基于单片机的无线温度检测器的设计.doc

1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY本 科 毕 业 论 文基于单片机的无线温度检测器的设计The Design of Wireless Temperature Detector Based on MCU院（部）名称： 电子信息与电气工程学院 专业班级： 自动化 2009 级 2 班 学生姓名： * 学 号： 200902020005 指导教师姓名： * 指导教师职称： 讲师 2013 年 5 月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致

2、谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期：

3、 目录摘要 .Abstract .第一章 绪论 11.1 课题的背景和意义 .11.2 本课题的研究内容以及所完成的工作 11.2.1 本课题的研究内容 .11.2.2 本课题所完成的具体工作 2第二章 无线温度检测系统总体设计 .32.1 系统设计要求 32.2 系统总体设计方案的确定 .32.2.1 数字温度传感器的选择 32.2.2 控制器的选择 .42.2.3 无线收发模块的选择 .5第三章 硬件电路设计 .73.1 发射端 73.1.1 温度采集模块 .73.1.2 控制单元 STC89C52 单片机 .93.1.3 电源模块设计 .123.1.4 无线收发模块 NRF24L01 电

4、路设计 .123.1.5 时钟振荡电路设计 .133.1.6 复位电路设计 .133.2 接收端 143.2.1 蜂鸣器报警模块设计 .143.2.2 键盘电路设计 .153.2.3 液晶显示模块设计 .15第四章 软件程序设计 .184.1 程序流程图 .184.1.1 主程序流程图 .184.1.2 子程序流程图 .194.2 无线收发模块 24L01 的编程 214.2.1 24L01 编程的基本思路 214.2.3 函数介绍 224.3 软件编译与调试 .234.3.1 程序设计语言的选用 .234.3.2 KeilC51 简介 244.3.3 uVision4 集成开发环境 244.

5、3.4 软件调试与结果 25第五章 安装与调试 265.1 Altium Designer 软件 265.2 电路板安装与调试 .26结论 .27致谢 .28参考文献 29附录 A 元件清单 30附录 B 发射板原理图 .31附录 C 接收板原理图 .32附录 D 发射板实物图 .33附录 E 接收板实物图 34附录 F 发射板源程序 35附录 G 接收板源程序 .44基于单片机的无线温度检测器的设计摘要：无线温度检测器是一种用于仓库和蔬菜大棚等具有温度检测、无线传输、温度显示和超限报警功能的仪器。系统由发送端和接收端两部分组成。发送端将温度传感器检测到的温度值经单片机进行数据处理后，通过无线

6、收发模块无线发送，接收端将接收到的数据信息显示在液晶屏上，并附加温度限设置和超限报警功能。本设计利用软件 Keil进行系统程序设计，利用单片机学习板进行硬件仿真，待仿真成功后进行了实物制作和调试，最终成功设计出了无线温度检测器。文中详细介绍了温度采集模块、无线传输模块、显示模块、温度限设置模块和报警电路的设计方法和过程。当采样点的温度值超出规定值时，系统通过报警电路提醒监测人员。同时，检测人员可以通过键盘对具体报警点的温度值进行设置。另外，该系统温度检测具有较高的精度，无线数据传输稳定，而且传输距离较远。关键词：温度检测；单片机；无线传输The Design of Wireless Tempe

7、rature Detector Based on MCUAbstract: wireless temperature detector is a kind of temperature detection used for warehouse and vegetables canopy, it has the function of display and wireless transmission and temperature overrun alarm. System consists of two parts, the sender and the receiver. The send

8、er will be detected by temperature sensor temperature after single-chip microcomputer for data processing, through the wireless transceiver modules, wireless sending and receiving end receives the data and information displayed on the LCD screen, and the additional temperature limit setting and tran

9、sfinite alarm function. This design using the software of Keil to write system program, and using the microcontroller board to simulation hardware, we shall carry out physical production and debugging after the success of the simulation, and we designed the wireless temperature detector successfully

10、 in the end .This paper introduced the temperature acquisition module, wireless transmission module, display module, temperature limit setting module and alarm circuit design method and process. The system through the alarm circuit to remind monitoring personnel when the data of temperature beyond t

11、he set value. At the same time, the testing personnel can through the keyboard to set specific alarm point temperature. In addition, the temperature detection system has high precision, stable wireless data transmission, and the transmission distance is far.Keywords: temperature detection;Single chi

12、p microcomputer; Wireless transmission1第一章 绪论1.1 课题的背景和意义随着微电子技术、传感器技术、嵌入式技术以及通信技术的飞速发展，数据采集和检测系统得到了广泛的应用，用于检测各种参数的仪表也越来越多。这些仪表种类繁杂，分布往往比较分散，这些仪表实时采集数据的工作量也越来越大。如何高效率、低成本地采集这些离散的数据是迫切需要解决的科技难题。对于许多检测现场，由于需要检测的范围广，检测的对象种类繁多，需要投入大量的人力、物力进行设备的维护和检测工作。同时，受现场环境和应用对象的限制，存在着各种各样的恶劣条件，使人们不易到现场长时间的检查采集一些数据，如

13、果这时进行大量的布线工作则是不经济、不合理的。传统的检测系统造价昂贵，体积庞大，在电源供给困难的区域不易部署，同时布置一旦完毕，就很难根据检测现场灵活改变布局，重新布置会带来巨大的成本消耗，系统重用性差。因此，采用无线检测的方式来实现有很大的优势，也是目前研究的热点。为了适应这种客观需要，逐步出现了无线检测技术，应用无线通信技术对离散的、不易布线区域的参数信息进行监视，以实现信息的远程测量、传输和调节等各项功能。无线检测系统实现参数信息的实时、快速和有效检测，向人们提供了一个更高效、更全面，更快捷的服务模式，本论文以改变当前滞后的检测技术，解决检测中遇到的困难和难题为目标，利用无线检测网络的优

14、势，突破传统检测方法和思路，以高科技、新技术、低成本提高科学检测水平，为检测提供可靠科学的检测数据，使用无线检测网络，一些布线和管理的难点都将迎刃而解，人力、物力、资金的使用也大幅减少。无线检测系统具有不借助外部网络、快速安装、抗毁性强等特点，可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量的、可靠的数据信息。1.2 本课题的研究内容以及所完成的工作1.2.1 本课题的研究内容本课题研究的内容是针对检测领域的现状，以及组建无线检测系统的实际需要，提出了一种基于射频通信技术的解决方案。研究和开发一种新型无线检测系统来实现传感器的温度数据采集和无线数据传输，从而达到检测的目的。该系统可以快速、准

15、确地完2成数据采集和管理，为智能化检测提供了便利的条件。1.2.2 本课题所完成的具体工作本课题的研究内容是通过无线传输实现对检测现场的温度参数的实时采集。本课题所完成的具体工作：（1）完成系统的总体设计，并根据设计要求选取系统的主要功能模块器件。（2）完成无线检测系统的发射端和接收端的电路设计，根据系统设计要求完成电源模块、传感器数据采集模块、无线数据通信模块、报警电路、键盘电路、时钟振荡电路和复位电路设计。（3）完成无线检测系统程序设计，程序设计采用C语言编程。（4）完成无线检测系统的系统调试，对系统的数据可靠性、抗干扰能力、通信距离等方面进行测试。3第二章 无线温度检测系统总体设计2.1

16、 系统设计要求根据本系统的应用环境，总结系统的设计要求如下：（1）体积小。与传统的温度计相比，本课题设计的测温系统的体积要尽可能的小，从而减少占用空间，而且更便于安装和更换。（2）可靠性高。为了保证系统能够正常工作，并且尽可能减少测温误差，要求接收端与发送端之间的无线通信可靠。而系统环境的影响可能会有不确定的电磁干扰等，因此，系统要有一定的抗干扰能力。（3）低成本。无线测温系统应充分考虑其成本，在满足系统要求的前提下，应尽量降低成本，从而提高与同类产品的竞争力。2.2 系统总体设计方案的确定本课题的研究内容是通过无线传输实现对检测现场的温度参数的实时采集。主要实现温度采集、无线传输、超温报警和

17、温度实时显示功能。整个系统由温度采集端和温度接收端两个部份组成，两者之间通过无线信道通信。数据采集端负责数据的采集和发送，数据接收端负责数据的接收和处理。系统整体结构框图如图2.1和图2.2所示。温度传感器单片机无线发送模块天线图2.1 温度采集端温度显示 单片机无线接收模块天线键盘电路超温报警图2.2 温度接收端42.2.1 数字温度传感器的选择随着温度传感器智能化、集成化技术的进步，数字式温度传感器也得到了快速发展，世界上许多公司推出了新型的数字温度传感器系列。这些产品的出现极大的丰富了设计工程师的选择对象。在如此众多的产品中选择出合适的器件，应该把握以下几点：外围电路应该尽量简单；测温的

18、精度、分辨率要合适，以便减少不必要的电路和软件开发成本；占用单片机的I/O引脚数情况如何；与单片机的通信协议应尽量简单，温度测量的软件开发难度、成本要尽量小。DSl8B20是美国Dallas半导体公司继DSl820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够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912位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量读取。它采用独特的单总线接口方式，即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器

19、及其它复杂外围电路的缺点，而且，可以通过总线供电，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DSl8B20供电，而无需额外电源，由它组成的温度测控系统非常方便，而且成本低、体积小、可靠性高。DSl8B20的测温范围-55 +125，最高分辨率可达0.0625，由于每一个DSl8B20 出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其ROM中，因此CPU 可用简单的通信协议就可以识别，从而节省了大量的引线和逻辑电路。由于DSl8B20 具有独特的单总线接口方式在测温时有明显的优势，占用单片机的I/O引脚资源少，和单片机的通信协议比较简单，成本较低，而且具有负压特性（电源极性接反时，温度计不会因发热

20、而烧毁，只是不能正常工作） ，和其他数字温度传感器相比，它更适合本系统。所以，选用DSl8B20作为温度测量的传感器。2.2.2 控制器的选择目前使用最为广泛的是51系列单片机，其中STC89C52系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，是一款增强型51单片机，完全兼容8051单片机，增加了新的功能，新增两级中断优先级，多一个外中断，内置EEPROM，看门狗，具有掉电模式，512B内存，支持ISP 在线编程，不用编程器，程序可擦写 10万次，管脚完全兼容，性能更好，驱动能力更强，超强抗干扰能力，价格也比传统的89系列低。考虑到快速开发以及本系统的应用要求，最后采用了最

21、常用的STC89C52单片机。STC89C52单片机主要性能：（1）高速:1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8到12倍。5（2）宽电压:5.54.IV/3.7V，3.6V2.4V/2.lV。（3）低功耗设计:空闲模式(可由任意一个中断唤醒)和掉电模式(可由任意一个外部中断唤醒，可支持下降沿/低电远程唤醒)。（4）工作频率:035MHz，普通8051:0420MHz。（5）时钟:外部晶体或内部RC振荡器可选，在ISP下载编程用户程序时设置。（6）芯片内EEPROM 功能，擦写次数 10万以上。（7）ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器。（8）2

22、个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1。（9）硬件看门狗(WDT) 。（10）全双工异步串行口(UART)，兼容普通8051 ，可当2个串口使用。（11）先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令。2.2.3 无线收发模块的选择现在有很多射频芯片可以用来完成无线数据传输。所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，一致性良好，且性能不受外界干扰。通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，发射功率、工作频率等，所有工作参数全部通过软件设置完成，用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输

23、功能。新一代短距离无线数据通信系统具有体积小、功耗低、稳定性好、抗干扰能力强等优点，而且开发简单快速，可以方便地嵌入到各种设备中，实现设备间的无线连接，因此，适合搭建小型网络，在工业、民用领域得到较为广泛的应用。由于无线收发芯片的种类和数量比较多，如何设计中选择所需要的芯片是非常关键的，正确的选择可以少走弯路，降低成本。下面是选择无线收发芯片的原则：（1）收发芯片的数据传输是否需要进行曼彻斯特编码采用曼彻斯特编码的芯片，在编程上会需要较高的技巧和经验，需要更多的内存和程序容量，并且曼彻斯特编码大大降低数据传输的效率，一般仅能达到标称速率的1/3 。而采用串口传输的芯片，应用及编程非常简单，传送

24、的效率很高，标称速率就是实际速率，因为串口对大家来说是再熟悉不过的了，编程也很方便。（2）收发芯片所需的外围元件数量芯片外围元件的数量直接决定你的产品的成本，因此应该选择外围元件少的收发芯片。有些芯片似乎比较便宜，可是外围元件使用很多昂贵的元件如变容管以及声表滤波6器等；有些芯片收发分别需要两根天线，会大大加大成本。（3）功耗大多数无线收发芯片是应用在便携式产品上的，因此功耗也非常重要，应该根据需要选择综合功耗较小的产品。（4）发射功率在同等条件下，为了保证有效和可靠的通信，应该选用发射功率较高的产品。但是也应该注意，有些产品号称的发射功率虽然较高，但是由于其外围元件多，调试复杂，往往实际的发

25、射功率远远达不到标称值。（5）收发芯片的封装和管脚数较少的管脚以及较小的封装，有利于减少PCB面积降低成本，适合便携式产品的设计，也有利于开发和生产。综合考虑以上五个原则，本课题中无线收发通信采用NRF24L01模块。NRF24L01是 NORDIC公司最近生产的一款无线通信芯片，采用FSK调制，内部集成NORDIC自己的Enhanced Short Burst协议。可以实现点对点或是1对6的无线通信。无线通信速度可以达到2Mbps。NORDIC公司提供通信模块的 GERBER文件，可以直接加工生产。嵌入式工程师或是单片机爱好者只需要为单片机系统预留5个GPIO，1个中断输入引脚，就可以很容易

26、实现无线通信的功能，非常适合用来为MCU系统构建无线通信功能。7第三章 硬件电路设计3.1 发射端无线温度检测器的温度采集端由电源模块、STC89C52单片机、温度采集电路、无线发送模块NRF24L01 、时钟电路及复位电路组成。温度采集端硬件框图如图3.1所示。电源模块单片机S T C 8 9 C 5 2无线收发模块N R F 2 4 L 0 1复位电路温度传感器D S 1 8 B 2 0时钟电路图3.1 温度采集端硬件框图3.1.1 温度采集模块1. DSl8B20内部结构DSl8B20芯片的内部结构如图 3.2所示。存储器与控制逻辑6 4位R O M和单线接口温度传感器高速缓存8 位 C

27、 R C 发生器配置寄存器低温触发器 T L高温触发器 T HV d dC图3.2 DS18B20 内部结构图2. DSl8B20有4个主要的数据部件：（1）64位激光ROM。64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码(28H)。8（2）温度灵敏元件。（3）非易失性温度报警触发器TH和TL。可通过软件写入用户报警上下限值。（4）配置寄存器。配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。DSl8B20在工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换成相应精度的数值，其各位定义如表3.1所示。表3.1 DS18B20配置寄存器模式设置表TM R1 R0 1 1 1 1 1其中，TM

28、：测试模式标志位，出厂时被写入0，不能改变；R0、Rl：温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率表3.2所列，出厂时R0、Rl置为缺省值：R0=1， R1=1(即12位分辨率)，用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。配置寄存器与分辨率关系如表3.2所示。表3.2 配置寄存器与分辨率关系表R0 R1 温度计分辨率 /bit 最大转换时间 /us0 0 9 93.750 1 10 187.51 0 11 3751 1 12 7503. 高速暂存存储器高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表3.3所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第1和第2个字

29、节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表3.3所示。对应的温度计算：当符号位S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当S=1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表3.3 DS18B20存储器映像表温度低位 温度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8位CRC4. 对DSl8B20的设计，需要注意以下问题：（1)对硬件结构简单的单线数字温度传感器DSl8B20进行操作，需要用较为复杂的程序完成。编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写程序要严格按要求编写。尤其在使用DSl8B20 的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高。9(2

30、)测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。DSl8B20 在三线制应用时，应将其三线焊接牢固；在两线应用时，应将VCC与GND接在一起，焊接牢固。若VCC脱开未接，传感器只送85.0的温度值。5. DSl8B20与STC89C52的连接电路图如图3.3所示。DSl8B20与单片机的P3.0 口相连。图3.3 DSl8B20与STC89C52连接电路原理图3.1.2 控制单元 STC89C52 单片机1. STC89C52单片机的特点单片机是在一块硅片上集成了各种部件的微型机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM 、程序存

31、储器ROM、定时器/ 计数器和多种I/O接口电路。STC89C52单片机的基本结构如图3.4所示。时钟电路C P U中断系统串行接口并行接口定时 / 计数器R A MR O MT 0T 1P 0P 1 P 2 P 3 T X DR X DI N T OI N T I图3.4 STC89C52 单片机的基本结构2. STC89C52 单片机的引脚及功能STC89C52 单片机的管脚分布如图 3.5 所示。10P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(

32、T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20 P2.0(A8) 21P2.1(A9) 22P2.2(A10) 23P2.3(A11) 24P2.4(A12) 25P2.5(A13) 26P2.6(A14) 27P2.7(A15) 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31P0.7(AD7) 32P0.6(AD6) 33P0.5(AD5) 34P0.4(AD4) 35P0.3(AD3) 36P0.2(AD2) 37P0.1(AD1) 38P0.0(AD0) 39VCC 40图 3.5 STC89C52 单片机 的管脚

33、图STC89C52 的 I/O 端 口 ：P0 口 ： P0 口 是 一 个 8 位 漏 极 开 路 的 双 向 I/O 口 。 作 为 输 出 口 ， 每 位 能 驱 动 8个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P0 端 口 写 “1”时 ,引 脚 用 作 高 阻 抗 输 入 。 当 访 问 外 部 程 序 和 数据 存 储 器 时 ， P0 口 也 被 作 为 低 8 位 地 址 /数 据 复 用 。 在 这 种 模 式 下 ， P0 具 有 内 部 上拉 电 阻 。 在 flash 编 程 时 ， P0 口 也 用 来 接 收 指 令 字 节 ； 在 程 序 校 验 时 ， 输 出 指 令

34、 字 节 。程 序 校 验 时 ,需 要 外 部 上 拉 电 阻 。 P1 口 ： P1 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P1 输 出 缓 冲 器 能 驱 动4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P1 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作为 输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电流 （ IIL） 。 此 外 ， P1.0 和 P1.2 分 别 作 定 时 器 /计 数 器 2 的 外

35、 部 计 数 输 入 （ P1.0/T2）和 定 时 器 /计 数 器 2 的 触 发 输 入 （ P1.1/T2EX） 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P1 口 接 收 低8 位 地 址 字 节 。 引 脚 第 二 功 能 P1.0/T2（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 外 部 计 数 输 入 ） P1.1/T2EX（ 定 时 器 /计 数 器 T2 的 捕 捉 /重 载 触 发 信 号 和 方 向 控 制 ） P1.5/MOSI（ 在 系 统 编 程 用 ） P1.6/MISO（ 在 系 统 编 程 用 ） P1.7/SCK（ 在 系 统 编 程 用 ） P2 口 ：

36、 P2 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P2 输 出 缓 冲 器 能 驱 动4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P2 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作 为11输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流（ IIL） 。 在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 或 用 16 位 地 址 读 取 外 部 数 据 存 储 器 时 ， P2 口 送 出高 8 位 地 址 。 在 这 种

37、应 用 中 ， P2 口 使 用 很 强 的 内 部 上 拉 发 送 1。 在 使 用 8 位 地 址 访问 外 部 数 据 存 储 器 时 ， P2 口 输 出 P2 锁 存 器 的 内 容 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ， P2 口也 接 收 高 8 位 地 址 字 节 和 一 些 控 制 信 号 。 P3 口 ： P3 口 是 一 个 具 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 ， P3 输 出 缓 冲 器 能 驱 动4 个 TTL 逻 辑 电 平 。 对 P3 端 口 写 “1”时 ， 内 部 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 高 ， 此 时 可 以 作

38、 为输 入 口 使 用 。 作 为 输 入 使 用 时 ， 被 外 部 拉 低 的 引 脚 由 于 内 部 电 阻 的 原 因 ， 将 输 出 电 流（ IIL） 。 P3 口 亦 作 为 STC89C52 特 殊 功 能 （ 第 二 功 能 ） 使 用 。 在 flash 编 程 和 校 验 时 ，P3 口 也 接 收 一 些 控 制 信 号 。 引 脚 第 二 功 能P3.0/RXD(串 行 输 入 口 )P3.1/TXD(串 行 输 出 口 )P3.2/INT0(外 中 断 0)P3.3/INT1(外 中 断 1)P3.4/T0(定 时 /计 数 器 0)P3.5/T1(定 时 /计 数

39、 器 1)P3.6/WR(外 部 数 据 存 储 器 写 选 通 )P3.7/RD(外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 )此 外 ， P3 口 还 接 收 一 些 用 于 flash 闪 存 编 程 和 程 序 校 验 的 控 制 信 号 。RST： 复 位 输 入 。 当 振 荡 器 工 作 时 ， RST 引 脚 出 现 两 个 机 器 周 期 以 上 高 电 平 将使 单 片 机 复 位 。ALE/PROG： 当 访 问 外 部 程 存 储 器 或 数 据 存 储 器 时 ， ALE（ 地 址 锁 存 允 许 ） 输 出脉 冲 用 于 锁 存 地 址 的 低 8 位 字 节 。 一

40、般 情 况 下 ， ALE 仍 以 时 钟 振 荡 频 率 的 1/6 输 出固 定 的 脉 冲 信 号 ， 因 此 它 可 对 外 输 出 时 钟 或 用 于 定 时 目 的 。 要 注 意 每 当 访 问 外 部 数据 存 储 器 时 将 跳 过 一 个 ALE 脉 冲 。12对 flash 存 储 器 编 程 期 间 ， 该 引 脚 还 用 于 输 入 编 程 脉 冲 （ PROG） 。如 有 必 要 ， 可 通 过 对 特 殊 功 能 寄 存 器 （ SFR） 区 中 的 8EH 单 元 的 D0 位 置 位 ， 可禁 止 ALE 操 作 。 该 位 置 位 后 ， 只 有 一 条 M

41、OVX 和 MOVC 指 令 才 能 将 ALE 激 活 。此 外 ， 该 引 脚 会 被 微 弱 拉 高 ， 单 片 机 执 行 外 部 程 序 时 ， 应 设 置 ALE 禁 止 位 无 效 。PSEN： 程 序 储 存 允 许 PSEN 输 出 是 外 部 程 序 存 储 器 的 读 选 通 信 号 ， 当STC89C52 由 外 部 程 序 存 储 器 取 指 令 （ 或 数 据 ） 时 ， 每 个 机 器 周 期 两 次 PSEN 有 效 ，即 输 出 两 个 脉 冲 ， 在 此 期 间 ， 当 访 问 外 部 数 据 存 储 器 ， 将 跳 过 两 次 PSEN 信 号 。EA/V

42、P： 外 部 访 问 允 许 欲 使 CPU 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 ， EA 端 必 须 保 持 低 电平 （ 接 地 ） 。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 LB1 被 编 程 ， 复 位 时 内 部 会 锁 存 EA 端 状 态 。3.1.3 电源模块设计本次设计的电源模块采用 USB 接口将 220V 交流电转换为 5V 的直流电，从而为整个系统供电。电源模块设计中增加了绿色 LED 指示灯，指示电源的通断。电源模块设计如图 3.6 所示。图 3.6 电源模块电路连接图3.1.4 无线收发模块 NRF24L01 电路设计无线收发模块 NRF24L01 的各引

43、脚与单片机的 P1 口相连，电路连接图如图 3.7 所示。13图 3.7 无线收发模块 NRF24L01 与单片机的电路连接图无线收发模块NRF24L01 引脚功能：CSN(P1.1)：芯片的片选线，CSN 为低电平芯片工作。SCK(P1.2)：芯片控制的时钟线（SPI 时钟） 。MISO(P1.4)：芯片控制数据线（Master input slave output） 。MOSI(P1.3)：芯片控制数据线（Master output slave input） 。IRQ(P1.5)：中断信号。无线通信过程中MCU主要是通过IRQ与NRF24L01 进行通信。CE(P1.0)：芯片的模式控制线

44、。在CSN为低的情况下，CE 协同NRF24L01 的CONFIG寄存器共同决定NRF24L01的状态。3.1.5 时钟振荡电路设计XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频率可以在 1MHz-24MHz 内选择。电容取 30pf 左右。STC89C52 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 分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶

45、体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，在焊接电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。本次时钟电路设计采用内部方式，即利用芯片内部的振荡电路，晶体振荡器选用 12MHz，电容选用 33pf。时钟振荡电路如图 3.8 所示。图 3.8 时钟振荡电路连接图 3.1.6 复位电路设计在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平

46、出现在此引脚时，14将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，单片机便循环复位。复位后 P0P3 口均在引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片从 ROM 的 00H 处重新开始执行程序。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，本设计采用按钮复位电路。复位电路图如图 3.9 所示。图 3.9 复位电路连接图3.2 接收端无线温度测量器的温度接收端由电源模块、STC89C52单片机、液晶显示电路、无线收发模块NRF24L01 、键盘电路、报警电路、时钟电路及复位电路组成。其中电源模块、STC89C52单片机、无线收发模块NRF24L01 、时钟

47、电路和复位电路与发射端相同。温度接收端硬件框图如图3.10所示。电源模块单片机S T C 8 9 C 5 2无线收发模块N R F 2 4 L 0 1复位电路蜂鸣器报警时钟电路键盘电路液晶显示模块L C D 1 6 0 2图3.10 温度接收端硬件框图3.2.1 蜂鸣器报警模块设计报警电路由三极管，红色 LED 指示灯和蜂鸣器和一个拨动开关组成。当温度检测器正常工作时，将拨动开关置于闭合状态。当实时温度大于温度限设定值时蜂鸣器发出声响，同时红色 LED 灯亮，当实时温度又低于温度限设定值时，蜂鸣器和红色 LED 灯自动停止。当蜂鸣器报警时，也可通过将拨动开关断开停止报警。蜂鸣器报警模块设计如图

48、3.11 所示。15图3.11 蜂鸣器报警模块电路连接图3.2.2 键盘电路设计本系统选择使用独立式按键。键盘电路由两个按键与单片机 P3 口相连构成，实现温度限的设置功能。通电后，液晶屏显示设定温度为 Temp set：40。按下 s1 键，设定值加 1，当温度设定值为 99 时，再次按下 s1 键，设定值为 0。按下 s2 键，设定值减 1，当温度设定值为 0 时，再次按下 s2，设定值为 99。键盘电路图如图 3.12 所示。图 3.12 键盘电路连接图3.2.3 液晶显示模块设计1. LCD1602 主要管脚介绍显示模块用于显示实时温度和设定温度。这里采用 1602 液晶显示屏，其主要

49、参数为：显示容量（16*2 个字符） 、芯片工作电压（4.5-5.5V ）和工作电流（2.0mA） 。LCD1602 共有 16 个引脚，各管脚的功能如表 3.4 所示。16表3.4 LCD1602管脚功能介绍表引脚 符号 状态 功能1 VSS 输入 电源地2 Vdd 输入 电源+5V3 V0 输入 对比度控制端4 RS 输入 寄存器选择5 R/W 输入 读、写操作6 E 输入 使能信号7 DB0 三态 数据总线（LSB）8 DB1 三态 数据总线9 DB2 三态 数据总线10 DB3 三态 数据总线11 DB4 三态 数据总线12 DB5 三态 数据总线13 DB6 三态 数据总线14 DB7 三态 数据总线（MSB）15 LEDA 输入 背光+5V16 LEDK 输入 背光地说明：V0：液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，使用时可以通过一个 10k 的电位器调整对比度。RS：寄存器选择，高电平时选择数据存储器，低电平时选择指令寄存器。R/W：读写信号线，高电平时进行读操作，低电平进行写操作。当 RS 和 R/W