單片機設(shè)計報告模板

1 梧梧 州州 學(xué)學(xué) 院院 課課 程程 論論 文文 2014 2015 學(xué)年第學(xué)年第 1 學(xué)期學(xué)期 題目題目 提交日期 提交日期 年年 月月 日日 學(xué)生簽名 學(xué)生簽名 手寫 手寫 學(xué)學(xué) 號號班級班級 課程編號課程編號XZ專業(yè)專業(yè)電子信息工程電子信息工程 課程名稱課程名稱單片機課程設(shè)計單片機課程設(shè)計任課教師任課教師郭慧郭慧 硬件設(shè)計成績硬件設(shè)計成績 分 分 30 分 分 軟件設(shè)計成績軟件設(shè)計成績 分 分 20 分 分 設(shè)計報告設(shè)計報告 分 分 40 分 分 答辯環(huán)節(jié)答辯環(huán)節(jié) 分 分 10 分 分 成績評定 成績評定 分分 任課教師簽名 任課教師簽名 年年 月月 日日 2 說說 明明 1 課程論文要有題目 摘要 關(guān)鍵詞 正文及參考文獻 正文不少于 6000 字 摘要 200 字左右 關(guān)鍵詞 3 5 個 參考文 獻不少于 5 篇 2 論文要求自己動手撰寫 如發(fā)現(xiàn)論文是從網(wǎng)上下載的 或者是抄襲剽竊別人文章的 按作弊處理 本門課程考核成績計 0 分 3 課程論文用 A4 紙雙面打印 字體全部用宋體簡體 題目宋體簡體 題目 要求用小二號字加粗 標題行小二號字加粗 標題行要求用宋體三號宋體三號 正文正文內(nèi)容要求用 小四號字 小四號字 行距為 1 25 倍行距 頁邊距左為 3cm 右為 2 5cm 上為 2 5cm 下為 2 5cm 4 論文題目 篇幅 內(nèi)容等由任課教師提出具體要求 3 目錄 摘要 不少于 200 字 簡單介紹作品的工作原理 用途 一 設(shè)計任務(wù)和要求 二 設(shè)計的方案的選擇與論證 2 1 總體電路分析 含總體電路原理框圖和原理介紹 2 2 方案論證 包括選用何種單片機 溫度傳感器 顯示模塊等 或者選用 什么設(shè)計方案 一般列舉 2 3 種 最后選用哪一種 為什么 三 單元電路設(shè)計 3 1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 含單元電路圖和原理介紹 3 2 溫度采集模塊設(shè)計 含單元電路圖和原理介紹 3 3 顯示模塊設(shè)計 含單元電路圖和原理介紹 3 4 按鍵控制模塊設(shè)計 含單元電路圖和原理介紹 四 軟件設(shè)計 含設(shè)計流程圖及說明 五 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析 要有數(shù)據(jù)列表對比 分析原因 六 總結(jié)及心得 不少于 500 字 七 附錄 1 主要程序 2 元器件明細表 3 附圖 含整體電路圖 PCB 板圖 作品照片 八 參考文獻 不少于 5 個 4 摘要 本設(shè)計以 STC89C52 單片機為主控芯片 運用溫濕度傳感器 光照傳感器 無線通信模塊 設(shè)計了基于溫度 濕度和光照強度信息采集的大棚監(jiān)控系統(tǒng) 系 統(tǒng)運用無線通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠距離傳輸 并將采集到的參數(shù)實時顯示到遠程終 端的電腦屏幕上 與此同時能及時根據(jù)反饋回來的信息判斷是否需要自動灌溉農(nóng) 作物 達到了溫室大棚環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測和智能控制灌溉系統(tǒng)的目的 論文首先介紹系統(tǒng)的實現(xiàn)方案和硬件設(shè)計 然后介紹各個功能模塊的選擇和 軟件設(shè)計 本系統(tǒng)采用上位機通信 上位機軟件采用 VB 編程 實現(xiàn)與主機通信 數(shù)據(jù)處理與顯示等功能 經(jīng)過軟件仿真和硬件實驗 實現(xiàn)了對大棚溫濕度及光照 的監(jiān)測和控制 且監(jiān)測距離大于 200 米 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集 無線通信 大棚監(jiān)控系統(tǒng) Comment U1 一級標題 宋體 三 號 Comment U2 二級標題用宋體四號 5 一 設(shè)計任務(wù)和要求 實現(xiàn) 24 小時的時鐘顯示 校準 整點報時 鬧鈴等功能 具體要求 1 顯示功能 具有 時 分 秒 的數(shù)字顯示 時 從 0 23 分 0 59 秒 0 59 2 校時功能 當剛接通電源或數(shù)字時鐘有偏差時 可以通過手動的方式去校 時 3 整點報時 當時鐘計時到整點時 能進行整點報時 4 鬧鈴功能 在 24 小時之內(nèi) 可以設(shè)定定時時間 當數(shù)字時鐘到定時時間 時能進行報時提醒 二 設(shè)計的方案的選擇與論證 2 1 系統(tǒng)的組成 本設(shè)計主要包括三個部分 分別是上位機 主機和從機 其中上位機是利用 VB 編的一個界面 用來實現(xiàn)電腦終端的實時數(shù)據(jù)顯示和遠程控制大棚里的設(shè)備 調(diào)節(jié) 主機和從機都是以單片機作為主控芯片而展開的外圍功能 主機部分是由 單片機系統(tǒng) NRF905 無線收發(fā)模塊 MAX232 串口轉(zhuǎn)換電路 1602 液晶顯示模 塊電路以及報警模塊電路組成 從機負責(zé)采集大棚里的對農(nóng)作物影響很大的幾個因素的數(shù)據(jù) 實時地反饋到 遠處的主機 并且能夠根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)自動地控制大棚里的各種調(diào)節(jié)開關(guān) 因 此從機包含有單片機系統(tǒng) NRF905 無線收發(fā)電路 12864 液晶顯示電路 溫濕 度采集電路 光照采集電路 以及按鍵電路 系統(tǒng)的功能框圖如圖 2 1 所示 Comment U3 每個作品必須要有總 體電路原理框圖 Comment U4 三級標題用宋體小四 6 單 片 機 按鍵電路 溫濕度采集模塊 光照采集模塊 NRF905 無線模塊 12864 液晶顯示模塊 MAX232 串口轉(zhuǎn)換電路 單 片 機 報警模塊電路 1602 液晶顯示模塊 NRF90 無線收發(fā)模塊 風(fēng)扇 電熱 灌溉 上位機 照明 圖 2 1 系統(tǒng)組成框圖 2 2 系統(tǒng)的功能介紹及操作說明 本系統(tǒng)中溫濕度傳感器 DHT11 采集大棚室內(nèi)的溫度和濕度數(shù)據(jù) 利用光照 傳感器 BH1750FVT 采集大棚室內(nèi)的光照信息 經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號 并能 由從機通過無線傳輸?shù)竭h處的主機 6 主機通過 MAX232 串口轉(zhuǎn) USB 跟終端的 上位機通信 獲得溫室的實時信息 從機能夠根據(jù)反饋回來的信息進行自動的或 者手動的遠程控制 要求 1 能實時準確地采集并處理所需數(shù)據(jù) 2 能通過無線傳輸與主機通信 3 主機能與上位機通信 并能實時地反映遠程傳送過來的相關(guān)信息 4 當溫度低于設(shè)定值或光照強度低時能夠自動打開補光燈 當濕度低于設(shè) 定值或高于一定溫度時能夠自動控制灌溉系統(tǒng)進行灌溉 5 能夠遠程控制從機 6 當溫度超出設(shè)定值的時候能及時地反饋到主機并能發(fā)出警報 2 3 系統(tǒng)方案論證 2 3 1 主控芯片選擇 方案一 采用 STC89C52 單片機作為主控芯片 STC89C52 是一種功耗低 性 7 能好的 51 內(nèi)核的 CMOS 8 位單片機 片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程 亦適于常規(guī)編程器 不再需要啟動像 STC89C51 那樣的 VPP 編程高壓 在單芯片 上 擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash 使得 STC89S52 在眾多嵌入式控 制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用 方案二 采用 ATmega16 AVR 單片機 該芯片是一款性能高 功耗低的 8 位的 AVR 單片機 它擁有 32 個 8 位的通用工作寄存器 當它工作在 16MHz 的時候 其 性能可以達到 16MIPS 并且它只需要非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器 兩個時鐘周期 的硬件乘法器 16KB 字節(jié)的單片機內(nèi)部可編程的存儲空間 ATmega16 AVR 內(nèi)核具 有豐富的指令集和 32 個通用工作寄存器 并且擁有兩個可以預(yù)分頻功能的 8 位 定時器和一個 16 位定時器 這兩種方案都能實現(xiàn)本設(shè)計所有的功能 但是方案一的性價比要更高 且考 慮到筆者對 STC89C52 的熟悉程度更高一些 因此這里選擇方案一 2 3 2 顯示模塊的選擇 目前用得較多的顯示設(shè)備有數(shù)碼管 LCD1602 點陣行液晶顯示 12864 以下 給出幾種選擇方案 方案一 采用數(shù)碼管 數(shù)碼管是由 8 個發(fā)光二極管組裝在一起而成顯示器件 顯示位數(shù)越多 電路越復(fù)雜 占用的 I O 口也較多 并且數(shù)碼管只能顯示數(shù)字 不能顯示字符和漢字 方案二 采用 LCD1602 它是一種可以顯示 2 行 16 個字符的液晶模塊 它的 顯示功能很豐富 可以通過不同的地址編碼 既可以顯示數(shù)字 英文字母的大小 寫 也可以顯示出一般的符號等 1602 液晶模塊的電路設(shè)計非常簡單 八個數(shù)據(jù) 線口可以和單片機的 I O 口直接相連 方案三 采用點陣液晶顯示 12864 帶中文字庫的 12864 是一種具有 4 位 8 位并行 2 線或 3 線串行多種接口方式的芯片 內(nèi)部含有國標一級 二級簡體中 文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊 其顯示分辨率為 128 64 內(nèi)置 8192 個 16 16 點漢字 和 128 個 16 8 點 ASCII 字符集 利用這個模塊靈活的接口方式和方便 簡單的操作指令 可以構(gòu)成全中文人機交互圖形界面 綜上所述 考慮到本系統(tǒng)只需要顯示一般的字符就可以了 所以這里選擇價 格比較便宜的 LCD1602 2 3 3 無線收發(fā)模塊的選擇 方案一 利用紅外線發(fā)射機和紅外線接收機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā) 但紅外線收發(fā) 穩(wěn)定性較差 易受其它連續(xù)光源干擾 方案二 用 F05P 作為發(fā)射模塊 J04V 作為接收模塊 并配合解碼芯片 PT2262 PT2272 完成無線收發(fā)模塊電路的設(shè)計 實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸 但電路及 編程比較復(fù)雜 不易于控制 方案三 采用 NRF905 單片無線收發(fā)器 它由一個集成的頻率調(diào)制器 一個 8 帶有解調(diào)器的接收器 一個功率放大器 一個晶體振蕩器以及一個調(diào)節(jié)器組成 硬件集成載波偵聽功能 具備地址匹配 收發(fā)完成狀態(tài)指示的功能 它的抗干擾 性能強 接收發(fā)送功能合一 可實現(xiàn)半雙工通信 在配外置鞭狀天線通信距離在 300 米左右 它最明顯的特點是性能很穩(wěn)定 編程開發(fā)也比較簡單 而且隔墻通 信效果好 以上三種方案綜合考慮 選擇方案三 因為方案三抗干擾性較強 且易于使 用 需要的外圍元件較少 可以直接與單片機端口通訊 編程也比較容易實現(xiàn) 2 3 4 檢測模塊的選擇 由于本系統(tǒng)要進行溫度和濕度的檢測 所以有以下兩個方案選擇 方案一 采用單獨的溫度傳感器和濕度傳感器測量溫度和濕度 這個方案需 要兩個傳感器 電路較為復(fù)雜 且不易于控制 方案二 采用集溫 濕度于一體的溫濕度傳感器測量溫度和濕度 傳感器 DHT11 是一款常用的溫濕度復(fù)合傳感器 其內(nèi)部具有已校準的數(shù)字信號輸出 一 般應(yīng)用專用的溫濕度傳感技術(shù) 本器件使用單總線串行接口 使得系統(tǒng)集成變得 非常簡易和快捷 綜上所述 本課題采用方案二 三 單元電路設(shè)計 3 1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 主機部分主要由單片機最小系統(tǒng) MAX232 串口轉(zhuǎn)換電路 1602 液晶 NRF905 無線模塊等電路構(gòu)成 主機部分的電路圖如圖 3 1 所示 9 GND GNDGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 P5 Header 7X2A 3 3VCC 3 3VCC GNDGND TXE CEPWR uCKCD AMDR MISMOS SCKCSN 470U C1 Cap Pol1 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 ECI 3 P1 3 CEX0 4 P1 4 CEX1 5 P1 5 CEX2 6 P1 6 CEX3 7 P1 7 CEX4 8 RST 9 P3 0 RxD 10 P3 1 TxD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 P0 7 AD7 32 P0 6 AD6 33 P0 5 AD5 34 P0 4 AD4 35 P0 3 AD3 36 P0 2 AD2 37 P0 1 AD1 38 P0 0 AD0 39 VCC 40 U2 P89C52RC2HBP 22pF C5 Cap 22pf C6 Cap 12 Y1 XTAL GND VCC GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P4 Header 9 AM uCK CE DR MOS CSN SCK MIS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 P3 Header 16 VCC GND VCC GND RS RW E P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 RS RW E PWR CD TXE 1K R4 Res2 Q1 2N3906 LS1 Bell GND VCC 10K R3 Res2 10UF C7 Cap Pol1 VCC GND C1 1 VS 2 C1 3 C2 4 C2 5 VS 6 T2OUT 7 R2IN 8 R2OUT 9 T2IN 10 T1IN 11 R1OUT 12 R1IN 13 T1OUT 14 GND 15 VCC 16 U3 MAX232N 474 C8 Cap 474 C10 Cap 474 C11 Cap 474 C12 Cap 474 C9 Cap 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 10 J1 D Connector 9 VCC GND GND GND P31 P30 12 34 56 P2 Header 3X2 VCC GND VCC D2 LED0 VCC 1K R2 Res2 GND 1 2 P6 Header 2 P30 P31 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 S1 SW SPST GND 2 2 1 1 3 3 Pot 10K GND 1 IN 3 OUT 2 OUT 4 U1 REG1117 3 3 2 2 4 4 1 1 3 3 sw2 VCC 104 C2 Cap P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 1 2 3 J10 PWR2 5 3 2 溫度采集模塊設(shè)計 含單元電路圖和原理介紹 3 3 顯示模塊設(shè)計 含單元電路圖和原理介紹 3 4 按鍵控制模塊設(shè)計 含單元電路圖和原理介紹 四 軟件設(shè)計 含設(shè)計流程圖及說明 主機和從機的程序用 C 語言編程 主機主要實現(xiàn)接收從機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信 息以及發(fā)出控制信號 能夠顯示接收到的數(shù)據(jù)信息 并與上位機通信 把接收到 的數(shù)據(jù)傳給上位機 同時負責(zé)把從上位機發(fā)出的指令發(fā)送到從機 從機主要是采 集數(shù)據(jù) 顯示和發(fā)送數(shù)據(jù) 并能根據(jù)采集到的信息來自動控制大棚里的調(diào)節(jié)開關(guān) 必要時還可以利用上位機實現(xiàn)遠程控制 4 1 主機的程序流程 主機的程序流程如圖 4 1 所示 10 數(shù)據(jù)是否 超過界限 值 上位機是 否發(fā)數(shù)據(jù) 或命令 蜂鳴器報警向從機發(fā)送數(shù) 據(jù)或命令 是 否 是 否 單片機 1602 及 NRF905 初始化 分別與上位機 從機通信 開始接收從機的 數(shù)據(jù)并上傳數(shù)據(jù)至上位機 顯示數(shù)據(jù) 開始 圖 4 1 主機程序流程圖 主機上電開始初始化 與從機及上位機通信 主機作為從機和上位機的中轉(zhuǎn) 站 一方面接收從機發(fā)送過來的數(shù)據(jù) 并判斷是否超限值 如果高于或低于預(yù)設(shè) 定的界限值主機發(fā)出警報并顯示接收到的數(shù)據(jù) 另一方面上傳數(shù)據(jù)到上位機顯示 數(shù)據(jù) 當需要向遠程的從機發(fā)送數(shù)據(jù)或命令時 上位機先發(fā)到主機再由主機利用 無線模塊發(fā)送到從機 五 系統(tǒng)調(diào)試與誤差分析 要有數(shù)據(jù)列表對比 分析原因 5 1 輸出電流測試 給電流源上電后 通過按鍵設(shè)定輸出電流值 對應(yīng)通過電流表實際測量的電 流值相關(guān)數(shù)據(jù)如表 6 1 所示 由表可知設(shè)定值的線性增大 相關(guān)數(shù)據(jù)也相應(yīng)增大 但是由于采樣電阻和復(fù)合達林頓管的放大倍數(shù)受溫度的影響及測量儀表的精度不 夠而造成的誤差 電流單位 mA 11 表 5 1 輸出電流測試數(shù)據(jù)表 輸入 電流 1120501003007001000120015002000 實測 電流 11 2119 7450100 53107101000120014901980 差值0 21 0 2600 5101000 10 20 誤差 1 9 1 300 53 31 400 0 67 1 由于沒有 4 位半的數(shù)字萬用表 用實驗室一般的數(shù)字萬用表進行測量 因此 測量的數(shù)據(jù)有一定的誤差 還有就是大電流的時候由于元器件的發(fā)熱 元器件的 參數(shù)受到溫度的影響也會造成一定的誤差 但是這些誤差都在允許的誤差范圍內(nèi) 絕對誤差都是在設(shè)定值的 5 之內(nèi) 5 2 步進電流測試 本系統(tǒng)是采用 12 位串行 D A 作為控制輸出電壓部分 D A 通過單片機進行 程序按鍵控制輸出模擬量 模擬量對采樣電阻進行電壓控制再通過采樣電阻轉(zhuǎn)換 為電流 從而形成恒流源 雖然受到環(huán)境和系統(tǒng)溫度及器件特性的影響 但是步 進電流值仍然成線性增大 測量數(shù)據(jù)如表 5 2 所示 電流單位 mA 表 5 2 步進電流測試數(shù)據(jù)表 輸入 電流 11121314152021222324 實測 電流 11 2111 8812 8513 8214 7819 6320 521 422 423 4 差值0 21 0 12 0 15 0 18 0 22 0 37 0 5 0 6 0 6 0 6 誤差 1 9 1 1 15 1 29 1 47 1 85 2 38 2 72 2