基于单片机的水流量测试毕业设计方案.doc
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1、湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计( 论 文 )题目作者学院专业学号指引教师二 年 月 日湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)任务书 机电工程 学院 测控技术与仪器 系(教研室)系(教研室)主任: (签名) 年 月 日学生姓名: 卢 超 学号: 专业: 测控技术与仪器 1 设计(论文)题目及专项: 基于单片机水流量测试 2 学生设计(论文)时间:自 年 3 月 9 日开始至 年 5 月 2 日止3 设计(论文)所用资源和参照资料:1)相应电子元器件;2)使用工具:Proteus仿真;ProtelDXP绘制原理图等软件3)参照资料:1 胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京清华大学出版社 2
2、 邱关源.电路M.北京高等教诲出版社(第四版),19994 设计(论文)应完毕重要内容:1)完毕水流量测试仪总体设计;2)完毕程序设计和仿真设计;3)设计原理图和完毕实物图焊接和功能调试;4)完毕毕业设计阐明书一份;5 提交设计(论文)形式(设计阐明与图纸或论文等)及规定:1)基于单片机水流量测设系统实物一件;2)基于单片机水流量测设系统电路图;3)完毕设计阐明书一份;6 发题时间: 年 12 月 31 日指引教师: (签名) 学 生: (签名)湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)指引人评语重要对学生毕业设计(论文)工作态度,研究内容与办法,工作量,文献应用,创新性,实用性,科学性,文本(图
3、纸)规范限度,存在局限性等进行综合评价指引人: (签名)年 月 日 指引人评估成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)评阅人评语重要对学生毕业设计(论文)文本格式、图纸规范限度,工作量,研究内容与办法,实用性与科学性,结论和存在局限性等进行综合评价评阅人: (签名)年 月 日 评阅人评估成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)答辩记录日期: 学生: 学号: 班级: 题目: 提交毕业设计(论文)答辩委员会下列材料:1 设计(论文)阐明书共页2 设计(论文)图 纸共页3 指引人、评阅人评语共页毕业设计(论文)答辩委员会评语:重要对学生毕业设计(论文)研究思路,设计(论文)质量,文本图纸
4、规范限度和对设计(论文)简介,回答问题状况等进行综合评价答辩委员会主任: (签名)委员: (签名)(签名)(签名)(签名) 答辩成绩: 总评成绩: 摘 要论文以智能家居系统中水流量模块为课题,以水流量计传感器和数字温度传感器DS18B20实时采集水流量状态和水温数据,并依照主控器STC89C52程序指令解决后计算出水费价格,用液晶屏LCD1602分当前温度、水价和水流总量三种状态动态显示。此外,本课题设计了上下限报警,使查看更为直观,使用更加以便。核心词:单片机;DS18B20温度传感器;水流量传感器目 录第一章 总体设计9第二章 系统硬件电路设计102.1主芯片STC89C52102.2时钟
5、电路122.3复位电路132.4液晶显示电路142.5 温度测量电路182.6 水流量测量电路222.6 水流量测量电路232.7 报警电路242.8 继电器控制电路252.9 小结26第三章 软件系统设计273.1 软件设计总流程273.2 温度程序模块283.3 水流量程序模块313.4 显示程序333.5 小结34第四章 系统仿真与调试354.1 keil uvision4软件354.2 Protel DXP软件364.2 proteus电路仿真37第五章 实物展示40第六章 总结41参 考 文 献42致 谢43附录1:总程序44第一章 总体设计当打开水龙头时,依照单片机STC89C52
6、指令、水流量计传感器采集水流量状态。当单片机STC89C52扫描到水流量计传感器脉冲数,通过单片机STC89C52解决,计算出所采集水流量后,通过液晶屏LCD1602能动态显示当前水流量。依照设计过程,可以将本课题划分为8 个电路模块如图1 所所示:LCD 1602显示电路按键电路STC89C52水流量测量电路时钟电路温度测量电路复位电路继电器控制电路报警电路图1-1 电路总框图第二章 系统硬件电路设计2.1主芯片STC89C522.1.1重要性能1)与MCS-52单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器2)1000次擦写周期3)全静态操作:0Hz33Hz 4)三级加密程序存储器
7、 5)32个可编程I/O口线6)三个16位定期器/计数器八个中断源7)全双工UART串行通道8)低功耗空闲和掉电模式 9)掉电后中断可唤醒 10)看门狗定期器11)双数据指针12)掉电标记符 2.1.2芯片功能特性简述:STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具备 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash容许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有机灵8 位CPU 和在线系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效解决方案。 ST
8、C89C52具备如下原则功能: 8k字节Flash,256字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定期器,2 个数据指针,三个16 位 定期器/计数器,一种6向量2级中断构造,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。此外,STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选取节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,容许RAM、定期器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一种中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K字节在系统可编程 Flash。 图2-1 STC89C522.1.3引脚功能表2-1 STC89C52引脚简介阐明引
9、脚功能简介VSS电路接地端P0.0P0.78位漏极开路双向I/O通道P2.0P2.78位拟双向I/O通道P3.0RXD,串行输入口P3.1TXD,串行输出口P3.2INT0,外部中断输入口P3.3INT1,外部中断输入口P3.4定期器/计数器外部事件脉冲输入端P3.5定期器/计数器外部事件脉冲输入端P3.6外部数据存贮器写脉冲P3.7外部数据存贮器读脉冲RST/VpD复位输入信号ALE/PROG地址锁存有效信号PSEN程序选通有效信号EA/VPP当保持TTL高电平,执行内部EPROM指令,当使TTL为低电平, 从外部程序存贮器取出所有指令,在内EPROM编程时,此端为21编程电源输入端XTAL
10、1内部振荡器外接晶振一种输入端XTAL2内部振荡器外接晶振一种输入端2.2时钟电路单片机最小系统有三某些构成,即电源,时钟电路和复位电路。其中单片机电源引脚与5V电源连通即可,而时钟电路和复位电路还需接口扩展,这也是单片机基本电路操作。时钟电路用于产生单片机工作所需时钟信号,时序是指令执行中各信号之间互有关系。单片机自身就犹如一种复杂同步时序电路,为了保证同步工作方式实现,电路应在唯一时钟信号控制下严格地准时序进行工作。在STC89C52单片机内部带有时钟电路,因而,只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定期控制元件(晶体振荡器和电容),即可构成一种稳定自激振荡器。在STC89C52芯
11、片内部有一种高增益反相放大器,而在芯片外部,XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容。在单片机XTAL1脚和XTAL2脚之间并接一种晶体振荡器就构成了内部振荡方式。STC89C52单片机内部有一种高增益反相放大器,XTAL1为内部反相放大器输入端,XTAL2为内部反相放大器输出端,在其两端接上晶振后,就构成了自激振荡电路,并产生振荡脉冲,振荡电路输出脉冲信号频率就是晶振固有频率。在实际应用中普通还需要在晶振两端和地之间各并上一种小电容。图2-2 时钟电路用晶振和电容构成谐振电路。电容大小与晶振频率和工作电压关于。但电容大小影响振荡器稳定性和起振迅速性,为了提高精度,本实验板采用20p
12、F电容作为微调电容。在设计电路板时,晶振、电容等均应尽量接近芯片,减小分布电容,以保证振荡器振荡稳定性。2.3复位电路复位是单片机初始化操作,其目是使CPU和系统中各某些处在一种拟定状态,并从这一状态开始工作。系统上电路或死机后都要进行复位操作。单片机RST引脚为复位引脚,振荡电路正常工作后,RST端加上持续两个机器周期高电平后,单片机就被复位。复位电路有3种基本方式:上电复位,开关复位和看门狗复位。图2-3 复位电路本课题采用按键开关复位是指通过接通按钮开关,使单片机进入复位状态。开关复位电路普通不单独使用。在应用系统设计中,若需使用开关复位电路,普通做法是将开关复位与上电复位组合在一起形成
13、组合复位电路,上电复位电路完毕上电复位功能,开关复位电路完毕人工复位。图2-3中C7与R1构成了上电复位电路。上电复位后,电源经R1对C7布满电源,C7等效于开路,RST端为低电平;单片机正常工作。按开关K1后,C7两端电荷经R1迅速放电,K1断开后,由C7、R1及电源完毕对单片机复位操作。在上述电路中C7、R1按上电复位电路设计而取值。 复位电路作用非常重要,能否成功复位关系但单片机系统能否正常运营问题。如果振荡电路正常而单片机系统不能正常运营,其重要因素是单片机没有完毕正常复位,程序计数器值没有回0,特殊功能寄存器没有回到初始状态。这时可以恰本地调节上电复位电路阻容值,增长其充电时间常数来
14、解决问题。2.4液晶显示电路 在寻常生活中,咱们对液晶显示屏并不陌生。液晶显示模块已作为诸多电子产品通过器件,如在计算器、万用表、电子表及诸多家用电子产品中都可以看到,显示重要是数字、专用符号和图形。在单片机人机交流界面中,普通输出方式有如下几种:发光管、LED数码管、液晶显示屏。发光管和LED数码管比较惯用,软硬件都比较简朴,在前面章节已经简介过,在此不作简介,本章重点简介字符型液晶显示屏应用2.4.1液晶显示简介液晶显示原理是运用液晶物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示,这样即可以显示出图形。液晶显示屏具备厚度薄、合用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示特点,当前已
15、经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。图2-4 1602字符型液晶显示屏实物图2.4.2 显示特性 只需5V 电源电压,低功耗、长寿命、高可靠性 内置 192 种字符(160个 57 点阵字符和 32 个510 点阵字符) 具备 64 个字节自定义字符 RAM 显示方式:STN、半透、正显 驱动方式:1/16DUTY,1/5BIAS 视角方向:6点 背光方式:底部 LED 通讯方式:4位或 8 位并口可选 原则接口特性:适配 MC51 和M6800 系列 MPU操作时序。2.4.3引脚阐明表2-2 液晶1602引脚阐明管脚号 符号功 能1Vss电源地(GND)2V
16、dd电源电压(+5V)3V0LCD驱动电压(可调) 寄存器选取输入端,输入MPU 选取模块内部寄存器类型信号:RS=0,当MPU 进行写模块操作,指向指令寄存器;4RS当MPU 进行读模块操作,指向地址计数器;RS=1,无论MPU 读操作还是写操作,均指向数据寄存器5R/WR/W=0 读操作;R/W=1 写操作6E使能信号输入端,输入MPU 读/写模块操作使能信号:4位方式通讯时,不使用DB0-DB37DB0数据输入/输出口,MPU 与模块之间数据传送通道8DB1数据输入/输出口,MPU 与模块之间数据传送通道9DB2数据输入/输出口,MPU 与模块之间数据传送通道10DB3数据输入/输出口,
17、MPU 与模块之间数据传送通道11DB4数据输入/输出口,MPU 与模块之间数据传送通道12DB5数据输入/输出口,MPU 与模块之间数据传送通道13DB6数据输入/输出口,MPU 与模块之间数据传送通道14DB7数据输入/输出口,MPU 与模块之间数据传送通道15A背光正端+5V16K 背光负端0V16K 背光负端0V2.4.4 1602LCD指令阐明1602液晶模块内部控制器共有11条控制指令,如表2-3所示:表2-3 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0
18、000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM)10要写数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出数据内容 1602液晶模块读写操作、屏幕和光标操作都是通过指令编程来实现。(阐明:1为高电平、0为低电平) 指令1:清显示,指令码01H,光标复位到地址00H位置。 指令2:光标复位,光标返回到地址00H。 指令3:光标和显示模式设立 I/D:光标移动方向,高电平右移,低电平左移 S:屏幕上所有文
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