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EEPROM AT24C02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 DS18B20 AT24C02 DS1302 NRF24L01目录摘要 (1)目录 (2)第1章基于DS18B20的数字温度计设计 (3)1.1 设计要求 (3)1.2 系统组成 (3)1.3 系统设计 (3)1.3.1 硬件设计 (3)1.3.2软件设计 (4)1.4 设计结果 (6)第2章基于AT24C02的电子密码锁设计 (7)2.1 设计要求 (7)2.2 系统组成 (7)2.3 系统设计 (8)2.3.1 硬件设计 (8)2.3.2 软件设计 (9)2.4 设计结果 (9)第3章基于DS1302的电子日历的设计 (11)3.1 系统功能 (11)3.2 系统组成 (11)3.3 系统设计 (11)3.3.1 硬件设计 (11)3.3.2 软件设计 (13)3.4 设计结果 (14)第4章基于NRF24L01的无线通信系统的设计 (15)4.1 系统功能 (15)4.2 系统组成 (15)4.3 系统设计 (15)4.3.1 硬件设计 (15)4.3.2 软件设计 (16)4.4 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1-3 DS18B20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1-4 DS18B20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2-1 AT24C02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 软件设计主程序:图2-6 主程序流程图➢ 先对数码管的显示进行初始化;➢ 按键扫描判断是否输入密码,如果输入密码并且输入正确,则密码锁开启;➢ 按键扫描判断是否进行密码的更改或者密码锁的关闭;➢ 输入更改后的密码,若正确则密码锁开启;➢ 假如系统断电或密码锁关闭按键按下则密码锁关闭。
AT24C02子程序:图2-7 AT24C02子程序流程图2.4 设计结果功能键: 开始 AT24C02初始化 输入密码 密码是否正确 解锁 是 否S1---S10 数字键0-9S11---更改密码 S12---更改密码完毕后确认S13---重试密码、重新设定S14---关闭密码锁初始密码:000000 密码位数:6位密码锁的初始密码为000000,密码输入正确后可启动密码锁对密码进行修改的操作,六为密码分别对应LED灯D1,D2,D3,D4,D5,D6,密码所有位数输入正确则六个LED等被点亮,并且D7,D8也被点亮;若某一位密码不正确,则所对应的LED灯不亮且D7,D8两个LED灯也不亮。
图2-8 设计测试结果图第3章基于DS1302的电子日历设计3.1 设计要求(1)在LCD上显示当前的时间信息,即年、月、日、星期、时、分、秒(2)具有时间的调校功能(3)显示当前调节对象(4)日期时间加调整与保存。
3.2 系统组成本设计由STC89C52单片机最小系统、实时时钟芯片DS1302以及显示液晶LCD1602组成。
DS1302采用SPI三线接口与CPU进行通信,仅用到三根信号线:RST(复位),I/O(数据线),SCLK(同步串行时钟)。
并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小与31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。