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1、1摘摘 要要随着科技的进步与现代产业的飞速发展，对控制系统的发展也提出了越来越高的要求，非接触控制、中远程通信正在扮演这越来越重要的角色，所以单片机的中远程通信的意义也愈发重要。作为一名工科生，加强对这方面的学习是很有必要的。基于AT89C51单片机与HC-08蓝牙模块通信的基础，我们设计了能够实现在手机模拟串口APP的客户端上进行温度监视与控制的系统。该系统主要由蓝牙通信模块，灯光模拟加热电路，单片机控制电路，基于DS18B20的温度监视电路等部分组成。画出了系统电路原理图，进行了软件设计，给出了系统流程图，并编写了系统程序。最后在进行系统仿真的基础上进行了实物制作，实物调试结果表明，所设计
2、的系统能够满足要求。本系统具有成本低，安全实用，80米左右通信等特点。关键词：关键词：AT89C51；HC-08 蓝牙；DS18B20；LCD 显示屏；2一、概述4 1.1 课程考核目的.4 1.2 设计任务及要求.4 1.3 设计需要的相关知识4 二、总体设计方案与说明5 2.1 系统总体设计方案5 2.2 系统的技术指标5 2.3 AT89C51 单片机的串口.5 2.3.1 概念5 2.3.2 串行口结构6 2.3.3 特殊功能寄存器 PCON7 2.3.4 串行口的 4 种工作方式.8 三、系统硬件部分设计10 3.1 Protel 电路原理图10 3.2 LCD 显示电路.11 3.
3、2.1 LCD 1602 引脚.11 3.2.2LCD1602 字符的显示及命令.11 3.3 HC-08 蓝牙模块电路12 3.3.1 模块简介13 3.3.2 HC-08 蓝牙引脚定义.13 3.4 温度检测电路.14 3.4.1 DS18B20 模块简介14 3.4.2 引脚功能14 3.4.3 编程方式14 3.5 模拟加热电路（本设计中以 LED 灯和继电器模拟加热电路）.15 四、系统软件部分设计16 4.1 系统软件流程图16 4.2 程序清单.16 五、系统仿真及实物制作17 5.1 仿真软件17 5.2 程序编译软件18 5.3 编译过程18 5-4 Proteus 仿真原理
4、图19 5.5 仿真过程19 5.6 实物制作及功能演示23 六、总结25 七、参考文献25 附录一 Protel 原理26 附录二 程序清单27 附录三 Proteus 仿真原理图303一、概述一、概述1.1 课程考核目的课程考核目的通过本课程学习，使学生掌握控制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法。使学生进一步掌握微型计算机应用系统的硬、软件开发方法，输入/输出(I/O)接口技术，单片机中远程通信的方法，应用程序设计技术，并能结合专业设计简单实用的单片机应用系统。针对课堂重点讲授内容使学生加深对单片机硬件原理的理解及提高 C51 语言程序设计的能力，为以后的毕业设计搭建了单片
5、机系统应用平台，提高学生的开发创新能力。1.2 设计任务及要求设计任务及要求设计要求：设计一个手机蓝牙通过 HC-08 蓝牙模块联系 AT89C51 单片机，对其发出指令进行温度控制，并且能够将温度回馈到手机的模拟串口的客户端界面上。主要任务：（1）进行系统方案总体设计，画出系统设计的框图。（2）硬件部分设计。将整个硬件系统划分为若干功能单元电路，使用Protel 画出每个单元电路原理图，绘出整个系统电路原理图。（3）软件部分设计。画出程序流程图，编写系统源程序(有必要的注释)并调试。（4）购买实物，进行实物连接。（5）画出 Proteus 仿真图，载入程序，进行仿真。（6）软硬件联调，完成系
6、统工作调试。在以上工作基础上完成课程设计报告，包括设计任务与要求，总体方案说明，电路原理图与说明，软件流程图和源程序清单，问题分析与解决方案，结论与体会，参考资料等。1.3 设计需要的相关知识设计需要的相关知识通信基础下的温度控制系统设计主要涉及单片机的串口通信。基础知识包括：单片机的串口方式，HC-08 蓝牙的串口通信知识，LCD 显示，DS18B20 的温度显示等等。4二、总体设计方案与说明二、总体设计方案与说明2.1 系统总体设计方案系统总体设计方案特别说明：本次设计中，使用一个与继电器连接 LED 灯模拟加热模块。手机蓝牙HC-08蓝牙8051 单片机测温模块加热模块LCD显示模块图
7、2-1 系统工作框图本设计基本工作方式如图 2.1-1 所示，在手机模拟串口发出指令，通过 HC-08 蓝牙从机传递给单片机，单片机启动模拟加热模块，测温模块测得实时温度，然后将温度反馈给单片机，单片机再发送到 LCD 显示屏上显示或是回馈给手机客户端。2.2 系统的技术指标系统的技术指标利用 51 单片机接收从手机发出的指令，控制 LCD 显示电路、加热电路、测温电路，系统功能：指令“0”LED 灯亮，指令“1”LED 灯灭，指令“2” ，单片机将温度回馈给手机。2.3 AT89C51 单片机的串口单片机的串口2.3.1 概念AT89S51 集成一个全双工通用异步收发（UART）串行口。全双
8、工：两个单片机之间串行数据可同时双向传输。异步通信：收、发双方使用各自时钟控制发送和接收，省去收、发双方5的 1 条同步时钟信号线，使异步串行通信连接更简单且易实现。2.3.2 串行口结构AT89S51 串行口内部结构见图 2-2。有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF（特殊功能寄存器） ，可同时收发数据。发送缓冲器只写不读，接收缓冲器只读不写，两个缓冲器共用一个特殊功能寄存器字节地址（99H） 。图 2-2 串行口结构图 寄存器 SCON 各位功能： （1） SM0、SM1串口 4 种工作方式选择，如表 2-1表 2-1(2）SM2多机通信控制位多机通信是在方式 2 和方式 3 下进行，
9、因此 SM2 位主要用于方式 2 或方式3。当串口以方式 2 或方式 3 接收时，如 SM2=1，则只有当接收到的第 9 位数据（RB8）为“1”时，才使 RI 置“1” ，产生中断请求，并将收到的前 8 位数据送入 SBUF；当收到的第 9 位数据（RB8）为“0”时，则将收到的前 8 位数据丢弃。6当 SM2=0 时，则不论第 9 位数据是“1”还是“0” ，都将接收的前 8 位数据送入 SBUF 中，并使 RI 置“1” ，产生中断请求。方式 1 时，如果 SM2=1，则只有收到有效的停止位时才会激活 RI。方式 0 时，SM2 必须为 0。(3）REN允许串行接收位，由软件置“1”或清
10、“0” 。REN=1，允许串行口接收数据。REN=0，禁止串行口接收数据。（4）TB8发送的第 9 位数据在方式 2 和方式 3 时，TB8 是要发送的第 9 位数据，其值由软件置“1”或清“0” 。在双机串行通信时，TB8 一般作为奇偶校验位使用；也可在多机串行通信中表示主机发送的是地址帧还是数据帧，TB8=1 为地址帧，TB8=0 为数据帧。 （5）RB8接收的第 9 位数据在方式 2 和方式 3 时，RB8 存放接收到的第 9 位数据。在方式 1，如果SM2=0，RB8 是接收到的停止位。在方式 0，不使用 RB8。（6）TI发送中断标志位方式 0 时，串行发送的第 8 位数据结束时，T
11、I 由硬件置“1” ，在其他工作方式中，串行口发送停止位的开始时，置 TI 为“1” 。TI=1，表示 1 帧数据发送结束。TI 位状态可供软件查询，也可申请中断。CPU 响应中断后，在中断服务程序向 SBUF 写入要发送的下一帧数据。注意：TI 必须由软件清“0” 。（7）RI接收中断标志位串口在方式 0 时，接收完第 8 位数据时，RI 由硬件置“1” 。在其他工作方式中，串行接收到停止位时，该位置“1” 。RI=1，表示一帧数据接收完毕，并申请中断，要求 CPU 从接收 SBUF 取走数据。该位状态也可供软件查询。注意：RI 必须由软件清“0” 。 2.3.3 特殊功能寄存器 PCON
12、字节地址为 87H，不能位寻址。格式见图 2-3 仅最高位 SMOD 与串口有关，低 4 位功能在第 2 章中已介绍。SMOD 位：波特率选择位。图 2-3 特殊功能寄存器 PCON 格式72.3.4 串行口的 4 种工作方式4 种工作方式由特殊功能寄存器 SCON 中 SM0、SM1 位定义，编码见表 2.3-1。方式方式 0方式 0 为同步移位寄存器输入/输出方式。该方式并不用于两个 AT89S51 单片机间的异步串行通信，而是用于外接移位寄存器，用来扩展并行 I/O 口。方式 0 以 8 位数据为 1 帧，没有起始位和停止位，先发送或接收最低位。波特率是固定的，为 fosc/12。1方式
13、 0 输出（1）方式 0 输出的工作原理当单片机执行将数据写入发送缓冲器 SBUF 指令时，产生一个正脉冲，串口把 8 位数据以 fosc/12 固定波特率从 RXD 脚串行输出，低位在先，TXD 脚输出同步移位脉冲，当 8 位数据发送完，中断标志位 TI 置“1” 。2方式 0 输入(1）方式 0 输入的工作原理:方式 0 输入时，REN 为串行口允许接收控制位，REN=0，禁止接收；REN=1，允许接收。当 CPU 向串行口 SCON 寄存器写入控制字（设置为方式 0，并使 REN 位置“1” ，同时 RI=0）时，产生一正脉冲，串口开始接收数据。引脚 RXD 为数据输入端，TXD 为移位
14、脉冲信号输出端，接收器以 fosc/12 固定波特率采样 RXD 引脚数据信息，当接收器接收完 8 位数据时，中断标志 RI 置“1” ，表示一帧接收完毕，可进行下一帧接收。方式方式 1方式 1 为双机串行通信方式，如图 2-4。图 2.-4 方式 1 双机串行通信方式当 SM0、SM1=01 时，串行口设为方式 1 双机串行通信。TXD 脚和 RXD 脚分别用于发送和接收数据。8方式 1 收发一帧数据为 10 位，1 个起始位（0） ，8 个数据位，1 个停止位（1） ，先发送或接收最低位。1方式 1 发送串口以方式 1 输出，数据位由 TXD 端输出，发送一帧信息为 10 位，1 位起始位
15、 0，8 位数据位（先低位）和 1 位停止位 1，当 CPU 执行写数据到发送缓冲器 SBUF 的命令后，就启动发送。发送时钟 TX 时钟频率就是发送波特率。发送开始时，内部逻辑将起始位向TXD 脚（P3.1）输出，此后每经 1 个 TX 时钟周期，便产生 1 个移位脉冲，并由TXD 脚输出 1 个数据位。8 位全发送完后，中断标志位 TI 置“1” 。 2方式 1 接收串行口以方式 1（SM0、SM1=01）接收时（REN=1） ，数据从 RXD（P3.0）脚输入。当检测到起始位负跳变时，则开始接收。接收时，定时控制信号有两种，一种是接收移位时钟（RX 时钟） ，频率和传送的波特率相同，另一
16、种是位检测器采样脉冲，它的频率是 RX 时钟的 16 倍。也就是在 1 位数据期间，有 16 个采样脉冲，以波特率的 16 倍速率采样 RXD 引脚状态。当采样到 RXD 端从 1 到 0 的负跳变（有可能是起始位）时，就启动接收检测器。接收的值是 3 次连续采样（第 7、8、9 个脉冲时采样） ，取其中两次相同的值，以确认是否是真正起始位（负跳变）开始，这样能较好消除干扰引起的影响，以保证可靠无误地开始接收数据。当确认起始位有效时，开始接收一帧信息。接收每一位数据时，也都进行 3 次连续采样（第 7、8、9 个脉冲时采样） ，接收的值是 3 次采样中至少两次相同的值，以保证接收到的数据位的准确性。当一帧数据接收完毕后，必须同时满足以下两个条件，这次接收才真正有效。（1）RI=0，即上一帧数据接收完成时，RI=1 发出的中断请求已被响应，SBUF中的数据已被取走，说明“接收 SBUF”已空。（2）SM2=0 或收到的停止位=1（方式 1 时，停止位已进入 RB8） ，则将接收到的数据装入 SBUF 和 RB8（装入的
