單片機開發(fā)軟件綜合應用

關(guān)于單片機開發(fā)軟件綜合應用第1頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，與其他單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其他電路的工作情況。因此在仿真和調(diào)試程序時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，解決了實驗和工程應用間脫節(jié)的矛盾。第2頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月1單片機間的多機通信

內(nèi)容三個AT89C51單片機間進行“1主2從”多機通信，主機可以將其數(shù)碼管顯示的內(nèi)容發(fā)送給每個從機，也可以采集每個從機數(shù)碼管顯示的數(shù)值并求和后顯示出來，每個單片機的數(shù)碼管顯示值可以通過外接的按鍵進行設(shè)置。訓練目的掌握MCS-51單片機間進行多機通信的實現(xiàn)方法。第3頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1Proteus電路設(shè)計

1.元件清單列表打開ProteusISIS編輯環(huán)境，按表1所列的清單添加元件。第4頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電路原理圖元件全部添加后，在ProteusISIS的編輯區(qū)域中按圖1和圖2所示的主、從機電路原理圖(晶振和復位電路略)連接硬件電路。

第5頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1主機部分電路原理圖第6頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2從機部分電路原理圖第7頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2Proteus調(diào)試與仿真

參照6.3.3節(jié)建立程序文件，加載目標代碼文件，在ProteusISIS界面中，單擊按鈕啟動仿真。主機操作如下：(1)每按下“加1”鍵，數(shù)碼管顯示值加1，對應左邊的數(shù)碼管顯示“7”；(2)每按下“匯總數(shù)據(jù)”鍵，主機數(shù)碼管顯示值變?yōu)閺臋C1的顯示值+從機2的顯示值之和，對應左邊的數(shù)碼管顯示“5”；(3)每按下“發(fā)送數(shù)據(jù)”鍵，各從機的數(shù)碼管顯示值均變?yōu)橹鳈C數(shù)碼管所顯示的數(shù)值，對應左邊的數(shù)碼管顯示“3”。第8頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月從機操作如下：(1)每按下“加1”鍵，數(shù)碼管顯示值加1；(2)運行中的數(shù)碼管顯示值隨主機的操作而發(fā)生改變。仿真運行片段如圖3和圖4所示。仿真過程中可單擊按鈕暫停仿真，從“Debug”菜單中調(diào)出各個單片機的“8051CPURegisters”窗口來觀察各單片機運行中相關(guān)寄存器的工作狀態(tài)，如圖4所示。第9頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3仿真運行片段1第10頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4仿真運行片段2第11頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3總結(jié)與提示

在仿真剛開始的幾秒鐘，仿真系統(tǒng)還未完全就位，仿真結(jié)果可能會不正常，稍停一會兒便可正常運行；可將從機的串口工作方式改為采用中斷方式進行編程和仿真實驗。第12頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2I2C總線應用技術(shù)

內(nèi)容I2C總線是一種用于IC器件之間的二線制總線。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消息，并根據(jù)地址識別每個器件。本例使用串口通信I2C存儲器24C01擴展AT89C51單片機的數(shù)據(jù)存儲器，完成讀寫操作。訓練目的學習使用Proteus設(shè)計并仿真I2C器件擴展單片機存儲器的方法；掌握單片機進行I2C通信的編程方法；學會使用ProteusVSM虛擬I2C調(diào)試器。第13頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1Proteus電路設(shè)計

1.元件清單列表打開ProteusISIS編輯環(huán)境，按表2所列的清單添加元件。第14頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電路原理圖元件全部添加后，在ProteusISIS的編輯區(qū)域中按圖5所示的原理圖(晶振和復位電路略)連接硬件電路。圖5電路原理圖第15頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2Proteus調(diào)試與仿真參照6.3.3節(jié)建立程序文件，加載目標代碼文件，執(zhí)行以下操作：(1)在ProteusISIS界面中，單擊按鈕啟動仿真；(2)仿真過程中單擊按鈕暫停仿真，從“Debug”菜單中調(diào)出“8051CPUInternal(IDATA)Memory”窗口和“I2CMemoryInternalMemory-U2”窗口，觀察單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和24C01存儲器相關(guān)單元的狀態(tài)變化，如圖6所示。第16頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6仿真暫停時程序運行的中間結(jié)果第17頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3用I2C調(diào)試器監(jiān)視I2C總線

1.在電路中添加I2C調(diào)試器在工具欄單擊按鈕，再在對象選擇器中選擇“I2CDEBUGGER”。將其中兩引腳與單片機連接，其中SCL接P3.0，SDA接P3.1。2.仿真監(jiān)視從圖6中的I2C調(diào)試器窗口可以看到I2C總線在循環(huán)讀/寫，窗口的左上角區(qū)域，記錄了總線上的所有活動，其中向左的藍箭頭表示I2C調(diào)試器作為從器件監(jiān)視總線上的活動。單擊“+”，可顯示詳細的數(shù)據(jù)，以字節(jié)，甚至以位的形式顯示。其中：第18頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第一行內(nèi)容是單片機向24C01存儲器寫數(shù)據(jù)過程，其時序為S、A0、A、地址(30H)、A、數(shù)據(jù)1、A、數(shù)據(jù)2、A、…、數(shù)據(jù)16、A、P；第二行內(nèi)容是單片機從24C01存儲器讀數(shù)據(jù)過程，其時序為S、A0、A、地址(30H)、A、Sr、A1、A、數(shù)據(jù)1、A、…、數(shù)據(jù)16、N、P。3.I2C通信讀/寫操作序列中的專用字符I2C通信讀/寫操作序列中的專用字符，如表3所示。第19頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4總結(jié)與提示

本例中，如果將AT89C51單片機的時鐘頻率設(shè)置為12MHz，則應將24C01屬性中的{TD_WRITE=1m}項改為{TD_WRITE=0.5m}。具體步驟為：雙擊24C01元件，打開其屬性編輯框，選中“Editallpropertiesastext”項，然后進行修改。第20頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3基于單片機控制的

電子萬年歷

第21頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1設(shè)計任務(wù)及要求

1.設(shè)計題目基于單片機的萬年歷。2.設(shè)計要求與目的利用單片機、時鐘芯片、溫度傳感器、數(shù)碼管等實現(xiàn)日期、時間、溫度的顯示即一個簡單的萬年歷；萬年歷的設(shè)計是幾個簡單模塊的組合，硬件上是這樣，軟件上也是這樣，要熟悉這種模塊化的設(shè)計思路；通過萬年歷的設(shè)計要掌握好對Proteus仿真設(shè)計的熟練使用；第22頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月通過萬年歷的設(shè)計要熟練掌握單片機的各個功能，并且能對單片機有一個總體的把握，在設(shè)計的過程中能夠憑借對單片機各功能的了解，達到理想的設(shè)計效果；本例使用了時鐘芯片DS1302、溫度傳感器DS18B20和74HC164，通過對單片機的學習能夠?qū)λ鼈冇|類旁通。第23頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3.設(shè)計任務(wù)設(shè)計系統(tǒng)硬件；設(shè)計系統(tǒng)軟件；編寫設(shè)計說明書。第24頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2設(shè)計背景

在生活中，我們經(jīng)常能看到各種各樣的制作精美的萬年歷，萬年歷大有取代常規(guī)鐘表的趨勢。隨著人們生活水平的提高，智能產(chǎn)品越來越受到人們的歡迎。而單片機、傳感器及各種集成電路起到關(guān)鍵作用。希望通過本設(shè)計能夠?qū)ξ磥淼内厔萦兴盐?，從而適應社會需要。第25頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3電路設(shè)計

萬年歷大體可以分為三大模塊，74HC164與數(shù)碼管的顯示模塊、DS1302時鐘芯片與單片機的時鐘模塊和DS18B20與單片機的溫度模塊。單片機在5V電壓下，各個模塊正常工作。單片機從DS1302芯片中讀出一組時間日期數(shù)據(jù)，同時單片機通過DS18B20溫度傳感器獲得當前溫度并且發(fā)送給單片機。單片機接收到各個數(shù)據(jù)時，利用串行通信原理把數(shù)據(jù)按照一定的順序發(fā)送給74HC164。74HC164移位到最后一個數(shù)碼管后，把各個數(shù)據(jù)顯示出來。第26頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月1.74HC164芯片相關(guān)知識(1)74HC164簡介74HC164是一種8位串行輸入并行輸出的移位寄存器。它是高速硅門CMOS器件，與低功耗肖特基型TTL(TTLLS)器件的引腳兼容。74HC164、74HCT164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端之一(DSA或DSB)串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。時鐘(CP)每次由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個數(shù)據(jù)輸入端第27頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月(DSA和DSB)的邏輯與，它在上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。主復位(MR)輸入端上的一個低電平將使其他所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。第28頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)74HC164的引腳功能74HC164的引腳功能如圖7、圖8和表4所示。圖774HC164的引腳圖圖874HC164的IEC邏輯符號第29頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.DS1302芯片相關(guān)知識(1)DS1302簡介DS1302是DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓為2.5~5.5V。DS1302采用三線接口，與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時間數(shù)據(jù)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM存儲器。(2)DS1302的引腳功能DS1302的引腳功能如圖9及表5所示。第31頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)控制字格式控制字格式如表6所示?？刂谱肿罡呶槐仨毷?，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到DS1302中，位6如果為0則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5～1指示操作單元的地址；最低位為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。

表6控制字格式第33頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)復位和時鐘控制DS1302通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平時，所有數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中置RST為低電平，則會終止此數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。上電運行時，在VCC>>2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。(5)DS1302寄存器7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式，其日歷、時間寄存器及其控制字如表7所示。第34頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月時鐘與日歷暫停。時鐘與日歷包含在七個寫/讀寄存器中，采用BCD碼形式。秒寄存器的位7(CH)為時鐘暫停位，為1時，時鐘振蕩停止，DS1302為低功率的備份方式，當為0時，時鐘將啟動。AM-PM/12-24方式。小時寄存器的位7定義為12/24小時方式選擇位。為高電平，選擇12小時方式。在12小時方式下，位5是AM/PM位，此位為高電平時表示PM。在24小時方式下，位5是第二個10小時位(20～23時)。第36頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月寫保護寄存器。寫保護寄存器的位7是寫保護位。開始七位(位0～6)置為0，在讀操作時總是讀出0。在對時鐘或RAM進行寫操作之前，位7必須為0。當為高電平時，寫保護防止對任何其他寄存器進行寫操作。慢速充電寄存器。這個寄存器控制DS1302的慢速充電特征。慢速充電選擇位(TCS)控制慢速充電器的選擇。為了防止偶然的因素使之工作，只有1010模式才能使慢速充電器工作，所有其他模式將禁止慢速充電器。第37頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月DS1302上電時，慢速充電器被禁止。二極管選擇位(DS)選擇一個還是兩個二極管連接在VCC1與VCC2之間。如果DS為01選擇一個，如果DS為10選擇兩個。如果DS為00或11，那么充電器被禁止，與TCS無關(guān)。RS選擇連接在VCC1與VCC2之間的電阻。RS為00無電阻，為01用2K，為10用4K，為11用8K。時鐘/日歷多字節(jié)方式。時鐘/日歷命令字節(jié)可規(guī)定多字節(jié)方式，在此方式下，最先八個時鐘/日歷寄存器可以從地址0位開始連續(xù)地讀寫。當指定寫時鐘/日歷為多字節(jié)方式時，如果寫保護位被設(shè)置為高電平，那么沒有數(shù)據(jù)會傳送到八個時鐘/日歷寄存器的任一個。在多字節(jié)方式下，慢速充電器是不可訪問的。第38頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月DS1302還有充電寄存器，時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共有31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H-FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的控制寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。第39頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3.DS18B20芯片相關(guān)知識(1)DS18B20簡介DS18B20是由美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器芯片。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號，以供單片機處理，它還具有微型化、低功率、高性能、抗干擾能力強等優(yōu)點。通過編程，DS18B20可以實現(xiàn)9~12位的溫度讀數(shù)。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從微處理器到DS18B20僅需連接一條信號線和地線。讀、寫和執(zhí)行溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。第40頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)DS18B20的引腳功能DS18B20的引腳(圖10)，其功能如表8所示。第41頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)DS18B20的主要特點采用單線技術(shù)，與單片機通信只需一個引腳；通過識別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號從而實現(xiàn)單線多掛接，簡化了分布式溫度檢測的應用；實際應用中不需要外部任何器件即可實現(xiàn)測溫；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓的范圍在3～5.5V；不需要備份電源；測量范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內(nèi)誤差為0.5℃；第42頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以在9位到12位之間選擇，可配置實現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)；將12位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需時間不超過750ms；用戶定義的，非易失性的溫度告警設(shè)置，用用戶可以自行設(shè)定告警的上下限溫度。第43頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)單總線技術(shù)單總線協(xié)議保證了數(shù)據(jù)可靠的傳輸，任一時刻總線上只能有一個控制信號或數(shù)據(jù)。一次數(shù)據(jù)傳輸可分為以下四個操作過程：初始化，傳送ROM命令，傳送RAM命令，數(shù)據(jù)交換。單總線上所有的處理都從初始化開始。初始化時序是由一個復位脈沖(總線命令者發(fā)出)和一個或多個從者發(fā)出的應答信號(總線從者發(fā)出)組成。應答脈沖的作用是：從器件讓總線命令者知道該器件是在總線上的，并準備好開始工作。當總線命令者檢測到某器件存在時，首先發(fā)送七個ROM功能中的一個命令：第44頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月讀ROM(總線上只有一個器件時，即讀出其序列號)；匹配ROM(總線上有多個器件時，尋址某一個器件)；查找ROM(系統(tǒng)首次啟動后，須識別總線上的各器件)；跳過ROM(總線上只有一個器件時，可跳過讀ROM命令直接向器件發(fā)送命令,以節(jié)省時間)；超速匹配ROM(超速模式下尋址某個器件)；超速跳過ROM(超速模式下跳過讀ROM命令)；條件查找ROM(只查找輸入電壓超過設(shè)置的報警門限值的器件)。第45頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月當成功執(zhí)行上述命令之一后，總線命令者可發(fā)送任何一個可使用命令來訪問存儲器和控制功能，進行數(shù)據(jù)交換。所有數(shù)據(jù)的讀寫都是從最低位開始的。單總線傳送的數(shù)據(jù)或命令是由一系統(tǒng)的時序信號組成的，單總線上共有4種時序信號：初始化信號、寫0信號、寫1信號和讀信號。(5)DS18B20的ROM及控制指令DS18B20的64位ROM的結(jié)構(gòu)如表9所示。開始8位是DS18B20的產(chǎn)品類型編號10H，接著是每一個器件的唯一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS18B20可以用一根線進行通信的原因。第46頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月DS18B20的高速暫存器由便箋式RAM和非易失性電擦寫EERAM組成，后者用于存儲TH、TL值。數(shù)據(jù)先寫入便箋式RAM，經(jīng)校驗后再傳給EERAM。便箋式RAM占9個字節(jié)，包括溫度信息(0、1字節(jié))、TH和TL值(2、3字節(jié))、配置寄存器數(shù)據(jù)(4字節(jié))、CRC(8字節(jié))等，5、6、7字節(jié)不用。暫存器的4字節(jié)是配置寄存器，可以通過相應的寫命令進行配置，其內(nèi)容如表11所示。第48頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月第49頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月DS18B20的核心功能部件是它的數(shù)字溫度傳感器，如上所述，它的分辨率可配置為9位、10位、11位或者12位，出廠默認設(shè)置是12位分辨率，它們對應的溫度分辨率分別是0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃。溫度信息的低位、高位字節(jié)內(nèi)容中還包括了符號位S(是正溫度還是負溫度)和二進制小數(shù)部分，具體形式如表13所示。第50頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月這是12位分辨率的情況，如果配置為低的分辨率，則其中無意義位為0；實測溫度和數(shù)字輸出的對應關(guān)系如表14所示。第51頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

1．DS18B20溫度測量電路根據(jù)DS18B20的引腳功能說明，我們可以很快地把VCC接一個5V的電源，而GND接地。由于DS18B20采用了單總線技術(shù)，我們只要把DQ與單片機的一個I/O口相連接就可以了，如圖11所示。圖11DS18B20溫度測量電路第52頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2．時鐘電路DS1302有兩個電源，一個是主電源Vcc2，另一個是備份電源Vcc1。主電源Vcc2同單片機一樣接5V電源，而備份電源Vcc1使用的是兩節(jié)1.5V干電池。當系統(tǒng)電源被切斷的情況下，DS1302也能正常工作，保證日期、時間的準確性。X1、X2用來外接晶振，晶振的頻率為32.768kHz，如圖12所示。圖12時鐘電路第53頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3．顯示電路數(shù)碼管采用共陽極的設(shè)計，一個數(shù)碼管由一個74HC164來驅(qū)動，并且采用級聯(lián)的方式進行連接。利用單片機的串口發(fā)送或者模擬串口發(fā)送把數(shù)據(jù)發(fā)送給74HC164來驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。這種設(shè)計的好處是接節(jié)約單片機的I/O口，同時也不會降低CPU的運行速度，如圖13所示。第54頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖13顯示電路第55頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月無論仿真還是實物，如果把數(shù)碼管的陽極直接接到電源上，往往會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。為了解決這一問題。本設(shè)計把數(shù)碼管的陽極接到單片機的一個I/O口上。在程序里，發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，這個端口置低電平，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢置為高電平，此時顯示所有數(shù)據(jù)。由于串口發(fā)送及74HC164移位的速度相當快，人的眼睛根本分辨不出來，所以就不會產(chǎn)生閃爍，如圖14所示。圖14顯示去閃爍電路第56頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月4基于DS18B20的水溫控制系統(tǒng)

內(nèi)容利用單片機AT89C51控制DS18B20溫度傳感器對水溫的控制，當水溫低于預設(shè)溫度值時系統(tǒng)開始加熱(點亮紅色發(fā)光二極管表示加熱狀態(tài))，當溫度達到預設(shè)溫度值時自動停止加熱。預設(shè)溫度值和實測溫度值分別由兩個3位數(shù)碼管顯示，范圍為0～99℃。背景知識已掌握KeilμVision3開發(fā)軟件的使用方法；掌握DS18B20的工作原理與使用方法。訓練目的掌握單片機控制系統(tǒng)綜合開發(fā)設(shè)計方法。第57頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1Proteus電路設(shè)計

1.元件清單列表打開ProteusISIS編輯環(huán)境，按表16所列的清單添加元件。第58頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電路原理圖元件全部添加后，在ProteusISIS的編輯區(qū)域中按圖15所示的原理圖(復位和振蕩電路略)連接硬件電路。第59頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖15電路原理圖第60頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2Proteus調(diào)試與仿真

參照6.3.3節(jié)建立程序文件，加載目標代碼文件，進入調(diào)試環(huán)境，執(zhí)行程序，在ProteusISIS界面中，分別調(diào)節(jié)十位設(shè)置按鍵和個位設(shè)置按鍵來預設(shè)水溫，當DS18B20的溫度低于預設(shè)溫度值時，紅色發(fā)光二極管點亮表示進入熱狀態(tài)；調(diào)節(jié)DS18B20元件上的按鈕可人工模擬實際水溫的升高和下降?？梢钥吹?，當實測溫度達到預設(shè)溫度后，紅色發(fā)光二極管便自動熄滅，表示停止加熱。仿真片斷如圖16所示。第61頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖16程序運行結(jié)果第62頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月5基于單片機的24×24點陣

LED漢字顯示

第63頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1設(shè)計任務(wù)及要求

1.設(shè)計題目基于單片機的24×24點陣LED漢字顯示。2.設(shè)計要求與目的實現(xiàn)LED點陣屏核心功能即漢字、數(shù)字、字母的多樣化顯示；通過本次設(shè)計加深對單片機課程和仿真軟件的認識和掌握以及對仿真軟件Proteus的應用進一步的了解；掌握SPI串口進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?，并學會使用外部芯片輔助項目設(shè)計；第64頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月通過此次設(shè)計將單片機軟硬件結(jié)合起來對程序進行編輯、校驗，鍛煉實踐能力和理論聯(lián)系實際的能力。3.設(shè)計任務(wù)設(shè)計系統(tǒng)硬件；設(shè)計系統(tǒng)軟件；編寫設(shè)計說明書。第65頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2設(shè)計背景簡介LED點陣塊具有亮度高、發(fā)光均勻、可靠性好、拼裝方便等優(yōu)點，能構(gòu)成各種尺寸的顯示屏。目前，LED顯示屏已被廣泛應用于商場、車站等公共場合的文字圖形顯示，并取得了很好的效果。LED顯示屏的種類較多，大致有以下四種分類法：一是按室內(nèi)室外分類，二是按工作方式分類，三是按顏色的數(shù)量分類，四是按LED管的單位密度大小分類。第66頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月

不同類型的顯示屏用途不同，各有優(yōu)缺點，室內(nèi)LED顯示屏與戶外LED顯示屏差別很大，可根據(jù)需要側(cè)重選擇。首先是亮度不同，室內(nèi)屏的發(fā)光亮度要比戶外屏低出幾倍到幾十倍，因此，戶外屏必須采用超高亮度LED，而且為了進一步提高亮度和增加可視距離，在一個像素內(nèi)往往要封裝多只超高亮度LED。第67頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月5.3電路設(shè)計在電路設(shè)計中要考慮硬件的選型，硬件的選型應根據(jù)設(shè)計要求和應用場合的限制選用。在此，選用行列控制器件是很關(guān)鍵的，如果選用的器件達不到要求可能就會出現(xiàn)驅(qū)動能力不足造成亮度不夠，傳送數(shù)據(jù)出錯等一些問題，本LED顯示系統(tǒng)主要由AT89C51作為主控單元，列控制選用74HC138芯片，行數(shù)據(jù)傳輸選用串入并出器件，74164和74595功能相仿，都是8位串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出移位寄存器。74164的驅(qū)動電流(25mA)比74595(35mA)的要小，14腳封裝，體積也小一些，而且74595的主要優(yōu)點是具有數(shù)據(jù)存儲寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變，數(shù)碼管沒有閃爍感。與164只有數(shù)據(jù)清零端相比，595還多有輸出端時能/禁止控制端，可以使輸出為高阻態(tài)。第68頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月我們這里選用74HC595芯片及9塊兒8×8點陣顯示模塊組成24×24點陣顯示屏，如圖17所示為單基色8×8的點陣屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。從結(jié)構(gòu)上可知，它的每一列共用一根列線，每一行共用一根行線。當相應的行接高電平，列接低電平時，對應的發(fā)光二極管被點亮。通常情況下，一塊8×8像素的LED顯示屏是不能用來顯示一個漢字的，因此，本設(shè)計按照其原理結(jié)構(gòu)擴展為24×24，顯示一個漢字。在顯示過程中，多采用掃描方式，利用人的視覺暫停效應，只要刷新速率不小于25幀/秒，就不會有閃爍的感覺?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖18所示。第69頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月其次，戶外屏須防(雨)水、防陽光直射、防塵、防高溫、防風、防雷擊等，而室內(nèi)屏則無須考慮這些問題。此設(shè)計是基于單片機89C51對點陣24×24漢字顯示的設(shè)計。圖17點陣屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖18控制系統(tǒng)框圖第70頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月5.4系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

1.時鐘電路AT89C51單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個由反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內(nèi)部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHZ，C1、C2的電容值取30pF，電容的大小起頻率微調(diào)的作用。時鐘電路圖如圖19所示。第71頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月2.復位電路單片機有多種復位電路，本系統(tǒng)采用電平式開關(guān)復位與上電復位方式，電路如圖20所示。當上電時，C1相當于短路，使單片機復位，在正常工作時，按下復位鍵時單片機復位。在有時碰到干擾時會造成錯誤復位，但在大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機錯誤復位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復位，如果在復位端加一個去耦電容，則會得到很好的效果。

第72頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖19時鐘電路圖圖20復位電路圖第73頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月3.行數(shù)據(jù)傳輸電路根據(jù)如圖21所示的74HC595管腳圖對控制端的說明為：MR(10腳)指低點平時將移位寄存器數(shù)據(jù)清零；SH_CP(11腳)指上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位；Q1、Q2、Q3、...、Q7指下降沿移位寄存器數(shù)據(jù)不變(脈沖寬度：5V時，大于幾十納秒就行了，通常都選微秒級)；ST_CP(12腳)指上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。第74頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月通常將RCK置為低電平，當移位結(jié)束后，在RCK端產(chǎn)生一個正脈沖(5V時，大于幾十納秒就行了，通常都選微秒級)，更新顯示數(shù)據(jù)；/G(13腳)指高電平時禁止輸出(高阻態(tài))。如果單片機的引腳不緊張，用一個引腳控制它，可以方便地產(chǎn)生閃爍和熄滅效果，這樣比通過數(shù)據(jù)端移位控制要省時省力。然后用三片74HC595串聯(lián)起來組成行數(shù)據(jù)傳輸端，如圖22所示。通過數(shù)據(jù)端和時鐘端把數(shù)據(jù)傳送到移位寄存器。第75頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2174HC595管腳圖圖2274HC595管腳分配連接圖第76頁，課件共89頁，創(chuàng)作于2023年2月4.列控制電路列控器件74LS138是3-8譯碼器，它具有三個使能端，三