自建ISP編程器的溫度報警顯示控制系統的設計

1 系統的組成

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

2 系統原理

首先通過(guò)ISP編程器將程序下載到單片機系統中，利用溫度報警，液晶顯示和時(shí)鐘模塊，通過(guò)鍵盤(pán)控制或人工控制實(shí)現實(shí)時(shí)的溫度報警控制顯示，實(shí)現人機交流。

2.1 數字溫度傳感器DS18B20

DS8B20可由用戶(hù)設置溫度報警界限，在使用過(guò)程中，可由一根I／O數據線(xiàn)既供電又傳輸數據。它的核心是一個(gè)直接數字化的溫度傳感器，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。這種模塊使用簡(jiǎn)單方便，用戶(hù)只要向LCM送入相應的命令和數據就可實(shí)現所需要的顯示內容，并且它與單片機接口也很簡(jiǎn)單。

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

2.3 時(shí)鐘芯片DS1302

DS1302是一款涓流充電的時(shí)鐘芯片，內含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷和31字節靜態(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，每月的天數和閏年的天數可自動(dòng)調整，時(shí)鐘操作可通過(guò)AM／PM指示決定采用24或12小時(shí)格式DS1302與單片機之間能簡(jiǎn)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(xiàn)：RES(復位)，I／O(數據線(xiàn))，SCLK(同步串行時(shí)鐘)。時(shí)鐘／RAM的讀／寫(xiě)數據以一個(gè)字節或多達31個(gè)字節的字符組方式通信。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持數據和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。

3 硬件的總體設計

本系統因無(wú)外接存儲RAM，所以各外接器件與單片機AT89S8252的通信均采用I／O口訪(fǎng)問(wèn)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據數據輸入輸出口；P2.4為報警發(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AT89S8252的P0.0～P0.7是“準雙向口”，當它們作為外部輸入線(xiàn)，也就是讀引腳時(shí)，要先通過(guò)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。因本設計中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。具體設計時(shí)使用了4.7kΩ的阻排。

對于液晶顯示模塊YXD1602的引腳3，即液晶顯示驅動(dòng)電壓引腳，可根據實(shí)際需求接地或接一個(gè)電位器，經(jīng)過(guò)試驗本系統中接了一個(gè)20kΩ的電位器，可以調節驅動(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。本設計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(xiàn)即可實(shí)現通信，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(xiàn)接口，DS18B20可通過(guò)總線(xiàn)竊取電源，但在實(shí)際應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(xiàn)上掛接多個(gè)測溫節點(diǎn)。

4 ISP編程器的設計

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

計算機打印機接口(LPT)是一個(gè)并行接口，通常我們認為它只有輸出功能，是用來(lái)連接計算機和打印機并輸出數據到打印機的。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L(cháng)PT端口各個(gè)引腳功能。

需要用電纜連接計算機的打印機接口和編程器。計算機打印機接口是DB25母頭，編程器與計算機的打印機接口連接端需使用DB25公頭。

按照圖3發(fā)計編程器，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(xiàn)相接；引腳7與SPI接口的MOSI信號線(xiàn)相接；引腳9與單片機的RST信號線(xiàn)相接；引腳10與SPI接口的MISO信號線(xiàn)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(xiàn)過(guò)火的灌電流，在計算機打印機接口和單片機SPI接口之間用74HC244做緩沖。

按照圖3設計編程器，并輔以相應的驅動(dòng)軟件PonyProg2000，就可以將目標程序下載到單片機中，從而達到編程的功能。利用 PonyProg2000編程后，有一個(gè)編程校驗過(guò)程，可以確保程序正確完整地寫(xiě)入單片機。

5 系統的軟件設計

系統的軟件設計，使用單片機C51語(yǔ)言，采用模塊化程序設計方法，使得程序結構清晰，同時(shí)也便于今后進(jìn)一步擴展系統功能。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(pán)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)行程序的復位，接著(zhù)是LCD的初始化工作。因為液晶顯示器是一個(gè)慢顯示的器件，所以在運行顯示程序前必須進(jìn)行初始化，否則液晶顯示模塊無(wú)法正常顯示。進(jìn)入啟動(dòng)畫(huà)面后，需進(jìn)行中斷的設置，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，初始化溫度計后就進(jìn)行溫度的采集，采集時(shí)判斷是否中斷運行中斷處理程序。

6 結束語(yǔ)

本系統制成PCB，經(jīng)實(shí)際調試系統能夠正常高效得達到所需要求。通過(guò)單片機對各功能模塊的控制，可以實(shí)現將當前溫度、時(shí)間通過(guò)LCD顯示出來(lái)。同時(shí)系統在設計時(shí)留有充分的擴展作量，只需要加一些簡(jiǎn)單的模塊就可以輕松的實(shí)現語(yǔ)音及報警控制。經(jīng)實(shí)際應用，此系統有很好的實(shí)用價(jià)值。系統的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)，設計合理，系統整體結構簡(jiǎn)單、操作方便、功耗低、測量精度高，實(shí)時(shí)性好。(2)系統的軟硬件設計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)數字溫度傳感器的應用，以及LCD顯示都使得系統界面直觀(guān)，操作簡(jiǎn)單。(4)系統擴展方便，可以輕松擴展其他功能。