基于51單片機的藍牙控制

1、摘 要隨著科技的進步與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對控制系統(tǒng)的發(fā)展也提出了越來越高的要求，非接觸控制、中遠程通信正在扮演這越來越重要的角色，所以單片機的中遠程通信的意義也愈發(fā)重要。作為一名工科生，加強對這方面的學習是很有必要的?；贏T89C51單片機與HC-08藍牙模塊通信的基礎，我們設計了能夠實現(xiàn)在手機模擬串口APP的客戶端上進行溫度監(jiān)視與控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由藍牙通信模塊，燈光模擬加熱電路，單片機控制電路，基于DS18B20的溫度監(jiān)視電路等部分組成。畫出了系統(tǒng)電路原理圖，進行了軟件設計，給出了系統(tǒng)流程圖，并編寫了系統(tǒng)程序。最后在進行系統(tǒng)仿真的基礎上進行了實物制作，實物調試結果表明，所設計的系統(tǒng)

2、能夠滿足要求。本系統(tǒng)具有成本低，安全實用，80米左右通信等特點。 關鍵詞：AT89C51；HC-08藍牙；DS18B20；LCD顯示屏；一、概述41.1 課程考核目的41.2 設計任務及要求41.3設計需要的相關知識4二、總體設計方案與說明52.1系統(tǒng)總體設計方案52.2系統(tǒng)的技術指標52.3 AT89C51單片機的串口52.3.1 概念52.3.2 串行口結構62.3.3 特殊功能寄存器PCON7串行口的4種工作方式8三、系統(tǒng)硬件部分設計103.1 Protel DXP電路原理圖103.2 LCD顯示電路113.2.1 LCD 1602引腳11LCD1602字符的顯示及命令113.3 HC-

3、08藍牙模塊電路123.3.1 模塊簡介133.3.2 HC-08藍牙引腳定義133.4 溫度檢測電路143.4.1 DS18B20模塊簡介143.4.2 引腳功能143.4.3 編程方式143.5 模擬加熱電路（本設計中以LED燈和繼電器模擬加熱電路）15四、系統(tǒng)軟件部分設計164.1系統(tǒng)軟件流程圖164.2 程序清單16五、系統(tǒng)仿真及實物制作175.1仿真軟件175.2程序編譯軟件185.3編譯過程185-4 Proteus仿真原理圖195.5仿真過程195.6實物制作及功能演示23六、總結25七、參考文獻25附錄一 Protel DXP原理26附錄二 程序清單27附錄三 Proteus

4、仿真原理圖30一、概述1.1 課程考核目的通過本課程學習，使學生掌握控制系統(tǒng)設計的一般步驟，掌握系統(tǒng)總體控制方案的設計方法。使學生進一步掌握微型計算機應用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)方法，輸入/輸出(I/O)接口技術，單片機中遠程通信的方法，應用程序設計技術，并能結合專業(yè)設計簡單實用的單片機應用系統(tǒng)。針對課堂重點講授內(nèi)容使學生加深對單片機硬件原理的理解及提高C51語言程序設計的能力，為以后的畢業(yè)設計搭建了單片機系統(tǒng)應用平臺，提高學生的開發(fā)創(chuàng)新能力。1.2 設計任務及要求設計要求：設計一個手機藍牙通過HC-08藍牙模塊聯(lián)系AT89C51單片機，對其發(fā)出指令進行溫度控制，并且能夠將溫度回饋到手機的模擬串口的

5、客戶端界面上。主要任務：（1）進行系統(tǒng)方案總體設計，畫出系統(tǒng)設計的框圖。（2）硬件部分設計。將整個硬件系統(tǒng)劃分為若干功能單元電路，使用Protel DXP畫出每個單元電路原理圖，繪出整個系統(tǒng)電路原理圖。（3）軟件部分設計。畫出程序流程圖，編寫系統(tǒng)源程序(有必要的注釋)并調試。（4）購買實物，進行實物連接。（5）畫出Proteus仿真圖，載入程序，進行仿真。（6）軟硬件聯(lián)調，完成系統(tǒng)工作調試。在以上工作基礎上完成課程設計報告，包括設計任務與要求，總體方案說明，電路原理圖與說明，軟件流程圖和源程序清單，問題分析與解決方案，結論與體會，參考資料等。1.3設計需要的相關知識通信基礎下的溫度控制系統(tǒng)設計

6、主要涉及單片機的串口通信。基礎知識包括：單片機的串口方式，HC-08藍牙的串口通信知識，LCD顯示，DS18B20的溫度顯示等等。二、總體設計方案與說明2.1系統(tǒng)總體設計方案特別說明：本次設計中，使用一個與繼電器連接LED燈模擬加熱模塊。 圖2-1系統(tǒng)工作框圖本設計基本工作方式如圖2.1-1所示，在手機模擬串口發(fā)出指令，通過HC-08藍牙從機傳遞給單片機，單片機啟動模擬加熱模塊，測溫模塊測得實時溫度，然后將溫度反饋給單片機，單片機再發(fā)送到LCD顯示屏上顯示或是回饋給手機客戶端。2.2系統(tǒng)的技術指標利用51單片機接收從手機發(fā)出的指令，控制LCD顯示電路、加熱電路、測溫電路，系統(tǒng)功能：指令“0”L

7、ED燈亮，指令“1”LED燈滅，指令“2”，單片機將溫度回饋給手機。2.3 AT89C51單片機的串口 概念AT89S51集成一個全雙工通用異步收發(fā)（UART）串行口。 全雙工：兩個單片機之間串行數(shù)據(jù)可同時雙向傳輸。 異步通信：收、發(fā)雙方使用各自時鐘控制發(fā)送和接收，省去收、發(fā)雙方的1條同步時鐘信號線，使異步串行通信連接更簡單且易實現(xiàn)。2.3.2 串行口結構AT89S51串行口內(nèi)部結構見圖2-2。有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF（特殊功能寄存器），可同時收發(fā)數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只寫不讀，接收緩沖器只讀不寫，兩個緩沖器共用一個特殊功能寄存器字節(jié)地址（99H）。 圖2-2 串行口結構圖寄存器S

8、CON各位功能：（1） SM0、SM1串口4種工作方式選擇，如表2-1表2-1(2）SM2多機通信控制位 多機通信是在方式2和方式3下進行，因此SM2位主要用于方式2或方式3。 當串口以方式2或方式3接收時，如SM2=1，則只有當接收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“1”時，才使RI置“1”，產(chǎn)生中斷請求，并將收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF；當收到的第9位數(shù)據(jù)（RB8）為“0”時，則將收到的前8位數(shù)據(jù)丟棄。 當SM2=0時，則不論第9位數(shù)據(jù)是“1”還是“0”，都將接收的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF中，并使RI置“1”，產(chǎn)生中斷請求。 方式1時，如果SM2=1，則只有收到有效的停止位時才會激活RI。 方式0時

9、，SM2必須為0。(3）REN允許串行接收位，由軟件置“1”或清“0”。REN=1，允許串行口接收數(shù)據(jù)。REN=0，禁止串行口接收數(shù)據(jù)。（4）TB8發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)在方式2和方式3時，TB8是要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，其值由軟件置“1”或清“0”。 在雙機串行通信時，TB8一般作為奇偶校驗位使用；也可在多機串行通信中表示主機發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀，TB8=1為地址幀，TB8=0為數(shù)據(jù)幀。 （5）RB8接收的第9位數(shù)據(jù) 在方式2和方式3時，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)。在方式1，如果SM2=0，RB8是接收到的停止位。在方式0，不使用RB8。（6）TI發(fā)送中斷標志位 方式0時，串行發(fā)送的第8位數(shù)據(jù)結

10、束時，TI由硬件置“1”，在其他工作方式中，串行口發(fā)送停止位的開始時，置TI為“1”。TI=1，表示1幀數(shù)據(jù)發(fā)送結束。TI位狀態(tài)可供軟件查詢，也可申請中斷。CPU響應中斷后，在中斷服務程序向SBUF寫入要發(fā)送的下一幀數(shù)據(jù)。注意：TI必須由軟件清“0”。（7）RI接收中斷標志位串口在方式0時，接收完第8位數(shù)據(jù)時，RI由硬件置“1”。在其他工作方式中，串行接收到停止位時，該位置“1”。RI=1，表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢，并申請中斷，要求CPU從接收SBUF取走數(shù)據(jù)。該位狀態(tài)也可供軟件查詢。 注意：RI必須由軟件清“0”。 特殊功能寄存器PCON 字節(jié)地址為87H，不能位尋址。格式見圖2-3 僅最高位S

11、MOD與串口有關，低4位功能在第2章中已介紹。SMOD位：波特率選擇位。圖2-3 特殊功能寄存器PCON格式串行口的4種工作方式 4種工作方式由特殊功能寄存器SCON中SM0、SM1位定義，編碼見表2.3-1。方式0方式0為同步移位寄存器輸入/輸出方式。該方式并不用于兩個AT89S51單片機間的異步串行通信，而是用于外接移位寄存器，用來擴展并行I/O口。方式0以8位數(shù)據(jù)為1幀，沒有起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。波特率是固定的，為fosc/12。1方式0輸出 （1）方式0輸出的工作原理當單片機執(zhí)行將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF指令時，產(chǎn)生一個正脈沖，串口把8位數(shù)據(jù)以fosc/12固定波特率從

12、RXD腳串行輸出，低位在先，TXD腳輸出同步移位脈沖，當8位數(shù)據(jù)發(fā)送完，中斷標志位TI置“1”。2方式0輸入(1）方式0輸入的工作原理:方式0輸入時，REN為串行口允許接收控制位，REN=0，禁止接收；REN=1，允許接收。 當CPU向串行口SCON寄存器寫入控制字（設置為方式0，并使REN位置“1”，同時RI=0）時，產(chǎn)生一正脈沖，串口開始接收數(shù)據(jù)。引腳RXD為數(shù)據(jù)輸入端，TXD為移位脈沖信號輸出端，接收器以fosc/12固定波特率采樣RXD引腳數(shù)據(jù)信息，當接收器接收完8位數(shù)據(jù)時，中斷標志RI置“1”，表示一幀接收完畢，可進行下一幀接收。方式1方式1為雙機串行通信方式，如圖2-4。 圖2.-

13、4 方式1雙機串行通信方式當SM0、SM1=01時，串行口設為方式1雙機串行通信。TXD腳和RXD腳分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。方式1收發(fā)一幀數(shù)據(jù)為10位，1個起始位（0），8個數(shù)據(jù)位，1個停止位（1），先發(fā)送或接收最低位。1方式1發(fā)送 串口以方式1輸出，數(shù)據(jù)位由TXD端輸出，發(fā)送一幀信息為10位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位（先低位）和1位停止位1，當CPU執(zhí)行寫數(shù)據(jù)到發(fā)送緩沖器SBUF的命令后，就啟動發(fā)送。 發(fā)送時鐘TX時鐘頻率就是發(fā)送波特率。發(fā)送開始時，內(nèi)部邏輯將起始位向TXD腳（P3.1）輸出，此后每經(jīng)1個TX時鐘周期，便產(chǎn)生1個移位脈沖，并由TXD腳輸出1個數(shù)據(jù)位。8位全發(fā)送完后，中斷標志位

14、TI置“1”。 2方式1接收串行口以方式1（SM0、SM1=01）接收時（REN=1），數(shù)據(jù)從RXD（P3.0）腳輸入。當檢測到起始位負跳變時，則開始接收。接收時，定時控制信號有兩種，一種是接收移位時鐘（RX時鐘），頻率和傳送的波特率相同，另一種是位檢測器采樣脈沖，它的頻率是RX時鐘的16倍。也就是在1位數(shù)據(jù)期間，有16個采樣脈沖，以波特率的16倍速率采樣RXD引腳狀態(tài)。 當采樣到RXD端從1到0的負跳變（有可能是起始位）時，就啟動接收檢測器。接收的值是3次連續(xù)采樣（第7、8、9個脈沖時采樣），取其中兩次相同的值，以確認是否是真正起始位（負跳變）開始，這樣能較好消除干擾引起的影響，以保證可靠無

15、誤地開始接收數(shù)據(jù)。當確認起始位有效時，開始接收一幀信息。接收每一位數(shù)據(jù)時，也都進行3次連續(xù)采樣（第7、8、9個脈沖時采樣），接收的值是3次采樣中至少兩次相同的值，以保證接收到的數(shù)據(jù)位的準確性。當一幀數(shù)據(jù)接收完畢后，必須同時滿足以下兩個條件，這次接收才真正有效。 （1）RI=0，即上一幀數(shù)據(jù)接收完成時，RI=1發(fā)出的中斷請求已被響應，SBUF中的數(shù)據(jù)已被取走，說明“接收SBUF”已空。 （2）SM2=0或收到的停止位=1（方式1時，停止位已進入RB8），則將接收到的數(shù)據(jù)裝入SBUF和RB8（裝入的是停止位），且中斷標志RI置“1”。 若不同時滿足這兩個條件，收到的數(shù)據(jù)不能裝入SBUF，這意味著該

16、幀數(shù)據(jù)將丟失。方式2串口工作于方式2和方式3時，為9位異步通信接口。每幀數(shù)據(jù)均為11位，1位起始位0，8位數(shù)據(jù)位（先低位），1位可程控為1或0的第9位數(shù)據(jù)及1位停止位。1方式2發(fā)送 發(fā)送前，先由通信協(xié)議由軟件設置TB8（如奇偶校驗位或多機通信的地址/數(shù)據(jù)的標志位），然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，即可啟動發(fā)送過程。串行口能自動把TB8取出，并裝入到第9位數(shù)據(jù)位的位置，再逐一發(fā)送出去。發(fā)送完畢，則使TI位置“1”。2方式2接收當SCON寄存器SM0、SM1=10，且REN=1時，允許串行口以方式2接收數(shù)據(jù)。接收時，數(shù)據(jù)由RXD端輸入，接收11位信息。當位檢測邏輯采樣到RXD引腳從1到0的負跳變，

17、并判斷起始位有效后，便開始接收一幀信息。在接收完第9位數(shù)據(jù)后，需滿足以下兩個條件，才將接收到的數(shù)據(jù)送入接收緩沖器SBUF。（1）RI=0，意味著接收緩沖器為空。（2）SM2=0或接收到的第9位數(shù)據(jù)位RB8=1。當滿足上述兩個條件時，接收到的數(shù)據(jù)送入SBUF（接收緩沖器），第9位數(shù)據(jù)送入RB8，且RI置“1”。若不滿足這兩個條件，接收的信息將被丟棄。方式3 當SM0、SM1兩位為11時，串行口被定義工作在方式3。方式3為波特率可變的9位異步通信方式，除了波特率外，方式3和方式2相同。三、系統(tǒng)硬件部分設計3.1 Protel DXP電路原理圖見附錄一3.2 LCD顯示電路圖3-1 LCD顯示電路3

18、.2.1 LCD 1602引腳 LCD 1602工作電壓4.55.5V，典型5V，工作電流2mA。標準的14引腳（無背光）或16個引腳（有背光）的外形及引腳如圖3-2所示。圖3-2 LCD 1602引腳功能圖LCD1602字符的顯示及命令（1）顯示字符首先要解決待顯示字符的ASCII碼產(chǎn)生。用戶只需在C51程序中寫入欲顯示的字符常量或字符串常量，C51程序在編譯后會自動生成其標準的ASCII碼，然后將生成的ASCII碼送入LCD，內(nèi)部控制電路就會自動將該ASCII碼對應的字符在LCD1602顯示出來。讓液晶顯示器顯示字符，首先對其進行初始化設置，還必須對有、無光標、光標移動方向、光標是否閃爍及

19、字符移動方向等進行工作方式設置，才能獲得所需顯示效果。（2）命令通過控制引腳進行命令控制，四種狀態(tài)，每種狀態(tài)都是在E的脈沖下按完成。如表3-1所示RS R/操作00寫命令（初始化、光標位置設置等）10寫數(shù)據(jù)01讀狀態(tài)（液晶忙狀態(tài)）11讀數(shù)據(jù)（把顯示的數(shù)據(jù)反讀出來）表3-1 LCD 1602狀態(tài)3.3 HC-08藍牙模塊電路圖3-3 HC-08藍牙模塊電路 模塊簡介HC-08 藍牙串口通信模塊是新一代的基于 Bluetooth Specification V4.0 BLE 藍牙協(xié)議的數(shù)傳模塊。無線工作頻段為 2.4GHz ISM，調制方式是 GFSK。模塊最大發(fā)射功率為4dBm，接收靈敏度-93

20、dBm，空曠環(huán)境下和 iphone4s 可以實現(xiàn) 80 米超遠距離通信。模塊采用 TI 的 CC2540 芯片，配置 256K Byte 空間，支持 AT 指令，用戶可根據(jù)需要更改角色（主、從模式）以及串口波特率、設備名稱等參數(shù)，使用靈活。3.3.2 HC-08藍牙引腳定義通常情況下，只需要用到1腳、2腳、12腳、13腳，引腳定義如表3-2。引腳定義I/O 方向說明1TXD輸出URAT 輸出口，3.3V TTL 電平2RXD輸入URAT 輸入口，3.3V TTL 電平12VCC電源腳電源腳，要求直流 3.3V 電源，供電電流不小于 100mA13GND模塊公共地表3-2 HC-08引腳定義3.

21、4 溫度檢測電路圖3-4 溫度檢測電路3.4.1 DS18B20模塊簡介 DS18B20是美國DALLAS公司推出的數(shù)字溫度傳感器，將溫度傳感器、數(shù)字轉換電路集成到了一起。直接將溫度轉化成數(shù)字信號傳送給單片機處理，因而可省去傳統(tǒng)的信號放大、A/D轉換等外圍電路。3.4.2 引腳功能引腳功能定義如下： DQ：數(shù)據(jù)輸入輸出，可直接與單片機的I/O口相連。 VDD：+5V電源電壓。 GND：電源地。3.4.3 編程方式 DS18B20內(nèi)部有 9個字節(jié)的暫存器。第2、3、4個字節(jié)數(shù)據(jù)為存放于EEPROM數(shù)據(jù)的鏡像。開始兩個暫存器存放當前測到的溫度值，以16位補碼形式表示12位溫度讀數(shù)。16位溫度轉換值

22、的存放格式，高5位是溫度值的符號擴展，中間7位是溫度值的整數(shù)部分，最低4位為小數(shù)部分。如果測得的溫度大于0，高5位為0，只要將測到的數(shù)值乘以0.0625（1/16）即可得到實際溫度；如果溫度小于0，高5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625即可得到實際溫度。溫度與轉換后的數(shù)字量的對應關系見下表所示。度/16位二進制編碼十六進制表示125 0000 0111 1101 000007D0H85 0000 0101 0101 00000550H+25.0625 0000 0001 1001 00010191H+10.125 0000 0000 1010 001000A2H+0.5 0000

23、 0000 0000 10000008H0 0000 0000 0000 00000000H-0.5 1111 1111 1111 1000FFF8H-10.125 1111 1111 0101 1110FF5EH-25.0625 1111 1110 0110 1111FE6FH-55 1111 1100 1001 0000FC90H表3-3 溫度與轉換后的數(shù)字量的對應關系3.5 模擬加熱電路（本設計中以LED燈和繼電器模擬加熱電路）圖3-5 加熱電路圖當單片機接收到命令0時，繼電器吸合，加熱電路開始工作；當單片機接收命令1時，繼電器斷開，加熱電路停止工作四、系統(tǒng)軟件部分設計4.1系統(tǒng)軟件流程

24、圖主函數(shù)設置定時器為方式2，然后運行頭lcd1602文件中的LCD初始化函數(shù)，串口初始化函數(shù)，以及ds18b20頭文件中的讀取溫度函數(shù)，再通過數(shù)組顯示溫度，見圖4-1。定時器中斷函數(shù)采用if選擇結構，當sbuf接收到ASCII碼0x30，則點亮LED，0x31熄滅LED，0x32就把溫度以數(shù)組的依次送回手機界面。見圖4-2 圖4-1主函數(shù)流程圖 圖4-2 定時器中斷函數(shù)流程圖4.2 程序清單見附錄二五、系統(tǒng)仿真及實物制作5-4 Proteus仿真原理圖見附錄三附錄一 Protel DXP原理附錄二 程序清單#include <reg52.h>#include"LCD160

25、2.h"#include"ds1820.h"#define PINLV 11059200UL /使用11.0592M晶體#define BAUD_9600 9600UL /波特率定義為9600sbit LED = P14;#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar fh,bw,sw;int i;uint ty1,temp,tempx,tempi;uchar displaytemp16 = "temp "/第一行void UART_INIT(void);/函數(shù)聲明void d

26、elays (unsigned int us) while(us-);/*串口初始化子函數(shù)*T1工作在方式2，波特率9600，開串口中斷*/void UART_INIT(void) TMOD=0x20; /定時器1工作在模式2，自動重裝模式 SCON=0x50; /串口工作在模式1 TH1=256-PINLV/(BAUD_9600*12*16); /計算定時器重裝值 TL1=256-PINLV/(BAUD_9600*12*16); PCON|=0x80; /串口波特率加倍 ES=1; /串行中斷允許 TR1=1; /啟動定時器1 EA=1; /允許中斷void DISPLAY() displaytemp4=':' displaytemp5=fh; bw=tempi/100; if(bw=0) displaytemp6=' ' else displaytemp6=bw+0x30; sw=(tempi%100)/10;