单片机课程设计实验报告

课程设计报告学号：1328403028姓名：张帅华班级：13电子信息工程指导老师：邓晶苏州大学电子信息学院2016年4月摘要随着时代的进步和发展，单片机技术已经成为一种比较成熟的技术，普及到我们生活、工作、科研等各个领域。本次课程设计包含四个基于STC89C52单片机的设计，分别是：基于单总线数字式温度传感器DS18b20的数字温度计的设计；基于2K位串行CMOS的EEPROMAT24C02的数字密码锁的设计；基于SPI接口实时时钟芯片DS1302的电子日历的设计以及基于无线收发芯片nrf24L01的简单无线通讯系统的设计。关键词：单片机DS18B20AT24C02DS1302NRF24L01目录摘要..............................................................1目录..............................................................2第1章基于DS18B20的数字温度计设计...............................31.1设计要求...................................................31.2系统组成...................................................31.3系统设计...................................................31.3.1硬件设计..............................................31.3.2软件设计..............................................41.4设计结果...................................................6第2章基于AT24C02的电子密码锁设计...............................72.1设计要求...................................................72.2系统组成...................................................72.3系统设计...................................................82.3.1硬件设计..............................................82.3.2软件设计..............................................92.4设计结果...................................................9第3章基于DS1302的电子日历的设计................................113.1系统功能...................................................113.2系统组成...................................................113.3系统设计...................................................113.3.1硬件设计..............................................113.3.2软件设计..............................................133.4设计结果...................................................14第4章基于NRF24L01的无线通信系统的设计..........................154.1系统功能...................................................154.2系统组成...................................................154.3系统设计...................................................154.3.1硬件设计..............................................154.3.2软件设计..............................................164.4设计结果...................................................16总结..............................................................17第1章基于DS18b20的数字温度计设计1.1设计要求（1）采用DS18b20与单片机STC89C52相结合设计数字温度计，实现液晶屏实时显示当前温度；（2）读取并显示DS18B20的序列码。1.2系统组成本方案设计的系统由单片机系统、数字式温度传感器DS18B20和LCD1602显示模块组成。DS18B20：DS18B20是单线式数字温度传感器，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；有温度测量范围宽，测量精度高的特点；同时它的供电方式灵活，可以通过内部寄生电路从数据线上获取电源；测量参数可配置，其测量分辨率可通过程序设定为9~12位。LCD1602：1602液晶也叫1602字符型液晶，是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块，它由若干个5x7或者5x11的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符。1.3系统设计1.3.1硬件设计图1-1数字温度计硬件原理图在本次系统设计中，STC89C52单片机作为控制器，完成所有功能的控制，包括：（1）DS18B20数字温度传感器的初始化和读取温度值；（2）LCD1602显示驱动与控制。以数字式温度传感器DS18B20作为传感元件。DS18B20是单总线数字式温度传感器，采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，无需任何外围器件，直接将温度转化为数字信号，以数字码形式串行输出。可由一根I/O数据线既供电又传输数据。DS18B20直接读取被测温度值，送到LCD1602上进行显示，LCD1602可以显示两行字符，每行16个字符，只能显示ASCII码字符。本实验中需要显示的数据是温度和DS18B20的唯一序列码。总体架构如图1-1所示。将18B20的单总线DQ与单片机接口P2.2相连，通过时序控制首先对其进行初始化，然后发送读写和温度转换命令，使DS18B20内部温度传感器开始工作，最后从温度寄存器中读取两字节二进制码，转换为温度值后显示在LCD上。同理，对于序列码的读取，也要在18B20初始化成功的基础上，发送读ROM命令（该命令只适用于总线上存在单只DS18B20），将读取的字符显示在液晶屏上。1.3.2软件设计主程序：图1-2主程序流程图先进行初始化，该初始化包括DS18b20的初始化和液晶屏的初始化。DS18b20的初始化是为器件应答准备，作为从器件的DS18B20在一上电后就一直在检测总线上是否有480－960微秒的低电平出现，如果有，在总线转为高电平后等待15－60微秒后将总线电平拉低60－240微秒做出响应存在脉冲，告诉主机本器件已做好准备；液晶屏的初始化是为显示温度准备；调用显示子程序显示当前检测到的温度值；不断刷新温度数据进行实时显示。DS18B20的初始化：图1-3DS18B20初始化时序图初始化流程：将总线拉低480us~960us拉高总线，若DS18B20做出反应会将在15us~60us后将总线拉低等待DS18B20拉低总线图1-4DS18B20初始化流程图DS18B20读字节和写字节子程序：图1-5写字节子程序流程图图1-6读字节子程序流程图写字节：写周期最少为60微秒，最长不超过120微秒。写周期一开始主机先把总线拉低1微秒表示写周期开始。随后若主机想写0，则将总线置为低电平，若主机想写1，则将总线置为高电平，持续时间最少60微秒直至写周期结束，然后释放总线为高电平至少1微秒给总线恢复。而DS18B20则在检测到总线被拉底后等待15微秒然后从15us到45us开始对总线采样，在采样期内总线为高电平则为1，若采样期内总线为低电平则为0。读字节：读周期是从主机把单总线拉低1微秒之后开始，先释放单总线为高电平，以让DS18B20把数据传输到单总线上。作为从机DS18B20在检测到总线被拉低1微秒后，便开始送出数据，若是要送出0就把总线拉为低电平直到读周期结束。若要送出1则释放总线为高电平。主机在一开始拉低总线1微秒后释放总线，然后在包括前面的拉低总线电平1微秒在内的15微秒时间内完成对总线进行采样检测，采样期内总线为低电平则确认为0。采样期内总线为高电平则确认为1。完成一个读时序过程，至少需要60微秒才能完成。读取温度子程序：图1-7读取温度子程序流程图读取温度流程：跳过ROM操作(0CCH）发送温度转换命令(044H)跳过ROM操作(0CCH)发送读取温度命令(033H)读取温度值(0BEH)1.4设计结果能够在液晶屏的第一行显示DS18b20的序列码，在第二行显示温度并且不断刷新实时显示，分辨率设置为12位。图1-8设计测试结果图第2章基于AT24C02的数字密码锁设计2.1设计要求（1）设置初始密码为“000000”（2）进入密码锁后，按键S11修改密码，并在液晶显示密码（3）S12为确定键，修改成功（4）S13为重新设置键（5）S14为退出密码锁（6）在未进入密码锁时，S11,S12,S13,S14无效2.2系统组成本设计由STC89C52单片机芯片和具有2K位串行CMOS的EEPROMAT24C02以及LED数码管显示模块组成。AT24C02：（1）模块原理图图2-1AT24C02模块原理图（2）发送器件地址的格式图2-2发送器件地址的格式图高四位1010是24Cxx系列的固定器件地址，接下来是A2、A1、A0是根据器件连接来决定，我们的原理图都接地所以是000。R/W为是选择读还是写，1的时候是读，0的时候是写。（3）芯片工作时序初始化（scl=H，sda=H）写入过程发送器件地址（0XA0）：SendByte(0xa0);发送要写入24C02的内存地址：SendByte(addr);发送要写入的数据：SendByte(dat);读出过程发送写入的器件地址(0XA0)发送要读的24C02的内存地址发送读出的器件地址(0XA1)读取数据（4）AT24C02的数据发送时序总线起始信号图2-3总线起始信号时序图总线应答信号总线结束信号图2-4总线结束信号时序图2.3系统设计2.3.1硬件设计图2-5硬件原理图单片机是电子密码锁系统的主控制器。AT24C02是密码储存电路，它的SCL、SDA端分别接单片机的P2.1、P2.0端口,用于与单片机之间读写操作的数据传输；WP接低电平表示单片机可以对器件进行正常的读/写操作；A0、A1、A2是器件地址输入端，都接低电平表示只有一个AT24C02被器件寻址。用户设置的密码存放在AT24C02中，当需要更改或读取用户密码时，只需对AT24C02里的数据更改或读取。矩阵键盘电路主要作用是对密码进行输入、修改、确定等操作，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行列分别连接到按键开关的两端。无按键按动作时列线处于高电平状态；有按键按下时，交点的行线和列线相通，列线电平状态将由与此列线相连的行线电平决定。显示电路由LED数码管和LED指示灯组成。2.3.2软件设