基于51单片机热带鱼自控水族箱设计报告

 专   业： 电 子 信 息 

班    级：     0 8 1   

组    别：   第二组   

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    学     号：************

1.摘要…………………………………………………………….3

2.前言………………………………………………………….....4

2.1．目的与意义    ………………………………………..4

2.2．设计要求……………………………………………..4

3.总体设计………………………………………………………4

3.1.STC90C516RD+………………………………………..4

3.2.DS18B20…………………………………………………5

    3.3.液晶屏1602A……………………………………………7

4.总结…………………………………………………………….8

5.心得体会……………………………………………………….8

1.摘要

本次课程设计，我们小组利用51单片机，以STC90C516RD+为控制中心，实现了LCD液晶屏的显示控制，用P3.7口实现鱼缸里水温的实时测量，用P2.0口实现鱼缸水位的实时测量，用P1.1和1.2口实现了对片外扩展的继电器的控制，从而使外部继电器能够控制加热棒对鱼缸里水的加热，并且能够控制电磁阀在鱼缸缺水的情况下对鱼缸实施加水，通过4*3矩阵键盘实现最高水温和最低水温的调整，在水温高于规定的最高温度时，P3.2口控制的蜂鸣器能够报警。

2.前言

2.1．目的与意义    

《ARM实际应用系统开发》是一门技术性、应用性很强的学科。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节，学习与应用脱节的局面。任随书本上把单片微机技术介绍得多么重要、多么实用、多么好用，同学们仍然会感到那只是空中楼阁，离自己十分遥远，或者会因此而对它失去兴趣，或者会感到它高深莫测无从下手，这些情况都会令课堂教学的效果大打折扣。

《ARM实际应用系统开发》的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、印制电路板等方面的知识进一步加深认识，同时在软件编程、程序调试、焊接技术、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够进行某些单片机应用系统的开发设计工作打下一定的基础。

2.2．设计要求

课程设计内容分为基本要求和附加要求两类。基本要求是每个人必须完成的内容。附加要求则是学生根据自己对单片机掌握和运用的情况选作实现的某些功能，这给同学们开动脑筋发挥自己的创造性思维留出了空间。基本要求包括：发声功能，4位LED数码管动态显示，4×4键盘扩展，秒表/定时器功能以及片机与单片机之间（或单片机与PC机）的串行数据发送/接收。附加要求包括：编程实现一个含有上述若干子模块的综合性功能。对单片机学习得好、动手能力突出的同学，可自行完成单片机与运放，温度传感器，微型继电器……等元器件的软硬件设计。

3.总体设计

3.1.STC90C516RD+

STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超**/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，内部集成MAX810专用复位电路，时钟频率在12MHz以下时，复位脚可直接接地。

1.增强型6 时钟/ 机器周期，12 时钟/ 机器周期 8051 CPU

2.工作电压：5.5V - 3.8V（5V 单片机）/3.8V - 2.4V（3V 单片机）

3.工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的 0～80MHz.

4.用户应用程序空间 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字节

5.片上集成 1280字节/512/256字节 RAM

6.通用I/O口（35/39 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）

P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。

7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器 / 仿真器

可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序3 -  5 秒即可完成一片

8.EEPROM 功能

9.看门狗

10.内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体12M以下时，可省外部复位电路，复位脚可直接接地。

11.共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用

12.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

13.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

14.工作温度范围：0-75℃/-40-+85℃

15.封装：LQFP-44,PDIP-40，PLCC-44

3.2.DS18B20

温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。对于我们普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是我们学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。了解其工作原理和应用可以拓宽您对单片机开发的思路。

DS18B20的主要特征：

     * 全数字温度转换及输出。

     * 先进的单总线数据通信。

     * 最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。

     * 12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。

     * 可选择寄生工作方式。

     * 检测温度范围为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F)

     * 内置EEPROM，限温报警功能。

     * 位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。

     * 多样封装形式，适应不同硬件系统。

DS18B20引脚功能：

•GND 电压地 •DQ 单数据总线 •VDD 电源电压 •NC 空引脚

DS18B20工作原理及应用：

DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。在讲解其工作流程之前我们有必要了解18B20的内部存储器资源。18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：

ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共位ROM。

RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。

我们在每一次读温度之前都必须进行复杂的且精准时序的处理，因为DS18B20的硬件简单结果就会导致软件的巨大开消，也是尽力减少有形资产转化为无形资产的投入，是一种较好的节约之道。

控制器对18B20操作流程：

1、 复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480uS的低电平信号。当18B20接到此复位信号后则会在15~60uS后回发一个芯片的存在脉冲。

2、 存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在15~60uS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240uS的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。

3、 控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功能是对片内的位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。ROM指令在下文有详细的介绍。

4、 控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令了。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EEPROM、温度转换、将EEPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令18B20作什么样的工作，是芯片控制的关键。

5、 执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单片机）必须等待18B20执行其指令，一般转换时间为500uS。如执行数据读写指令则需要严格遵循18B20的读写时序来操作。数据的读写方法将有下文有详细介绍。

3.3.液晶屏1602A

3.3.1.1602LCD主要技术参数：

 显示容量:16×2个字符

 芯片工作电压:4.5—5.5V

 工作电流:2.0mA(5.0V)

 模块最佳工作电压:5.0V

 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

3.3.2引脚功能说明

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13所示:

第1脚：VSS为地电源。

第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：背光源正极。

第16脚：背光源负极。

3.3.3.硬件原理图

4.总结

        本次课程设计为一个嵌入式汇编环境下实现温度检测和液位检测，利用Keil uVsion4软件进行程序的编写。使用单片机上的K4呼出最高温度和最低温度在调整界面，并在液晶屏1602显示，K1调整最高温度，K2调整最低温度。在DS18B20检测到水温低于所设最低温度时，P1.0控制在外置继电器闭合，控制加热棒加热，当检测到水温高于最高温度时，外置继电器断开，加热棒停止加热。1602同时能显示水在实时温度。把水位探头于P2.0相连，在水位低于探头所在位置时，P1.1口控制在外置继电器闭合，控制电磁阀打开，把水加入鱼缸中；当水位高于探头所在位置时，水位探头闭合并向单片机输出一个信号，由P1.1控制外置继电器从而使电磁阀闭合，停止加水。

5.心得体会

    课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。因此作为二十一世纪的大学生来说，掌握单片机的开发技术是十分重要的。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相机和起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量，团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是直观重要的。

通过这几周的实作我深刻体会到认真对待一件事的重要性，感谢老师对我们的认真指导和耐心帮助。老师的认真个耐心使我自觉端正了学习的态度。