自建ISP編程器的溫度報(bào)警顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由單片機(jī)、溫度報(bào)警模塊、液晶顯示模塊、時(shí)鐘模塊、ISP編程器和鍵盤模塊等組成，如圖1所示。

2 系統(tǒng)原理

首先通過ISP編程器將程序下載到單片機(jī)系統(tǒng)中，利用溫度報(bào)警，液晶顯示和時(shí)鐘模塊，通過鍵盤控制或人工控制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的溫度報(bào)警控制顯示，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流。

2.1 數(shù)字溫度傳感器DS18B20

DS8B20可由用戶設(shè)置溫度報(bào)警界限，在使用過程中，可由一根I／O數(shù)據(jù)線既供電又傳輸數(shù)據(jù)。它的核心是一個(gè)直接數(shù)字化的溫度傳感器，可將-55℃～+125℃之間的溫度值按9、10、11、12位的分辨率進(jìn)行量化，與之對應(yīng)的溫度增量值分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃，器件上電后的默認(rèn)值為12位的分辨率。

2.2 液晶顯示模塊YXD1602

此模塊將LCD控制器、驅(qū)動(dòng)器、RAM、ROM和LCD顯示器整合在一塊PCB板上，YXD1602為兼容的液晶顯示模塊，支持5×7點(diǎn)陣和2行×16字符兩種模式，背光亮度和顯示對比度可調(diào)。這種模塊使用簡單方便，用戶只要向LCM送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)就可實(shí)現(xiàn)所需要的顯示內(nèi)容，并且它與單片機(jī)接口也很簡單。

與數(shù)碼管相比，液晶顯示具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等有優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用在儀器儀表和控制系統(tǒng)中。

2.3 時(shí)鐘芯片DS1302

DS1302是一款涓流充電的時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，時(shí)鐘操作可通過AM／PM指示決定采用24或12小時(shí)格式DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用SPI同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三根信號線：RES(復(fù)位)，I／O(數(shù)據(jù)線)，SCLK(同步串行時(shí)鐘)。時(shí)鐘／RAM的讀／寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。

3 硬件的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)因無外接存儲(chǔ)RAM，所以各外接器件與單片機(jī)AT89S8252的通信均采用I／O口訪問方式。端口分配如下：P0.0～P0.7以及P2.5～P2.7被液晶顯示模塊YXD1602A占用；P2.0～P2.2被時(shí)鐘芯片DS1302占用；P2.3口為溫度傳感器的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸入輸出口；P2.4為報(bào)警發(fā)光二極管占用；P1.0～P1.3為按鍵接口；P1.5～P1.7三個(gè)SPI串行外部接口在下載程序時(shí)使用。圖2為硬件電路原理圖。

單片機(jī)AT89S8252的P0.0～P0.7是“準(zhǔn)雙向口”，當(dāng)它們作為外部輸入線，也就是讀引腳時(shí)，要先通過指令，把端口鎖存器置1，然后再實(shí)行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯(cuò)。因本設(shè)計(jì)中PO 口作為I／O 口使用，所以在它與YXD1602A連接時(shí)需外加上拉電阻。具體設(shè)計(jì)時(shí)使用了4.7kΩ的阻排。

對于液晶顯示模塊YXD1602的引腳3，即液晶顯示驅(qū)動(dòng)電壓引腳，可根據(jù)實(shí)際需求接地或接一個(gè)電位器，經(jīng)過試驗(yàn)本系統(tǒng)中接了一個(gè)20kΩ的電位器，可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓。對于它的引腳16，即背光源正極，可接一個(gè)100 Ω的電阻到電源，亦可直接接到電源。本設(shè)計(jì)中直接將它接到電源正極，因接100Ω時(shí)亮度不夠。

P2.0～P2.2被時(shí)鐘芯片DS1302占用，囚DS1302是SPI接口部件，所以只需三根線即可實(shí)現(xiàn)通信，使用時(shí)在它的引腳8接了一個(gè)3.6V的鎳鉻電池，作為備份電源，它采用外部品振，要求為32.768kHz。

P2.3口是溫度傳感器DS18B20的單總線接口，DS18B20可通過總線竊取電源，但在實(shí)際應(yīng)用中還是使用了外接電源。因外接電源時(shí)，我們可以在總線上掛接多個(gè)測溫節(jié)點(diǎn)。

4 ISP編程器的設(shè)計(jì)

利用單片機(jī)SPI接口的在線串行編程功能和計(jì)算機(jī)的打印機(jī)接口可以制作ISP(In-System Programming)編程器，使用ISP編程器通過3個(gè)SPI引腳、計(jì)算機(jī)的打印機(jī)接口和相應(yīng)的編程軟件就能將程序下載到芯片中去，這樣就為我們節(jié)省了購買價(jià)格昂貴的燒錄器和編程器的費(fèi)用。下載器的硬件原理如圖3所示。

計(jì)算機(jī)打印機(jī)接口(LPT)是一個(gè)并行接口，通常我們認(rèn)為它只有輸出功能，是用來連接計(jì)算機(jī)和打印機(jī)并輸出數(shù)據(jù)到打印機(jī)的。實(shí)際上，LPT端口同時(shí)具有輸入功能，它也可以作為并行輸入的接口。表1為LPT端口各個(gè)引腳功能。

需要用電纜連接計(jì)算機(jī)的打印機(jī)接口和編程器。計(jì)算機(jī)打印機(jī)接口是DB25母頭，編程器與計(jì)算機(jī)的打印機(jī)接口連接端需使用DB25公頭。

按照圖3發(fā)計(jì)編程器，引腳2與12、引腳3與11分別短接；引腳6與SPI接口的SCK信號線相接；引腳7與SPI接口的MOSI信號線相接；引腳9與單片機(jī)的RST信號線相接；引腳10與SPI接口的MISO信號線相接；最后，引腳18～25全部接地。

同時(shí)，為了緩解并行口狀態(tài)線過火的灌電流，在計(jì)算機(jī)打印機(jī)接口和單片機(jī)SPI接口之間用74HC244做緩沖。

按照圖3設(shè)計(jì)編程器，并輔以相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件PonyProg2000，就可以將目標(biāo)程序下載到單片機(jī)中，從而達(dá)到編程的功能。利用 PonyProg2000編程后，有一個(gè)編程校驗(yàn)過程，可以確保程序正確完整地寫入單片機(jī)。

5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，使用單片機(jī)C51語言，采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，使得程序結(jié)構(gòu)清晰，同時(shí)也便于今后進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)功能。軟件部分包括：主程序、液晶顯示子程序、溫度傳感器子程序、時(shí)鐘子程序，鍵盤子程序等。主程序流程圖如圖4所示。溫度傳感器子程序流程圖如圖5所示。

首先，需進(jìn)行程序的復(fù)位，接著是LCD的初始化工作。因?yàn)橐壕э@示器是一個(gè)慢顯示的器件，所以在運(yùn)行顯示程序前必須進(jìn)行初始化，否則液晶顯示模塊無法正常顯示。進(jìn)入啟動(dòng)畫面后，需進(jìn)行中斷的設(shè)置，包括一個(gè)定時(shí)中斷和一個(gè)外部中斷，外部中斷優(yōu)先級高。然后初始化時(shí)鐘，初始化溫度計(jì)后就進(jìn)行溫度的采集，采集時(shí)判斷是否中斷運(yùn)行中斷處理程序。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)制成PCB，經(jīng)實(shí)際調(diào)試系統(tǒng)能夠正常高效得達(dá)到所需要求。通過單片機(jī)對各功能模塊的控制，可以實(shí)現(xiàn)將當(dāng)前溫度、時(shí)間通過LCD顯示出來。同時(shí)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)留有充分的擴(kuò)展作量，只需要加一些簡單的模塊就可以輕松的實(shí)現(xiàn)語音及報(bào)警控制。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，此系統(tǒng)有很好的實(shí)用價(jià)值。系統(tǒng)的3D圖如圖6所示，具休硬件實(shí)物如圖7所示。

主要特點(diǎn)：(1)采用先進(jìn)的技術(shù)，設(shè)計(jì)合理，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、功耗低、測量精度高，實(shí)時(shí)性好。(2)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)都采取了抗干擾措施，保證在干擾環(huán)境下都能夠正常工作。(3)數(shù)字溫度傳感器的應(yīng)用，以及LCD顯示都使得系統(tǒng)界面直觀，操作簡單。(4)系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可以輕松擴(kuò)展其他功能。