畢業(yè)設(shè)計(jì)----基于51單片機(jī)的智能節(jié)水型水表的設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于51單片機(jī)的數(shù)顯節(jié)水型水表的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要： 本設(shè)計(jì)是基于51單片機(jī)的一種數(shù)顯節(jié)水型水表。該水表是采用霍爾傳感器采集水流信號(hào),通過對(duì)現(xiàn)有水表的改進(jìn),并結(jié)合電子傳感技術(shù)，設(shè)計(jì)出一種體積小,重量輕,全數(shù)顯的節(jié)水型水表。該數(shù)顯水表的葉輪處安裝上小磁柱,水表外殼上裝有霍爾元件AH44E，霍爾元件接收到的信號(hào)被傳入單片機(jī)，信號(hào)通過處理，傳送到顯示板上，顯示板上分別帶有可顯

2、示瞬時(shí)流量、累計(jì)流量的視窗、報(bào)警燈和報(bào)警器，顯示板上蓋有透明密封板。本設(shè)計(jì)有如下的優(yōu)點(diǎn)：一、準(zhǔn)確反應(yīng)瞬時(shí)流量和累計(jì)流量,讀數(shù)準(zhǔn)確,使用效果好；二、能夠在超過用戶設(shè)定值時(shí)提醒用戶，起到了時(shí)時(shí)提醒用戶節(jié)水的目的。</p><p>　　關(guān)鍵字：數(shù)顯，霍爾傳感器，小磁柱，顯示板，報(bào)警</p><p>　　The design of digital showed water-meter based

3、</p><p>　　on 51 Microcontroller</p><p>　　Abstract: This design is a saving meter which based on a digital display 51 microcontroller. The water meter is collected using Hall sensor signal flow

4、through the improvement of the existing water meter, combined with electronic sensing technology,Design a small size, light weight, all figures show the water-meter. The figures show that the impeller to install water me

5、ters on the small cylinder. The water meter is equipped with a Hall element AH44E shell. Hall element received signal is passed</p><p>　　Keyword: Figures show, Hall sensors, small cylinders, display board, a

6、larm </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1設(shè)計(jì)來源及設(shè)計(jì)意義3</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)方案3</b></p><p><b>　　2.1總體設(shè)計(jì)3</b></p><p>　　2.1.

7、1智能水表的硬件組成部分3</p><p>　　2.1.2智能水表應(yīng)具有以下功能：3</p><p>　　2.1.3智能水表實(shí)現(xiàn)方式4</p><p>　　2.2 理論基礎(chǔ)4</p><p>　　2.2.1 AT89S51單片機(jī)4</p><p>　　2.2.2 AH44E霍爾傳感器5</p>

8、<p>　　2.2.3 1602LCD液晶顯示屏6</p><p>　　2.2.4 水流計(jì)7</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　3.2電路圖的設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.2.1信號(hào)采集電路9

9、</p><p>　　3.2.2數(shù)據(jù)顯示電路10</p><p>　　3.2.3復(fù)位電路10</p><p>　　3.2.4 報(bào)警燈電路11</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)12</b></p><p>　　4.1主流程框圖12</p><p>　　4.2

10、按鍵掃描子程序框圖14</p><p>　　4.3 流水量計(jì)數(shù)程序框圖15</p><p>　　4.4報(bào)警子程序框圖15</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試17</b></p><p><b>　　6總結(jié)17</b></p><p><b>　　致

11、謝17</b></p><p><b>　　附錄：18</b></p><p>　　附錄一：1602LCD簡介18</p><p>　　附錄二：霍爾元件簡介及應(yīng)用22</p><p>　　附錄三：按鍵掃描子程序30</p><p>　　1設(shè)計(jì)來源及設(shè)計(jì)意義</p>

12、<p>　　近年來，全球缺水問題已引起人們普遍關(guān)注。我國是淡水資源嚴(yán)重緊缺的國家之一，城市缺水特別是我國北方城市缺水已經(jīng)到了相當(dāng)嚴(yán)重的地步。人們雖然有很好的節(jié)水意識(shí)，但是在生活中一般難以控制好用水量，如果每月沒有限定好用水量，那將造成淡水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。傳統(tǒng)的水表就只有計(jì)數(shù)功能，而且安裝在戶外，不具有提醒用戶節(jié)水的功能，基于這一現(xiàn)象，我設(shè)計(jì)了一款能夠提醒用戶主動(dòng)節(jié)水的智能數(shù)顯節(jié)水型水表。</p><p&

13、gt;　　同時(shí)推動(dòng)我國智能水表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國智能水表網(wǎng)特地推出智能水表技術(shù)推廣工程，限量扶持部分個(gè)人或企業(yè)，投入智能水表生產(chǎn)，成為創(chuàng)業(yè)級(jí)合作伙伴。</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1.1智能水表的硬件組成部分</p>

14、<p>　　水流計(jì)，小磁柱，霍爾元件AH44E, 液晶屏1602LCD，矩陣鍵盤，單片機(jī)AT89S51，12MHZ晶振，無極電容104，復(fù)位開關(guān)，5V穩(wěn)壓電源等，報(bào)警燈，蜂鳴器。</p><p>　　2.1.2智能水表應(yīng)具有以下功能：</p><p>　　用戶可以設(shè)定兩個(gè)用水量值，當(dāng)這個(gè)月的流水量達(dá)到這兩個(gè)值時(shí)，數(shù)顯式節(jié)水水表進(jìn)行報(bào)警，提醒用戶設(shè)定的值已經(jīng)達(dá)到，用戶應(yīng)該進(jìn)行節(jié)水

15、措施，不要無意識(shí)的浪費(fèi)水資源；</p><p>　　當(dāng)一個(gè)月的時(shí)間到時(shí)，數(shù)顯式節(jié)水型水表將把用戶一個(gè)月的用水量顯示在液晶屏上，提示用戶這個(gè)月的用水情況。;</p><p>　　液晶屏?xí)r鐘顯示時(shí)間功能</p><p>　　液晶屏上時(shí)刻顯示用水量信息，以便用戶及時(shí)了解用水信息。</p><p>　　2.1.3智能水表實(shí)現(xiàn)方式</p>

16、<p>　　圖1 數(shù)顯式節(jié)水水表工作原理圖</p><p>　　數(shù)據(jù)采集：在普通水表葉片處安裝上小磁柱，外殼處安裝上霍爾元件以檢測葉片轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，再根據(jù)水表內(nèi)部的體積，計(jì)算出用戶的用水量。 </p><p>　　數(shù)據(jù)處理：通過單片機(jī)將采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)處理計(jì)算出每一段時(shí)間的用水量，同時(shí)，將用水量同用戶設(shè)定的用水預(yù)期用水量進(jìn)行比較。</p><p>　

17、　數(shù)據(jù)顯示：一個(gè)月內(nèi)，用戶的實(shí)時(shí)用水量超過設(shè)定的預(yù)期用水量時(shí)，智能水表上的報(bào)警燈亮起，同時(shí)LCD液晶屏上顯示報(bào)警信息，提醒用戶節(jié)約用水。一個(gè)月到時(shí)，單片機(jī)將把這一個(gè)月的用水量顯示在液晶屏上，好讓用戶對(duì)當(dāng)月的用水情況有個(gè)大概的了解。</p><p><b>　　2.2 理論基礎(chǔ)</b></p><p>　　2.2.1 AT89S51單片機(jī)</p><

18、;p>　　AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，AT89S51是它的一種精簡版本。AT89S51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及

19、引腳排列如圖2-1所示</p><p>　　圖2 AT89S51芯片引腳圖</p><p>　　AT89S51共有40個(gè)引腳，大致可分為4類：電源引腳、時(shí)鐘電路引腳、I/O引腳、控制線引腳。根據(jù)開發(fā)的需要和單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的自動(dòng)工作，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化！</p><p>　　2.2.2 AH44E霍爾傳感器</p><p>　　開

20、關(guān)型霍爾傳感器（簡稱霍爾開關(guān)）是一種新型的集成電路無觸點(diǎn)開關(guān)，其外形尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖25所示。其中A是恒壓源；B是霍爾電勢發(fā)生器(霍爾片)；C是差分放大器；D是施密特觸發(fā)器；E是集電極開路（OC門）輸出。圖中1、2、3表示霍爾開關(guān)的三個(gè)引出端，分別為電源U+，接地GND和輸出OUT。其工作原理為：在(1)、(2)端輸入電壓Uc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾片的兩端。由霍爾效應(yīng)原理知：當(dāng)霍爾片處在磁場中時(shí)，霍爾電勢發(fā)生器就會(huì)有一個(gè)霍爾電壓UH

21、輸出，該UH經(jīng)放大器放大后，送至施密特觸發(fā)器整形，當(dāng)施加的磁場達(dá)到該器件的工作點(diǎn)時(shí)，施密特電路翻轉(zhuǎn)，使OC門開關(guān)。</p><p>　　表一、AH44E開關(guān)型霍爾集成元件主要參數(shù)：</p><p>　　簡要說明： 用于無觸點(diǎn)開關(guān),汽車點(diǎn)火器,剎車電路,位置,轉(zhuǎn)速檢測與控制報(bào)警裝置,紡織控制系統(tǒng) 電壓范圍:4.5--24V 耐溫范圍: AH44E -40--85度 AH44L -40--15

22、0度</p><p>　　特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，塑料外殼，體積小，需要一個(gè)小磁鐵配合使用；開關(guān)型元件，集電極開路輸出；  無觸點(diǎn)，壽命長；  開關(guān)速度快，工作頻帶寬（DC～100KHz）；</p><p>　　2.2.3 1602LCD液晶顯示屏</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一、顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器

23、每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。二、數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。三、體積小、重量輕，液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。四、功耗低，相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電

24、量比其它顯示器要少得多。</p><p>　　本系統(tǒng)選用的字符型LCD是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本次設(shè)計(jì)選用的是長沙太陽人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖3-1： </p><p>　　圖4 1602字符型液晶顯示器實(shí)物圖</p><p>&

25、lt;b>　　2.2.4 水流計(jì)</b></p><p>　　水流計(jì)采用透明狀的的小型直管水流計(jì)為一。內(nèi)部尺寸規(guī)格為 ,根據(jù)圓柱體積計(jì)算公式和物體重量計(jì)算公式得葉輪轉(zhuǎn)一圈流過的水量約為12g.</p><p>　　圖 5 水流計(jì)實(shí)物圖</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>&

26、lt;b>　　3.1 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　圖6 設(shè)計(jì)總體圖</b></p><p><b>　　3.2電路圖的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。硬件實(shí)現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計(jì)，每一模塊只實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定功能，最后再將各

27、個(gè)模塊搭接在一起。這種設(shè)計(jì)方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。系統(tǒng)電路原理圖如圖3-2所示。本系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)包括電源電路、蜂鳴器電路、晶振電路、復(fù)位電路、LCD顯示電路、矩陣鍵盤電路以及霍爾元件傳感器電路。</p><p><b>　　圖7 電路原理圖</b></p><p>　　3.2.1信號(hào)采集電路</p><p>　　圖8 信號(hào)采集電路&l

28、t;/p><p>　　(1)、(2)、(3)代表集成霍耳傳感器的三個(gè)引出端點(diǎn)。在輸入端輸入電壓VCC，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時(shí)，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍耳電勢差H V 輸出，該H V信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)(即BOP)時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓(相對(duì)于地電位)，使三

29、極管導(dǎo)通，此時(shí)OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(diǎn)(即BrP)時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使OC門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，霍耳元件完成了一次開關(guān)動(dòng)作。使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍耳傳感器優(yōu)良特性之一。</p><p>　　3.2.2數(shù)據(jù)顯示電路</p><p><b>　　圖9液晶屏顯示電路</b><

30、;/p><p>　　滑動(dòng)變阻器用以調(diào)節(jié)背光燈與字符顯示度的對(duì)比度，讀寫選擇端接地，設(shè)置成寫狀態(tài)。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)處理后，通過P2口將所得到的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。使用戶能夠即使知道用水量的信息。</p><p><b>　　3.2.3復(fù)位電路</b></p><p><b>　　圖10 復(fù)位電路</b></p>

31、<p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是PC初始化為0000H，是單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行錯(cuò)誤獲操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處在死鎖狀態(tài)，為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。我采用按鍵復(fù)位電路，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)的</p><p>　　3.2.4 報(bào)警燈電路</p><p><b&g

32、t;　　圖11 報(bào)警燈電路</b></p><p>　　P0口外接上拉電阻，以便更好的驅(qū)動(dòng)P0口的電路，報(bào)警燈由黃色和紅色二極管組成，黃色二極管亮起表示第一個(gè)設(shè)定的用水量已經(jīng)達(dá)到，紅色二極管亮起表示第二個(gè)設(shè)定的用水量已經(jīng)達(dá)到，再次提醒用戶節(jié)約用水。</p><p>　　報(bào)警器采用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警器可以更好的提醒用戶及時(shí)知道用水量超標(biāo)的情況。</p><p

33、><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1主流程框圖</b></p><p>　　主程序流程圖如圖2，所示。主程序包括六個(gè)判斷。第一次判斷在設(shè)定完報(bào)警值后，判斷按鍵K1是否按下，是則進(jìn)入檢測流水量階段，否則繼續(xù)判斷；第二次判斷是在進(jìn)入流水計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)，檢測第一個(gè)報(bào)警值是否大于水流量的值，是則進(jìn)入第一次報(bào)警狀態(tài)，此時(shí)

34、報(bào)警燈黃燈亮，提醒用戶節(jié)水，否則繼續(xù)判斷；第三個(gè)判斷是檢測按鍵K2是否按下，是則停止報(bào)警，否則繼續(xù)報(bào)警；第四次判斷是檢測第二個(gè)報(bào)警值是否大于水流量的值，是就進(jìn)入第二次報(bào)警，否則繼續(xù)報(bào)警；第五次判斷是檢測按鍵K2是否按下，是則停止報(bào)警，否則繼續(xù)報(bào)警；第六次判斷是檢測是否進(jìn)入下個(gè)月，是則重新開始計(jì)數(shù)。</p><p>　　圖12 主程序流程圖框圖</p><p>　　4.2按鍵掃描子程序框圖

35、</p><p>　　按鍵掃描程序是有四個(gè)功能和動(dòng)作相同的步驟組成。整個(gè)程序順序掃描P1.0～P1.3口，，掃描每個(gè)口，先判斷是否有按鍵按下，有則對(duì)按鍵消抖，然后根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)識(shí)別按鍵，進(jìn)而繼續(xù)讀取下一個(gè)；否則直接讀取下一個(gè)。</p><p>　　圖13 按鍵掃描子程序框圖</p><p>　　4.3 流水量計(jì)數(shù)程序框圖</p><p>　

36、　流水量計(jì)數(shù)時(shí)，先對(duì)計(jì)數(shù)量進(jìn)行初始化，利用外部中斷進(jìn)行加一設(shè)置。當(dāng)葉輪上的磁鐵接近霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一個(gè)脈沖，中斷0口每來一個(gè)低電平，每中斷一次，計(jì)數(shù)值每加一次，將流水計(jì)的容乘以計(jì)數(shù)量就得到了水流量。</p><p>　　圖14 流水量計(jì)數(shù)程序框圖</p><p>　　4.4報(bào)警子程序框圖</p><p>　　P0.0控制黃燈亮滅，用來發(fā)出第一次提醒，P0.

37、1控制紅燈亮滅，用來發(fā)出第二次提醒，P0.5用來控制蜂鳴器的工作。進(jìn)入流水計(jì)數(shù)狀態(tài)時(shí)，首先檢測第一個(gè)報(bào)警值是否大于水流量的值，是則進(jìn)入第一次報(bào)警狀態(tài)，此時(shí)報(bào)警燈黃燈亮，提醒用戶節(jié)水，否則繼續(xù)判斷；再次，檢測第二個(gè)報(bào)警值是否大于水流量的值，是就進(jìn)入第二次報(bào)警，否則繼續(xù)報(bào)警。 直到有按鍵按下就解除報(bào)警狀態(tài)！</p><p>　　圖15 報(bào)警子程序框圖</p><p><b>　　5

38、 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　設(shè)計(jì)好電路原理圖后，按照原理圖，根據(jù)電子元件認(rèn)真焊接好電路，保證電路的穩(wěn)定性，焊接好電路圖后用電流表檢測好電路的正確性，防止電路的短路現(xiàn)象的發(fā)生。</p><p>　　利用WV仿真器進(jìn)行軟件仿真和硬件仿真。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)，編譯好相應(yīng)的匯編程序，先利用WV軟件進(jìn)行軟件調(diào)試，確保程序大體正確。然后利用WV仿真器進(jìn)行硬件仿真調(diào)試，并按順序檢

39、查錯(cuò)誤進(jìn)行修改，盡快完成系統(tǒng)的調(diào)試。最終將程序的HEX文件燒錄進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行實(shí)測。</p><p>　　在調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要問題分析：</p><p>　　一） 發(fā)現(xiàn)電路的穩(wěn)定性不好。原因分析：在多次檢查電路后，發(fā)現(xiàn)為了 達(dá)到較好的穩(wěn)定性，我們應(yīng)該防止漏焊，而且盡可能的少用焊錫絲作為導(dǎo)線。</p><p>　　二） P0口不能很好得驅(qū)動(dòng)顯示電路或報(bào)警電路部分。原因

40、分析：由于P0口輸出電流比較小，用上拉電阻提供電流分量，可以把電平“拉高”。</p><p>　　三） 排線用的多會(huì)之間影響電路接觸問題，因此盡可能避免外接排線的使用。</p><p>　　四）液晶屏?xí)霈F(xiàn)亂碼。原因分析：在程序中沒有將數(shù)據(jù)指針確定好，同時(shí)沒有控制好液晶屏的時(shí)序問題。</p><p>　　經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)試分析，最終完成了數(shù)顯節(jié)水型水表的制作，達(dá)到了一開

41、始設(shè)計(jì)的效果。</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　6總結(jié)</b></p><p>　　回顧此次單片機(jī)培訓(xùn)論文設(shè)計(jì)從理論到實(shí)踐，不僅鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的東西。通過論文設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)踐相結(jié)合非常重要，光有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，從理論和實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真

42、正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p><p>　　當(dāng)看到LCD顯示屏上顯示出事先設(shè)定的字符時(shí)，內(nèi)心的喜悅真的是無法形容，辛苦了這么長時(shí)間總算沒有白費(fèi)。不過在完成此次單片機(jī)論文設(shè)計(jì)后,我們發(fā)現(xiàn)我還有許多不足,所學(xué)到的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,以至于還有一些功能不能順利完成。但通過學(xué)習(xí)這一次實(shí)踐,增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力,提高和鞏固了單片機(jī)方面的知識(shí),特別是軟件方面。從中我認(rèn)識(shí)到把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去是

43、多么重要。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　論文設(shè)計(jì)過程中需要特別感謝的是我的指導(dǎo)老師，賀新民老師和王玉芝老師，沒有他們的指導(dǎo)和幫助我不可能如此順利的完成本次設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備非常齊全，室內(nèi)環(huán)境良好，有專業(yè)的教師輔導(dǎo)監(jiān)督我們的論文設(shè)計(jì)。焊接電路板時(shí)老師耐心講解和示范，寫論文時(shí)老師細(xì)心指導(dǎo)和更正，調(diào)試電路時(shí)老師仔細(xì)檢查并修改錯(cuò)誤。我們不僅

44、感受到實(shí)驗(yàn)時(shí)良好的學(xué)術(shù)氛圍，還感受到老師們淵博的學(xué)識(shí)和平易近人的學(xué)者風(fēng)范。</p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　附錄一：1602LCD簡介</p><p><b>　　引腳功能說明</b></p><p>　　1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口

45、，各引腳接口說明如表3-1所示:</p><p>　　表1：引腳接口說明表</p><p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。&

46、lt;/p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端

47、，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15腳：背光源正極。</p><p>　　第16腳：背光源負(fù)極。</p><p><b>　　表2：控制命令表</b></p><p>　　1602液晶模塊的讀

48、寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。</p><p>　　指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。</p><p>　　指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效

49、，低電平則無效。</p><p>　　指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令

50、 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。</p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或

51、者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。</p><p><b>　　指令10：寫數(shù)據(jù)。</b></p><p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表</p><p>　　液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志

52、為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3-5是1602的內(nèi)部顯示地址。</p><p>　　圖3-5 1602LCD內(nèi)部顯示地址</p><p>　　例如第二行第一個(gè)字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)

53、該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。</p><p>　　在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每

54、一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。其中字符代碼與字符圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3-6所示： </p><p>　　1602LCD的一般初始化（復(fù)位）過程</p><p><b>　　延時(shí)15Ms</b></p><p>

55、;　　寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）</p><p><b>　　延時(shí)5mS</b></p><p>　　寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）</p><p><b>　　延時(shí)5mS</b></p><p>　　寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）</p><p>　　以后每次寫指令、讀/寫數(shù)

56、據(jù)操作均需要檢測忙信號(hào)</p><p>　　寫指令38H：顯示模式設(shè)置</p><p>　　寫指令08H：顯示關(guān)閉</p><p>　　寫指令01H：顯示清屏</p><p>　　寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置</p><p>　　寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置</p><p><b>

57、;　　液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)如下圖3-7所示,該電路實(shí)現(xiàn)的功能是：通過AT89S51的P00～P07八個(gè)口輸出控制信號(hào)，控制液晶的8位雙向數(shù)據(jù)線，通過單片機(jī)的P24、P25、P26向液晶模塊發(fā)送命令，控制液晶執(zhí)行各種命令，其中P24控制液晶的使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令，P25控制液晶模塊的讀寫，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)

58、行寫操作。當(dāng)P25和P26共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)P26為低電平P25為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)P26為高電平P25為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù),P26控制寄存器的選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。</p><p><b>　　液晶部分引腳說明：</b></p><p>　　第1腳：VSS為地電源</p><p>

59、;　　第2腳：VDD接5V正電源</p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度</p><p>　　第15腳：背光源正極</p><p>　　第16腳：背光源負(fù)極</p><p>　　附錄二：霍爾元件簡介及應(yīng)用<

60、;/p><p>　　霍爾元件之作用原理也就是霍爾元件，所謂霍耳效應(yīng)如圖1所示，系指將電流I 通至一物質(zhì)，并對(duì)與電流成正角之方向施加磁場B 時(shí)，在電流與磁場兩者之直角方向所產(chǎn)生的電位差V 之現(xiàn)象。此電壓是在下列情況下所產(chǎn)生的，有磁場B 時(shí)，由于弗萊銘(Fleming)左手定則，使洛仁子力(即可使流過物質(zhì)中之電子或正孔向箭頭符號(hào)所示之方向彎曲的力量：(Lorentz force)發(fā)生作用，而將電子或正孔擠向固定輸出端子之

61、一面時(shí)所產(chǎn)生。電位差V 之大小通常決定于洛仁子力與藉所發(fā)生之電位差而將電子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且與電流I 乘以磁場B 之積成比例。比例常數(shù)為決定于物質(zhì)之霍耳常數(shù)除以物質(zhì)在磁場方向之厚度所得之值。</p><p>　　圖1 霍爾組件之原理</p><p>　　在平板半導(dǎo)體介質(zhì)中，電子移動(dòng)（有電場）的方向，將因磁力的作用（有磁場） ，而改變電子行進(jìn)的方向。若電場與磁

62、場互相垂直時(shí)，其傳導(dǎo)的載子（電子或電洞） ，將集中于平板的上下兩邊，因而形成電位差存在的現(xiàn)象。該電位差即霍爾電壓（霍爾電壓） 在實(shí)際的霍爾組件中，一般使用物質(zhì)中之電流載子為電子的N 型半導(dǎo)體材料。將一定之輸入施加至霍爾組件時(shí)之輸出電壓，利用上述之關(guān)系予以分析時(shí)，可以獲致下列的結(jié)論：(1) 材料性質(zhì)與霍爾系數(shù)乘以電子移動(dòng)度之積之平方根成正比。(2) 材料之形狀與厚度之平方根之倒數(shù)成正比。由于上述關(guān)系，實(shí)際的霍爾組件中，可將霍爾系數(shù)及

63、電子移動(dòng)度大的材料加工成薄的十字形予以制成。</p><p>　　圖2系表示3～5 端子之霍爾組件的使用方法，在三端子霍爾元件之輸出可以產(chǎn)生輸入端子電壓之大致一半與輸出信號(hào)電壓之和的電壓，而在四端子及五端子霍爾組件中，在原理上雖然可以免除輸入端子電壓的影響，但實(shí)際上即使在無磁場時(shí)，也有起因于組件形狀之不平衡等因素之不平衡電壓存在。</p><p>　　(a)3腳組件  

64、      (b)4腳組件       (c)5腳組件</p><p>　　圖2 霍爾組件使用方法</p><p><b>　　種類及接法:</b></p><p>　　構(gòu)造：無鐵心型，鐵心型，測試用探針霍爾集成電路 接法：

65、三端子組件，四端子組件，五端子組件</p><p>　　用途:霍爾組件有下列三種用法：(A) 事先使一定電流流過霍爾組件，用以檢出磁場或變換成磁場的其它物理量的方法。(B) 利用組件的電流、磁場及作為其變量的該兩種量的乘法作用的方法。(C) 利用非相反性(即在一定磁場中，使與輸入端子通以電流時(shí)所得的輸出同方向的電流流過輸出端子時(shí)，在輸入端子會(huì)產(chǎn)生與最初的電壓反方向的霍爾電壓的現(xiàn)象)的方法。上述各種使用方法

66、的具體例參照前述磁電變換組件的用途的項(xiàng)所述。在這些具體例中，有不少在組件的靈敏度及溫度特性上，霍爾組件形成1 匝(Turn)的線圈有妨礙而難以符合實(shí)用。但利用霍爾探針測定磁場因?qū)儆诒容^簡便的用法，已經(jīng)定型，另外例如無電刷馬達(dá)(霍爾馬達(dá))開關(guān)等也逐漸進(jìn)入實(shí)用的階段，磁頭的制造也有人嘗試過。</p><p><b>　　霍爾元件供電</b></p><p>　　圖3 定電

67、壓驅(qū)動(dòng)之一</p><p>　　圖4  定電壓驅(qū)動(dòng)之二</p><p>　　圖5 定電流驅(qū)動(dòng)之一</p><p>　　圖6 定電流驅(qū)動(dòng)之二</p><p>　　圖7 霍爾傳感器不平衡調(diào)整方法</p><p>　　在一個(gè)結(jié)晶片中形成有霍爾組件及放大并控制其輸出電壓的電路而具有磁場 ─ 電氣變換機(jī)能的固態(tài)組件稱為

68、霍爾集成電路。外觀構(gòu)造如圖2-19 所示，具有與樹脂封閉型晶體管、集成電路等相同的構(gòu)造，即多半呈現(xiàn)在大小5mm 見方、厚3mm 以下的角形或長方形板狀組件上附設(shè)四根導(dǎo)線的構(gòu)造。導(dǎo)線系由金屬薄片所形成，各個(gè)金屬薄片上均附有半導(dǎo)體結(jié)晶片(通常為硅芯片)，而在結(jié)晶體中利用集成電路技術(shù)形成有霍爾組件及信號(hào)處理電路。為防止整個(gè)組件性能的劣化，通常利用樹脂加以封閉，另外為了使磁場的施加容易起見，其厚度也盡量減薄。</p><

69、p>　　圖8 霍爾集成電路的構(gòu)造</p><p>　　作用原理磁場強(qiáng)度可利用形成在結(jié)晶片的一部份的霍爾組件變換成電氣信號(hào)(參照前述霍爾組件的作用原理)。結(jié)晶通常使用半導(dǎo)體硅，霍爾組件的磁場靈敏度為10～20mV/K.Oe。此信號(hào)經(jīng)形成在同一結(jié)晶中的信號(hào)處理電路放大后，作為適合所定目的的信號(hào)電壓被取出。通常四根導(dǎo)線中的兩根連接于一方接地的電源，而從剩下的兩根的一根取出正極性的信號(hào)電壓，并從另一根取出負(fù)極性的

70、信號(hào)電壓?；魻柦M件的輸入電阻通常需符合信號(hào)處理電路的電源，以便可利用定電壓使用霍爾組件。此時(shí)組件的輸出電壓不管在N 型或P 型均無大差異。又因輸出電壓與電子或正孔的移動(dòng)度成正比，故溫度特性也應(yīng)該盡量保持一定，這是與單體霍爾組件不同的地方。種類:依輸出信號(hào)的性質(zhì)加以分類時(shí)如表1所示。如圖9所示，線性型(Linear type)霍爾集成電路可以獲得與磁場強(qiáng)度成正比的輸出電壓。磁場靈敏度雖然可利用電路的放大度加以調(diào)節(jié)，但在高靈敏度時(shí)，比例

71、范圍會(huì)變窄(雖電源5V 使靈敏度達(dá)到10mV/Oe，但比例范圍在500Oe以下)。</p><p>　　表1 依輸出電壓分類時(shí)的種類</p><p>　　(a)線性型                 (b)</p>&

72、lt;p>　　圖9 霍爾集成電路的輸出特性</p><p>　　開關(guān)型霍爾集成電路可在一定范圍的磁場中獲得ON-OFF的電壓，此開關(guān)型對(duì)磁場的磁滯(Hysteresis)現(xiàn)象，乃是為使開關(guān)動(dòng)作更為霍爾集成路線性型確實(shí)起見而故意如此設(shè)計(jì)的。 依照制造方法加以分類時(shí)如表2 所示，但任何一種制造方法雖然均可獲得同樣的特性，在現(xiàn)階段中，雙極性型霍爾集成電路已開始進(jìn)入商品化的階段。</p>&l

73、t;p>　　表2依制造方法分類時(shí)的種類</p><p>　　用途霍爾集成電路通常使用于前述磁電變換組件的項(xiàng)所述的(A-1)、(A-2)范圍的用途，在這些用途的中，特別像開關(guān)那樣，以磁氣為媒介將位置的變化、速度、回轉(zhuǎn)等的物理量變換為電氣量時(shí)，使用起來非常簡單。使用霍爾集成電路的開關(guān)系如圖2-21 所示，這種開關(guān)具有：(1)無震動(dòng)(Chattering)，(2)不生雜音，(3)使用壽命長，可靠度高，(4)響應(yīng)

74、速度快等特征，已經(jīng)實(shí)際被使用作為高級(jí)的鍵盤用開關(guān)。</p><p>　　圖10 使用霍爾集成電路的開關(guān)</p><p>　　圖11是A44E集成霍耳開關(guān),A44E集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器A、霍耳電勢發(fā)生器(即硅霍耳片)(mT)、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E 五個(gè)基本部分組成，如圖12(a)所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍耳開關(guān)的三個(gè)引出端點(diǎn)。在輸入端輸入電壓VCC，經(jīng)穩(wěn)壓器

75、穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時(shí)，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍耳電勢差H V 輸出，該H V信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)(即BOP)時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓(相對(duì)于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時(shí)OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(diǎn)(即BrP)時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使O

76、C門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍耳開關(guān)完成了一次開關(guān)動(dòng)作。BOP與BrP  的差值一定，此差值BH = BOP - BrP稱為磁滯，在此差值內(nèi)，V 0保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍耳開關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。</p><p>　　圖11 A44E集成開關(guān)型霍耳傳感器原理圖</p><p>　　圖12 A44E集成開關(guān)型霍耳傳感器引腳圖<

77、/p><p><b>　　霍爾元件外觀圖片</b></p><p>　　附錄三：按鍵掃描子程序PROC    KEYCHKKEYNAME         DATA    40H    ;按鍵

78、名稱存儲(chǔ)單元;</p><p>　　KEYRTIME        DATA    43H             ;重復(fù)按鍵時(shí)間間隔SIGNAL    

79、      DATA    50H             ;提示信號(hào)時(shí)間存儲(chǔ)單元KEY             EQ

80、U     P3              ;鍵盤接口(必須完整I/O口)KEYPL           EQU     P0.

81、6            ;指示燈接口RTIME           EQU     30        &

82、#160;     ;重復(fù)按鍵輸入等待時(shí)間</p><p>　　KEYCHK://=============按鍵檢測程序==========================================MOV     KEY,#0FH        

83、        ;送掃描信號(hào)MOV     A,KEY                   ;讀按鍵狀態(tài)CJNE   

84、; A,#0FH,NEXT1            ;ACC<=0FHCLR     C            ;Acc等于0FH，則CY為0，無須置0NEXT

85、1:   </p><p>　　SETB    C   ;Acc不等于0FH，則ACC必小于0FH.;CY為1，無須置1MOV     A,KEYNAMEANL     KEYNAME,#1FH     

86、;       ;按鍵名稱屏蔽高三位RRC     A       ;ACC帶CY右移一位，紀(jì)錄當(dāng)前按鍵狀態(tài)ANL     A,#0E0H        &

87、#160;        ;屏蔽低五位ORL     KEYNAME,A               ;保留按鍵狀態(tài);//=============判別按鍵狀態(tài)，決定是否執(zhí)行按鍵掃描==

88、=================CJNE    A,#0C0H,NEXT2   ;110按鍵穩(wěn)定閉合，調(diào)用按鍵檢測子程序SJMP    KEYSCANNEXT2:CJNE    A,#0E0H,NEXT3    ;111按鍵長閉合，重復(fù)輸入允許判斷SJMP  

89、0; WAIT   NEXT3:CJNE    A,#0A0H,EXIT      ;101干擾，當(dāng)111長閉合處理ORL     KEYNAME,#0E0HWAIT:MOV     A,KEYRTIME</p><p

90、>　　DB      1BH     ;掃描碼1，對(duì)應(yīng)BB         </p><p>　　DB    1CH     ;掃描碼2，對(duì)應(yīng)C D

91、B      1DH     ;掃描碼3，對(duì)應(yīng)D </p><p>　　DB      11H     ; PX.0    A(0)  1(4)  2(8)  3(C

92、)  </p><p>　　DB      14H     ;掃描碼5，對(duì)應(yīng)4 DB      17H     ;掃描碼6，對(duì)應(yīng)7  DB      1

93、EH     ;掃描碼7，對(duì)應(yīng)DB      12H     ;掃描碼8，對(duì)應(yīng)2 </p><p>　　DB      15H     ;掃描碼9，對(duì)應(yīng)5 DB 

94、     18H     ;掃描碼A，對(duì)應(yīng)8   DB      10H     ;掃描碼B，對(duì)應(yīng)0DB      13H     ; </p

95、><p>　　DB      16H     ;掃描碼D，對(duì)應(yīng)6DB      19H     ;掃描碼E，對(duì)應(yīng)9DB      1FH    

96、;掃描碼F，對(duì)應(yīng)FEND</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 張毅剛，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　【2】《MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》何立民 北京：北京航天航空大學(xué)出版社， 1990.</p><p>　　【3】《單片機(jī)器

97、件應(yīng)用手冊(cè)》 王毅，北京：人民郵電出版社，1995</p><p>　　【4】《系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例》 李光飛，樓然苗，北京航空航天大學(xué)出版社，2003. </p><p>　　【5】《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》 朱定華，電子工業(yè)出版社，2001. </p><p>　　【6】《利用單片機(jī)89C52的一個(gè)并行IO口實(shí)現(xiàn)多個(gè)LED顯示的一種簡單方法》劉東紅，國外電子元器件，

98、2002年第8期.</p><p>　　【7】www.QWRAVR.com網(wǎng)站</p><p>　　【8】www.21IC.com網(wǎng)站</p><p>　　【9】www.zlgmcu.com網(wǎng)站</p><p>　　【10】www.c51.com網(wǎng)站</p><p>　　【11】www.eda121.com網(wǎng)站<