基于單片機的電梯模擬運行系統(tǒng)設計和實現(xiàn)計算機專業(yè)

1、摘要3Abstract3第一章 緒論4第二章 系統(tǒng)總體設計方案及主要芯片介紹52.1 系統(tǒng)總體設計方案52.2 硬件設計52.2.1 引言52.2.2 主控芯片選擇62.2.3 顯示模塊選擇62.3 主要芯片介紹6第三章 系統(tǒng)主要模塊介紹73.1 主控芯片模塊73.2按鍵控制電路83.3數(shù)碼管顯示電路883.4樓層指示電路93.5 電梯上下指示電路93.6 停站報警電路10第四章 系統(tǒng)軟件設計與情況處理104.1 系統(tǒng)流程圖104.2 電梯各情況下所對應的處理方法11第五章 電路調(diào)試與總結(jié)125.1 電路的焊接與調(diào)試125.2 總結(jié)12致謝13這次畢業(yè)設計的完成有賴于老師的幫助以及周圍同學們的

2、援手，是他們幫助我度過設計過程中的重重難關。老師與同學們的幫助使得我的畢業(yè)設計出色且順利的完成，在此我要鄭重的感謝他們。正是因為老師的諄諄教導才有了我的今天，正因為有了大家的幫助才有了我的設計成果。感謝所有為我的畢業(yè)設計提供幫助的朋友們與學校老師領導們，我永遠不會忘記你們對我的助力，再次真誠的感謝他們。我會在以后的學習工作道路上繼續(xù)努力，不會辜負你們的良苦用心的。13回想剛剛步入校園的時候，我是那么的充滿激情甚至可以說是有些浮躁，不禁對身邊的任何人和事都感到好奇，這可能就是最初的我吧。經(jīng)過大學四年的沉淀，我覺得自己沉穩(wěn)了很多，沒有了當初的心浮氣躁，這一切都有賴于學院老師的栽培與教育，如果沒有他

3、們的努力耕耘，我可能還只是一個沒長大的孩子，在此我向物電學院的所有領導，任課老師以及輔導員表示真摯的感謝。13參考文獻14附錄1 整機電路原理圖14摘要 本設計是以STC89C52單片機為核心，以共陰數(shù)碼管作為電梯樓層顯示，以多個發(fā)光二極管作為電梯樓層上下指示燈，以非自鎖按鍵作為電梯樓層按鍵的模擬電梯運行系統(tǒng)。本次設計實現(xiàn)了電梯運行的基本功能，操作者可以通過樓層按鍵模擬自己想要去的樓層，可以智能處理不同樓層的請求，更加高效合理的進行電梯模擬運行。本次設計將平時所學的單片機知識與現(xiàn)實生活中的應用工具相結(jié)合，通過單片機來實現(xiàn)電梯控制，主要程序則使用C語言進行編程實現(xiàn)，很好的節(jié)省了設計硬件電路所用的

4、花費，使這種新型電梯具有良好的市場前景。關鍵詞：單片機STC89C52，電梯，共陰數(shù)碼管Abstract This design is STC89C52 microcontroller as the core, with a common cathode LED digital tube as the elevator floor display, with a plurality of light emitting diode as the elevator floor indicator, with the keys in the non self locking button of th

5、e elevator as simulated elevator operation system. The design and implementation of the basic functions of the elevator operation, the operator can want oneself to the floor by floor button simulation, intelligent processing request of different floors, more efficient and reasonable elevator simulat

6、ion run. This design will usually learn knowledge of SCM and the real life application tool combination through the single chip microcomputer to realize the elevator control, main program using C language programming, good save cost of hardware circuit design, the new elevator has good market prospe

7、cts.Key words: single chip microcomputer STC89C52, elevator, common cathode digital tube第一章 緒論早在公元前200多年，人類就開始使用升降工具來進行貨物、人員的運輸，這種升降工具就是電梯的前身。但隨著使用的增加，這種簡陋的升降工具也開始暴露出所存在的問題，那就是安全問題。為了解決這一問題，經(jīng)過許許多多的前輩的辛苦探索，電控式升降工具（也就是電梯）問世了。隨著生活節(jié)奏的加快，科學技術的進步，電梯也得到了更深層次的發(fā)展，各種不同規(guī)格，不同用途的電梯相繼問世。雙層式電梯則向世界展示了電梯發(fā)展的潛力，不僅節(jié)省了運

8、輸?shù)目臻g，還能夠提高運輸?shù)哪芰Γ欢b有自動變速器的電梯又能更好的節(jié)省人們的時間；而擁著不同形狀的觀光式電梯（比如說三角形，半圓形，全圓型）則可以讓處在其中的乘客們的視野得到有效的擴散，變得不再封閉。自動扶梯則大大的減少了人們上下樓層的時間以及提行李的疲憊感?，F(xiàn)在，美國奧的斯作為世界著名的電梯公司的代表正展現(xiàn)它的英姿，仍然延續(xù)著電梯產(chǎn)品的研究和開發(fā)，并且也不斷提高自己的維修服務系統(tǒng)的水平?，F(xiàn)在電梯的發(fā)展已經(jīng)更加趨于高智能化。電梯裝璜材料將選取不含或者只含較少的對環(huán)境有危害的材料。通過計算機控制取代原有的繼電器控制，使得電梯變得更加安全可靠。另一方面，電梯發(fā)展也變得更加人性化。在設計過程中，設計師

9、們更加注重內(nèi)部轎廂的舒適感。通過加強電梯?？康姆€(wěn)定性以及出入電梯門的安全性，增添了許多安全提示語音以及電梯運行狀況語音播報，使里面的乘客乘坐時舒適安心。未來電梯的發(fā)展也是潛力巨大。未來電梯發(fā)展的主要方向有以下這些方面：改良產(chǎn)品設計、生產(chǎn)環(huán)保節(jié)能型電梯。改良電梯牽引繩設計，電梯曳引是通過拽引繩來實現(xiàn)的，拽引繩主要材料是采用尼龍混合纖維制成的繩子。但是未來電梯也可能實現(xiàn)直線電機驅(qū)動，將無需拽引繩牽引。電梯也將變得更加智能化，可以通過唯一的主機來控制整幢大樓內(nèi)所有電梯的運行。綠色可持續(xù)發(fā)展定會成為設計師們設計師所考慮的首要因素。通過有效的降低電梯上下運行過程中的摩擦以及減少電梯上下運行?？繒r的慣性作

10、用，我們能更好的降低運行能耗。驅(qū)動系統(tǒng)則通過使用永磁同步驅(qū)動無齒輪曳引機。一般來說在?？繉訑?shù)較少的電梯運行系統(tǒng)中，可以同一個操作按鍵來控制兩個不同的電梯轎廂上下運行?？梢灶A見電梯未來的發(fā)展前景一片光明。第二章 系統(tǒng)總體設計方案及主要芯片介紹2.1 系統(tǒng)總體設計方案本設計主要使用STC89C52單片機來控制系統(tǒng)運行。通過數(shù)碼管顯現(xiàn)樓層，由相對應的發(fā)光二極管顯示按鍵所按的樓層，按鍵控制電梯上下運行以及一組發(fā)光二極管模擬電梯的上下箭頭。系統(tǒng)總設計框圖如圖1所示。電梯呼叫按鍵樓層數(shù)碼管顯示STC89C52主控模塊電源輸入電梯上下指示對應樓層指示燈 圖2.1 系統(tǒng)總設計框圖2.2 硬件設計2.2.1 引

11、言 所謂的硬件設計就是將單片機同其他控制模塊結(jié)合在一個電子線路的設計。在電梯模擬系統(tǒng)中，我們需要將不同需求的乘客送往他們所需要的樓層，因此我們就需要如下幾個模塊：按鍵呼叫模塊，樓層顯示模塊，運行顯示模塊，單片機主控模塊 。2.2.2 主控芯片選擇方案一：采用MC9S08AW60單片機，由于本系統(tǒng)采用的是單片機芯片進行核心控制，我第一個想到的是我們所學的飛思卡爾單片機MC9S08AW60。MC9S08AW60芯片功能齊全，片內(nèi)有多達60KB的可編程存儲器，片內(nèi)RAM高達2KB。但是本系統(tǒng)只需要簡單地控制電梯上下運行，并不需要這么大的內(nèi)存，而且MC9S08AW60相較而言成本略高，感覺會比較浪費。

12、方案二:采用STC89C52單片機，STC89C52芯片是一款簡單而且使用的經(jīng)典51單片機，它的程序容量只有8K，但對于本系統(tǒng)足夠，而且成本低，因此選擇該芯片。2.2.3 顯示模塊選擇方案一：采用12864LCD液晶顯示屏作為顯像模塊，12864液晶顯示屏可以顯現(xiàn)大量的圖形數(shù)字以及文字，顯像簡單易實現(xiàn)，但成本高，比較浪費資源。方案二：采用簡單的共陰數(shù)碼管實現(xiàn)數(shù)字顯像，簡單而且經(jīng)濟實惠，符合設計理念，所以選擇數(shù)碼管作為數(shù)字顯示模塊。2.3 主要芯片介紹2.3.1 STC89C52單片機STC89C52單片機芯片引腳圖如圖2.3.1所示，實物圖如圖2.3.2所示。圖2.3.1 STC89C52引腳

13、圖 圖2.3.2 STC89C52實物圖 正如圖所示，STC89C52共有40個引腳，而其引腳功能如下： 1.電源引腳：20腳Vss接地與40腳Vcc接高電平2.時鐘控制引腳：18腳XTAL2與19腳的XTAL1是外部時鐘電路與晶振電路的輸入端與輸出端。3.復位引腳：9腳的RST是芯片復位的引腳。電路中一般采用上電復位。4.控制引腳：29腳的PSEN是外部選擇是否聯(lián)通的信號控制引腳。30腳的ALE/PROG引腳控制地址能否被讀取的引腳。30腳的EA引腳則是控制內(nèi)外寄存器選擇的引腳。5. /口：芯片上共有四組/口，分別是P0,P1,P2,P3口。P0口是總數(shù)據(jù)口，P1口是為操作者最習慣使用的數(shù)據(jù)

14、口，P2口則是存儲系統(tǒng)高8位地址所用的數(shù)據(jù)口，P3口是通用型雙功能數(shù)據(jù)口。第三章 系統(tǒng)主要模塊介紹3.1 主控芯片模塊STC89C52芯片是40腳的集成芯片，其在整電路中引腳連接如圖3.1所示 圖3.1單片機主控電路3.2按鍵控制電路 本次設計中，預計設計實現(xiàn)8層電梯控制，因此我們需要8個按鍵來控制相應的1至8樓，8個按鍵分別接入單片機的P30到P37接腳，控制電路圖如圖3.2所示。圖3.2 按鍵控制電路圖3.3數(shù)碼管顯示電路 電梯樓層顯示采用極陰數(shù)碼管，極陰數(shù)碼管內(nèi)含8個發(fā)光二極管。共陰數(shù)碼管共有10個引腳，在本系統(tǒng)中，不同引腳對應著單片機不同的I/O口，總體來說與單片機的P0數(shù)據(jù)輸出口相互

15、對應。具體而言，其中a腳對應著P06, b腳對應著P07，c腳對應著P04，d腳對應著P03，e腳對應著P02，f腳對應著P01，g腳對應著P00, 3與8腳對應接地。數(shù)碼管引腳對應如圖3.3所示。 圖3.3 極陰數(shù)碼管對應引腳圖3.4樓層指示電路每一個樓層都需要對應的指示燈顯示，當操作者按下他想去的樓層按鍵是，對應的發(fā)光二極管燈就會被點亮。8個二極管對應單片機的P1口。具體如圖3.4所示。圖3.4 指示電路3.5 電梯上下指示電路 在這次設計中關于電梯運行時的狀態(tài)，我們?yōu)榱孙@而易見，用了一組二極管組成箭頭來顯示電梯運行的狀態(tài)（是向上還是上下）。由于上下箭頭顯示時中間的D1、D5、D8、D12

16、總是亮的，所以在程序中始終使P21口始終保持低電平輸出，而當電梯上行時，P22口則變成低電平。與此一樣，當電梯下行時，P20口則輸出低電平。具體接法如圖3.5所示。圖3.5 電梯上下行指示電路3.6 停站報警電路 為了更好的模擬電梯?？繒r，我們設計了一個報警裝置。每到達一層，蜂鳴器就會報警，報警電路如圖3.6所示。圖3.6蜂鳴器報警電路第四章 系統(tǒng)軟件設計與情況處理4.1 系統(tǒng)流程圖所謂的軟件設計就是從系統(tǒng)需要出發(fā)，考慮到系統(tǒng)所會發(fā)生的各種情況，把不同的情況全都整合到一個程序中，驅(qū)使單片機芯片完成系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)設計所包括的情況總共分為兩大類，一種是電梯向上運行，另一種是電梯向下運行。而這兩大

17、類中又分別分成兩小類，送人或者是接人。也就是說總共分為四種情況:電梯向上運行去送人，電梯向上運行去接人，電梯上下運行去送人，電梯向下運行去接人。根據(jù)這四種情況，我們來進行程序設計，通過不同的判定程序來判斷是屬于哪種情況，然后由系統(tǒng)相應去執(zhí)行。這就是整個系統(tǒng)的軟件設計，流程圖如圖4.1所示。圖4.1流程圖 4.2 電梯各情況下所對應的處理方法 關于電梯運行處理方式，我們以電梯上行舉情況說明。當電梯在底層時，一旦有人按下向上的按鈕，那么電梯就會響應，載人向上?？墒窃陔娞葸\行時當有人按按鈕，很可能會在其他不同樓層的人按其他鍵（向上或向下）。所以電梯在運行的過程中就需要確定一個合理有效的響應方式，也就

18、是乘坐的優(yōu)先順序。而如果在上行的過程中，有人按了一個按鈕，但電梯在目前已通過那一層，然后電梯將不會選擇去接他。當然，如果上層的客戶是在電梯出發(fā)之后（一般而言，此時電梯已經(jīng)在頂層），電梯會檢測到下按鈕。如果在更高層的人此時呼叫下行，那么電梯就會選擇優(yōu)先去響應他們的請求，然后在下行的時候依次呼應按了下行鍵且處于正在等待中的顧客。最后經(jīng)過客戶的發(fā)送，然后對那些在電梯的過程中做出反應。 簡單來說，如果電梯處在上行的狀態(tài)，在響應于不同客戶的優(yōu)先級（或電梯的響應）的過程中，可以分為：在底部但呼叫上行客戶低于在底部但呼叫下游客戶，在底部但呼叫下游客戶低于在頂部但呼叫向下的客戶，在頂部但呼叫向下的客戶低于在頂

19、部但呼叫上游的客戶。電梯在運行過程中，通過電梯所處狀態(tài)，我們需要確定具體目標樓層是否已被鎖定?，F(xiàn)在以上行為例子來說明：當電梯上去了，是送人的，比如電梯往二樓跑，但是六樓有人需要上樓，然后電梯就需要回應這次響應。因此，電梯系統(tǒng)將設置自己的目標樓層為六層，并繼續(xù)運行，如果六樓的呼叫之后，電梯還沒運行到四樓但四樓有人響應，那么電梯就回先響應四樓的請求，然后再運行到六樓去。但如果乘客在五層的按鍵上按下了按鈕，或有人在二層的呼叫，則電梯會被暫時忽略。第五章 電路調(diào)試與總結(jié)5.1 電路的焊接與調(diào)試 在進行電路焊接的時候，先不著急焊接各個原件。在所有原件買回來之后，我們應該先進行電路板的排版，合理有序的排版

20、能讓人耳目一新的感覺，而且整齊的排版可以使電路焊接時事半功倍。在電源電路焊接完成時，先進行電源上電，看電源指示燈是否被點亮。如果被點亮則說明電路電源焊接正確，如果沒被點亮則說明電源焊接出錯，需要用萬用表排查錯焊或者虛焊的地方。供電正常是保證電路能夠運行的基礎。在焊接電路的時候，我們能夠把電路中的高電平與地分別引出來，這樣既能美觀減少跳線又能方便各個部件正常運行。當電路焊接成功后，我們需要做的是調(diào)試電路。調(diào)試則采用電腦上的仿真軟件，仿真運行電路，看是否能夠滿足設計要求，并且進一步完善設計。5.2 總結(jié) 本次設計是基于STC89C52單片機的電梯模擬運行系統(tǒng)，該設計實現(xiàn)了電梯的基本運行，模擬了電梯

21、運行的各種情況，很好的完成了此次畢業(yè)設計的最初目的及要求。經(jīng)過本次畢業(yè)設計，我感觸頗深。經(jīng)過一開始設計題目的確定，后來課題設計遇到瓶頸。在老師以及同學們的幫助下，我換了一個新的研究課題，也就是我現(xiàn)在的設計題目。對此，我對我此次的設計總結(jié)如下:第一，通過這次設計我深刻的認識到了團結(jié)合作的重要性。在設計之初，我并沒能夠很全面的考慮到電梯運行中會出現(xiàn)的各種情況，結(jié)果導致在開始運行電路時，出現(xiàn)了響應出錯的問題，設計無法識別再一次向下運行過程中接人的先后順序。事后我咨詢了其他的同學，才發(fā)現(xiàn)響應優(yōu)先級沒有確定好，經(jīng)過與同學多次討論以及仿真實驗后，才很好在大家的幫助下，最終還是解決這個問題。第二，通過這次設

22、計我更加深刻的認識到了專業(yè)學習的重要性。這次畢業(yè)設計是對我們大學所學知識很好的總結(jié)與體現(xiàn)。通過我們所學的專業(yè)課知識，我們來進行著設計的主題核心以及課題實現(xiàn)。想要認真完成畢業(yè)設計，平日里專業(yè)知識的積累十分必要，這也警示著自己未來學習工作必須腳踏實地，努力向上。不管自己身處何地，都應該保持著一份努力學習的心態(tài)以及積極向上的態(tài)度。第三，我認識到了培養(yǎng)平日動手能力的需要。在進行電路焊接的時候，經(jīng)常性的出現(xiàn)錫絲焊接的過于難看的情況，盡管仍能夠?qū)崿F(xiàn)電路功能，但總覺得差強人意。這就體現(xiàn)到平日里焊工的缺少，所以動手能力一定要好好的去培養(yǎng)。動手實踐能力不僅關系到自己未來的在生產(chǎn)工作中基本對手實力，還能讓讓自己能

23、夠很好的去操縱機器。最后我想說的是通過這次設計，我清楚的明白了自己所缺少的東西以及我所擅長的方面。我缺少了對外面紛擾世界的向往，但我擁有工作學習中寧靜致遠的心態(tài)。我缺少了外界形形色色人們的接觸，但我擁有了許多關心愛護我的老師與同學。盡管我知道我缺少很多，但是我在大學四年是收獲頗深的。美好的大學生活即將結(jié)束，等待我們的將是職場新的挑戰(zhàn)，而我則會越戰(zhàn)越勇，闖出一片新的藍天。致謝這次畢業(yè)設計的完成有賴于老師的幫助以及周圍同學們的援手，是他們幫助我度過設計過程中的重重難關。老師與同學們的幫助使得我的畢業(yè)設計出色且順利的完成，在此我要鄭重的感謝他們。正是因為老師的諄諄教導才有了我的今天，正因為有了大家的

24、幫助才有了我的設計成果。感謝所有為我的畢業(yè)設計提供幫助的朋友們與學校老師領導們，我永遠不會忘記你們對我的助力，再次真誠的感謝他們。我會在以后的學習工作道路上繼續(xù)努力，不會辜負你們的良苦用心的。 回想剛剛步入校園的時候，我是那么的充滿激情甚至可以說是有些浮躁，不禁對身邊的任何人和事都感到好奇，這可能就是最初的我吧。經(jīng)過大學四年的沉淀，我覺得自己沉穩(wěn)了很多，沒有了當初的心浮氣躁，這一切都有賴于學院老師的栽培與教育，如果沒有他們的努力耕耘，我可能還只是一個沒長大的孩子，在此我向物電學院的所有領導，任課老師以及輔導員表示真摯的感謝。從剛進學校的孤獨一人變成一個四十多人的大家庭，這是一件多么令人驚訝的事

25、。遙想當初大一軍訓的時候，我們班級被拆分成三塊組到其他班上，這使得我們沒有能夠很好的了解彼此。但是在接下來的學習生活中，我們漸漸熟絡起來，大家一起構建了屬于我們自己的班級，同學之間的友愛互助是我一直前進的動力，在此我需要向他們表示我真誠的謝意。大學并不是人生征途的終點，我們即將面對的是職場的考驗，那是更加充滿危險與挑戰(zhàn)。它不會像在學校那么的溫馨，它容不得一絲懈怠。因此我要謝謝學校對我多年的教育，我相信我能利用我的所學在未來的挑戰(zhàn)中一往直前。在此敬以真摯的感謝！參考文獻1童詩白 華成英 編著模擬電子技術基礎高等教育出版社 2011年5月2李朝青 編著單片機原理及接口技術 北京航天航空大學出版社

26、2011年1月3馬忠梅 編著 單片機的C語言應用程序設計航空航天出版社 2003年7月4佘新平 編著數(shù)字電子技術 華中科技大學出版社 2011年2月5薛永毅 王淑英 何希才 編著新型電源電路應用實例 電子工業(yè)出版社 2001年10月6 郭天祥.51單片機c語言教程M 電子工業(yè)出版社2009年3月附錄1 整機電路原理圖1.1 發(fā)展現(xiàn)狀、目的及意義近年來，養(yǎng)殖場的數(shù)量和規(guī)模不斷的擴大，由于水質(zhì)環(huán)境中時常出現(xiàn)水質(zhì)突發(fā)性的變化，從而造成漁業(yè)養(yǎng)殖中時常發(fā)生大面積的魚蝦死亡事件，這一現(xiàn)象已經(jīng)成為目前水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的一大難題。因此，實時獲取水質(zhì)參數(shù)的變化情況已經(jīng)成為保證水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)高效、防止?jié)O業(yè)出現(xiàn)大面積的

27、疾病感染現(xiàn)象的發(fā)生以及在出現(xiàn)問題時養(yǎng)殖戶能夠及時處理的最為重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的人工水質(zhì)監(jiān)測不能夠及時高效地處理水質(zhì)環(huán)境問題，并且花費的人力物力維護成本高和監(jiān)測難度比較大，為了克服傳統(tǒng)的人工水質(zhì)監(jiān)測存在的缺點，前人在這個問題上分別提出了許多解決方案，并且設計了相應的系統(tǒng)裝置，在一定程度上滿足了水質(zhì)監(jiān)測的基本要求，但是或多或少存在著些許的不足，比如系統(tǒng)成本高，適用范圍小等問題，從而不利于適用于大規(guī)模的養(yǎng)殖場的水質(zhì)監(jiān)測。針對前人提出的方案中存在的一些不足，本文所設計的系統(tǒng)是以AT89S52為主控制器，并采用了以電池供電的電源調(diào)理電路，利用無線傳 感器來采集水質(zhì)參數(shù)，實現(xiàn)了在滿足水質(zhì)監(jiān)測的基本要求的基礎

28、上，還具備了系統(tǒng)成本低、功能強、檢測精度高和適用范圍廣等特點。該裝置便于養(yǎng)殖場的工作人員能夠?qū)崟r監(jiān)測養(yǎng)殖場水體的相關參數(shù)的變化情況，從而及時采用有效的措施解決相應的突發(fā)情況，保證水產(chǎn)品的正常生產(chǎn)，同時減少養(yǎng)殖場的人力物力的投入和消耗。1.2 系統(tǒng)設計內(nèi)容為了更好地突出水質(zhì)環(huán)境變化對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的影響，本系統(tǒng)主要檢測的是對于養(yǎng)殖場水體最為重要的倆大衡量指標，分別是水體的PH值和溫度這倆個水質(zhì)參數(shù)。本文中的系統(tǒng)的主控電路是用單片機AT89S52作為控制單元設計的，同時采用溫度傳感器和PH值傳感器兩種傳感器來對水質(zhì)參數(shù)信息進行采集，同時通過液晶LCD12864顯示模塊十分清楚詳細的顯示給養(yǎng)殖戶，通過A

29、D轉(zhuǎn)換模塊將所得的水質(zhì)變化情況轉(zhuǎn)換給單片機處理，并且由片內(nèi)的軟件對輸入單片機的信號進行判決，決定是否啟動聲光報警模塊，當監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)超過設定的安全值，單片機判斷為危險發(fā)生，從而發(fā)出激勵信號，激勵聲光報警電路，發(fā)出聲光信號，進而警示養(yǎng)殖戶采取相應的處理措施。第二章 系統(tǒng)硬件部分設計2.1 整體結(jié)構概述本系統(tǒng)硬件部分主要包含單片機最小系統(tǒng)、傳感器模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、LCD12864液晶顯示電路以及聲光報警模塊五大部分。2.2 主控模塊設計2.2.1 AT89S52單片機概述本裝置選用AT89S52單片機來進行系統(tǒng)的主控電路設計，AT89S52屬于Atmel公司生產(chǎn)的基于8051內(nèi)核的AT89系列

30、微控制器。本系統(tǒng)中采用的單片機是一種功耗較低、性價比高的CMOS的8位微控制器，同時單片機還具有8K的在系統(tǒng)可編程的Flash存儲器，本單片機是通過使用Atmel公司的高密度的非易失性存儲器技術制造而成的，此外，AT89S52單片機還與工業(yè)上普遍使用的80C51產(chǎn)品指令能夠非常好地相互兼容，是非常適合本裝置的單片機。AT89S52單片機一共有40個引腳，其中包含了32個可以用作輸入也可以用作輸出的雙向端口（I/O口），還在片內(nèi)集成了三個16位定時器（還可作為計數(shù)器），并且具備了八個中斷源，還自帶了看門狗定時器。同時還可以進行1000次擦寫，更加有利于開發(fā)者編寫程序和調(diào)試。一、主要性能（1）與M

31、CS-51單片機產(chǎn)品兼容 （2）8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程的Flash存儲器 （3）1000次的擦寫周期 （4）32個雙向I/O引腳 （5）三個16位定時器/計數(shù)器 （6）片內(nèi)集成八個中斷源 （7）低功耗空閑和掉電模式 （8）掉電后中斷可喚醒 二、引腳功能描述1.并行輸入輸出口 P0口：P0端口具有8個雙向I/O引腳。如果用作輸出端口，通過軟件的設計，P0端口的八個引腳可以分別驅(qū)動8個邏輯電平。如果將P0端口置“1”，通過軟件程序的設計，P0的8個引腳將用作輸入端口。P1口：P1端口是一個8位雙向I/O口。如果將P1端口置“1”的時候，內(nèi)部的上拉電阻將把端口電平拉高，此時端口就可以作為輸入口使用。此

32、外，P1.0還可以分別作為定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入，P1.5的第二功能是MOSI， P1.7的第二功能是SCK。P2口：P2端口是一個8位的雙向輸入/輸出口。當開發(fā)者通過軟件程序的設計，將P2端口置為“1”時，內(nèi)部的上拉電阻將會把端口的電平拉高，此時端口就可以作為輸入端口來使用。 P3口：P3端口是8位雙向輸入/輸出端口。如果通過軟件程序的編寫，將P3端口的引腳電平都置“1”的話，內(nèi)部上拉電阻將會把端口各引腳的的電平拉高，此時端口的8個引腳就可以作為輸入端口使用。P3.0的第二功能是RXD（串行輸入），P3.1的第二功能是TXD（串行輸出），P3.1的第二功能是INT0(外部中斷0)，P

33、3.3的第二功能是INT0(外部中斷0)，P3.4的第二功能是T0（定時器0外部輸入），P3.5的第二功能是T1（定時器1外部輸入），P3.6的第二功能是WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)，P3.7的第二功能是RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)。 三、最小系統(tǒng)的構成及連接圖1. 時鐘信號產(chǎn)生電路在單片機為微控制器的電路系統(tǒng)的設計中，單片機所用的時鐘信號往往可以由以下兩種方式得到：內(nèi)部振蕩的方式和外部振蕩的方式。1、 內(nèi)部振蕩方式：因為AT89S52單片機內(nèi)部自帶了時鐘電路，所以只需要在單片機的外部將XTAL1和XTAL2兩個引腳之間接入一個晶振和一個電容，從而實現(xiàn)時鐘電路。2、 外部振蕩方式：此

34、方式不需要利用片內(nèi)的時鐘電路，只需要將外部電路產(chǎn)生的時鐘信號提供給單片機即可。這種方式可以使得單片機的時鐘與外部信號的時鐘保持同步。本系統(tǒng)采用內(nèi)部振蕩方式，原因是充分利用單片機，降低成本消耗。具體做法：在XTAL1和XTAL2引腳分別焊接一個30pF的電容，倆個引腳之間接入一個12MHz的晶振，電路如圖2-2所示。圖2-1 時鐘信號電路2. AT89S52復位電路單片機的復位是指讓單片機或其他系統(tǒng)部分處于初始的狀態(tài)，經(jīng)過初始化，一般情況下，單片機內(nèi)的程序計數(shù)器中存放的是0000H，片內(nèi)的程序的執(zhí)行起始地址是0000H地址。假如在程序的運行過程中，由于外界因素的干擾出現(xiàn)錯誤或者是程序的跑飛使系統(tǒng)

35、處于死鎖狀態(tài)的時候，就可以通過AT89S52單片機復位電路來進行重新啟動，是單片機重新正常工作。AT89S52單片機的使用說明中指明：當RST引腳被置為1時，當此信號保持兩個以上的機器周期之后，單片機內(nèi)部執(zhí)行復位的操作。復位一般有倆種形式：上電后自動復位和按鍵電平的復位。在本裝置中，采用按鍵電平復位形式，將RST引腳通過10uf的電解電容與VCC電源相接通，同時通過電阻和地相連接，從而實現(xiàn)復位電路的功能。復位電路如圖2-3所示。 圖2-2 復位電路3. AT89S52最小系統(tǒng)AT89S52最小系統(tǒng)由時鐘信號產(chǎn)生電路、電源連接電路和復位電路共同組成。電路如圖2-4所示。 圖2-3 AT89S52

36、最小系統(tǒng)2.3 傳感信息采集模塊本裝置的設計目的是實時監(jiān)測養(yǎng)殖場水體的水質(zhì)參數(shù)，其中水溫和PH值是養(yǎng)殖場水體中最重要的倆個參數(shù)，本裝置采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器和ph值傳感器來構成傳感信息采集模塊。DHT11溫濕度傳感器采用的是將專用數(shù)字模塊的采集技術和溫濕度傳感技術相結(jié)合的技術，這樣可以確保本系統(tǒng)的傳感器模塊具有相當高的可靠性與穩(wěn)定性。DHT11溫濕度傳感器的組成部分是由阻式感濕元件和測溫元件兩個原件，還可以將該傳感器與一個8位的單片機進行連接，如圖2-4所示。圖2-4 溫濕度傳感器接口電路2.4 AD轉(zhuǎn)換電路2.4.1 概述市場上集成的A/D轉(zhuǎn)換器十分繁多，進行AD轉(zhuǎn)換器的選用時，必須

37、要綜合地考慮之后，才能選取最合適的集成AD轉(zhuǎn)換芯片。據(jù)資料顯示，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換芯片的普及率最高，ADC0832轉(zhuǎn)換器就屬于這一類A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0832是一款具有雙通道的高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，此外由于ADC0832具有體積小、兼容性強和性價比高等優(yōu)點而深受單片機開發(fā)者的喜愛。2.4.2 功能性描述及電路圖每個傳感器和單片機之間需要通過在單片上集成的逐次比較型ADC0832芯片實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換這個過程，每一次模數(shù)轉(zhuǎn)換的周期大概是32us，ADC0832的速度比ADC0804快了將近三倍，此外還與TTL標準接口相互兼容，輸入電壓范圍是在0V到5V之間等特性。AD轉(zhuǎn)換計算的公式：Vi=Dsa

38、m/Dmax*Vref其中：Vi是輸入ADC的模擬電壓值；Dsam是ADC轉(zhuǎn)換后的二進制值；Dmax是能到的最大轉(zhuǎn)換值，在這里是256；Vref是ADC的參考電壓，設置為5V。AD轉(zhuǎn)換電路如圖2-3所示。圖2-5 AD轉(zhuǎn)換接口電路2.5 液晶顯示模塊2.5.1 概述電路的數(shù)據(jù)顯示部分采用的是12864-0402BLCD顯示屏，每一次屏幕可以顯示4行8列共32個16×16點陣的漢字。字符的顯示是通過開發(fā)者將字符顯示編碼通過程序?qū)懭朐撟址@示RAM中實現(xiàn)的。根據(jù)軟件中寫入的內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示中文字庫、ASCII碼字庫及自定義字形的內(nèi)容。該液晶顯示屏能夠靈活地進行切換接口方式

39、，還可以直接完成一些圖形的顯示。同時12864液晶顯示屏還具有低電壓和低功耗的顯著特點。對于同類的液晶顯示屏，不論是硬件還是軟件，相比較起來都要簡單很多，該液晶的屏幕顯示成本較低，適用于小型設備系統(tǒng)的顯示領域。本液晶顯示屏不需要片選信號，從而可以精簡了軟件設計，從而使整體程序可以簡潔明朗。FYD12864-0402B與單片機AT89S52相連接的接口電路如圖2-3所示。圖2-6 12864液晶顯示模塊2.6 聲光報警模塊本文所設計的裝置的功能包含了聲光警報功能，當水產(chǎn)養(yǎng)殖場的水體水質(zhì)參數(shù)變化超過了安全值，則由單片機進行將該結(jié)果通過聲音和光的形式表現(xiàn)出來，即聲光報警。本裝置采用的是蜂鳴器，在選擇

40、聲音報警器件時，對于喇叭和蜂鳴器，做了一個比較和選擇。喇叭是一種由線圈、磁鐵、振膜及外殼所組成的簡單元器件，是一種無源器件，只要通過一個交變的電流信號，然后就可以產(chǎn)生一個磁場的變化，帶動紙盆的震動，從而發(fā)出聲音。蜂鳴器則是一個有源器件，它的組成和喇叭沒什么區(qū)別，只是蜂鳴器比喇叭多了一個信號源，其信號源具有一個固定的振蕩頻率，只要接一個電源即可發(fā)生；經(jīng)過比較，發(fā)現(xiàn)使用蜂鳴器可以簡化程序，便于操作。聲光主要有蜂鳴器和LED發(fā)出，即由單片機發(fā)出信號，從而使得與單片機相連接的喇叭和LED開始工作，此時喇叭發(fā)出警報聲，LED開始閃爍。聲光報警模塊電路接口電路如圖2-5，圖2-6所示。圖2-7 聲報警電路

41、圖2-8 光報警電路第三章 系統(tǒng)軟件部分設計3.1 軟件設計環(huán)境Keil uVision2是德國Keil Software公司出品的兼容單片機C語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，開發(fā)時開發(fā)者所使用的語法接近于標準C語言的語法，C語言和匯編語言相比，C語言在功能、結(jié)構性、可讀性、可維護性上具有十分明顯的優(yōu)勢，從而達到易學易用的效果,并且大大地提高了工作效率和縮小了項目開發(fā)周期,同時還能兼容匯編語言程序。uVision2的集成開發(fā)環(huán)境已經(jīng)將C51完全的兼容，此開發(fā)環(huán)境是由編譯器、匯編器、實時操作系統(tǒng)和調(diào)試器組成的。一、 編輯器與調(diào)試器1. 源代碼編輯器Keil uVision2源代碼編輯器對語法的注釋進行彩色顯

42、示，并且對于文件的識別都已經(jīng)對C語言寫的源代碼進行了優(yōu)化，用戶可以在源代碼編輯器內(nèi)進行程序的調(diào)試，Keil uVision2的調(diào)試環(huán)境，方便用戶迅速地檢查和修改所編寫的程序代碼。2. 調(diào)試器Keil uVision2的調(diào)試器是一個快速并且十分穩(wěn)定的程序調(diào)試器。調(diào)試器包含一個高速模擬器，可以模擬整個8051的系統(tǒng)，包括片上外圍器件和硬件。二、C51編譯器Keil uVision2編譯器在語言上的擴展功能為使用者使用軟件資源提供了極大的方便，對于8051系列，C51編譯器都可以進行操作。變量可轉(zhuǎn)移到任意地址空間。Keil uVision2軟件界面如圖3-1所示。圖3-1 軟件界面3.2 軟件的開發(fā)

43、過程1.點擊project選項，然后在這個選項下面的選項欄里，選擇彈出選項欄中的New Project選項，實際顯示界面如圖3-2所示。在彈出的文件對話窗口中輸入所建立的程序的項目名稱，要注意，在保存之前要將文件擴展名設為uv2，這是Keil uVision2開發(fā)軟件規(guī)定的文件擴展名，以后開發(fā)者就可以直接點擊這個文件來打開以前建立過的項目。圖3-2 創(chuàng)建新工程2.選擇本次采用的單片機型號AT89S52。3.在軟件的空白區(qū)域編寫程序，首先要在項目中創(chuàng)建一個新的程序文件。4.保存新建的程序文件，把第一個程序文件命名為cxl.c，然后保存在之前的目錄下，如果程序的顏色不一樣，則說明語法是正確合理的。在顯示界面左邊第三行下面的大空白區(qū)域中的Source Group1圖標上右擊鼠標，就會彈出一個選項欄，在這個選項里可以進行增刪文件等操作。選擇“Add File to Group”的選項，會彈出一個文件窗口，選擇剛剛保存好的文件，單擊Add按鈕，然后關閉文件窗，程序文件就被添加到項目中了。如圖3-3所示。圖3-3 添加文件5.文件添加完后，在相應的位置編寫完程序即可進行編譯運行，編譯運行的過程如圖3-4所示。先點擊紅線圈中的第二個按鈕進行編譯，查看是否出錯，若無錯