发布时间 : 星期四 文章嵌入式系统课程设计报告 - 图文更新完毕开始阅读97b5c63278563c1ec5da50e2524de518964bd317
系统硬件的设计
目录
1 任务提出与方案论证 ................................................... 2
1.1单片机芯片设计与论证 ............................................ 2
方案1：采用51系列单片机作为系统控制器 .......................... 2 方案2：采用fpga单片机作为系统的控制器 .......................... 2 1.2按键控制模块设计与论证 .......................................... 2 1.3时钟模块设计与论证 .............................................. 2
方案二：采用DS1302为计时时钟芯片 ............................... 3 方案三：采用DS12C887为计时时钟芯片 ............................. 3 1.4温度采集模块设计与论证 .......................................... 3 1.5显示模块模块设计与论证 .......................................... 3 2 总体设计 ............................................................. 4
3.1 STC89C52单片机 ................................................. 4
3.1.1 最小系统设计 .............................................. 5 3.1.2 时钟电路 .................................................. 5 3.1.3 复位电路 .................................................. 6 3.2时钟芯片DS1302接口设计与性能分析 ............................... 6
3.2.1 DS1302性能简介 ............................................ 6 3.2.2 DS1302接口电路设计 ....................................... 7 3.3温度芯片DS18B20接口设计与性能分析 .............................. 8
3.3.1 DS18B20性能简介 ........................................... 8 1.DS18B20的主要特性 ............................................. 8 3.3.2 DS18B20接口电路设计 ....................................... 9 3.4 LCD显示模块 ................................................... 10
3.4.1 LCD1602的特性及使用说明 .................................. 10 3.4.2 LCD1602与MCU的接口电路 .................................. 11 3.5按键模块设计 ................................................... 11 3 详细设计及仿真 ...................................................... 12
3.1 proteus仿真 ................................................... 12 3.2主程序流程图的设计 ............................................. 13 4 总结 ................................................................ 15 参考文献 .............................................................. 16
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系统硬件的设计
1 任务提出与方案论证
单片机电子万年历的制作有多种方法，可供选择的器件和运用的技术也有很多种。所以，系统的总体设计方案应在满足系统功能的前提下，充分考虑系统使用的环境，所选的结构要简单使用、易于实现，器件的选用着眼于合适的参数、稳定的性能、较低的功耗以及低廉的成本。
按照系统设计的要求，初步确定系统由电源模块、时钟模块、显示模块、键盘接口模块、温度测量模块和闹钟模块共六个模块组成，电路系统构成框图如图1所示。
图1 硬件电路框图
1.1单片机芯片设计与论证 方案一:
方案1：采用51系列单片机作为系统控制器
单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积较小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域应用广泛。而且抗干扰性能好。
方案2：采用fpga单片机作为系统的控制器
因51单片机价格比fpga低得多，且本设计不需要很高的处理速度，从经济和方便使用角度考虑，本设计选择了方案1。 1.2按键控制模块设计与论证
方案一：采用矩阵键盘，由于按键多可实现数值的直接键入，但在系统中需要CPU不间断的对其端口扫描。
方案二：采用独立按键，查询简单，程序处理简单,可节省CPU资源。
因系统中所需按键不多，为了释放更多的CPU占有时间，操作方便，故采用方案二。
1.3时钟模块设计与论证
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系统硬件的设计
方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。
方案二：采用DS1302为计时时钟芯片
该芯片是串行电路，与单片机接口简单，但需另备电池和32.768kHz晶振，因焊接工艺和晶振质量等原因会导致精度降低。
方案三：采用DS12C887为计时时钟芯片
该芯片与单片机采用8位并口通信，传递信息速度快。自带有锂电池和晶振，外部掉电后，其内部时间信息还能够保持10年之久，因电路被封装在一起，可以保证很高的精度和抗干扰能力。而且芯片功能丰富，可以通过内部寄存器设置闹钟，并产生闹钟中断。
由于DS1302时钟芯片计数时间精度高，而且具有闰年补偿功能且价格经济实惠等优点，故采用方案二。 1.4温度采集模块设计与论证
方案一：采用温度传感器（如热敏电阻或AD590），再经AD转换得到数字信号，精度较准，但价格昂贵，电路较复杂。
方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式，但准确度不高，误差最大达2度。
因为用DS18B20温度芯片，采用单总线访问，降低成本、降低制作难度且可节省单片机资源，故采用方案二。 1.5显示模块模块设计与论证
方案一：采用静态显示方法，静态显示模块的硬件制作较复杂及功耗大，要用到多个移位寄存器，但不占用端口，只需两根串口线输出。
方案二：采用动态显示方法，动态显示模块的硬件制作简单，段扫描和位扫描各占用一个端口，总需占用单片机14个端口，采用间断扫描法功耗小、硬件成本低及整个硬件系统体积相对减小。
方案三:采用LCD的方法,具有硬件制作简单可直接与单片机接口,显示内容多,功耗小,成本低等优点,LCM1602可显示32个字符,采用LCD的缺点是亮度不够。
比较以上三种方案：方案一硬件复杂体积大、功耗大；方案二硬件简单、功耗小；方案三硬件简单，显示内容多,功耗小,成本低等。本系统设计要求达到功耗小、体积小、成本低，显示信息多等要求，权衡三种方案，选择方案三。
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系统硬件的设计
2 总体设计
根据上述所确定的系统方案构想，下面进行系统硬件电路的具体设计，系统的具体设计在下面会详细介绍。 3.1 STC89C52单片机
单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。自从1975 年美国德克萨斯仪器公司的第一台单片微型计算机（简称单片机）TMS-1000 问世以来，迄今为止，单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制中经常遇到对某些物理量进行定时采样与控制的问题，在仪器仪表智能化中也扮演着极其重要的角色。
单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
单片机主要特点：
（1）有优异的性能价格比。
（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。
（3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 （5）外部总线增加了I2C（Inter-Integrated Circuit）及SPI(Serial Peripheral Interface)等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。
（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
优异的性能价格比。
1）集成度高、体积小、有很高的可靠性。
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合于在恶劣环境下工作。
此外，程序多采取固化形式也可以提高可靠性。 2）控制功能强。
为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
51单片机引脚图如下：
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