题目基于单片机的河流水质远程监测系统设计学生姓名高静学号1213014006所在学院物理与电信工程学院
专业班级电子1201班
指导教师王文洋
完成地点物理与电信工程学院实验室
2016年6月12日
陕西理工学院毕业设计
毕业论文﹙设计﹚任务书
院(系)物理与电信工程学院专业班级电子1201学生姓名高静
一、毕业论文﹙设计﹚题目基于单片机的河流水质远程监测系统设计
二、毕业论文﹙设计﹚工作自2016年1月10日起至2016年6月15日止
三、毕业论文﹙设计﹚进行地点:陕西理工学院
四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：
水质监测：包括PH，溶氧，水质中的电离子，水质硬度，水质中的氨氮，杂质，浊度，有害有毒物质等的监测。应用比较多的方面主要有工业用水，民生水产，卫生地下水，污水处理等。本课题要求利用单片机作为核心控制器件，设计一种基于单片机的河流水质远程监测系统设计。
要求：所设计系统能实现对河流水质的多点实时监测，通过GPRS远程发送监测数据。在仿真电路基础上制作硬件，完成样机的调试。撰写毕业设计论文。（应包括方案设计、比较与论证、分析与计算、电路图与相关设计文件以及心得体会等）。
五、毕业论文﹙设计﹚应收集资料及参考文献：
收集传感与检测、单片机编程与控制等方面的专业资料，阅读和学习下列参考文献：
[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]李建忠.单片机原理及应用（第三版）[M].西安:西安电子科技大学出版社,2013.
[3]谭浩强.C程序设计(第二版)[M].北京:清华大学出版社,1999.
[4]杜月林，孔戎.基于MSP430单片机无线多节点环境监测系统的设计与实现.[J].
电子商务.2011年第7期
[5]刘一兵，张能，汪明，王设计.基于PIC单片机的多参数水质在线监测系统.[J].
传感器与微系统.2012年第5期
六、毕业论文﹙设计﹚的进度安排：
1月10日——3月20日：查阅资料，完成外文翻译原文和开题报告。
3月21日——4月20日：完成系统硬件电路的设计并提交中期检查报告。
4月21日——5月20日：完成整体设计并调试，准备作品验收。
5月21日——6月15日：撰写、修改毕业设计论文，准备并完成答辩。
指导教师签名系(教研室)主任签名
专业负责人签名批准日期
基于单片机的河流水质远程监测系统设计
高静
（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业1201班，陕西汉中723000）
指导老师：王文洋
[摘要]基于单片机的河流水质远程监测系统设计，是以AT89C51作为主控单片机，分为水质检测系统、水质显示系统、控制系统、时钟系统、复位系统、报警系统和GPRS远程传输系统七个部分，能实现对河流水质的多点实时监测，接收和处理浊度传感器、PH传感器、溶解氧传感器采集的信号，控制液晶实时显示水体的当前温度、PH以及湿度，并通过串口通讯将数据送至上位机，上位机接收并保持数据，通过GPRS远程发送监测数据。系统简单可靠，代替了人工控制的工作方式，具有一定的应用价值。
[关键词]AT89C51；水质检测；GPRS
River water quality remote monitoring system
based on MCU
Gao Jing
（Class1201,Major Electronics and Information Engineering，College of Physics and Telecom Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong723000，Shaanxi）
Tutor:Wang Wenyang
Abstract:Design of remote monitoring system of river water quality based on MCU,with AT89C51microcontroller as the master for water quality testing system,quality control system,display system,clock system,alarm reset system,seven parts system and GPRS remote transmission system can realize multipoint real-time monitoring of river water quality, receiving and processing of turbidity the sensor,PH sensor,signal acquisition and control of dissolved oxygen sensor,liquid crystal display the current temperature and humidity of the water,the PH,and sends the data to the host computer through the serial communication,the host computer receives the data and maintain,through the GPRS remote monitoring data transmission.The system is simple and reliable,instead of the manual control mode,with application a certain value.
Key words:AT89C51，water quality detection，GPRS
目录
1绪论 (1)
1.1课题研究的目的及意义 (1)
1.2课题研究现状及发展趋势 (1)
1.3研究方法及技术介绍 (2)
1.3.1AT89C51简介 (2)
1.3.2液晶显示器件 (2)
1.3.3浊度传感器 (2)
1.3.4A/D转换 (2)
1.3.5PH传感器 (2)
2方案的选择及论述 (3)
2.1方案一 (3)
2.1.1解决的主要问题及思路与方法 (3)
2.1.2拟采用的研究方法或设计方案 (3)
2.2方案二 (4)
2.2.1解决的主要问题及思路与方法 (4)
2.2.2.拟采用的研究方法或设计方案 (4)
2.2.3方案二的优缺点 (5)
2.3方案的选择 (5)
3系统软件设计 (6)
3.1控制系统 (6)
3.1.1主程序流程图 (6)
3.1.2河流水质监测电路 (8)
3.1.3河流水质浑浊度显示电路 (8)
3.2GPRS远程控制系统电路 (10)
3.3时钟电路 (10)
4硬件设计 (12)
4.1仿真调试 (12)
4.1.1水质监测电路 (12)
4.1.2河流浊度显示电路 (12)
4.1.3系统电路和复位电路 (12)
4.1.4控制电路 (13)
4.1.5报警电路 (13)
4.2实现结果 (14)
5总结 (18)
致谢 (19)
参考文献 (20)
附录A实物总图 (21)
附录B元器件清单 (22)
附录C软件设计程序 (23)
附录D外文翻译 (29)
1绪论
1.1课题研究的目的及意义
伴随着工业化的快速发展，城市框架的不断扩大，我国经济取得了世人举目的成就，人民的生活水平得到了质的改变，但种种新的问题随之出现，由于技术、资金以及人民环保意识不强等因素的制约，生态环境遭到严重的破坏，水体污染日趋严重，水资源的保护以及治理刻不容缓[1]。
面对着一系列新时期工业发展所带来的污染问题，为了能够改善生活环境、美化城市，促进经济的稳定发展，坚持走可持续发展道路，我们有必要对水资源进行严格有效的监测。就目前而言，我国的水环境监测体系虽然有一些基础，但是仍然有很多需要完善的地方。现在存在的水质监测问题主要集中在监测范围相对较小，监测点比较少，自动化和信息化程度低这几个方面，这与我们需要开展的大范围的环保工作不太适应。且我国现有的主要水质数据采集监测系统采用的是现场逐一实验分析的方法，运用有线电话拨号通信，无线MODEN通信以及SMS短消息通信的自动监控系统。但这样的方法存在一些现在无法解决的问题，比如水的采样本不充足，没有自动测报的能力，水质监测的处理时效性差等，并且有线拨号的系统受到自然条件的制约，而无线MODEN覆盖范围有限，数据传输速度慢，SMS短信系统运行的成本较高，无法实现实时监测数据和传输。为此，针对目前阶段的实际情况，我们需要一个更好的相关解决方法。
课题研究的目的是将GPRS和单片机技术结合起来，为工业监控系统设计提供出一套低成本高效率的远程水质监测设计。这完全符合当今阶段水质监测的一些特性，比如分布范围广，分布地点零散，具有容易扩展，容易调整的特点。它的优点集中表现在以下几个方面：
(1)无线连网，在移动的目标上优势极为出色。
(2)覆盖面广。GPRS的覆盖面积差不多囊括了整个地域。
(3)传输可靠。高可信度的数据是保证人们的生命财产安全的重中之重。
(4)抗干扰能力强，适合不同的地貌、土壤、环境等
(5)单片机系统易于扩展升级以及维护保养。
(6)单片机开发板的可开发性强，且较其他系统成本更为低廉。
1.2课题研究现状及发展趋势
由于传统方式有实时性不强的弊端，在线监测已经发展成为水质监测的有效手段。它可以提高监测系统的实时性，所以当水质已经出现问题的时候或者即将出现问题的时候，就会通过不同的报警方式通知相关负责人员。在线监测主要分为两种方式：线监测和无线监测。在信息化程度较低的情况下，使用有线方式是通用型的。它主要用是通过这几种方式：公共电话网的工业监控方式、工业以太网的监控方式、现场安排总线方式。但是这些方式存在着相当大的弊端，因为存在布线难，相关一系列费用较高，维护不容易，不容易实现扩展、应用灵活性低的缺点，所以很难对大范围的水域进行监测，同时也不安全[2]。而现如今，随着信息化相关产业的光速发展，无线成为了监控的主要方式。无线很好的解决了有线一直存在的难以解决的问题，例如铺设线路成本高、维护费用高、不易调整等，有效处理了监测点分布点零散、分布范围广的问题。
(1)无缝融合。张雪中、赵巍等人指出，未来是想要让众多的标准有着共同的接口的标准，需要让通信网络成为一个大的融合体，那么这个过程首先要以一个IP为中心的网络体系，这样就可以形成全IP网络。它能够更好的处理业务与网络之间的接入产生的问题，这样就可以在不同层面上满足多种需求[3]。
(2)更高性能的物理层。由于类似多媒体等其他方面的需求，提高传输的速度是件必须解决的事情，这显然就需要通过高性能的物理层来达到我们对传输速度的需求。在这个方面对物理层的传输速度要求相对而言较为苛刻，要求起码能够提供100Mb/s以上的速度。
(3)灵活和自适应的接入。我们希望越好的物理层能够提供与之对应的好的硬件适配性。要求它能够将可实行的调制、编码方案以及链路质量互相匹配起来，这样我们就能够在可变信道条件下得到更为高效的数据，而且还能在其中随意一层中对每种资源进行快速适配。
(4)业务和应用适配。我们需要在应用和适配的过程当中，尽量在应用、会话、表示之间适配，在网络、传输、链路和物理之间同样进行适配，方便达到智能频谱的预期效果。
所以，研究出一套功能全面，能够自动操作的远程水质监控系统势在必行。
1.3研究方法及技术介绍
1.3.1AT89C51简介
AT89C51是一个带4K字节FLASH储存器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能的CMOS8位微处理器，简称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除高达1000次。这个器件是利用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造出来的，和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相互兼容。由于可以将多功能的8位CPU和闪速存储器组合在一个芯片中，所以ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多的嵌入式控制系统提供了一种灵活程度高而且价格低廉的方案[4]。
1.3.2液晶显示器件
LCD1602：工业字符型液晶，即能够同时显示16x02即32个字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，是一种被用于显示符号、数字、字母等的特定点阵型液晶模块。它由5X7或者5X11等点阵字符位所构成，每一位点阵字符位都可以呈现出对应字符，点阵字符位之间都有一个点距的间隔，行与行之间也有一定的间隔，这样就具有了字符间距和行间距的作用[5]。
1.3.3浊度传感器
传感器内部是一个IR958与PT958封装的红外线对管，当光线透过水的时候，光线的穿透量是由透过光线的水的浑浊程度所决定的，水越污浊，透过的光线量就会越少。光的接收端会把接收到的光的强度转换为对应的电流大小，透过的光的强度越大，与其对应的电流就会越大，反之透过的光的强度越小，对应的电流就越小。通过测量接收端转换出来的电流的大小，就可以得出水的污浊程度[6]。
1.3.4A/D转换
ADC0832是一种8位分辨率的A/D转换芯片，它的最高分辨能够达到256级，完全可以满足一般对模拟量转换的需求。它的内部电源输入和参考电压的复用，能够使芯片的模拟电压保持输入在0~5V的范围内。芯片的转换时间只需要32μS，拥有双数据输出能够进行数据的校验，以减少数据误差，转换速率高而且稳定性能强。独立的芯片使得输入，使以及多器件挂接和处理器控制方式变的更加方便快捷。通过DI数据输入端，能够轻易的实现通道功能的选择[7]。
1.3.5PH传感器
PH传感器俗称PH计探头，由玻璃电极和参比电极两部分组成。玻璃电极由玻璃支杆、玻璃膜,内参比溶液、内参比电极、电极帽、电线等组成。参比电极具有已知和恒定的电极电位，常用甘汞电极或银/氯化银电极。由于PH值和温度有关，所以，一般还要增加一个温度电极进行温度补偿，组成三极复合电极。工作原理是用氢离子玻璃电极与参比电极组成原电池，在玻璃膜与被测溶液中氢离子进行离子交换过程中，通过测量电极之间的电位差，来检测溶液中的氢离子浓度，从而测得被测液体的PH值[8]。
2方案的选择及论述
河流水质监测要求系统能够实现对河流水质的实时监测，能够通过GPRS 远程发送监测得到的测量数据，具备报警提示功能，并且能够实现对监测数据的远程传输。所以本课题的研究大致可以分为水质检测电路、水质显示电路、控制电路、时钟电路、复位电路、报警电路和GPRS 远程传输电路七个部分。这七个模块需要逐一去完成，然后将这七个独立的模块组合起来构成完整的河流水质远程监测系统。首先需要完成的是仿真，这样才能够做到对元器件的管脚的功能熟悉，对元器件的布局进行安排，最后在完成仿真电路的基础上制作硬件，并且完成样机调试。2.1方案一2.1.1方案论述
系统由单片机、数据采集电路、液晶显示电路、时钟控制电路等组成，系统框图如图所示。
图2.1方案一设计框图
系统选择以AT89C51作为主控单片机，接受与处理温度传感器、PH 传感器、浊度传感器所采集到的信号，控制液晶实时显示河流的温度、PH 以及浑浊度，并通过串口通讯将数据送到上位机，上位机接收并进行数据的保存。2.1.2拟采用的设计方案
2.1.2.1PH 测量
综合考虑到成本和精度问题，设计中选用的是型号为YC-07型的PH 传感器来测量河流水质的PH，它的适用范围较为广泛，可测量的温度范围为0-110℃，完全能够满足鱼类生长所需环境温度，可测PH 范围为0-14，测量精度可达0.1，具有响应时间快、抗干扰能力强、输出信号强的优点，并且不需要增加放大器。
2.1.2.2水质浑浊度的测量
水的浑浊度是水质状况的一项很重要指标，直接对鱼类的生长和生存产生影响，因此我们认为浑浊度的测量十分重要。设计选用的是GE-TS 型的浊度传感器，温度范围为-30-80℃，额定电压5V,额定电流30mA，其工作原理为，当光线穿过一定量的水后，光线的穿透量取决于水中脏污物的量，当脏污物的量增加时，穿透水的光线随之减少，浊度传感器测量透过的光线量来计算水的浑浊度。
2.1.2.3温度测量
本系统采用的是普通的温度传感器，是一款单线数字温度传感器芯片，与单片机实现通信只需一根数据线。并且可以将温度直接转换为串行数字信号，供单片机处理，而不需要数模转换芯片来采集温度信号，还可以设定温度警戒范围，当所测得温度不在范围内时，可产生报警信号。2.1.2.4A/D 模块
因为传感器所采集到的模拟电信号不能够直接被单片机所读取!此时就需要通过模数转换芯片将模拟信号转换成单片机能够处理的数字信号，设计中采用AD0832作为模数转换芯片，通过外围逻辑电路对芯片的A0、A1地址线进行逻辑控制，选择通道0，AD0832与单片机及传感器信号连接电路。
单片机
A /D 转换
溶解氧传感器
温度传感器
PH 传感器上位机
报警装置
液晶显示
2.2方案二
2.2.1方案论述
因为有线通信受到固定位置的限制，根据业务的需求随时可能都需要增减数据传输点，极大地拓展了通信的领域，而中国移动的通用分组无线业务(GPRS)网络覆盖面广，而且全国漫游并不会额外增加费用，非常适用于中小用户通过低成本的方式在相对较短的时间内组建自己的一个具有跨区域性的数据网络。另，GPRS更为适合于需要频繁传送小数据量的场合以及偏远地区，比如架设通信线路相对比较监难的地方。根据以上情况，由于水质监测的环境很复杂，但是水利相关部门又期望能够同时得到在其管辖范围内所有供水站点的相关水质信息，更好的对水质进行监控，尽量预防水质的恶化。所以，可以通过GPRS技术来解决地理位置受到限制的疑难问题[9]。为此，设计了基于PIC18F6722单片机和GPRS的水质监测系统的方案。该系统是以单片机为主控核心，对水质进行抽样，并通过现有的GPRS技术对分布较为离散的水厂水质进行实时远程控制监测，这样就可以不受地理环境等其他外围环境因素的限制，具有监测范围广，监测实时性好，运行成本低廉的优势，有良好的应用前景。
图2.2.系统框架图
系统系统所组成的多参数水质实时监控系统的总体架构如图2.2所示，多参数的所有可监测点，全部利用GPRS技术，组合成多参数水质在线监测系统。所应用到的每一个监测点的上位机与监测仪以及信号板之间的数据传输采用RS—485总线进行，且能够实现对多参数的采样。上位机所得到的数据通过GPRS技术来与监控中心进行数据传输，形成了多点采集、统一监测的自动化远程多参数水质实时监控系统。监测仪将多种传感器置于水中，一体化智能传感器、水压、水位传感器输出标准的模拟信号，经A /D转换器转换后，直接给PIC18F6722单片机进行数据处理。监测仪具有Modbus现场总线和GPRS远程通信功能，通信接口电路定期把信号传到控制室中。此外，如果测得水环境的参数超标，报警电路便会发出声光警报通知工作人员，并在LCD液晶显示器上显示具体参数超限的报警标志图片。另外，PIC18F6722单片机自带看门狗功能，在运行程序的时候看门狗便可以发挥巨大的作用，它可以有效地防止程序的“跑飞”，并通过复位等措施使之返回正常的程序流程，使系统正常工作保证连续监测。
2.2.2.拟采用的设计方案2.2.2.1主机选型
设计选用单片机是美国Microchip 公司的PIC18F6722单片机，PIC18系列的单片机是高性能CMOS 集成了模数转换器的全静态的MCU 系列，它运用最新的精简指令集RISC(reduced instruction set computing)架构支持Flash 以及一次性编程器件，PIC18系列具备增强型内核32级堆栈以及多种内部和外部中断源的哈佛结构，从而使得16位指令总线和8位数据总线能够彻底分离两级流水线，使得除跳转指令外，其余指令都是在一个周期内执行。内置有128k 字节可串行下载Flash 存储器，3936字节片内RAM，7个8位的双向可寻址I /O 口，1024个字节的EEROM，2个全双工UART 的串行接口，4个16位的定时器/计数器，多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。本系统中利用的PIC18F6722芯片既可永久保存实时监控中的各种信息，也可方便地反复进行系统实
水表流计
水压变送器
智能变送器
RS 485
压力检测
Lcd 键盘
GPRS
上位机
压力变送器
信号板
验，每次实验可以编入不同的程序，以此保证用户的系统设计达到最优，而且随用户的需要和发展还可以进行修改，使系统能不断符合用户的最新要求[10]。
2.2.2.2传感器的选型
设计中的水质在线监测系统，是要求对几个有代表性的参量进行监测，通常用到的的传感器绝大多数不适用于采集和提取水下的相关信号，即便有类似的传感器也必须通过对其进行密封包装处理，所以成本大大提高。为此，系统特意设计了一体化智能传感器，具有很特别的流通池，将浊度传感器、余氯传感器及温度传感器巧妙地融合组装在一起;系统中所选用到的是型号为CYB500的液位传感器，它本身带有的敏感芯片所输出的电信号和作用在芯片上的液深压力有着较好的线性数量关系，能够完成对液深的精确测量，具备体积小、精缺度高的优点。水压传感器则选择了型号为HDP503的水压传感器，材料选用了不锈钢进行整体构件，原件均为进口弹性体，高精度应变计还有先进的贴片技术，具有很高的灵敏度、良好的稳定性和抗冲击能力。
开始
系统初始化
开中断
数据采集
数据处理
N
是否到达极限
Y
报警
图2.3系统程序主流程图
2.2.3方案二的优缺点：
方案二具有精度高、功能丰富、抗干扰能力高的优点。但设计实施起来比较复杂。
2.3方案的选择
通过对方案一和方案二优缺点的比较，方案二中用到的元器件较方案一中的成本较贵，实际操作时较方案一有一定的难度，基于对系统稳定性以及系统成本的考虑，对于本次设计，综合对比上述两方面，最终决定使用方案一。
3系统软件设计
3.1控制系统
3.1.1系统整体框图
图3.1主程序流程图
主程序解析：
void main(){
uint PM_AD_buf=0;uint PM_AD_dat=0;uint AD_dat1=0;float PM_js=0.0;bit flag1=0;initlcd();/液晶初始化display();init();/系统初始化while(1){//按键检测函数keyscan1();
AD_dat1=A_D(0);//模数转换if(flag1==0){PM_AD_dat=AD_dat1;flag1=1;}//记录转换后的值PM_AD_dat=PM_AD_dat*8+AD_dat1;PM_AD_dat/=9;//PM_AD_dat=AD_dat1;//
PM_js=((float)(PM_AD_dat/50.2+0.01))*100;//PM_dat=(uint)(PM_js);
if(PM_dat>460)PM_dat=460;b=(460-PM_dat)/0.725;if(b>=999)b=999;//if(b<0)b=10;keyscan1();//按键检测函数set_count=yi*100+er*10+san;//计算设定值
if(b>=set_count){beep=0;if(flag18==0){GSM_send();flag18=1;}}//报警检测else beep=1;display1();//液晶显示数据更新
单片机AT89C51
报警模块
显示模块GPRS 远程控制模块
信息采集模块电源模块
delay(300);//延时
};
}
void UartPrintf(unsigned char*p)//发送字符串
{
while(*p)
{
SBUF=*(p++);
while(TI==0)
{
;
;
;
};
TI=0;
}
}
void UartPrintASCII(unsigned char c)//发送一个字符{ TI=0;
SBUF=c;
while(TI==0);
TI=0;
}
//********************************************************** //延时数据延时1秒
//********************************************************** void Delay_ms(unsigned int m)
{
unsigned int j;
unsigned int i;
for(i=0;i { for(j=0;j<123;j++); } } void GSM_send() { UartPrintf("AT+CSCS="); UartPrintASCII('"'); UartPrintf("GSM"); UartPrintASCII('"'); UartPrintf("\r\n"); Delay_ms(1000); UartPrintf("AT+CMGF=1\r\n"); Delay_ms(1000); UartPrintf("AT+CMGS="); UartPrintASCII('"'); UartPrintf("134********");//发送目标手机号 UartPrintASCII('"') UartPrintf("\r\n"); Delay_ms(1000); UartPrintf("bao jing");//发送内容 Delay_ms(1000); UartPrintASCII(0x1A);//发送操作 Delay_ms(1000); } void RECEIVE_DATA(void)interrupt4using1//串口中断 { if(RI==1) { temp=SBUF; RI=0; } } 3.1.2河流水质监测流程图 开始 读取当前水质浊度 设定水质浊度上限 N Y 是否超过上限报警 图3.2河流水质监测电路流程 3.1.3河流水质浑浊度显示流程图 初始化 测的当前水质浊度 显示浊度上限值和当前值 图3.3水质显示电路流程图 程序解析如下： void write_com(uchar com)//写命令 {rs=0;wr=0;P0=com;delay(5);e=1;delay(5);e=0;} void write_data(uchar dat)//写数据 {rs=1;wr=0;P0=dat;delay1(5);e=1;delay1(5);e=0;} void initlcd()//液晶初始化 {rs=0; wr=0; e=0; write_com(0x38);//16x2 write_com(0x0c);// write_com(0x06); write_com(0x01); } void write_ser(uchar*ser)//写字符串 {uint i; for(i=0;ser[i]!='\0';i++) {write_data(ser[i]); delay(5); } } void display()//显示函数 { write_com(0x80);//第一行首地址write_ser("S_ZhuoD:");//字符串 write_data(yi+'0'); write_data('.');write_data(er+'0'); write_data(san+'0'); write_data('%'); write_com(0xc0);//第二行首地址 write_ser("C_ZhuoD:");//字符串 write_data(b%1000/100+'0'); write_data('.'); write_data(b%100/10+'0'); write_data(b%10+'0'); write_data('%'); } void display1()//显示更新函数 { write_com(0x88);//第一行首地址 write_data(yi+'0');write_data('.');write_data(er+'0');//?更新设定数据 write_data(san+'0'); write_com(0xc8);// write_data(b%1000/100+'0'); write_data('.');//更新报警数据 write_data(b%100/10+'0'); write_data(b%10+'0'); } 3.2GPRS远程控制系统电路 GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，它是在现有的GSM系统基础上发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS与现在的GSM语音系统最根本最大的区别是，GPRS是一种分组交换系统，而GSM是一种电路交换系统。就此而言，GPRS非常适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于不经常的大数据量传输。 这个设计中可以采用SIMCOM公司的SIM300GPRS模块。该模块中含有SIM300、SIM卡座、电源、天线、RS232接口，是能够独立使用的通讯终端。SIM300支持标准的AT指令集，上位机通过RS232接口，使用AT指令集，便可以实现数据的传输，它内置了TCP/IP协议，这样更容易进行数据传输应用。所以，温度传感器将采集到的温度数据发送给单片机，经单片机处理后再由GPRS 发送模块发送出去，GPRS接受模块接收发送模块发来的数据，实现数据的远程传输[11]。如图3.4所示。 3.3时钟电路 时钟电路：单片机在工作的过程中，从取指令到译码然后再进行微操作，是必须在时钟信号的控制下才可以有序地进行，时钟电路的作用就是为单片机工作提供所需的基本时钟信号。在XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个12M的晶振和两个30pF的稳频电容，就能够与单片机片内的电路形成一个稳定的自激振荡器。我们通常那个选择的晶振大小一般在为0-24MHz的范围内，常用的晶振频率有6MHz、12MHz、11.0592MHz、24MHz等[12]。一些新型的单片机还可以选择更高的频率。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用20~30pF的瓷片电容。外部时钟方式则是在单片机XTAL1引脚上外接一个稳定的时钟信号源，它一般适用于多片单片机同时工作的情况，使用同一时钟信号可以保证单片机的工作同步。时序是单片机在执行指令时CPU发出的控制信号在时间上的先后顺序。单片机的时序概念有4个，可用定时单位来说明，包括振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期[13]。 振荡周期:是片内振荡电路或片外为单片机提供的脉冲信号的周期。时序中1个振荡周期定义为1个节拍，用P表示。 时钟周期:振荡脉冲送入内部时钟电路，由时钟电路对其二分频后输出的时钟脉冲周期称为时钟周期。时钟周期为振荡周期的2倍。时序中1个时钟周期定义为1个状态，用S表示。每个状态包括2个节拍，用P1、P2表示。 机器周期:机器周期是单片机完成一个基本操作所需要的时间。一条指令的执行需要一个或几个机器周期。一个机器周期固定的由6个状态S1~S6组成。指令周期:执行一条指令所需要的时间称为指令周期。一般用指令执行所需机器周期数表示[14]。 N Y N Y 图3.4GPRS 远程控制系统电路 初始化 GPRS 模块初始化 拨号连接 连接成功 向GPRS 模块写数据 写入是否正常 退出 4硬件设计 4.1仿真调试 软件就像是硬件的灵魂，在整个设计中有着十分重要的作用，编好的程序需要通过专用软件和器件才能拷入单片机中，在将程序拷入单片机之前需要将程序再次检查、运行，确保延时程序使用恰当，各个管脚控制没有出现差错。 4.1.1水质监测电路 图4.1水质监测电路 在设计中，由于浊度传感器所采集到的模拟电信号不能够被单片机直接读取，所以需要通过A/D 转换器来将模拟电信号转换为数字电信号，选择了ADC0832来完成该功能。ADC0832是一种8位分辨率，双通道A/D转换芯片，由于体积小，兼容性强，在实际应用中，有一定的应用范围。 4.1.2河流浊度显示电路 图4.2河流浊度显示电路 4.1.3系统电路和复位电路 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统共用一个晶振，以便保证各个部分保持一致，单片机就相当于一个复杂的同步时序电路。 排阻的作用：在设计中，用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。 开关K1的作用：在设计中，是复位按钮，用来还原预设浊度值。 图4.3系统电路和复位电路4.1.4控制电路 图4.4控制电路K2：设定预设浊度的X.00% K3：设定预设浊度的0.X0% K4：设定预设浊度的0.0X% 4.1.5报警电路 电路采用蜂鸣器,当河流水质浊度达到上限时，蜂鸣器响。 报警电路仿真如图4.5所示： 图4.5报警系统 4.2实现结果 安装电路需要注意的事项 第一，要选择合适的元器件，对每个元器件都要进行检测，记录每个元器件对应的参数，还要确认元器件是否能正常工作，这一点很重要。 第二，是元器件的安装，一般先定位核心器件的位置，其他附属电路依次紧紧围绕核心器件排布开来。在此期间，应特别注意元器件顺序，便于连线。然后进行布线、焊接等工作，整个过程需要十分的仔细，布线尽量工整，焊接不能出现短路、断路等情况，尽量使用短线，避免导线太长、过多而显得实物杂乱无章，也不利于后期检查。 最后是电路测试，在测试之前，需要再次检查电路有没有错接元器件，使用有没有出现错误。测试时候需要使用万用表来进行辅助测量。 电路调试的目的是发现电路连接有没有出现错误，元器件是否接触良好，焊接电路有没有导通，以便于后期检查。 图4.6系统仿真图 硬件实物主要采用了单片机AT89C51，时钟芯片DS1302，浊度传感器以及LCD1602。 当浑浊度达到预设上限，蜂鸣器实现报警，无线传输模块发送报警短信。 图4.7硬件实物图 清水中浊度为0%，给定的预设值为5.00%的浊度上限，工作正常。 图4.8硬件实物图 设定浊度上限为3%，而实际浊度为3.2%，蜂鸣器响，GPRS模块发送报警信息，报警信息如图4.9所示。 图4.9报警短信 5.1问题与处理 设计是基于单片机的河流水质远程监控系统，分为水质检测系统、水质显示系统、控制系统、时钟系统、复位系统、报警系统和GPRS远程传输系统七个部分。在完成毕业设计的过程中，对比任务书，实现了其中的部分功能：当水质浊度接近于用户预先设定的值时，蜂鸣器报警，GSM模块可以实现远程传输这个功能。但是，PH值测量没能够完成，对于这个问题，在以后的学习工作中，会加强对这方面学习，不断地去巩固这方面的知识，加强这方面的相关练习。同时这个设计还可以进一步优化，将水质监测的信息用视频的形式传送过来，增加了数据的说服力。水质监测的远程控制系统相对于传统的水质控制系统有很多的优点，该系统简单可靠，代替了人工控制的工作方式，具有一定的实际应用价值。 完成此次设计后，不仅能对Kell和Proteus开发仿真软件熟练操作，能达到学以致用。经过这一过程，发现平常的学习在注重理论知识的掌握同时，要加强实验环节，只有通过不断地实践，才能把知识掌握的更牢固，理解的更透彻。 5.2展望 在未来的系统设计中，可在系统的基础上进行功能拓展，实现系统功能的多样化和科学化，更大程度的利用科技来提高效率。设计系统的改进方向，主要是环保可再生能源方向 (1)利用太阳能作为系统的能源。太阳能是一种在大自然中是可再生资源，由太阳能为系统提供所需能源，可以减少运行成本。在长江和黄河流域，这些地方日照充足，完全可以采用太阳能充当能源，更加节能、环保，同时也避免了停电情况下对实时监控造成的影响，做到水质监控自给自足。 (2)利用水能作为系统的能源，在对水质进行监测的同时，我们同样可以运用水能这一可再生能源，为系统提供必须的能源。 随着科技的不断发展，水质监测的自动化实时监控是发展的大势所趋，在巨大的市场需求的推动下，会不断出现新的产品，更加优化，更加科学。 这篇论文是在我的同组同学的帮助下完成的。从毕业设计开始阶段的选题一直到毕业论文的结构安排包括论文文字的修饰润色，同学们都在积极地帮助着我。在完成毕业设计的过程中，遇到不懂的问题，他们都会特别耐心的给与解答，在方案的设计上我们进行了讨论，一起分析了两种方案的优点和缺点，最终确定了这次毕业设计的具体实施方案，在硬件的搭建过程中也离不开他们的帮助，怎样放置元器件位置能让硬件电路美观，怎样做系统会比较的稳定…… 在毕业设计过程中，我不但巩固了相关专业课的知识，更重要的是学会了设计一个完整系统的必要步骤！在此，向在整个过程中给予我帮助的同学表示感谢，同时也向大学四年来教导我，给我传道授业解惑的所有老师表示感谢，基于各位老师传授的电子信息专业相关的基础知识，我才能够顺利完成此次毕业设计！ 时光飞逝，越临近毕业越是觉得时间过得太快，但是，在这最后的日子里，我还是会静下心来好好总结，对我的大学生活，对我的大学时光，说声谢谢。 愿母校的明天更加熠熠生辉，老师们工作顺利，同学们都能够在迈进社会后把人生过得更精彩！ 再次向老师致敬！ 参考文献 [1]赵洪武.浅析我国水资源现状与问题[J]电子工业出版社2012. [2]李春芳.浅谈我国水资源现状[J]天津大学出版社2012. [3]赵巍.多尺度系统建模、估计与融合方法研究[J]西北工业大学，2000. [4]陈宇,黄哲,李梁杰等.基于AT89C51的集成芯片测试仪设计[J].数字通信,2009. [5]赵亮.跟我学51单片机(七)——LCD1602液晶显示模块[J].电子制作,2011. [6]顾思丁.浊度传感器应用于连续监测污水厂进水悬浮颗粒浓度的研究[J]，2009. [7]杨恢先.单片机原理与应用[M]国防科大出版社，2003. [8]陈瑶,薛月菊,陈联诚,.pH传感器温度补偿模型研究[J].传感技术学报,2012. [9]刘家宏.城市水文化研究综述.科学通报[J].2014 [10]潘春丽,蒙建波,吴杉等.基于PIC单片机的多参数水质在线监测系统[J].传感器与微系统,2012. [11]韩基荣.基于GPRS远程监控系统的设计[D].哈尔滨工程大学,2009. [12]张寅基于GPRS的远程无线监控系统[J]燕山大学2006. [13]童诗白,华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京:高等教育出版社，2006. [14]李建忠.单片机原理及应用（第三版）[M].西安:西安电子科技大学出版社,2013. [15]Tariq Samad,Paul McLaughlin,Joseph Lu.System architecture for process automation:Review and trends[J].ScienceDirect,2007 [16]V.Yu.Teplov,A.V.Anisimov.Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier Effect[J],2002 附录A实物总图 附录B元器件清单 名称大小数量 电阻100Ω3 200Ω1 1K1 10K1 20K1 排阻10K1电容 30pf2 20uf1单片机AT89C511晶振12M1液晶屏16021三极管90151二极管1N40071蜂鸣器1 附录C软件设计程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit rs=P1^0;//LCD的RS WR E的端口 sbit wr=P1^1; sbit e=P1^2; sbit key_yi=P3^5;//报警值整定键端口 sbit key_er=P3^6; sbit key_san=P3^7; sbit beep=P2^7;//蜂鸣器驱动端口 uchar yi,er,san,temp,flag18=0;//变量定义 uint b,time_num1,set_count,PM_dat=0; /*****************************************************功能：将模拟信号转换成数字信号 ***************************************************/ sbit ADC0832_CS=P2^3; sbit ADC0832_CLK=P2^1; sbit ADC0832_DIO=P2^0; void write_com(uchar com); void write_data(uchar dat); void GSM_send(); unsigned int A_D(bit flag) { unsigned char i; unsigned char dat; ADC0832_CS=1;//一个转换周期的开始 ADC0832_CLK=0;//为第一个脉冲做准备 ADC0832_CS=0;//c端置0，片选有效 ADC0832_DIO=1;// ADC0832_CLK=1;//第一个脉冲 ADC0832_CLK=0;// ADC0832_DIO=1;// ADC0832_CLK=1;// ADC0832_CLK=0;// if(!flag) ADC0832_DIO=0;// else ADC0832_DIO=1;//DI置1，选择通道1 ADC0832_CLK=1;// ADC0832_CLK=0;// ADC0832_DIO=1;// ADC0832_CLK=1;// for(i=0;i<8;i++)//?高位在前 { ADC0832_CLK=1;//第四个脉冲 ADC0832_CLK=0; dat<<=1;// dat|=(unsigned char)ADC0832_DIO;// } ADC0832_CS=1;//片选无效 return dat;// } void delay(uchar u) {int x,y; for(x=u;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void delay1(uchar u) {uint x,y; for(x=u;x>0;x--) for(y=1;y>0;y--);} void init()//初始化函数 {yi=1; er=0; san=0; SCON=0X50;// REN=1;//不允许串行口接收信息 PCON=0x00;//SMOD=0;波特率不加倍 //TMOD=0x20;// ES=1;//串行口中断 TMOD=0x20; TH1=0xFD;//装初值 TL1=0xFD; TR1=1;//启动定时器1 EA=1;//打开全局中断控制 /开总中断，定时器0开 } //---------------------------独立键盘扫描程序设置报警值-------------------// void keyscan1()// { if(key_yi==0)/ {delay(1);//延时消除按键抖动if(key_yi==0)//确认按键按下 {yi++;if(yi>=10)yi=0;} while(!key_yi); } if(key_er==0)// {delay(1);// if(key_er==0)// {er++;if(er>=10)er=0;} while(!key_er); }// if(key_san==0) {delay(1);// if(key_san==0)// {san++;if(san>=10)san=0;} while(!key_san); } } //------------------------LCD1602?显示程序----------------------------// void write_com(uchar com)//写命令 {rs=0;wr=0;P0=com;delay(5);e=1;delay(5);e=0;} void write_data(uchar dat)//写数据 {rs=1;wr=0;P0=dat;delay1(5);e=1;delay1(5);e=0;} void initlcd()//液晶初始化 {rs=0; wr=0; e=0; write_com(0x38);//16x2 write_com(0x0c);// write_com(0x06); write_com(0x01); } void write_ser(uchar*ser)//写字符串 {uint i; for(i=0;ser[i]!='\0';i++) {write_data(ser[i]); delay(5); } } void display()//显示函数 { write_com(0x80);//第一行首地址 write_ser("S_ZhuoD:");//字符串 write_data(yi+'0'); write_data('.');write_data(er+'0'); write_data(san+'0'); write_data('%'); write_com(0xc0);//第二行首地址 write_ser("C_ZhuoD:");//字符串 write_data(b%1000/100+'0'); write_data('.'); write_data(b%100/10+'0'); write_data(b%10+'0'); write_data('%'); } void display1()//显示更新函数 { write_com(0x88);//第一行首地址 write_data(yi+'0');write_data('.');write_data(er+'0');//?更新设定数据write_data(san+'0'); write_com(0xc8);// write_data(b%1000/100+'0'); write_data('.');//更新报警数据 write_data(b%100/10+'0'); write_data(b%10+'0'); } //--------------------------系统主程序------------------------// void main() { uint PM_AD_buf=0; uint PM_AD_dat=0; uint AD_dat1=0; float PM_js=0.0; bit flag1=0; initlcd();/液晶初始化 display(); init();/系统初始化 while(1) {//按键检测函数 keyscan1(); AD_dat1=A_D(0);//模数转换 if(flag1==0){PM_AD_dat=AD_dat1;flag1=1;}//记录转换后的值 PM_AD_dat=PM_AD_dat*8+AD_dat1; PM_AD_dat/=9; //PM_AD_dat=AD_dat1;// PM_js=((float)(PM_AD_dat/50.2+0.01))*100;// PM_dat=(uint)(PM_js); if(PM_dat>460)PM_dat=460; b=(460-PM_dat)/0.725; if(b>=999)b=999;// if(b<0)b=10; keyscan1();//按键检测函数 set_count=yi*100+er*10+san;//计算设定值 if(b>=set_count){beep=0;if(flag18==0){GSM_send();flag18=1;}}//报警检测else beep=1; display1();//液晶显示数据更新 delay(300);//延时 }; } void UartPrintf(unsigned char*p)//发送字符串 { while(*p) { SBUF=*(p++); while(TI==0) { ; ; ; }; TI=0; } } void UartPrintASCII(unsigned char c)//发送一个字符{ TI=0; SBUF=c; while(TI==0); TI=0; } //********************************************************** //延时数据延时1秒 //********************************************************** void Delay_ms(unsigned int m) { unsigned int j; unsigned int i; for(i=0;i { for(j=0;j<123;j++); } } void GSM_send() { UartPrintf("AT+CSCS="); UartPrintASCII('"'); UartPrintf("GSM"); UartPrintASCII('"'); UartPrintf("\r\n"); Delay_ms(1000); UartPrintf("AT+CMGF=1\r\n"); Delay_ms(1000); UartPrintf("AT+CMGS="); UartPrintASCII('"'); UartPrintf("134********");//发送目标手机号 UartPrintASCII('"'); UartPrintf("\r\n"); Delay_ms(1000); UartPrintf("bao jing");//发送内容 Delay_ms(1000); UartPrintASCII(0x1A);//发送操作 Delay_ms(1000); } void RECEIVE_DATA(void)interrupt4using1//串口中断{ if(RI==1) { temp=SBUF; RI=0; } } 附录D外文翻译原文 SCM temperature control system 1Description The at89s52is a low-power,high-performance CMOS8-bit microcomputer with4K bytes of Flash Programmable and Erasable Read Only Memory(PEROM)and128bytes RAM.The device is manufactured using Atmel’s high density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry standard MCS-51?instruction set and pinout.The chip combines a versatile8-bit CPU with Flash on a monolithic chip,the Atmel at89s52is a powerful microcomputer which provides a highly flexible and cost effective solution to many embedded control applications[15]. 1.1Features: ?Compatible with MCS-51?Products ?4K Bytes of In-System Reprogrammable Flash Memory ?Endurance:1,000Write/Erase Cycles ?Fully Static Operation:0Hz to24MHz ?Three-Level Program Memory Lock ?128x8-Bit Internal RAM ?32Programmable I/O Lines ?Two16-Bit Timer/Counters ?Six Interrupt Sources ?Programmable Serial Channel ?Low Power Idle and Power Down Modes The at89s52provides the following standard features:4K bytes of Flash,128bytes of RAM,32I/O lines,two16-bit timer/counters,a five vector two-level interrupt architecture,a full duplex serial port, on-chip oscillator and clock circuitry.In addition,the at89s52is designed with static logic for operation down to zero frequency and supports two software selectable power saving modes.The Idle Mode stops the CPU while allowing the RAM,timer/counters,serial port and interrupt system to continue functioning.The Power Down Mode saves the RAM contents but freezes the oscillator disabling all other chip functions until the next hardware reset. 1.2Pin Description: VCC Supply voltage. GND Ground. Port0is an8-bit open drain bidirectional I/O port.As an output port each pin can sink eight TTL inputs.When is are written to port0pins,the pins can be used as high impedance inputs. Port0may also be configured to be the multiplexed loworder address/data bus during accesses to external program and data memory.In this mode P0has internal pullups. Port0also receives the code bytes during Flash programming,and outputs the code bytes during program verification.External pullups are required during program verification. Port1is an8-bit bidirectional I/O port with internal pullups.The Port1output buffers can sink/source four TTL inputs.When1s are written to Port1pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs.As inputs,Port1pins that are externally being pulled low will source current(IIL)because of the internal pullups. Port1also receives the low-order address bytes during Flash programming and verification. Port2is an8-bit bidirectional I/O port with internal pullups.The Port2output buffers can sink/source four TTL inputs.When1s are written to Port2pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs.As inputs,Port2pins that are externally being pulled low will source current(IIL)because of the internal pullups. Port2emits the high-order address byte during fetches from external program memory and during accesses to external data memory that use16-bit addresses(MOVX@DPTR).In this application it uses strong internal pull-ups when emitting1s.During accesses to external data memory that use8-bit addresses (MOVX@RI),Port2emits the contents of the P2Special Function Register. Port2also receives the high-order address bits and some control signals during Flash programming and verification. Port3is an8-bit bidirectional I/O port with internal pullups.The Port3output buffers can sink/source four TTL inputs.When1s are written to Port3pins they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs.As inputs,Port3pins that are externally being pulled low will source current(IIL)because of the pullups. Port3also serves the functions of various special features of the at89s52as listed below Reset input.A high on this pin for two machine cycles while the oscillator is running resets the device. ALE/PROG Address Latch Enable output pulse for latching the low byte of the address during accesses to external memory.This pin is also the program pulse input(PROG)during Flash programming. In normal operation ALE is emitted at a constant rate of1/6the oscillator frequency,and may be used for external timing or clocking purposes.Note,however,that one ALE pulse is skipped during each access to external Data Memory. If desired,ALE operation can be disabled by setting bit0of SFR location8EH.With the bit set,ALE is active only during a MOVX or MOVC instruction.Otherwise,the pin is weakly pulled high.Setting the ALE-disable bit has no effect if the microcontroller is in external execution mode. PSEN Program Store Enable is the read strobe to external program memory. When the at89s52is executing code from external program memory,PSEN is activated twice each machine cycle,except that two PSEN activations are skipped during each access to external data memory. EA/VPP External Access Enable.EA must be strapped to GND in order to enable the device to fetch code from external program memory locations starting at0000H up to FFFFH.Note,however,that if lock bit1is programmed,EA will be internally latched on reset. EA should be strapped to VCC for internal program executions. This pin also receives the12-volt programming enable voltage(VPP)during Flash programming,for parts that re qui re12-volt VPP. XTAL1 Input to the inverting oscillator amplifier and input to the internal clock operating circuit. XTAL2 Output from the inverting oscillator amplifier. Oscillator Characteristics XTAL1and XTAL2are the input and output,respectively,of an inverting amplifier which can be configured for use as an on-chip oscillator,as shown in Figure1.Either a quartz crystal or ceramic resonator may be used.To drive the device from an external clock source,XTAL2should be left unconnected while XTAL1is driven as shown in Figure2.There are no requirements on the duty cycle of the external clock signal,since the input to the internal clocking circuitry is through a divide-by-two flip-flop,but minimum and maximum voltage high and low time specifications must be observed. Idle Mode In idle mode,the CPU puts itself to sleep while all the onchip peripherals remain active.The mode is invoked by software.The content of the on-chip RAM and all the special functions registers remain unchanged during this mode.The idle mode can be terminated by any enabled interrupt or by a hardware reset. It should be noted that when idle is terminated by a hard ware reset,the device normally resumes program execution,from where it left off,up to two machine cycles before the internal reset algorithm takes control.On-chip hardware inhibits access to internal RAM in this event,but access to the port pins is not inhibited.To eliminate the possibility of an unexpected write to a port pin when Idle is terminated by reset,the instruction following the one that invokes Idle should not be one that writes to a port pin or to external memory. Status of External Pins During Idle and Power Down Modes mode Program memory ALE^psen Port0Port1Port2Port3 idle internal11data data data Data Idle External11float Data data Data Power down Internal00Data Data Data Data Power down External00float data Data data 表B1 Program Memory Lock Bits On the chip are three lock bits which can be left unprogrammed(U)or can be programmed(P)to obtain the additional features listed in the table below: Lock Bit Protection Modes When lock bit1is programmed,the logic level at the EA pin is sampled and latched during reset.If the device is powered up without a reset,the latch initializes to a random value,and holds that value until reset is activated.It is necessary that the latched value of EA be in agreement with the current logic level at that pin in order for the device to function properly. Programming the Flash： The at89s52is normally shipped with the on-chip Flash memory array in the erased state(that is, contents=FFH)and ready to be programmed.The programming interface accepts either a high-voltage (12-volt)or a low-voltage(VCC)program enable signal.The low voltage programming mode provides a convenient way to program the at89s52inside the user’s system,while the high-voltage programming mode is compatible with conventional third party Flash or EPROM programmers.[16] The at89s52is shipped with either the high-voltage or low-voltage programming mode enabled.The respective top-side marking and device signature codes are listed in the following table. Vpp=12v Vpp=5v Top-side mark at89s52 xxxx yyww at89s52 xxxx-5 yyww signature(030H)=1EH (031H)=51H (032H)=FFH (030H)=1EH (031H)=51H (032H)=05H 表B2 The at89s52code memory array is programmed byte-bybyte in either programming mode.To program any nonblank byte in the on-chip Flash Programmable and Erasable Read Only Memory,the entire memory must be erased using the Chip Erase Mode. 2Programming Algorithm: Before programming the at89s52,the address,data and control signals should be set up.To program the at89s52,take the following steps. 1.Input the desired memory location on the address lines. 2.Input the appropriate data byte on the data lines. 3.Activate the correct combination of control signals. 4.Raise EA/VPP to12V for the high-voltage programming mode. 5.Pulse ALE/PROG once to program a byte in the Flash array or the lock bits.The byte-write cycle is self-timed and typically takes no more than1.5ms.Repeat steps1through5,changing the address and data for the entire array or until the end of the object file is reached. Data Polling:The at89s52features Data Polling to indicate the end of a write cycle.During a write cycle,an attempted read of the last byte written will result in the complement of the written datum on PO.7. Once the write cycle has been completed,true data are valid on all outputs,and the next cycle may begin. Data Polling may begin any time after a write cycle has been initiated. Ready/Busy:The progress of byte programming can also be monitored by the RDY/BSY output signal.P3.4is pulled low after ALE goes high during programming to indicate BUSY.P3.4is pulled high again when programming is done to indicate READY. Program Verify:If lock bits LB1and LB2have not been programmed,the programmed code data can be read back via the address and data lines for verification.The lock bits cannot be verified directly. Verification of the lock bits is achieved by observing that their features are enabled. Chip Erase:The entire Flash Programmable and Erasable Read Only Memory array is erased electrically by using the proper combination of control signals and by holding ALE/PROG low for10ms. The code array is written with all“1”s.The chip erase operation must be executed before the code memory can be re-programmed. Reading the Signature Bytes:The signature bytes are read by the same procedure as a normal verification of locations030H,031H,and032H,except that P3.6and P3.7must be pulled to a logic low. The values returned are as follows. (030H)=1EH indicates manufactured by Atmel (031H)=51H indicates89C51 (032H)=FFH indicates12V programming (032H)=05H indicates5V programming Programming Interface Every code byte in the Flash array can be written and the entire array can be erased by using the appropriate combination of control signals.The write operation cycle is selftimed and once initiated,will automatically time itself to completion. 外文翻译译文 单片机温度控制系统 1.描述 at89s52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的快速可擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51产品指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和flish存储单元，功能强大at89s52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 1.1主要性能参数： 与MCS-51产品指令系统完全兼容 4K字节可重复写flash闪速存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0HZ－24MHZ 三级加密程序存储器 128*8字节内部RAM 32个可编程I/O口 2个16位定时／计数器 6个中断源 可编程串行UART通道 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述 AT89S52提供以下标准功能：4K字节flish闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时／计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89s52可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 1.2引脚功能说明 Vcc：电源电压 GND：地 P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复位口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可做熟出口。做输出口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（Iil）. Flash编程和程序校验期间，P1接受低8位地址。 P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部地山拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输出口，作输出口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（Iil）。 在访问外部程序存储器获16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。 Flash编程或校验时，P2亦接受高地址和其它控制信号。 P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，他们被内部上拉电阻拉高并可作为输出口。做输出端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（Iil）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。 P3口还接收一些用于flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址所存允许）输出脉冲用于所存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 对flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（^PROG）。 如有不要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该外置位后，只要一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。 ^PSEN：程序存储允许（^PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89s52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两个^PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的^PSEN信号不出现。 EA/VPP:外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H---FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是;如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。 如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。 Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压VPP. XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输出端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 1.3时钟振荡器： at89s52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF+10PF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40PF+10PF。 用户也可以采用外部时钟。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。 由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术要求。 1.4空闲模式: 在空闲工作模式状态，CPU保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。 终止空闲工作模式的方法有两种，其一是任何一条被允许中断的事件被激活，即可终止空闲工作模式。程序会首先响应中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序并仅随终端返回指令，下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条指令。其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止，需要注意的是，当由硬件复位来终止空闲模式时，CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期（24个时钟周期）有效，在这种情况下，内部禁止CPU访问片内RAM，而允许访问其它端口。为了避免可能对端口产生以外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应该是一条对端口 或外部存储器的写入指令。 空闲和掉电模式外部引脚状态 模式程序存储器ALE^PSEN PORT0PORT1PORT2PORT3 空闲模式内部11数据数据数据数据 空闲模式外部11浮空数据数据数据 掉电模式内部00数据数据数据数据 掉电模式外部00浮空数据数据数据 表B1 1.5掉电模式: 在掉电模式下，震荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。 1.6加密位保护功能表 当加密位LB1被编程时，在复位期间，EA端的逻辑电平被采样并锁存，如果单片机上电后一直没有复位，则锁存起的初始值是一个随机数，且这个随机数会一直保持到真正复位为止。为使单片机能正常工作，被锁存的EA电平值必须与该引脚当前的逻辑电平一致。此外，加密位只能通过整片擦除的方法清除。 1.7FLASH闪速存储器的编程： at89s52单片机内部有4K字节的FLASH PEROM,这个FLASH存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其进行编程。编程接口可接收高电平（+12V）或低电平（VCC）的允许编程信号，低电平编程模式适合于用户再线编程系统，而高电平编程模式可与通用EPROM编程器兼容。 AT89S52单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电平编程方式，用户可从芯片上的型号和读取芯片内的签名字节获得该信息，见下表。 Vpp=12v Vpp=5v 芯片顶面标识at89s52 xxxx yyww at89s52 xxxx-5 yyww 签名字节(030H)=1EH (031H)=51H (032H)=FFH (030H)=1EH (031H)=51H (032H)=05H 表B2 AT89S52的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的PEROM程序存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。 2编程方法： 编程前，设置好地址，数据及控制信号，at89s52编程方法如下： 1.在地址线上加上要编程单元的地址信号。 2.在数据线上加上要写入的数据字节。 3.激活相应的控制信号。 4.在高电压编程方式时，将^EA/VPP端加上+12V编程电压。 每对FLASH存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/^PROG编程脉冲，改变编程单元的地址和写入的数据，重复1—5步骤，直到全部文件编程结束。每个字节写入周期是 自身定时地，通常约为1.5ms。 2.1数据查询：at89s52单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个写周期中，如需要读取最后写入的那个字节，则读出的数据的最高位（P0.7）是原来写入字节最高位的反码。写周期完成后，有效的数据就会出现在所有输出端上，此时，可进入下一个字节的写周期，写周期开始后，可在任意时刻进行数据查询。 2.2READY/^BUSY：字节编程的进度可通过“RDY/^BSY”输出信号监测，编程期间，ALE变为高电平“H”后P 3.4(RDY/^BSY)端电平被拉低，表示正在编程状态（忙状态）。编程完成后，P3.4变为高电平表示准备就绪状态。 2.3程序校验：如果加密位LB1、LB2没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据。加密位不可能直接变化。证实加密位的完成通过观察它们的特点和能力。 2.4芯片擦除：利用控制信号的正确组合并保持ALE/^PROG引脚10ms的低电平脉冲宽度即可将PEROM阵列（4k字节）整片擦除，代码阵列在擦除操作中将任何非空单元写入“1”，这步骤需要再编程之前进行。 2.5读片内签名字节：at89s52单片机内有3个签名字节，地址为030H、031H和032H。用于声明该器件的厂商、型号和编程电压。读签名字节的过程和单元030H、031H和032H的正常校验相仿，只需将P 3.6和P3.7保持低电平，返回值意义如下： （030H）=1EH声明产品由ATMEL公司制造。 （031H）=51H声明为at89s52单片机。 （032H）=FFH声明为12V编程电压。 （032H）=05H声明为5V编程电压。 2.6编程接口：采用控制信号的正确组合可对FLASH闪速存储阵列中的每一代码字节进行写入和存储器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后它将自动定时到操作完成。
