单片机的智能液位控制系统硬件设计—本科毕业设计(论文) .doc
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1、中国民航大学本科生毕业设计(论文)Civil Aviation University of China毕 业 设 计(论文)专 业: 飞行器动力工程 学 号: 080100001 学生姓名: xxx 所属学院: 航空工程学院 中国民航大学本科生毕业设计(论文)基于单片机的智能液位控制系统硬件设计 Hardware Design of Intelligent Liquid Level Control System Based on Single-chip创见性声明本人声明:所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果,论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果,均加以特别标注
2、并在此表示致谢。与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。毕业论文作者签名: 签字日期: 年 月 日本科毕业设计(论文)版权使用授权书本毕业设计(论文)作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计(论文)的规定。特授权中国民航大学可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计(论文)的复印件和磁盘。(保密的毕业论文在解密后适用本授权说明)毕业论文作者签名: 指导教师签名:签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日24摘 要针对人工监控输液过
3、程中存在的不安全隐患,本设计采用了智能控制输液过程和监控方案,从而提高输液过程的安全性。本设计通过光电传感器接收输液液滴信号,经单片机处理,计算并显示液滴速度、输液结束剩余时间等相关信息,并在输液结束前发出声光警报。另外本系统还增加了无线传输模块、电池电压监测和室内温度测量等功能,并通过遥控键盘输入床位号和药液体积等功能。系统硬件采用:对射式光电传感器、Freescale 8位MC9S08GT60单片机、两片LCM046数显型4位液晶显示模块等相关硬件,利用C语言程序进行设计。实验结果表明:该系统的可靠性高,具有一定的实用价值。关键词: 输液报警 对射式光电传感器 Freescale单片机 A
4、BSTRACTFor artificial monitoring transfusion process exist some safety loopholes and not a security system, this design uses the program of intelligent control infusion and monitoring to improving the infusion process more security. This design through sensor receive the droplet signal, microcompute
5、r calculates and displays the drop speed, infusion over remaining time and other related information, and before the end of the transfusion, the alarm system issues sound and light alerts. The system also adds wireless transfer module, battery voltage monitoring and indoor temperature measurement fe
6、atures, and the number of beds and liquid volume keyboard input. The hardware used in this design : The sensor adopts barrier photoelectric sensors, the microcomputer adopts Freescale 8-bit MC9S08GT60 microcontroller, display unit adopts two LCM046 4-bit Digital liquid crystal display module. The pr
7、ocedure using C language program design. Experimental results show that the system has high reliability, has certain practical value.Key words: photoelectric sensors; Freescale microcomputer 目 录引 言1第一章 系统设计意义及方案31.1 设立课题目的和意义31.2设计方案3第二章 单片机原理及其应用42.1 飞思卡尔8位单片机介绍及单片机选型42.1.1飞思卡尔单片机简介42.1.2 飞思卡尔8位单片机
8、选择42.2 初识MC9S08GT6052.2.1 MC9S08GT60 单片机的引脚52.2.2 MC9S08GT60性能72.3 MC9S08GT60功能介绍及内存组织结构72.3.1 MC9S08GT60的功能模块72.3.2 MC9S08GT60 单片机存储器组织8第三章 硬件设计93.1 单片机整体设计规划93.2 硬件设计框图93.3 电源模块设计及电源电压检测113.4 单片机最小系统123.5 对射式光电传感器133.5.1对射式光电传感器简介133.5.2 传感器安装位置模型143.5.3 二阶有源低通滤波163.6 键盘输入模块183.7 单片机遥控系统设计183.8 声光
9、警报系统193.9显示模块203.9.1 液晶显示模块简介及数显液晶显示模块203.9.2 LCM046与单片机的接口电路203.9.3 SMC1602A与单片机的接口电路213.9温度传感器223.9.1 DS18B20特点223.9.2 DS18B20引脚及管脚功能介绍及电路连接22第四章 系统软件调试234.1 系统调试工具的简介234.2 单片机时钟发生模块和正常工作监测模块234.2.1 HCS08的内部时钟发生模块234.2.2 看门狗COP244.2.3低电压监测系统LVD及ADC模块下的电源电压检测244.3 单片机编程及系统程序流程244.3.1系统整体程序流程244.3.2
10、中断系统244.3.3报警程序流程284.3.4 单片机遥控系统软件设计294.3.4液晶显示和温度传感器程序设计30结论35参考文献36致 谢37附录 A :程序清单38附录 B :外文翻译资料62附录 C :实物图片77引 言第一章 系统设计意义及方案1.1 设立课题目的和意义1.2设计方案第二章 单片机原理及其应用2.1 飞思卡尔8位单片机介绍及单片机选型2.1.1飞思卡尔单片机简介 飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)是全球领先的半导体公司,为规模庞大、增长迅速的市场提供嵌入式处理产品和连接产品。飞思卡尔领创互联与智能的世界。目前,全球使用的飞思卡尔半导体器
11、件已超过170亿1。它几乎无处不在:汽车、计算机网络、通信设施、办公建筑、工厂、工业设备、工具、手机、家用电器和计算机产品,广泛涉及人们生活的各个方面。他们还为客户提供广泛多样的辅助设备,连接各种产品、网络和真实世界的信号。这些产品包括传感器、射频半导体、功率管以及其他模拟和混合信号集成电路。 2.1.2 飞思卡尔8位单片机选择 飞思卡尔8位单片机系列主要包括HC08、RS08、HCS08系列三种。 (1) HC08系列8位单片机 为客户提供完整系列的8位微控制器,具有1.5-4KB第二代0.5um闪存(Flash Memory)及128B RAM,支持C编译器、汇编器、连接器及所有QT/QY
12、/MCU的调试器,具有片上外设用自动代码生成器和全芯片仿真和闪存编程。 (2) RS08系列8位单片机RS08内核是非常流行的S08中央处理器(CPU)的精简版,它精心为16KB以下的闪存和引脚数较少的设备而设计。由于RS08内核的尺寸比S08小30%,它提高简单机电设备的效率且大大降低成本。 (3) HCS08系列8位单片机飞思卡尔半导体部推出的HCS08系列是8位MCU,其工作电压为1.8V。HCS08系列的性能与许多16位MCU相当,但功耗很低。其应用包括手持仪器、通用仪表、安全系统和其他便携式和无线工业与消费类设备。通过对上面各系列8位单片机的特点的认识2,考虑到通用性和功能实现,选择
13、HCS08系列单片机更为合适。HCS08系列单片机的主要特点: (1)多种电压管理模式,包括具有20nA的Power-down(降耗)模式; (2)采用“零元件”设计,实现MCU从“stop”模式的自动激活,从而降低了成本,也使电流降低到0.7mA; (3)工作电压为2.1V时,CPU速率和总线速率最高分别可达到40MHz和20MHz,工作电压为1.8V时,CPU速率和总线速率最高分别可达到16MHz和8MHz; (4)通过第三代0.25um的闪存技术,提供应用程序的重复编写和数据存储能力; (5)4个串行通信端口,最多8个定时器/PWM,1个8通道的10位A/D转换器。 HCS08系列的MC
14、9S08 Family单片机是Freescale公司新推出的高性价比、高集成度的8位单片机。以S08CPU为核心的MC9S08 Family单片机目前主要有4个系列:AW系列、G系列、Q系列和R系列。AW和G系列为通用型系列,Q系列为小封装、低引脚系列,R系列为低电压系列。 本系统选择G系列通用型单片机。MC9S08G系列单片机的型号和特性如表1所示。表2-1 MC9S08G系列单片机功能比较 型号Flash/KBRAM/KB定时器I/O串口A/D电源电压/V最高总线频率/MHz引脚数注释GB606048路16位IC,OC或PWM562路SCI,1路SPI,IIC8路10位1.8-3.6206
15、4BDMGB32322GT6060436424448GT32322GT16142综合上述各系列单片机的特点,结合本系统设计所要实现的功能,型号GT60 44引脚为最宜选择。 2.2 初识MC9S08GT602.2.1 MC9S08GT60 单片机的引脚MC9S08GT60具有8路键盘中断、8路A/D转换、2路SCI异步串行通信、1路SPI同步外设通信、1路IIC通信、4路可编程定时器TPM接口;同时能够配置时钟,具有外部复位、中断功能,支持BDM同时方式,总共可以提供36个I/O口。如图401t01所示。引脚具体定义见表2-2所示。表 2-2 MC9S08GT60 单片机的引脚定义默认功能功能
16、复用功能说明PTA7-PTA0KBI1P7-KBI1P0并行I/O端口/键盘中断输入PTB7-PTB0AD1P7-AD1P0并行I/O端口/A/D转换输入PTC6-PTC4/并行I/O端口PTC3-PTC2SCL1-SDA1并行I/O端口/IIC通信接口PTC1-PTC0RxD2-TxD2并行I/O端口/SCI通信接口2PTD4-PTD3TPM2CH1-TPM2CH0并行I/O端口/TPM模块接口2PTD1-PTD0TPM1CH1-TPM1CH0并行I/O端口/TPM模块接口1PTE5SPSCK1并行I/O端口/SPI通信接口PTE4MISO1PTE3MOSI1PTE2SS1PTE1-PTE0
17、RxD1-TxD1并行I/O端口/SCI通信接口1PTG2-PTG1EXTAL-XTAL并行I/O端口/时钟基准模块接口PTG0BKGD/MS并行I/O端口/BDM调试接口RESET复位信号输入IRQIRQ中断输入VDD-VSS电源输入(除A/D模块以外)VDDAD-VSSADA/D模块电源输入VREFL-VREFHA/D转换基准电压输入图 2-1 MC9S08GT60 单片机的引脚2.2.2 MC9S08GT60性能MC9S08GT60具有以下基本性能:(1)采用HCS08CPU内核:(2)丰富的中断源;(3)具有良好的系统保护特性,内置看门狗、低压检测和错码检测;(4)内置60 KB Fl
18、ash存储器,4 KB RAM;(5)10位A/D转换精度,多种时钟源支持;(6)16位TPM模块,支持输入捕捉、输出比较、脉宽调制;(7)可通过寄存器配置I/O端口上拉电阻。2.3 MC9S08GT60功能介绍及内存组织结构2.3.1 MC9S08GT60的功能模块(1)HCS08 CPU中央处理单元。(2)存储器。MC9S08GT60可寻址64KB地址空间。(3)并行I/O接口。MC9S08GT60所有I/O口都可以当做通用I/O口使用, 可通过控制寄存器设置为输出口或输入口。(4)定时器/PWM调制(TPM)模块。MC9S08GT60的两个定时器模块为系统提供定时功能,同样也可以用作输入
19、捕捉或输出比较。TPM1和TPM2具有定时器溢出、输入捕捉、输出比较和脉宽调制PWM功能。(5)内部实时时钟中断RTI。RTI可产生周期性中断。通过SRTISC中的各个控制位,可以选择使用内部时钟或是外部晶振做时钟源,并可以设置8种分频因子。(6)系统操作正常监视模块COP(Computer Operating Proterly)。COP俗称“看门狗”电路,其功能是在单片机工作不正常时,产生一个复位信号。(7)异步串行通信接口SCI(Serial Communication Interface)。SCI用于实现RS-232、RS-485等异步串行通信协议,最主要的是用于其他计算机的数据传输。
20、(8)同步串行外围接口SPI(Serial Peripheral Interface)。MC9S08GT60的SPI功能有分开的接收与发送中断,并有灵活的I/O脚控制。BDC(BDM Control)模块。用于与BDM调试器进行通信。 (9)片内调试模块DBG(Debug Module)。通过两个比较器可以实现各种条件下的调试功能。在BDM方式下,将产生一个硬件断点,并进入 active BDM方式。 (10)键盘中断模块KBI。MC9S08GT60的KBI通过PORTA的8个引脚实现独立、可屏蔽的外部中断。它们既可作为键盘中断,又可以作为普通的中断源,这就大大增加了外中断源的个数。 (11)
21、A/D转换器。MC9S08GT60具有8路A/D,可以通过控制寄存选择转换精度。MC9S08GT60中的ADC模块采用的工作原理是逐次逼近型。 (12)I2C模块。 (15)内部时钟发生模块ICG及锁频环电路。(16)低电压监测模块LVD。LVD可以监测加在VDD上的供电电压,并在VDD低于某个预定电压值是,认为发生电源故障,产生中断信号并强制系统复位。2.3.2 MC9S08GT60 单片机存储器组织HC9S08单片机的存储器结构为普林斯顿结构,即CPU访问存储器时,一个地址对应唯一的存储器单元,可以是RAM也可以是ROM,并同类访问指令,采用将I/O寄存器和各类寄存器统一编址的方法来组织存
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