口線，也可與單機(jī)通過I/O口連接；所能測量的溫度范圍為：-5５℃～+１１5℃，測量的精度可高達(dá)+0.6℃;內(nèi)包括寄生電源，寄生電源可在兩線方式下通過數(shù)據(jù)線提供，而無需再獨(dú)自給它供電；轉(zhuǎn)換時(shí)間在分辨率為12位（即0.06２５℃)時(shí)最大為750ｍs;使用者能分別對每個(gè)器件設(shè)定溫度的上下限;DＳ１8B20在使用時(shí)不需要任何外圍元件,一只形如三極管的集成電路內(nèi)包含了全部的傳感元件及轉(zhuǎn)換集成電路;當(dāng)電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀,但不能進(jìn)行正常工作;每個(gè)DSl8Ｂ20器件對應(yīng)一個(gè)唯一的64位長的序號,該序號值存放在ROM中,可通過序號匹配實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。引腳排列如圖４所示：VDD:接電源引腳,電源供電3.0~5．5V;DQ:數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳；GNＤ：接地圖4DS18B20引腳圖（２)硬件實(shí)現(xiàn)：DS18B２0溫度傳感器模塊的原理圖如圖５所示:圖5DS１8B20溫度傳感器模塊原理圖單片機(jī)與DS18Ｂ2０通過P3．5相連,作為數(shù)據(jù)/控制信號線。4.2．３數(shù)碼管顯示模塊數(shù)碼管顯示模塊由三部分構(gòu)成:(1)4位一體顯示數(shù)碼管。（2）４個(gè)８550三極管。(3)電阻。1）四位顯示數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件,它的基本單元由發(fā)光二極管組成。能顯示４個(gè)數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。數(shù)碼管可以按段數(shù)進(jìn)行分類:七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，七段數(shù)碼管比八段數(shù)碼管少一個(gè)發(fā)光二極管單元(少一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示)；發(fā)光二極管單元連接方式可以分為共陽極式連接和共陰極式連接。共陽數(shù)碼管的連接方式是將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。使用共陽數(shù)碼管時(shí)應(yīng)將公共極ＣOM接到+5Ｖ電源上，當(dāng)某一個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。2）由于三極管的結(jié)構(gòu)和外形特征,它有三個(gè)接出來的端點(diǎn)，所以便被形象的命名為三極管。三個(gè)接出來的端點(diǎn)依序稱為發(fā)射極（emiｔteｒ,E）、基極（ｂase,B）和集電極（collectoｒ,Ｃ）,名稱來源和它們在三極管操作時(shí)的功能有關(guān)。本設(shè)計(jì)中選用８55０三極管，它是一種低電壓,大電流，小信號的ＰNP型硅三極管。采用TO-9２封裝。由于單片機(jī)I/O的驅(qū)動能力一般不是很強(qiáng)，所以要加三極管來進(jìn)行擴(kuò)流。這里的電阻以限流為目的，從而起到一個(gè)保護(hù)電路的作用。數(shù)碼管顯示模塊硬件實(shí)現(xiàn)的原理圖如圖6所示:圖6數(shù)碼管顯示模塊原理圖4.2.4蜂鳴器模塊單片機(jī)的P３.４與Q１的基極通過2Ｋ歐姆電阻連接,當(dāng)P3．4為高電平時(shí)，Q１導(dǎo)通,Q1的發(fā)射極與集電極導(dǎo)通,將發(fā)射極下拉為低電平，蜂鳴器兩端出現(xiàn)電位差,蜂鳴器發(fā)聲;當(dāng)Ｐ3．4為低電平時(shí)，Ｑ１不導(dǎo)通，蜂鳴器兩端沒有電流流過,蜂鳴器不發(fā)聲。如圖７所示：圖７蜂鳴器模塊原理圖4.2.54＊4矩陣鍵盤該實(shí)驗(yàn)使用4×4矩陣鍵盤電路。４*４矩陣鍵盤的工作原理如下所述矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條I/O線作為行線,4條Ｉ/Ｏ線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是4×4個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。圖8矩陣鍵盤電路圖，行線接P1.4－Ｐ1.7,列線接P1.0-P1．3。圖8矩陣鍵盤電路4.2.6其他模塊(1)ＡT24C02簡介：AＴ24Ｃ0２有一個(gè)寫16字節(jié)頁的緩沖器。該器件通過IIC總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。SCＬ串行時(shí)鐘：AT2４C０2串行時(shí)鐘輸入的管腳用于產(chǎn)生時(shí)鐘器件接收或發(fā)送的所有數(shù)據(jù)，這是一個(gè)輸入引腳。SDA串行數(shù)據(jù)/地址:AT24C０2雙向串行數(shù)據(jù)／地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收,SDA是一個(gè)開漏輸出管腳,可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線或（ｗire-ＯＲ)。A０、A1、A2作為器件地址的輸入端：當(dāng)多個(gè)器件級聯(lián)時(shí)可用這些輸入腳來設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為０。當(dāng)使用AT24C０２時(shí)最多能級聯(lián)8個(gè)器件。如果只有一個(gè)ＡT24C0２被總線尋址,那么這三個(gè)地址輸入腳（A０、A1、A2)能夠懸空或直接連接到Vsｓ，如果只有一個(gè)AT24C0２被總線尋址這三個(gè)地址輸入腳(A0、A１、A2）必須連接到Vss。ＷP寫保護(hù)：如果WP管腳連接到Vｃｃ,所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)只能讀。當(dāng)WP管腳連接到Vss或懸空允許器件進(jìn)行正常的讀／寫操作。(２)硬件實(shí)現(xiàn):AT2４Ｃ0２存儲器模塊的原理圖如圖9所示:圖9ＡT24C02存儲器原理圖4.3總體電路的設(shè)計(jì)由上述電源的設(shè)計(jì),復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)，下載端口設(shè)計(jì)電路整體設(shè)計(jì)、串口通信模塊C5２單片機(jī)主控制器模塊、測溫模塊、4*４矩陣鍵盤、數(shù)碼顯示模塊、流水燈模塊、蜂鳴器模塊、USB及下載器模塊鍵盤模塊、ＤS13０2時(shí)鐘模塊、測溫模塊、AT24C02模塊各模塊組成的電路設(shè)計(jì)。如圖1０所示:圖10電路的完整設(shè)計(jì)5軟件設(shè)計(jì)５.1單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)５.2各模塊程序的設(shè)計(jì)5.２．１1８B20定時(shí)顯示測溫模塊使用的晶振為1２MHＺ，名稱:溫度傳感器,數(shù)碼管,矩陣鍵盤,蜂鳴器,發(fā)光管,串口通信綜合運(yùn)用現(xiàn)象:開機(jī)后按'1'鍵,測溫開始，在數(shù)碼管上顯示溫度數(shù)據(jù),當(dāng)溫度大等于28時(shí)蜂鳴器報(bào)警,４個(gè)發(fā)光二極管閃爍。按'2＇鍵,則停止測溫。開始開始DS18B20初始化跳過讀序列號操作啟動溫度轉(zhuǎn)換延時(shí)DS18B20初始化跳過讀序列號操作讀取溫度寄存器值延時(shí)讀取溫度值低位讀取溫度值高位相加的溫度值溫度值轉(zhuǎn)化為液晶字符圖11DS1８B20的流程圖根據(jù)初始化時(shí)序?qū)Γ腟１8B20進(jìn)行初始化,根據(jù)讀寫時(shí)序?qū)S18B２０進(jìn)行讀寫編程，另外，在循環(huán)讀取溫度數(shù)據(jù)后，要將讀取的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以在液晶上顯示的液晶字符。5.2.2數(shù)碼管顯示模塊程序設(shè)計(jì)４位一體數(shù)碼管的顯示方式分為靜態(tài)式和動態(tài)式。靜態(tài)式的也稱為鎖存方式,單片機(jī)送出數(shù)據(jù)后控制外圍鎖存器件鎖存數(shù)據(jù),這樣數(shù)碼管筆段里的電流不變，數(shù)碼管穩(wěn)定顯示，這樣單片機(jī)可以干別的活不用管數(shù)碼管了。動態(tài)式的也稱為掃描方式，是利用發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)和人眼的視覺暫留效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，只要在在一定時(shí)間內(nèi)數(shù)碼管的筆段亮的頻率夠快，人眼就看不出閃爍，一般外圍硬件較少，但是對單片機(jī)資源耗用巨大。相比兩種方式，前一種對單片機(jī)的Ｐ口資源和時(shí)間耗用更少。其程序流程圖如下圖12圖所示開始開始送送7FH至P0口，送位選數(shù)據(jù)初值0FEH至R2選取位選數(shù)據(jù)并送至選取位選數(shù)據(jù)并送至P0口，點(diǎn)亮某位數(shù)碼管R2R2內(nèi)容左移一位，準(zhǔn)備點(diǎn)亮下一位數(shù)碼管顯示延時(shí)顯示延時(shí)YN4YN4位數(shù)碼管顯示完畢？圖1２數(shù)碼管顯示程序流程圖5.2.2流水燈模塊流水燈模塊程序設(shè)計(jì)：程序中先定義五個(gè)一維數(shù)組,每個(gè)一維數(shù)組里面含有八個(gè)元素，元素為十六進(jìn)制數(shù),對應(yīng)P0口的八個(gè)引腳，十六進(jìn)制數(shù)為１則對應(yīng)相應(yīng)引腳為高電平,為0則相應(yīng)引腳為低電平。LＥD連接引腳若為低電平，則LED發(fā)光，若為高電平,則ＬＥD不發(fā)光。將一維數(shù)組里的八個(gè)元素依次送到P０口，則LEＤ亮滅依次發(fā)生變化,輪流將五個(gè)一維數(shù)組送交P0口,則可以顯示五組不同的花型。流水燈程序流程圖如圖1３所示：開始開始數(shù)組LED1內(nèi)容送P0口顯示數(shù)組LED2內(nèi)容送P0口顯示數(shù)組LED3內(nèi)容送P0口顯示數(shù)組LED4內(nèi)容送P0口顯示數(shù)組LED5內(nèi)容送P0口顯示數(shù)組LED6內(nèi)容送P0口顯示數(shù)組LED7內(nèi)容送P0口顯示數(shù)組LED8內(nèi)容送P0口顯示圖１3流水燈程序流程圖5．2.3蜂鳴器模塊蜂鳴器模塊程序設(shè)計(jì)：在程序中首先定義Ｐ３.4為蜂鳴器控制引腳,在主函數(shù)中配置Ｔ0為16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,并裝載一定的初值,啟動定時(shí)器T0,定時(shí)器T０開中斷，CPU開中斷,然后每隔約1ms對frq進(jìn)行累加。在定時(shí)器T0中斷函數(shù)中，對定時(shí)器T0的TH0裝載0xfｅ，對TL0裝載累加的frｑ值，并翻轉(zhuǎn)Ｐ３.４口的狀態(tài),這樣,由于定時(shí)器T0每次裝載的初值不同，相應(yīng)的中斷到達(dá)時(shí)間不同，P3．4翻轉(zhuǎn)的時(shí)間也就不同,ｆrq為無符號字符型數(shù)據(jù),累加到2５5后歸零，因此蜂鳴器會產(chǎn)生一定頻率的聲音。蜂鳴器程序流程圖如圖１4所示:開始開始定時(shí)器T0初始化frq加一定時(shí)器T0中斷重裝定時(shí)器T0初值翻轉(zhuǎn)蜂鳴器引腳電平Y(jié)N圖14蜂鳴器程序流程圖５.2.５USB及下載器模塊該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的接口程序包括單片機(jī)通訊設(shè)置。USB設(shè)備驅(qū)動，以及PＣ應(yīng)用等３部分程序,這三者互相配合實(shí)現(xiàn)可靠、快速的數(shù)據(jù)傳輸。（1）單片機(jī)通訊設(shè)置程序單片機(jī)程序?qū)嶋H上是完成單片機(jī)對串口的初始化，即對波特率，數(shù)據(jù)位，校驗(yàn)位,有無奇偶校驗(yàn)等通信協(xié)議的設(shè)計(jì)及單片機(jī)串行通信功能控制器的設(shè)置。該設(shè)計(jì)以串口參數(shù)波特率ll5200，數(shù)據(jù)位8，停止位ｌ，校驗(yàn)位0。(2）USB設(shè)備驅(qū)動程序在ＰＣ機(jī)上安裝Pｒｏliｆiｃ公司免費(fèi)提供的USB設(shè)備驅(qū)動程序。驅(qū)動安裝完后，PC系統(tǒng)出現(xiàn)1個(gè)“ProlificUSB-to-SｅｒialCｏmｍＰｏrt”自動增加一個(gè)ＣOＭ口,如COＭ3，ＣOM4等。

（3)PC應(yīng)用程序用戶按照傳統(tǒng)的串行接口控制方式來使用該模擬的“COＭ口”。串口通訊參數(shù)應(yīng)與單片機(jī)所設(shè)置參數(shù)一致。當(dāng)設(shè)備插入不同的USB接口時(shí),計(jì)算機(jī)認(rèn)為一個(gè)新設(shè)備，需重新安裝設(shè)備驅(qū)動程序。當(dāng)插入計(jì)算機(jī)不同ＵＳB接口時(shí)，虛擬的“COM口”不同,因此,需要計(jì)算機(jī)程序自動識別是在哪一個(gè)串口插入的設(shè)備當(dāng)單片機(jī)學(xué)習(xí)板與ＰＣ機(jī)通信時(shí)，相應(yīng)的指示燈會亮,說明程序正在從ＰC里向單片機(jī)芯片中燒錄,內(nèi)部的一個(gè)過程大概是這樣的：首先進(jìn)入中斷入口,中斷初始化,判斷PＣ機(jī)與單片機(jī)學(xué)習(xí)板是否相連成功，此時(shí)會在燒錄軟件里給出一個(gè)信號:握手是否成功。如果握手成功,PC機(jī)通過燒錄軟件把數(shù)據(jù)程序傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的芯片中,然后中斷返回。如果握手失敗，直接中斷返回，會在燒錄軟件里給出燒錄失敗的相關(guān)原因。６系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件PＣＢ版圖如下圖所示圖15PCＢ版圖6．1系統(tǒng)的調(diào)試?yán)肒ｅi