单片机课程设计.docx
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单片机课程设计
课程设计报告
课程设计名称:
温度测量系统
系别:
三系
学生姓名:
班级:
学号:
成绩:
指导教师:
王志超
开课时间:
2013—2014学年第二学期
目录
1.引言2
1.1系统背景2
1.2系统功能2
2.系统总体方案2
2.1S08AW微控制器介绍2
2.2系统硬件框图3
3.硬件设计4
3.1单片机(MCU)模块4
3.1.1MC9S08AW60单片机性能概述4
3.1.2内部结构简图4
3.2串行通信模块5
3.2.1MAX232引脚图5
3.2.2液晶显示模块6
3.3温度测量显示系统7
4. 软件流程设计8
4.1MCU(C)程序8
4.1.1主程序(main.c)8
4.1.2中断子程序(Isr.c)11
4.1.3LCD子程序(LCD.c)12
4.1.4定时器(Timer.c)16
4.1.5串行通信子程序(SCI.c)18
4.1.6通用I/O端口(GPIO.c)23
4.1.7模数转换(AD.c)25
5. 系统测试28
5.1运行界面调试28
5.2运行结果图29
6.总结29
参考文献30
1.引言
1.1系统背景
随着科学技术的发展电子技术产业结构调整,单片机开始迅速发展,由于家用电器逐渐普及,市场对于智能时钟控制系统的需求也越来越大。
数字时钟,就是以数字显示取代模拟表盘的钟表,在显示上它用数字反应此时的时间,相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉,不仅如此它还能同时显示时,分,秒。
而且能对时,分,秒准确校时,这是普通钟所不及的。
由于单片机集成度高,功能强,可靠性高,体积小,功耗低,使用方面,价格低廉等一系列优点,目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面,几乎“无处不在,无所不为”。
单片机的应用领域已从面向工业控制,通讯,交通,智能仪表等迅速发展到家用消费产品,办公自动化,汽车电子,PC机外围以及网络通讯等广大领域。
单片机系统座位一种典型的嵌入式系统,其系统设计包括硬件设计和软件设计编程设计两个方面,其调试过程一般分为软件调试,硬件调试,系统调试。
1.2系统功能
利用定时器设计一个电子钟,并定义一个启动键。
当按下该键时电子时钟从当前设定值开始走时。
按秒刷新,要求在LCD屏上显示时间和温度。
2.系统总体方案
2.1S08AW微控制器介绍
S08AW60拥有62KB片上在线可编程FLASH存储器和2KB片上RAM,具有模块保护与安全选项功能,支持2.7~5.5V电源。
片内总线时钟最高可达20MHz,可选择宽范围的时钟频率。
其内部集成了高性能模/数转换器(ADC)和串行通信模块,具有很宽的工作温度范围(-40℃~+125℃),可适应各类恶劣环境。
该芯片还可以通过BDM在计算机与微控制器进行在线编程及后台调试,避免频繁的插拔单片机,编译软件调试功能强大。
本设计选择了飞思卡尔公司生产的增强型8位微控制器MC9S08AW60(44引脚、LQFP封装)。
其拥有足够大的FLASH存储器和ROM,并带有高性能模/数转换器。
另外,体积小,稳定性高,调试方便。
2.2系统硬件框图
表2.1定时器显示控制系统的硬件构件划分
构件中文名称
构件英文名称
构件功能
类型
AW60最小系统
AW60-MnSys
AW60MCU的最小系统,包含BDM电路。
核心构件
电源
Power
将+24V电压转换为+3.3V电压。
中间构件
液晶显示
LCD
采用串行输入模式显示数据。
终端构件
图2.1MC9S08AW60外部工作电路原理图
图中AW60是主要模块,所有的信号都是经过AW60模块进行处理,各个功能模块在AW60模块的连接下才能够协调运行起来。
图中,左边一块是各异晶振和两个电容连接,用来产生标准的时钟脉冲,在AW60上面连接的是LCD液晶显示器,用来动态显示当前所计数的秒数,右边一个模块是接地使用,最下面的是一个开关模块,用来在程序加载后由此开关控制何时开始计数,何时暂停计数,以及一些复位等操作。
3.硬件设计
3.1单片机(MCU)模块
3.1.1MC9S08AW60单片机性能概述
S80是单芯片8位微控制器解决法案。
MC9S08AW60/AW60/AW48/AW32/AW16是低成本高性能的8位饿、微处理器单元(MCU)S08家族中的成员。
家族中有的MCU使用增强型S08S核,且使用不同的模块,存储空间,存储器类型与封装类型。
AW60系列主要常规模块和特点:
1)最高达40MHz的CPU工作频率和20MHz的内部总线工作频率;时钟源选项包括晶振,谐振器,外部时钟或,内部产生的时钟。
2)相比HC08CPU指令集,S08CPU增加了BGND指令。
3)单线后台调试模式接口:
增强的断点能力,允许单一的断点设置在线调试(在片内调试模块增加了多于两个的断点)。
4)内含32个中断/复位源;内含2KB的片内RAM;内含60KB的片内在线可编程的Flash存储器,带有块保护和安全选项。
5)可选的计算机正常操作(COP)复位;低电压检测与复位或中断;非法操作码检测与复位;非法地址检测与复位。
6)ADC:
多达16个通道,10个A/D转换器与动动比较功能;两个串行通信接口SCI模块与可选的13位中断;一个串行外设接口SPI模块;集成电路互联总线IIC模块运行高达100kbps的最高总线负载;8引脚键盘中断KBI模块。
7)Timers:
1个2通道和一个6通道16位定时器/脉冲宽度调制器模块。
既有输入捕获,输出比较,脉宽调制功能。
AW子系列MCU的4种封装形式只是引脚数量和形式有所区别,其他方面是一致的。
3.1.2内部结构简图
图3.1.2AW60MCU内部结构框图
图3.1.2给出了SW60内部结构框图,它对于我们理解和应用AW60MCU有重要作用,在学习了基本方法后,应再反过来熟悉这个内部结构图,以便好好地理解AW60MCU的基本原理。
从内部结构框图可以看出,AW60主要有以下部件:
S08CPU,存储器,定时器接口模块,定时器模块,看门狗模块,通用I/O模块,串行通信模块(SCI),串行外设接口模块(SPI),I2C(IIC)模块,A/D转换模块,键盘中断模块,时钟发生器模块,复位与中断模块等。
3.2串行通信模块
3.2.1MAX232引脚图
在MCU中,若用RS-232总线进行串行通信,则需外界电路实现电平转换,在发送端需要用驱动电平将TTL电平转换成RS-232电平;在接收端,需要用接收电路将RS-232电平转换为TTL电平。
电平转换器不仅可以由晶振管分立元件构成,也可以直接使用集成电路。
目前使用MAX232芯片比较多,该芯片使用单一+5V电源供电实现电平转换,上图的引脚说明:
(1)VCC(16脚):
正电源端,一般为+5V;
(2)GND(15脚):
接地;图3.2.1MAX232芯片
(3)Vs+(2j脚):
vs+=2vcc-1.5v=8.5v;
(4)Vs-(6脚):
vs-=-2vcc-1.5v=-11.5v;
(5)C2+,C2-(4,5脚):
一般接1uF的电解电容;
(6)C1+,C2-(1,3脚):
一般接1uF的电解电容。
3.2.2液晶显示模块
1.点阵字符型LCD基本特点:
LCD作为电子信息产品的主要显示器件,相对于其他类型的显示器件来说有其自身的特点,
主要包括:
(1)低电压,低功耗;
(2)平板型结构;
(3)使用寿命长;
(4)被动显示;
(5)显示信息量大且易于彩色化;
(6)无电磁辐射。
点阵字符型LCD是专门用于显示数字,字母,图形符号及少量自定义符号的液晶显示器。
这类显示器把LCD控制器,点阵驱动器,字符存储器,显示体及少量的阻容元件等集成一个液晶显示模板。
鉴于字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化,其电特性及接口特性是统一的,只要设计出一种型号的接口电路,在指令上稍加修改即可使用各种规格的字符型液晶显示器模块。
点阵字符型液晶显示器模块的控制器大多数为日立公司生产的HD44780及其兼容的控制电路,如:
SED1278(SEIKOEPSON),KS0066(SAMSUNG),NJU6408(NERJAPANRADIO)等。
2.字符型液晶显示器模块的特点如下:
(1)液晶显示屏是以若干5*8或5*11点阵块等组成的显示字符群。
每个点阵块块为一个字符位,字符间距和行间距都是一个点的宽度。
(2)主控制电路为HD44780(HITACHI)及其他公司的兼容电路。
从程序员的角度来看LCD显示接口与编程是面向HD44780的,只要了解HD44780的编程结构即可进行LCD的显示编程。
(3)内部具有字符发生器ROM,可显示192种字符。
(4)具有64字节的字符发生器RAM,可以定义8个5*8点阵字符或4个5*11的点阵字符。
(5)具有64字节的数据显示RAM,供显示器编程使用。
(6)标准接口特性,与MC9S08系列的MCU容易接口。
(7)模块结构紧凑,轻巧,装配容易。
(8)单+5V电源供电(宽温型需要加-7V驱动电源)。
(9)低功耗,高可靠性。
图3.2.2MCU控制液晶显示接口接线图
3.3温度测量显示系统
温度采集系统的硬件部分是由温度采集模块、MCU控制器模块、温度显示模块组成。
具体框图如下图3.3所示:
图3.3-1系统硬件框图
该模块是根据热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性,利用串联分压的特点,将热敏电阻所分的电压送到MC9S08AW60的模拟量输入端。
具体电路原理如图3.3-2所示:
图3.3-2温度采集模块电路原理图
该电路中R4为热敏电阻,其电压传输到MC9S08AW60单片机的模拟量输入端,即B0口。
4. 软件流程设计
4.1MCU(C)程序
4.1.1主程序(main.c)
#include"Includes.h"
//在此添加全局变量定义
uint8time[3];//记录时间的数组
uint16dpj;//存放模拟量
signedintT;//温度
constsignedintV_T_table[2][17]={
{0,16,32,48,64,80,96,112,128,144,160,176,192,208,224,240,255},
{0,79,56,43,34,27,21,15,10,5,-1,-6,-11,-18,-26,-40,0}/*存放A/D转换值和温度值的表*/
};
voidmain(void)
{
//定义初始显示缓存并赋初值
uint8i=0;
uint8LCDbuff[]="Producer:
dpjDate:
2014-06-19...";//32个空格,显示屏初始字符
uint8remember;//记录当前秒数的变量
//1关总中断
DisableInterrupt();//禁止总中断
//2芯片初始化
MCUInit();
LCDinit();//LCD初始化
GPIO_Init(LCD_Run_PORT,0,0,0);
//3模块初始化
TPMinit
(1);//
(1)定时器1初始化
ADCInit();
//4串行口初始化
SCIInit(1,SYSTEM_CLOCK,9600);//用SCI1,系统时钟为时钟源,波特率为9600
//4内存初始化
time[0]=15;//
(1)"时分秒"缓存初始化(00:
00:
00)
time[1]=0;
time[2]=0;
remember=time[2];//
(2)临时变量remember初始化
LCDshow(LCDbuff);//显示初始字符"Producer:
dpjDate:
2014-06-19..."
//5开放中断
EnableSCIReInt();//
(1)开放串口接受中断
EnableTimer
(1);//
(2)开放定时器1溢出中断
EnableInterrupt();//(3)开放总中断
//6主循环
while
(1)
{
if(GPIO_Get(LCD_Run_PORT,0)==LCD_Run)//获取F端口0口引脚状态LCD_Run为0
{
if(time[2]!
=remember)n
{
SCISendN(1,3,time);
LCDbuff[0]=time[0]/10+'0';
LCDbuff[1]=time[0]%10+'0';
LCDbuff[2]=':
';
LCDbuff[3]=time[1]/10+'0';
LCDbuff[4]=time[1]%10+'0';
LCDbuff[5]=':
';
LCDbuff[6]=time[2]/10+'0';
LCDbuff[7]=time[2]%10+'0';
LCDbuff[8]='';
LCDshow(LCDbuff);
remember=time[2];
}
}
dpj=ADCAve(AD_CH_0,200);
if(dpj<=V_T_table[0][1])
{
T=V_T_table[1][1];/*当A/D转换值在0~16时,按79摄氏度赋值*/
}
elseif(dpj>=V_T_table[0][15])
{
T=V_T_table[1][15];/*当A/D转换值在240~255时,按-40摄氏度赋值*/
}
else
{
for(i=1;i<=14;i++)
{
if(dpj==V_T_table[0][i])/*表中是否有值*/
{
T=V_T_table[1][i];/*有值,赋值给T*/
break;
}
elseif((dpj>V_T_table[0][i])&&(dpj {T=((V_T_table[1][i+1]-V_T_table[1][i])*100)/16; T=T*(dpj-V_T_table[0][i]);/*没有,找到区间并插值*/ T=V_T_table[1][i]+T/100; T=T+20; break;} } LCDbuff[10]='T'; LCDbuff[11]='='; LCDbuff[12]=T/10+'0'; LCDbuff[13]=T%10+'0'; LCDbuff[14]='C'; } } } 4.1.2中断子程序(Isr.c) interruptvoidisrSCIre(void) {uint8temp; DisableInterrupt();//禁止总中断 temp=SCIReN(1,3,time);//接收3个字节,放入time数组 EnableInterrupt();//开放总中断 } //未定义的中断处理函数,本函数不能删除 interruptvoidisrDummy(void) {} //中断处理子程序类型定义 typedefvoid(*ISR_func_t)(void); //中断矢量表,如果需要定义其它中断函数,请修改下表中的相应项目 constISR_func_tISR_vectors[]@0xFFCC= {isrDummy,//时基中断 isrDummy,//IIC中断 isrDummy,//ADC转换中断 isrDummy,//键盘中断 isrDummy,//SCI2发送中断 isrDummy,//SCI2接收中断 isrDummy,//SCI2错误中断 isrDummy,//SCI1发送中断 isrSCIre,//SCI1接收中断 isrDummy,//SCI1错误中断 isrDummy,//SPI中断 isrDummy,//TPM2溢出中断 isrDummy,//TPM2通道1输入捕捉/输出比较中断 isrDummy,//TPM2通道0输入捕捉/输出比较中断 isrT1Out,//TPM1溢出中断 isrDummy,//TPM1通道5输入捕捉/输出比较中断 isrDummy,//TPM1通道4输入捕捉/输出比较中断 isrDummy,//TPM1通道3输入捕捉/输出比较中断 isrDummy,//TPM1通道2输入捕捉/输出比较中断 isrDummy,//TPM1通道1输入捕捉/输出比较中断 isrDummy,//TPM1通道0输入捕捉/输出比较中断 isrDummy,//ICG的PLL锁相状态变化中断 isrDummy,//低电压检测中断 isrDummy,//IRQ引脚中断 isrDummy,//SWI指令中断 //RESET是特殊中断,其向量由开发环境直接设置(在本软件系统的Start08.o文件中) }; 4.1.3LCD子程序(LCD.c) #include"LCD.h"//该头文件包含寄存器及相关位定义 voidLCDshow(uint8str[]) {uint8i,cmd2; //1LCD初始化 LCDinit(); //2显示第1行16个字符 //2.1设置显示首地址 AW60_LCDctrl1=(AW60_LCDctrl1 &~AW60_LCDctrl1_RS &~AW60_LCDctrl1_RW); cmd2=(0|AW60_LCDdata_PTAD7); LCDcommand(cmd2); //2.2写16个数据到DDRAM AW60_LCDctrl1=(AW60_LCDctrl1 |AW60_LCDctrl1_RS &~AW60_LCDctrl1_RW); for(i=0;i<16;i++)//将要显示在第1行上的16个数据逐个写入DDRAM中 {LCDcommand(str[i]);} //3显示第2行16个字符 //3.1设置显示首地址 AW60_LCDctrl1=(AW60_LCDctrl1 &~AW60_LCDctrl1_RS &~AW60_LCDctrl1_RW); cmd2=(0|AW60_LCDdata_PTAD7 |AW60_LCDdata_PTAD6); LCDcommand(cmd2); //3.2再写16个数据到DDRAM AW60_LCDctrl1=(AW60_LCDctrl1 |AW60_LCDctrl1_RS &~AW60_LCDctrl1_RW); for(i=16;i<32;i++)//将要显示在第2行上的16个数据逐个写入DDRAM中 {LCDcommand(str[i]);} } //-------------------------------------------------------------------------* //函数名: LCDinit* //功能: 初始化LCD(HD44780),设置显示方式,输入方式,并清屏* //参数: 无* //返回: 无* //说明: 调用了LCDcommand函数* //-------------------------------------------------------------------------* voidLCDinit(void) {uint16i; uint8cmd1; //定义数据口(PTD0-7)为输出 AW60_LCDdataD=(0 |AW60_LCDdataD_PTADD7 |AW60_LCDdataD_PTADD6 |AW60_LCDdataD_PTADD5 |AW60_LCDdataD_PTADD4 |AW60_LCDdataD_PTADD3 |AW60_LCDdataD_PTADD2 |AW60_LCDdataD_PTADD1 |AW60_LCDdataD_PTADD0); //定义控制口(PTC4,PTC6)为输出 AW60_LCDctrlD1=(AW60_LCDctrlD1 //|AW60_LCDctrl_E |AW60_LCDctrl1_RW |AW60_LCDctrl1_RS); AW60_LCDctrl1=(AW60_LCDctrl1 &~AW60_LCDctrl1_RS &~AW60_LCDctrl1_RW); //定义控制口(PTF6)为输出 AW60_LCDctrlD2=(AW60_LCDctrlD2 |AW60_LCDctrl2_E); //|AW60_LCDctrl1_RW//|AW60_LCDctrl1_RS AW60_LCDctrl2=(AW60_LCDctrl2 &~AW60_LCDctrl2_E); //1功能设置 cmd1=(0 |AW60_LCDdata_PTAD5 |AW60_LCDdata_PTAD4 |AW60_LCDdata_PTAD3); LCDcommand(cmd1);//5*7点阵模式,2行显示,8位数据总线 //2显示开关控制 cmd1=(0 |AW60_LCDdata_PTAD3); LCDcommand(cmd1);//不闪烁,关光标显示,关显示 //3清屏 //3.1清DDRAM内容,光标回原位,清AC cmd1=(0 |AW60_LCDdata_PTAD0); LCDcommand(cmd1); //3.2等待清屏完毕,时间>1.6ms for(i=0;i<40000;i++) asm("NOP"); //4输入方式设置 cmd1=(0 |AW60_LCDdata_PTAD2 |AW60_LCDdata_PTAD1); LCDcommand(cmd1);//显示不移动,光标左移(A=1),数据读写操作后,AC自动增1 //5光标或画面移位设置 cmd1=(0 |AW60_LCDdata_PTAD2 |AW60_LCDdata_PTAD4); LCDcommand(cmd1);//光标右移一个字符位,AC自动加1 //6显示开关控制 cmd1=(0 |AW60_LCDdata_PTAD2 |AW60_LCDdata_PTAD3); LCDcommand(cmd1);//不闪烁,关光标显示,开显示 } //-------------
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