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基于51单片机的环境监控系统的设计

编号
XXXX 学院毕业设计（论文）
题目：基于 51 单片机的环境监控系统的设计
物联网学院自动化专业
学号：学生姓名：指导教师：（职称：教授）
（职称：）
2016 年 5 月 26 日

XXXX 学院本科毕业设计（论文）
诚信承诺书
本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）基于 51 单片机的环境监控系统的设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用、表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班学
级：号：
自动化
作者姓名： 2016 年 5 月 26 日

XXXX 学院
物联网学院自动化专业
毕业
一、题目及专题：
1、题目 2、专题
设计论文
任务书
基于 51 单片机的环境监控系统的设计
二、课题来源及选题依据课题来源：自拟题目选题依据：传统环境参数的监测需要相关专业的仪器设备，测量设备体积较大，实时性差，精度低，还需花费较大的人力，已不再适应现代经济的快速发展的要求；通过人工不间断测量、记录大量数据的方式来实现环境监测的方式不仅需要耗费大量的人力物力，监控信息也会随着季节的更替变得不准确。本系统采用单片机作为核心控制模块，其重要意义在于：它完全不同于传统控制系统的设计方法和设计思路。传统的控制系统必须依靠大量的模拟电路或者数字电路技术来实现某些硬件的功能，现在可以通过单片机使用软件的方法来实现。这种由软件来替代硬件的控制技术被为微控制技术，是传统控制技术的一次重大突破。研究基于单片机的环境温湿度监控系统能够准确、及时的知道环境温湿度的变化；与传统环境温湿度监控的方式相比，本系统不仅可以节省大量人力物
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力，且准确度高，集成度高，使用更方便。三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1、要求该系统的硬件电路简单，测得的数据准确度高、使用简单； 2、要求该系统需要数据保护和存储功能，保证断电后数据不丢失； 3、要求该系统可以人为设定报警限值，且可以自由调节； 4、要求该系统需实时性好，能够实时检测、实时显示、实时报警； 5、要求画出该系统的电路原理图，编写系统程序，使用 Protues 仿真软件，对编写的程序仿真。四、接受任务学生：自动化 122 班五、开始及完成日期：自 2015 年 11 月 9 日至 2016 年 5 月 26 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任姓名
〔
系主任签名
学科组组长研究所所长
〕签名
2015 年 11 月 9 日
II

摘
要
摘
要
环境和每个人的生活息息相关，环境温湿度是影响人们生活的两个重要因素。目前环境监控系统大多用于大型生产行业及环境保护方面，对中小型生产及普通生活环境温湿度的监测重视度相对不足。随着近几年科技产品的爆发，单片机（Microcontrollers）以其低成本、高性能、小而集成度高的特点得到了快速发展，基于单片机的低成本的环境温湿度监控系统得到了广泛关注。本次毕业设计的系统注重性能好、成本低、系统操作简单、适用性广等特点，设计了基于 51 单片机的环境监控系统。该系统采用 AT89S52 单片机（C51 内核）做为系统的微控制器，借助温湿度传感器、液晶显示器、蜂鸣器及独立按键等几个外围模块，实现对环境温湿度的实时监控。其中，温湿度传感器的精度为± 2℃/±5%RH，液晶显示器能够同时显示环境的温度和湿度，独立键盘用来自定义限值，蜂鸣器用来超限报警，最终使系统系统拥有对环境温湿度的实时监测、智能报警的功能。 AT89S52 单片机是一种 8 位 CPU 和寄存器的微控制器，8K 的 Flash 存储器，使用方便，编程简单；DHT11 温湿度传感器能够同时采集环境的温度和湿度，并自动进行模数转换及数据传输，具有精度高、实时性好的特点；LCD1602 是一种 16*2 的液晶显示器，即共 2 行，每行可以显示 16 个字符，因此能够同时显示温度和湿度，是一种价格便宜、使用方便的显示设备；通过四个独立按键，能够自定义温湿度的报警上下限值；蜂鸣器作为系统的发声报警装置；单片机通过对各个模块的程序调用，实现对环境温湿度的监控。本文主要介绍了所设计系统的电路原理、软件编写方法和系统仿真，对各个器件做了详细的原理分析和规格说明，对各个模块的程序编写方法做了详细的流程图，最终，设计出了一套功能完善环境的系统。由于本系统应用于小型生产活动与日常生活中，因此本系统在设计时以可靠性高、实时性好、价格便宜、操作简单为原则设计。本设计根据单片机系统的设计方法和编程原理，编写了完整的系统程序。该系统运行过程如下：单片机上电后首先执行各模块初始化程序，之后由用户通过四个独立按键对温度、湿度上下限值设定，单片机判断限值合法后将限值存入自身内部 Flash 存储器，随后执行温度采集程序、液晶显示程序、比较限值程序、是否报警程序。通过使用 Proteus 仿真工具仿真完成，确定程序完整，可以良好的运行，具有操作方便、成本低廉、线路简单、可靠性高、实时性好的优点，有良好的应用价值。关键词：AT89S52 单片机；温湿度传感器；LCD1602 显示器；蜂鸣器
III

ABSTRACT
ABSTRACT
Environmental factors are closely related to our life, among which ambient temperature and humidity are two vital factors. Recent years, with the explosion of technological products, Microcontrollers is developed rapidly for its characteristics of low costs, high-performance, small but high integration; ambient temperature and humidity monitoring alarm system that based on Microcontrollers is one of the hot research areas. Using Temperature and humidity sensor, LCD monitor, buzzer and independent keyboard and some other modules this paper designed environmental monitoring system that based on Microcontrollers. When it is necessary to monitor ambient temperature and humidity in some small and medium industry or our normal life, it is often being ignored, because so far, environmental monitoring system is mostly used by large industry or in environmental protection. The system designed here can be widely used because of its high-performance, low-cost, simple operation, wide applicability. The system using AT89S52 Microcontrollers with C51 kernel, the collection of ambient temperature and humidity date is sensor DHT11 with an accuracy of ± 2℃/± 5%RH, the date is showed on a 16*2 LCD monitor. Furthermore, the date can be limited through independent keyboard, thus realizing auto-alarm when over-limit. It makes real-time monitoring of ambient temperature and humidity and smart alarm function come true. It uses AT89S52 that with 8-bit CPU and registers, flash Member with 8k which makes it easy to use and easy to program and good enough to meet the need of high-performance, low-cost, simple operation, wide applicability. Temperature and humidity sensor DHT11 can collectambient temperature and humidity at the same time and can realize analog-digital conversion and data transmission by itself. it has the characteristics of high precision and real-time monitoring, it has 2 lines, 16 characters on each line so it can show the data of both temperature and humidity on one screen. It is an inexpensive and easy to use display device. Four independent keyboard can set temperature and humidityalarm to the limits. The buzzer can alarm by itself when the data is over-limited. By controlling different modules, Microcontrollers realized monitoring ambient temperature and humidity. The design process is firstly to define Microcontroller’s foot, then define function keyboard respectively. And software programing the module of the drive. This system is designed for small industry and for daily use, so it is reliable, good real-time performance, inexpensive and easy to operation. This paper based on the design method of Microcontrollers, control theory of Microcon-trollers and usage of peripheral module besides Microcontrollers writing driver of each component,this system is simulated by Proteus. Eventually, download the system process to Microcontrollers. It is proved that this system has well-functioned and has application value of simple operation, low cost, simple circuit, reliable and perfect real-time monitor. Keywords：AT89S52 Microcontroller; DHT11 sensor;LCD1602; buzzer
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目
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摘要 .......................................................................................................................................... III ABSTRACT ............................................................................................................................. IV 目录 ........................................................................................................................................... V 第 1 章绪论 ................................................................................................................................ 1 1.1 本课题的研究内容和意义 ........................................................................................... 1 1.1.1 内容简介 .............................................................................................................. 1 1.1.2 研究意义 .............................................................................................................. 1 1.2 国内外的发展概况 ....................................................................................................... 2 1.2.1 国内发展状况 ...................................................................................................... 2 1.2.2 国外发展状况 ...................................................................................................... 2 1.3 本课题应达到的要求 ................................................................................................... 2 第 2 章系统总体方案设计 ........................................................................................................ 5 2.1 系统功能设计和技术指标 ........................................................................................... 5 2.1.1 功能设计 .............................................................................................................. 5 2.1.2 技术指标 .............................................................................................................. 5 2.2 系统设计思路与设计原则 ........................................................................................... 5 2.2.1 设计思路 .............................................................................................................. 5 2.2.2 设计原则 .............................................................................................................. 5 2.3 系统整体设计 ............................................................................................................... 6 2.3.1 系统整体设计框图 .............................................................................................. 6 2.3.2 系统硬件选择 ...................................................................................................... 6 2.3.3 系统工作过程 ...................................................................................................... 7 2.4 本章小结 ....................................................................................................................... 7 第 3 章硬件系统设计 ................................................................................................................ 9 3.1 概述 ............................................................................................................................... 9 3.2 单片机主控模块概述 ................................................................................................... 9 3.2.1 AT89S52 单片机简介 ........................................................................................... 9 3.2.2 单片机主控系统 ................................................................................................ 10 3.3 DHT11 温湿度采集模块设计 ..................................................................................... 11 3.3.1 DHT11 温湿度传感器简介 ................................................................................ 11 3.3.2 DHT11 温湿度传感器的使用 ............................................................................ 12 3.4 LCD1602 液晶显示模块设计 ..................................................................................... 13 3.4.1 LCD1602 液晶器显示模块简介 ........................................................................ 13 3.4.2 . LCD1602 液晶显示模块的使用 ....................................................................... 14 3.5 报警模块设计 ............................................................................................................. 17
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目
录
3.5.1 蜂鸣器简介 ........................................................................................................ 17 3.5.2 蜂鸣器的使用 .................................................................................................... 17 3.6 按键系统设计............................................................................................................. 18 3.6.1 按键开关简介 .................................................................................................... 18 3.6.2 按键的设计 ........................................................................................................ 18 3.7 硬件系统整体电路原理图 ......................................................................................... 19 3.8 本章小结..................................................................................................................... 20 第 4 章软件系统设计.............................................................................................................. 21 4.1 软件系统概述及流程图 ............................................................................................. 21 4.1.1 软件系统概述 .................................................................................................... 21 4.1.2 软件整体流程图 ................................................................................................ 21 4.2 模块化程序设计......................................................................................................... 22 4.2.1 DHT11 温湿度采集模块程序设计.................................................................... 22 4.2.2 LCD1602 液晶显示模块程序设计 .................................................................... 22 4.2.3 按键及报警模块程序设计 ................................................................................ 23 4.3 程序编写与仿真调试 ................................................................................................. 24 4.3.1 程序编写 ............................................................................................................ 24 4.3.2 仿真与调试 ........................................................................................................ 27 4.4 本章小结..................................................................................................................... 28 总结与展望 .............................................................................................................................. 29 致谢 .......................................................................................................................................... 31 参考文献 .................................................................................................................................. 33
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第 1 章绪论
第1章绪论
1.1本课题的研究内容和意义
1.1.1 内容简介温湿度是环境中的两个重要因素，也是影响人们生活方式和身体健康的直接因素；环境温湿度在农业，工业生产方面也有着很重要的影响；人们迫切希望能方便的知道自己生活的环境状况，但大多数人只有依靠天气预报才能了解到本地区的环境状况；因此，现代社会迫切需要一套可靠性高、使用简单、价格便宜的环境温湿度监控系统，本课题基于这种状况，设计了具有实时检测、灵敏度高、超限报警功能的环境监控系统。单片机（Microcontrollers）是一种诞生于 20 世纪 70 年代的集成电路芯片，经历了 SCM、 MCU、SOC 三大发展阶段，采用了超大规模的集成电路技术将多种 I/O 口和具有数据处理能力的 CPU（中央处理器）、ROM（只读存储器）、RAM（随机存储器）、中断系统、计数器、定时器等多种功能集成到了一块硅片上，构成了一个小而完善的微型计算机系统[1]。其在智能仪器仪表，自动检测控制系统，机电一体化，家居生活，工业控制等领域得到了广泛的应用。本课题主要内容是设计以单片机为微控制器的环境监控系统。该系统以单片机为核心控制模块，依靠四个独立按键调整温湿度上下限值，温湿度传感器模块采集、转换、传送环境温湿度数据，通过液晶显示模块显示，蜂鸣器报警，实现对环境温湿度的监控；具体包括：设计单片机与各模块的电路连接原理图、仿真图；编写通过四个独立按键来设定温湿度上下限值程序、温湿度传感器的驱动程序、液晶显示程序，将采集到的温湿度实际值与设定限值比较程序，蜂鸣器报警程序。该系统无需人工干预，即可实现对环境的监控，具有操作简单、价格低廉、实用性强、安全可靠、智能化程度高等优点，可广泛应用于生活以及工业生产领域。 1.1.2 研究意义传统环境参数的监测需要相关专业的仪器设备，测量设备体积较大，实时性差，精度低，还需花费较大的人力，已不再适应现代经济的快速发展的要求[2]；通过人工不间断测量、记录大量数据的方式来实现环境监测的方式不仅需要耗费大量的人力物力，监控信息也会随着季节的更替变得不准确。本系统采用单片机作为核心控制模块，其重要意义在于：它完全不同于传统控制系统的设计方法和设计思路。传统的控制系统必须依靠大量的模拟电路或者数字电路技术来实现某些硬件的功能，现在可以通过单片机使用软件的方法来实现。这种由软件来替代硬件的控制技术被为微控制技术，是传统控制技术的一次重大突破[3]。研究基于单片机的环境温湿度监控系统能够准确、及时的知道环境温湿度的变化；与传统环境温湿度监控的方式相比，本系统不仅可以节省大量人力物力，且准确度高，集成度高，使用更方便。
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1.2 国内外的发展概况
1.2.1 国内发展状况环境温湿度是评估环境状况的两大重要因素，国家建设了中国环境监测总站用于环境的监控，在各行业部门也已建立起初具规模的环境监测体系；较大规模的环境监控系统在我国已经非常成熟；但规模较大，应用并不广泛，小规模、智能化的环境监控系统有待开发。环境监测是我国环境保护中的一项基础工作。经历了几十年的发展，我国现有的环境监测技术已经非常的成熟；和其他发达国家的监测技术逐渐接近；但还需要相关的人员对监测过程进行不断的监督查看，占用了技术人员的大量时间和精力[4]。现阶段，国内对于温湿度检测使用的检测器件种类繁多、应用范围也比较广泛，但随着单片机和集成电路技术的不断提高，出现了低成本、高性能、高可靠性的单片机数据采集系统[5]。由于目前我国对基于单机片的环境温湿度监控系统的设计研究较少，因此该系统应用还不广泛，数据分析方面也未完成自动化，在未来的环境监控过程中，大型仪器会逐渐向自动化、高智能化、实时在线监控等全自动化方向发展。这种高级技术能大大减少技术人员的监测时间，有效缓解目前技术人员缺少的问题。 1.2.2 国外发展状况国外很多国家都非常重视对环境的监测。目前，一些发达国家在环境监测技术方面一般具有两个特点：一是仪器仪表比我国先进，二是监控技术的自动化水平较高[6]。例如在大气、噪声、地表水及污染源等方面的监测技术上，全自动化在线监控的技术非常高，基本上做到了仪器自动进行采样、分析、数据处理及传输；并且能够用大型显示板自动显示某一地区的环境质量状况；同时，在区域环境质量监测技术上还有一些如遥感系统，地理信息系统和卫星定位系统[7]。例如：美国 omega 公司设计的小型温湿度采集系统，该系统集成到一块如 U 盘大小的设备上，采用 USB 接口，设计成 U 盘的样式，可直接接入到电脑或工控机，运行专门的软件即可查看温湿度曲线，历史温湿度数据，历史温湿度曲线；还可以设置温湿度上下限；同时，还能够接入短信报警系统，可以实现短信报警或者铃声报警，可随时查看现场环境参数。广泛应用于医疗制药、药品存储及运输、食品加工、农业研究、档案管理、生化试验等环境参数监测控制系统。虽然国外的环境温湿度监控系统较为成熟，但大多较为专用，某一行业的温湿度监控系统专门用于此行业；由于大多数的设备都用于生产行业，故制作要求很高，生产成本较高，价格较为昂贵，并不适用于普通生活中。
1.3 本课题应达到的要求
由于单片机是一种集成了 CPU、RAM、ROM、I/O 接口和中断系统的集成电路微控制器，因此该系统较传统控制系统最大的区别就是集成度高，摆脱了过去主要依靠大量复杂的线路来控制的束缚[8]；因此要求该系统在自动化、智能化方面要比传统的监控技术有较大的进步。而且，随着高科技产品的爆发，人们对科技产品的性能也提出了更高的要求，
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第 1 章绪论
为了让该设计具有实用价值，能够被更多的人认可，对本系统提出如下几点具体要求： 1.该系统的硬件电路简单，测量的数据结果精度高、可靠性高； 2.该系统需要数据保护和存储功能，保证断电后数据不丢失； 3.该系统可以人为设定报警限值，且可以自由调节，以适应不同场合的需求； 4.该系统需实时性好，能够实时检测、实时显示、及时报警； 5.该系统能够同时显示温度和湿度，及时提供最新温湿度信息。
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第 2 章系统总体方案设计
第2章系统总体方案设计
2.1 系统功能设计和技术指标
2.1.1 功能设计 1.温湿度监控：设计该系统具有温湿度监控功能，能够采集周围的环境，并进行温湿度的循环检测，数据处理，显示；实现环境温湿度的智能检测。 2.智能报警：设计该系统具有智能报警的功能；当采集到环境的温湿度不在预设的限值范围内时，系统将自动使用蜂鸣器报警。 3.可自定义限值，限值可调：该系统要求适用性广，因此设计该系统具有自定义限值，限值可调的功能，以满足各行各业，在不同环境下的使用。 2.1.2 技术指标 1.测量范围：湿度 20.90%RH，温度 0~50℃ 2.测量精度：湿度±5%RH，温度±2℃ 3.分辨率：湿度 1%RH，温度 1℃ 4.电源电压：3.3~5.5V(DC)
2.2 系统设计思路与设计原则
2.2.1 设计思路本系统总体结构：以 Atmel 公司生产的 AT89S52 单片机为核心，控制外围 DHT11 温湿度传感器模块、LCD1602 液晶显示模块、蜂鸣器模块、开关模块等几部分，组成一个完整的系统，来实现本课题的功能需求。该系统的设计思路采用结构化、分模块设计的方法，其中，AT89S52 单片机是一种使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造的 CMOS8 位微处理器；DHT11 是一个数字式温湿度传感器，内置模数转换模块，可将模拟量转换为数字量传送给单片机系统； LCD1602 是一种工业字符型液晶显示器，可以同时显示 32（16*2）个字符，具体显示内容由单片机控制；蜂鸣器由单片机系统直接控制，启动则发声报警，不启动则不工作。由单片机 AT89S52 作为核心控制系统，控制 DHT11 传感器采集温湿度、模数转换以及数据传送，控制 LCD1602 液晶显示器显示及蜂鸣器的启动。通过对按键的功能设定，为四个按键赋予不同的功能，实现限值调整及设定的功能，当电路接通后，单片机工作，执行各模块的驱动程序，控制各模块的工作，实现系统设定的功能。 2.2.2 设计原则 1.实时性好：随着科技发展迅速，智能化产品的进步越来越快，较传统环境监控，本系统必须以有较准确的实时性为原则。在本系统设计过程中，为提高实时性主要从两方面努力：软件和硬件。软件方面：高效准确的软件设计能够提高系统的运行效率；硬件方面：良好的硬件性能，简洁的电路设计也能够提高系统的实时性。因此，本系统需以实时性好为原则进行设计。 2.可靠性高：可靠性是决定一个系统设计成功与否的最重要因素。只有可靠性高的产品才会得到使用者的认可。本系统在设计过程中，需将可靠性作为重要设计准则；且应以
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提高可靠性为目标。本设计主要采取以下方法提高可靠性：使用高可靠性的元器件，系统线路设计合理，布局简单，电源电压稳定性好。 3.操作简单，维护方便：操作简单，维护方便是系统能否被广泛使用的重要因素，系统应从操作者的角度考虑，设计简单方便操作的系统，使使用者能够快速学会系统的使用，为系统的推广和应用打下良好的基础。 4.性价比高：随着单片机的广泛应用，微控制器及元器件的价格也越来越低廉，本系统应在不影响性能的前提下尽量降低系统的成本，避免性能过剩；提高性价比的一般方法如：简化不必要的外围电路，尽量使用软件控制的方法替代硬件；选择价格便宜，满足性能的其他型号替代品。
2.3系统整体设计
2.3.1 系统整体设计框图根据本系统的设计思路、设计原则、相关功能要求，同时，考虑到要尽量降低系统的硬件成本，提高系统的适用性及降低整个系统的复杂性，最终确定整体设计框图如图 2.1 所示。
液晶显示模块按键输入模块 P1.0 P0.0
AT89S52 单片机
蜂鸣器报警模块
P3.0 晶振及复位系统
P2.0
DHT11 温湿度传感器
图 2.1 环境温湿度监控系统总体设计方案图
2.3.2 系统硬件选择本系统在硬件方面主要有以下模块组成：单片机控制器模块、温湿度采集模块、温湿度显示模块、报警模块、按键模块。 1.单片机微控制器模块：在单片机系统中，微控制器直接控制整个系统的运行，因此，微控制器在整个单片机系统中有着至关重要的作用。AT89S52 单片机是一种低能耗、高性
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第 2 章系统总体方案设计
能的 COMS8 位微控制器，采用 C51 内核，与工业 80C51 单片机产品指令和引脚完全兼容；本系统选择 AT89S52 单片机作为本系统的微控制[9]。 2.温湿度采集模块：本系统设计基于 51 单片机的环境监控系统，环境的温湿度是本系统中的监控量，因此温湿度采集传感器必须具有精度高、响应快、稳定性好、抗干扰能力强的特点。DHT11 传感器由于将温湿度传感器、信号调理、标定参数、模数转换器、I2C 总线接口全部集成到了传感器内部，因此，在各方面都有良好的性能。本系统采用 DHT11 传感器作为温湿度采集模块。 3.温湿度显示模块：显示模块是传递信息的渠道，LCD1602 液晶显示器的内部存储器中存储了 160 个点阵字符图形，主要包含：阿拉伯数字、26 个英文字母的大小写、常用符号等；由于本系统需要显示的内容为温湿度数字化信息，LCD1602 液晶显示内置的 160 个字符足够清晰表达出温湿度数字信息，考虑系统成本，故本系统采用 LCD1602 作为温湿度显示模块。 4.报警模块和按键开关：本系统具有监控功能，能够在超限时报警，综合报警设施，以声报警的方式最能够清晰快速的传达信息，最为简单明了，也比较节约成本，故本系统采用蜂鸣器作为报警模块。单片机常用按键开关一般有独立式按键开关和矩阵键盘两种按键开关，矩阵键盘按键较多，采用 4*4 连接结构，相比于独立按键，能节省很多单片机 I/O 口，因此适用于需要很多按键开关的地方；而独立按键则是一个按键对应一个单片机 I/O 口，较浪费单片机的 I/O 口，但由于本系统需求的按键开关不多，且考虑到电路简单以及按键成本问题，因此本系统选用独立按键作为调节限值的开关。 2.3.3 系统工作过程 1.电源上电后，系统执行初始化程序，通过按键进行设定温湿度上下限报警值； 2.DHT11 温湿度采集模块工作，采集环境温湿度，进行模数转换，将数字信息通过串口通信的方式传送给 AT89S52 控制器； 3.微控制器数据分析处理完毕，将处理结果发送到液晶显示模块显示同时进行和设定的上下限值比较； 4.比较结果后，微控制器确定是否启动蜂鸣器报警。
2.4 本章小结
本章规划了整个系统的功能设计和技术指标，确定了系统的设计思路和设计原则。在本章中，主要介绍了系统的总体设计方法与设计思路，画出了整体设计框图，阐述了整个系统的运行过程以及各个模块的硬件选择。通过对以上整体设计方案的分析，初步确定了该系统的整体架构以及该系统的设计思路和设计方法。在该系统设计过程中，将以此框图蓝本，按照本章给出的设计方法和设计路线，在设计过程中以设计原则为要求，通过对各模块软硬件的结合，一步步设计该系统，最终将各部分整合为一个整体，得到本次毕业设计所需的系统，让该系统拥有环境监控功能，实现功能设计中规划的系统功能，完成本次毕业设计。
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第 3 章硬件系统设计
第3章硬件系统设计
3.1 概述
本系统在硬件方面主要有以下模块组成：单片机主控模块、温湿度采集模块、温湿度显示模块、报警模块、按键模块。其中，单片机控制系统通过引脚电路控制着整个系统的运行；DHT11 是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，负责环境温湿度的实时监测，可直接与单片机引脚连接使用；LCD1602 液晶显示器可通过与单片机引脚直接相连使用，其内置了 160 个点阵字符，负责将单片机处理的温湿度结果显示；蜂鸣器作为报警模块，由单片机将处理结果与上下限值比较决定是否启动；如数据结果在限值内则不启动，此时蜂鸣器不工作，超出限值，单片机启动蜂鸣器，蜂鸣器工作；各个模块通过引脚电路与主控模块相连，单片机主控模块是整个系统的核心，通过控制单片机引脚的通断完成对整个系统的控制，实现本系统需求功能；
3.2单片机主控模块概述
3.2.1 AT89S52 单片机简介 AT89S52 是使用 Atmel 公司发明的高密度、非易失性存储器技术制造的一种低功耗、高性能的 8 位微控制器，具有如下标准功能： 1.兼容 MCS.51 指令系统； 2.8 位的寄存器，8k 字节 Flash，256 字节 RAM； 3.1000 次擦写周期； 4.全静态工作模式：0Hz – 33MHz，全双工串行 UART 通道； 5.40/44 引脚（本系统选用 40 引脚，PDIP 封装方式），32 个可编程双向 I/O 口； 6.三个 16 位定时器/计数器； 7.六个中断源：一个串行中断、两个外部中断 INT0 和 INT1、定时器 0、定时器 1、定时器 2 中断。 AT89S52 实物图如图 3.1 所示。
图 3.1 AT89S52 实物图
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3.2.2 单片机主控系统单片机最小系统主要包括电源、晶振电路、复位电路三大部分。 1.电源系统：单片机使用直流电压供电，电源一般分为 5V 电压和 3.3V 电压两个标准， AT89S52 单片机需要 5V 直流电压供电。 2.复位系统：复位系统作用是：在单片机系统运行过程中出现故障时恢复系统。由一个开关和一个电阻串联组成，一般将开关和一个电容并联保证上电自动复位。引脚 9（RST）是单片机的复位端，当出现 2 个机器周期以上的高电平时，单片机执行复位程序，程序从头开始运行。 3.晶振系统：晶振又叫晶体振荡器，晶振的作用是为单片机系统提供基准时钟信号，单片机内部所有工作都是以这个时钟信号为步调来进行工作的。我们选择的 AT89S52 单片机接了一个 11.0592M 的晶振（即每秒钟振荡 11059200 次），其中，两个 20pF 的电容的作用是帮助晶振起振，维持振荡信号稳定。单片机最小系统的电路原理图如下图 3.2 所示。
图 3.2 单片机最小系统电路原理图及各引脚名称
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51单片机课程设计

课程设计说明书
课程设计名称
专
业
班
级
学
号
学生姓名
指导教师
单片机原理及应用课程设计电子信息工程 140405 20141329 李延琦胡黄水
2016 年 12 月 26 日

课程设计任务书
课程设计题目
酒精测试仪
起止日期
2016 年 12 月 26 日— 2017 年 1 月 6 日
设计地点
计算机科学与工程学院单片机实验室 3409
设计任务及日程安排：设计任务：分两部分：（一）、设计实现类：进行软、硬件设计，并上机编程、联线、调试、实现； 1.电子钟的设计 2.交通灯的设计 3.温度计的设计 4.点阵显示 5.电机调速 6.电子音乐发声（自己选曲） 7.键盘液晶显示系统（二）、应用系统设计类：不须上机，查资料完成软、硬件设计画图。查资料选定题目。说明：第 1--7 题任选其二即可。（二）里题目自拟。日程安排：本次设计共二周时间，日程安排如下：第 1 天：查阅资料，确定题目。第 2--4 天：进实验室做实验，连接硬件并编写程序作相关的模块实验。第 5--7 天：编写程序，并调试通过。观察及总结硬件实验现象和结果。第 8--9 天：整理资料，撰写课程设计报告，准备答辩。第 10 天：上交课程设计报告，答辩。设计报告要求：
1. 设计报告里有两个内容，自选题目内容+附录（实验内容），每位同学独立完成。 2. 自选题目不须上机实现，要求能正确完成硬件电路和软件程序设计。内容包括： 1）设计题目、任务与要求 2）硬件框图与电路图 3）软件及流程图（a）主要模块流程图（b）源程序清单与注释 4）总结 5）参考资料 6）附录实验上机调试内容
注：此任务书由指导教师在课程设计前填写，发给学生做为本门课程设计的依据。

基于-89C51单片机的秒表课程设计汇本

《单片机技术》课程设计报告题目：基于MCU-51单片机的秒表设计班级：学号：姓名：同组人员：指导教师：王瑞瑛、汪淳 2014年6月17日

目录 1课程设计的目的 (3) 2 课程设计题目描述和要求 (3) 2.1实验题目 (4) 2.2设计指标 (4) 2.3设计要求 (4) 2.4增加功能 (4) 2.5课程设计的难点 (4) 2.6课程设计容提要 (4) 3 课程设计报告容 (5) 3.1设计思路 (5) 3.2设计过程 (6) 3.3 程序流程及实验效果 (7) 3.4 实验效果 (16) 4 心得体会 (17)

基于MCS-51单片机的秒表设计摘要：单片机控制秒表是集于单片机技术、模拟电子技术、数字技术为一体的机电一体化高科技产品，具有功耗低，安全性高，使用方便等优点。本次设计容为以8051 单片机为核心的秒表，它采用键盘输入，单片机技术控制。设计容以硬件电路设计，软件设计和PCB 板制作三部分来设计。利用单片机的定时器/计数器定时和计数的原理，用集成电路芯片、LED 数码管以及按键来设计计时器。将软、硬件有机地结合起来，使他拥有正确的计时、暂停、清零、并同时可以用数码管显示，在现实生中应用广泛。关键词:秒表;8051;定时器;计数器 1 课程设计的目的《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。 2 课程设计题目描述和要求

基于51单片机系统设计

基于51单片机的多路温度采集控制系统设计言：随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。关键词：温度多路温度采集驱动电路正文： 1、温度控制器电路设计本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164 窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。 2、温度控制器程序设计本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON 及数码管显示子程序DISP。（1）主程序主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。（2）定时/计数器0中断服务程序应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。

基于51单片机课程设计

基于51单片机课程设计报告院系：电子通信工程团组：电子设计大赛1组姓名：指导老师：

目录一、摘要 (3) 二、系统方案的设计 (3) 三、硬件资源 (5) 四、硬件总体电路搭建 (13) 五、程序流程图 (14) 六、设计感想 (14) 七、参考文献 (16) 附录 (17) 附录 1 程序代码 (17)

一、摘要本设计以STC89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、led控制程序、超温报警程序。关键词：STC89C51单片机 DS18B20温度芯片温度控制 ,LED报警提示. 二、系统方案的设计 1、设计要求基本功能：不加热时实时显示时间，并可手动设置时间；设定加热水温功能。人工设定热水器烧水的温度，范围在20～70度之间，打开开关后，根据设定温度与水温确定是否加热，及何时停止加热，可实时显示温度；设定加热时间功能。限定烧水时间，加热时间内超过温度上限或低于温度下限报警，并可实时显示温度。 2、系统设计的框架

本课题设计的是一种以STC89C51单片机为主控制单元，以DS18B20为温度传感器的温度控制系统。该控制系统可以实时存储相关的温度数据并记录当前的时间。其主要包括：电源模块、温度测量及调理电路、键盘、数码管显示、指示灯、报警、继电器及单片机最小系统。图1 系统设计框架 3 工作原理温度传感器 DS18B20 从设备环境的不同位置采集温度，单片机STC8951获取采集的温度值，经处理后得到当前环境中一个比较稳定的温度值，再根据当前设定的温度上下限值，通过加热和降温对当前温度进行调整。当采集的温度经处理后超过设定温度的上限时，单片机通过三极管驱动继电器开启降温设备(压缩制冷器) ，当采集的温度经处理后低于设定温度的下时 , 单片机通过三极管驱动继电器开启升温设备 (加热器) ，这里采用通过LED1和LED2取代！！！当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，单片机通过三极管驱动扬声器发出警笛声，这里采用HLLED提示。

单片机课程设计——基于51单片机的温度监控系统设计

单片机课程设计报告题目：温度监控系统设计学院：能源与动力工程学院专业：测控技术与仪器专业班级： 2班成员：魏振杰二〇一五年十二月

一、引言温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。对于不同场所、不同工艺、所需温度高低范围不同、精度不同，则采用的测温元件、测方法以及对温度的控制方法也将不同；产品工艺不同、控制温度的精度不同、时效不同，则对数据采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，对温度的测控方法多种多样。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域较广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本系统利用传感器与单片机相结合，应用性比较强，本系统可以作为仓库温度监控系统，如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、实验室温度监控系统，以及构成智能电饭煲等等。课题主要任务是完成环境温度监测，利用单片机实现温度监测并通过报警信号提示温度异常。本设计具有操作方便，控制灵活等优点。本设计系统包括单片机，温度采集模块，显示模块，按键控制模块，报警和指示模块五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度监控，完成了课题所有要求。二、实验目的和要求 2.1学习DS18B20温度传感芯片的结构和工作原理。 2.2掌握LED数码管显示的原理及编程方法。 2.3掌握独立式键盘的原理及使用方法。 2.4掌握51系列单片机数据采集及处理的方法。三、方案设计

(完整word版)基于51单片机的温度控制系统设计

基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求（1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。（2）当液位低于某一值时，停止加热。（3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。（4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标（1）温度显示误差不超过1℃。（2）温度显示范围为0℃—99℃。（3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。（4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案：方案一：采用静态显示的方案采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。方案二：采用动态显示的方案由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。

基于51单片机简易电子琴的课程设计

基于51单片机简易电子琴 1 课题背景单片微型计算机室大规模集成电路技术发展的产物，属于第四代电子计算机它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。他的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。因此，单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。电子琴是现代电子科技与音乐结合的产物，是一种新型的键盘乐器。它在现代音乐扮演重要的角色，单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性，它已经溶入现代人们的生活中，成为不可替代的一部分。本文的主要内容是用AT89S52单片机为核心控制元件，设计一个电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有8个按键，和一个复位按键。主要对使用单片机设计简易电子琴进行了分析，并介绍了基于单片机电子琴硬件的组成。利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶，最终可随意弹奏要表达的音符。并且分别从原理图，主要芯片，个模块原理及各莫奎的程序的调试来详细阐述。一首音乐是许多不同的音阶组成的，而每个音阶对应着不同的频率，这样我们就可以利用不同的频率的组合，构成我们想演奏的那首曲目。当然对于单片机来产生不同的频率非常方便，我们可以利用单片机的定时/计数器T0来产生这样的方波频率信号，因此，我们只要把一首歌曲的音阶对应频率关系编写正确就可以达到我们想要的曲目。 2 任务要求与总体设计方案 2.1 设计任务与要求利用所给键盘的1，2，3，4，5，6，7，8八个键，能够发出7个不同的音调，而且有一个按键可以自动播放歌曲，要求按键按下时发声，松开延时一小段时间，中间再按别的键则发另外一音调的声音，当系统扫描到键盘按下，则快速检测出是哪一个按键被按下，然后单片机的定时器启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲经喇叭驱动电路放大滤波后，就会发出相应的音调。如果在前一个按下的键发声的同时有另一个按键被按下，则启动中断系统。前面的发音停止，转到后按的键的发音程序。发出后按的键的音调。 2.2 设计方案 2.2.1 播放模块播放模块是由喇叭构成，它几乎不存在噪声，音响效果较好，而且由于所需驱动功率较小，且价格低廉，所以，被广泛应用。 2.2.2 按键控制模块

单片机课程设计题目..(DOC)

单片机课程设计题目 1 基于单片机的数字电压表设计 2 基于单片机的智能电压表设计(温度检测器) 3 基于单片机的智能船模设计 4 基于单片机的电梯控制模型设计 5 基于单片机的水位控制系统设计（STC89—51型） 6 基于单片机的多路数据采集系统设计 7 基于单片机的8路抢答器设计 9 基于单片机的数字温度计设计 10 基于单片机的智能小车设计 11 基于单片机的数字温度计设计 12 基于单片机的遥控器设计 13 基于单片机的串行通信发射机设计 14 基于单片机的简易智能电动车设计 15 基于单片机的太阳能热水器控制器设计 16 基于单片机的太阳能热水器控制器设计 17 MCS-51单片机温度控制系统的设计 18 直流电动机的转速检测与脉宽调速 19 基于单片机的智能机器人的设计 20 基于单片机的简易无线竞赛系统的设计 21 基于单片机的车辆闯红灯监控系统设计（89C51） 22 基于单片机控制的井下瓦斯监控系统设计 23 基于单片机的煤气泄漏检测报警装置设计 24 基于单片机的井式渗碳炉控制系统设计 25 基于单片机的蔬菜大棚温湿度智能控制系统设计 26 基于单片机的电子钟设计 27 基于单片机的电力线载波节电群控设计 28 基于单片机的液位控制器设计

29 基于单片机的串行通信发射机设计 30 基于单片机的智能八路抢答器设计 32 基于单片机的水位监控器设计(STC12C2052AD) 32 基于单片机的点阵电子显示屏设计 33 基于单片机的智能温度控制系统设计 34 基于单片机的智能时钟控制器设计 35 基于单片机的智能温控系统设计 36 基于单片机的智能寻迹避障小车设计 37 基于单片机的家用太阳能热水器控制器设计 38 基于单片机的新型抢答计分器设计 39 基于单片机的热敏电阻测温系统设计 40 基于单片机的林火监测系统-飞艇姿态控制系统设计 41 基于单片机的人性化时钟控制器设计 42 基于单片机的智能型电话远程遥控器设计 43 基于单片机的远程通讯控制器设计 45 基于单片机的智能水位控制器设计 46 基于单片机的水位控制系统设计 47 基于单片机的智能电动小车设计 48 基于单片机的数码电子时钟设计 49 -基于单片机的数控直流电源设计 50 基于单片机的交通灯控制器设计 51 基于单片机的数字温度计设计(STC89C51) 52 基于单片机的智能小车设计 53 基于单片机的温度控制器设计 54 基于单片机的串行通信发射机设计(版本3) 55 基于单片机的温度控制系统设计(版本1) 56 基于单片机的交通灯控制系统设计 D58-基于单片机的电子万年历设计 D59-基于单片机的水位控制器设计 D60-基于单片机的水位控制系统设计（版本2）

基于51单片机的温度控制系统的设计

基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度；方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。

3.硬件设计根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示：图1 硬件电路设计框图单片机时钟电路形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。复位电路复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统图2 单片机内部时钟方式电路图3 单片机按键复位电路

基于51单片机的电子琴设计课程设计

目录前言 (2) 第1章基于51单片机的电子琴设计 (3) 1.1 电子琴的设计要求 (3) 1.2 电子琴设计所用设备及软件 (3) 1.3 总体设计方案 (3) 第2章系统硬件设计 (5) 2.1 琴键控制电路 (5) 2.2 音频功放电路 (6) 2.3 时钟-复位电路 (6) 2.4 LED显示电路 (6) 2.5 整体电路 (6) 第3章电子琴系统软件设计 (7) 3.1 系统硬件接口定义 (7) 3.2 主函数 (8) 3.2.1 主函数程序 (8) 3.3 按键扫描及LED显示函数 (9) 3.3.1 键盘去抖及LED显示子程序 (10) 3.4 中断函数 (11) 3.4.1 中断程序 (12) 第4章电子琴和调试 (12) 4.1 调试工具 (12) 4.2 调试结果 (13) 4.3 电子琴设计中的问题及解决方法 (14) 第5章电子琴设计总结 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)

前言音乐教育是学校美育的主要途径和最重要内容，它在陶冶情操、提高素养、开发智力，特别是在培养学生创新精神和实践能力方面发挥着独特的作用。近年来，我国音乐教育在理论与实践上都取得了有目共睹的成绩，探索并形成了具有中国特色的、较为完整的音乐教育教学体系。但我国音乐教育的改革力度离素质教育发展的要求还存在一定距离。如今，电子琴作为电子时代的新产物以其独特的功能和巨大的兼容性被人们广泛的接受和推崇。而在课堂教学方面，它拥有其它乐器无法比拟的两个瞬间：瞬间多元素思维的特殊的弹奏方法；瞬间多声部(包括多音色)展示的乐队音响效果的特点。结合电子琴自身强大的功能及独特的优点来进行音乐教育的实施，这样就应该大力推广电子琴进入音乐教室，让电子琴教学在音乐教育中发挥巨大的作用。现代乐器中，电子琴是高新科技在音乐领域的一个代表，体现了人类电子技术和艺术的完美结合。电子琴自动伴奏的稳定性、准确性，以及鲜明的强弱规律、随人设置的速度要求，都更便于人们由易到难、深入浅出的准确掌握歌曲节奏和乐曲风格，对其节奏的稳定性和准确性训练能起到非常大的作用。电子琴所包含的巨量的音乐信息和强大的音乐表现力可以帮助音乐教学更好地贯彻和落实素质教育，更有效地提高人们的音乐素质和能力。目前，市场上的电子琴可谓琳琅满目，功能也是越来越完备。以单片机作为主控核心，设计并制作的电子琴系统运行稳定，其优点是硬件电路简单、软件功能完善、控制系统可靠、性价比较高等，具有一定的实用与参考价值。这就为电子琴的普及提供了方便。二、电子琴设计要求本设计主要是用AT89C51单片机为核心控制元件，设计一台电子琴。以单片机作为主控核心，与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块，在主控模块上设有7个按键和1个复位按键。本系统主要是完成2大功能：音乐自动播放、电子琴弹奏。关于声音的处理，使用单片机C语言，利用定时器来控制频率，而每个音符的符号只是存在自定义的表中。

单片机课程设计题目

1.电子秒表设计：设计一个4位LED数码显示“秒表”，显示时间为00.00~99.99秒，每0.01 秒自动加一。另设计一个“开始”按键和一个“复位”按键。（2人） 2.简易4位（0—9999）计算器（+、-、*、/、四种运算）设计：设计一个能实现0-9整数加法运算的计算器，利用LCD显示。键盘包括0-9及“+、-、*、/”和“=”及“清除” 16个按键。（除法应保留足够的的小数，满足共4位的显示）要有错误显示Err。（2人） 3.频率数显表：设计一个能实现对脉冲频率测量显示的电路。输入频率范围（0-10k），显示为xxx.xx，用两个指示灯指示显示数字的单位，Hz和KHz两档，根据输入频率自动切换显示档。（脉冲信号是由外部信号发生器提供）（2人） 4.信号灯控制系统：南北线有红黄绿三只信号灯，东西线有红黄绿三只信号灯。要求：（闪烁3次，每次亮灭时间各1s）时序要求如下（原始状态）设计一个递增键和一个递减键，用于调节功能键选定的方向的绿灯时间，时间范围（10s-50s），每次以0.5S为增量。（2人） 5.简易电子时钟：用4位LED数码管分别显示小时数分钟和秒数，两个按键,一个为功能键，用于切换显示界面（两个显示界面，一个是小时分钟，一个是秒数）长按此键3S 进入当前界面的参数修改界面。另一个按键用于参数修改（参数递增或递减），长按此键3s退参数修改，时间要求用单片机自带的定时器得到。（2人） 6.智能电子钟（LCD显示）：以A T89C51单片机为核心，制作一个LCD显示的智能电子钟：(1) 计时：秒、分、时、天、周、月、年。(2) 闰年自动判别。(3) 五路定时输出，可任意关断（最大可到16路）。(4) 时间、月、日交替显示。(5) 自定任意时刻自动开/关屏。(6) 计时精度：误差≤1秒/月（具有微调设置）。(7) 键盘采用动态扫描方式查询。所有的查询、设置功能均由功能键K1、K2完成。采用时钟芯片DS1302进行制作 7.多路报警器设计。用AT89C51单片机设计报警系统，用16个开关模拟报警点，当有开关闭合时，用P1.0产生方波信号驱动蜂鸣器作为报警信号，同时用2位数码管显示报警点（即是第几个开关）。（2人） 8.简易数字电压表设计。利用单片机AT89S51与AD设计一个数字电压表，能够测量0－ 36V之间的直流电压值，用LCE显示（根据测量精度，自定显示的位数）。（2人） 9.波形发生器。三种信号：正弦波、方波、三角波。利用DA转换器设计一波形发生器，

51单片机红绿灯课程设计

1 电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案：方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，选择方案二。 2 显示界面方案该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，我考虑了二种方案：方案一：采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。方案二：采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，成本较高。综上所述，选择方案一。 3 输入方案：设计要求系统能调节灯亮时间，并可处理紧急情况，我研究了两种方案：方案一：采用8155扩展I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二：直接在I/O口线上接上按键开关。由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。

综上所述，选择方案二。 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始，即如图2.1所示：图1 交通状态本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器。实现以下功能：

基于51单片机最小系统设计

基础强化训练任务书学生姓名：董勇涛专业班级：电子0902 指导教师：洪建勋工作单位：信息工程学院题目：基于51单片机最小系统设计一、训练目的主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。二、训练内容和要求 1、基础课程和基本技能强化训练 (1)设计一个基于51单片机最小系统电路； (2)对所设计电路的基本原理进行分析； 2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。 3、基本动手能力和知识应用能力强化训练 (1)学习PROTEL软件； (2)绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范； 4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。三、初始条件计算机；Microsoft Office Word 软件；PROTEL软件四、时间安排 1、20011年7 月 11日集中，作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明；学生查阅相关资料，学习电路的工作原理。 2、2011年7 月 12日，电路设计与分析。 3、2011年7 月 13日至2010年7 月 14日，相关电路原理图和PCB版图的绘制。 4、2011年7 月15日上交基础强化训练成果及报告，进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要.................................................................................................................... 错误!未定义书签。

单片机课程设计题目11级1

题目1 电子时钟（LCD显示）设计要求以AT89C51单片机为核心的时钟，在LCD显示器上显示当前的时间： ●使用字符型LCD显示器显示当前时间。 ●显示格式为“时时：分分：秒秒”。 ●用4个功能键操作来设置当前时间，4个功能键接在P1.0～P1.3引脚上。功能键K1～K4功能如下。 ●K1—进入设置现在的时间。 ●K2—设置小时。 ●K3—设置分钟。 ●K4—确认完成设置。程序执行后工作指示灯LED闪动，表示程序开始执行，LCD显示“00：00：00”，然后开始计时。题目2 基于数字温度传感器的数字温度计设计要求利用数字温度传感器DS18B20与单片机结合来测量温度。利用数字温度传感器DS18B20测量温度信号，计算后在LED数码管上显示相应的温度值。其温度测量范围为?55℃～125℃，精确到0.5℃。所测量的温度采用数字显示，控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据，实现温度显示。题目3 十字路口交通灯控制设计要求设计一个十字路口交通灯控制器。用单片机控制LED模拟交通灯。东西

向通行时间为80s，南北向通行时间为60s，缓冲时间为3s。本项目为典型的LED显示和中断定时电路。利用定时器T0产生每10ms 一次的中断，每100次中断为1s。对两个方向分别显示红、绿、黄灯，并显示相应的剩余时间。值得注意的是，A方向红灯时间=B方向绿灯时间+黄灯缓冲时间。题目4 节日彩灯控制器的设计设计要求以单片机为核心，设计一个LED显示的节日彩灯控制器，P1.2～P1.5引脚上接有4个按键，4个按键的各自的功能如下： ●P1.2—开始键，按此键则灯开始流动（由上而下）。 ●P1.3—停止键，按此键则停止流动，所有灯为暗。 ●P1.4—上，按此键则灯由上向下流动。 ●P1.5—下，按此键则灯由下向上流动。本题目本质上是由按键控制功能的流水灯，LED工作的方式通过键盘的扫描实现。其中的LED采取共阳极接法，通过依次向连接LED的Ｉ/Ｏ口送出低电平，即可实现所要求的功能。题目5 数字音乐盒的设计设计要求以单片机为核心，设计一个数字音乐盒：利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲（最少3首乐曲，每首不少于30s）。采用LCD显示信息。开机时有英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称）。可通过功能键选择乐曲、暂停、播放。题目6 单片机控制步进电机设计要求

基于51单片机的交通控制系统模拟设计

基于51单片机的交通控制系统模拟设计学院：电气与控制工程学院专业：自动化姓名：

目录 1. 设计思路 (2) 2.2显示界面方案 (2) 2.3输入方案： (2) 3 单片机交通控制系统总体设计 (2) 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计 (2) 3.2单片机交通控制系统的功能要求 (3) 3.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (3) 4智能交通灯控制系统的硬件设计 (4) 4.1系统硬件总电路构成及原理 (4) 4.2系统硬件电路构成 (4) 4.3系统工作原理 (4) 5 系统软件程序的设计 (6) 5.1程序主体设计流程 (6) 参考文献 (17) 设计心得体会 (18) 附录 (19) 基于单片机的交通控制系统模拟设计

1. 设计思路（1）分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案，并以此为基础提出自己的交通控制的初步方案。（2）确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两项特特殊功能。（3）进行显示电路，灯状态电路，按键电路的设计和对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。（4）进行软件系统的设计，对于本系统，采用单片机C语言编写，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理，总体上完成了软件的编写。 2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证 2.1 电源提供方案采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。 2.2 显示界面方案采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。 2.3 输入方案：由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。 3 单片机交通控制系统总体设计 3.1单片机交通控制系统的通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下所示。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始。通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下： ◆南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时30秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。 ◆南北方向绿灯灭，东西方向红灯灭，同时黄灯亮，倒计时3秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。

单片机课程设计——基于C51简易计算器

单片机双字节十六进制减法实验设计摘要本设计是基于51系列的单片机进行的双字节十六进制减法设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、3位无符号数字的简单运算，并在LED上相应的显示结果。设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用5个键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，最终选用KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并用proteus 仿真。引言十六进制减法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计，使所学的知识更深一层的理解，十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个人创新能力，并提高学生对单片机的兴趣，同时学习查阅资料、参考资料的方法。关键词：单片机、计算器、AT89C51芯片、汇编语言、数码管、加减

目录摘要 (01) 引言 (01) 一、设计任务和要求............................. 1、1 设计要求 1、2 性能指标 1、3 设计方案的确定二、单片机简要原理............................. 2、1 AT89C51的介绍 2、2 单片机最小系统 2、3 七段共阴极数码管三、硬件设计................................... 3、1 键盘电路的设计 3、2 显示电路的设计四、软件设计................................... 4、1 系统设计 4、2 显示电路的设计五、调试与仿真................................. 5、1 Keil C51单片机软件开发系统 5、2 proteus的操作六、心得体会.................................... 参考文献......................................... 附录1 系统硬件电路图............................ 附录2 程序清单.................................. 一、设计任务和要求

单片机原理与应用课程设计题目2012

《单片机原理与应用》课程设计题目 1．电子秒表本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，一个电源开关，两个按键，三位数码管显示，打开电源开关后显示8，每秒循环左移一位，即□□8—>□8□—>8□□—>□□8—>…，按A键开始计时，实时显示所经历的时间，按B键停止计时并显示从开始到当前时刻的时间，要求精确到0.1秒，量程为0～99.9秒。要求按键输入采用中断方式，按键A接INT0，按键B接INT1。 2．智能温控器本设计以MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，一个电源开关，两个控制温度设定按键（增大/ 减小），四位数码管分别显示设定温度和实际温度，量程为0～99度，打开电源开关后设定温度值初始化为26度。按键输入采用中断方式，两个按键分别接INT0和INT1. 采用温度传感器进行温度测量，模数转换采用ADC0809. 单片机根据设定温度S和实测温度P控制继电器R的动作，死区设为2度：当P<=S-1时，控制R接通电加热回路；当P>S+1时，控制R断开电加热回路；当S-1

51单片机课程设计 AD转换

AD转换要求： A.使用单片机实现AD转换 B.可以实现一位AD转换，并显示（保留4位数字）设计框图：

方案设计： AD转换时单片机设计比较重要的实验。模数转换芯片种类多，可以满足不同用途和不同精度功耗等。外部模拟量选择的是简单的电位器，通过控制电位器来改变模拟电压。显示电压值采用一般的四位七段数码管。而AD转换芯片采用使用最广的ADC0809 ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能： ?IN0～IN7：8路模拟量输入端。 ?2-1～2-8：8位数字量输出端。 ?ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。?ALE：地址锁存允许信号，输入端，高电平有效。 ?START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 ?EOC： A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 ?OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 ?CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。

?REF（+）、REF（-）：基准电压。 ?Vcc：电源，单一+5V。 ?GND：地工作原理：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC 变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。本次实验采用中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。采用中断可以减轻单片机负担。并可以使程序有更多的空间作二次开发。