基于GSM的温度数据采集.doc

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1、摘要随着GSM(Global System for Mobile communication)移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈，新技术和新业务的开发和应用已经提到一个十分重要的位置。短消息业务（SMS）作为GSM网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。温度是工业生产过程中测控的重要参数之一，在国防、军事、科学试验及工农业生产过程中，温度的测量和控制具有十分重要的作用。尤其在航天、材料、能源、冶金、化工等领域中，温度测量占有极重要的地位。利用GSM短消息业务能够实现数据的远程通信，这一技术适用于野外测量环境，在工业监测领域中有

2、着广泛的应用前景。本文针对生产生活中温度测量的需要，以GSM网络作为远程信号的传输平台，在可行性和实用性的原则指导下，以STC89C52单片机为控制核心，利用DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器、数据通信模块（GSM模块MZ28，通过标准AT指令控制）和直流电机驱动模块等外围电路元件实现温度的采集和数据的传输的功能。关键词：GSM；温度测量；远程检测；STC89C52；DS18B20；MZ28；AT指令Based on GSM temperature date collectionAbstractAlong with rapid popularization and fur

3、ious competition of GSM network, research and application of new technology and new operation have been mentioned to a quite important position. SMS as a basic service of GSM network has been attended by more and more system operator and developer, and kinds of applications based on this service hav

4、e been rapid developed.The temperature is industrial production process, one of the important parameters for measurement in defense, military and scientific experiments and industrial and agricultural production process, temperature measurement and control has a very important role. Especially in ae

5、rospace, materials, energy, metallurgy, chemical industry, etc, temperature measurement occupies an important position. Using GSM short message service can realize the data remote communication; this technology is suitable for field measurement environment, and in the field of industrial monitoring

6、widely.Aiming AT the production and living with the needs of measurement temperature, GSM network as remote signal transmission platform, the feasibility and practicability, guided by principles of STC89C52 microcontroller as control core, DALLAS (DALLAS) using the temperature sensor DS18B20 product

7、ion company, data communication module (GSM module MZ28, through standard AT command control) and dc motor driver module peripheral circuit components to realize the collection of temperature and data transmission function. Keywords: GSM；Temperature measurement；Remote detection；STC89C52；DS18B20；MZ28

8、；AT instructions目录摘要IAbstractII1 绪论- 1 -1.1 课题背景及现实意义- 1 -1.2 单片机概况- 1 -1.3 GSM系统简介- 2 -1.4 温度检测仪的总体设计与工作原理- 3 -2 温度检测仪的硬件设计- 3 -2.1 温度检测仪的硬件设计概述- 3 -2.2 传感器的选择- 4 -2.2.1 DS18B20的主要特性- 5 -2.2.2 DS18B20的外形和内部结构- 5 -2.2.3 DS18B20工作原理- 6 -2.3 数据处理模块- 7 -2.3.1 单片机的选择原则- 7 -2.3.2 8位单片机STC89C52- 7 -2.4 数据

9、通信模块- 9 -2.4.1 GSM模块MZ28- 9 -2.4.2 GSM模块接口电路- 10 -2.5 人机对话模块- 12 -2.5.1 键盘接口电路- 12 -2.5.2 显示接口电路- 14 -2.6 其他重要电路的设计- 17 -2.6.1 电源电路- 17 -2.6.2 时钟电路- 18 -2.6.3 复位及复位电路- 19 -3 温度检测仪的软件设计- 20 -3.1 单片机系统软件设计概述- 21 -3.2 主程序设计- 22 -3.3 GSM模块软件设计- 22 -3.3.1 相关的GSM模块AT指令- 22 -3.3.2 利用通信模块实现短消息- 23 -4 温度检测仪的

10、抗干扰设计- 24 -4.1 干扰源分析- 24 -4.2 硬件抗干扰设计- 24 -4.2.1 电源抗干扰设计- 24 -4.2.2 过程通道抗干扰设计- 25 -4.3 软件抗干扰设计- 25 -4.3.1 看门狗技术- 25 -4.3.2 冗余技术- 26 -5 总结- 26 -参考文献- 27 - 27 -1 绪论1.1 课题背景及现实意义近年来无线通信成为热门，包括移动电话、无线寻呼、卫星通信等在内的无线通信技术得到了迅速的发展和广泛的应用。GSM(Global system for Mobile Communication)全球移动通信系统是当前发展最成熟、国内覆盖最广、系统可靠性

11、最高、话机持有量最大的数字移动通信系统。它是在蜂窝系统的基础上发展而成的，属于第二代数字移动通信系统。它是目前基于时分多址技术的移动通信中比较成熟、完善且应用广泛的一种系统。GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统的终端设备。它是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备。它的出现给GSM的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及其应用的大门。由于调制解调器必须通过专用通信网进行通信，因而受地域、线路等影响，在应用上有很大的局限性。而GSM模块则无此限制，所以基于这种模块，以GSM网络作为无线传输网络，可以开发出各

12、种前景极其乐观的各类应用。温度是工业生产过程中测控的重要参数之一，在国防、军事、科学试验及工农业生产过程中，温度的测量和控制具有十分重要的作用。尤其在航天、材料、能源、冶金、化工等领域中，温度测量占有极重要的地位。在材料学领域里，由于温度是影响材料的组织结构和性能的一个十分重要的工艺参数，精确有效地检测和控制温度，特别是在材料研究中，实现高精度测量，是十分有意义的。近年来温度计量方面的发展大致集中于在温度计量及仪表中采用高新技术，尤其是信息技术以及在有特殊要求、传统技术难以解决的测温场合进行重点应用研究和探索。随着手机应用资费的不断下调及其通信网络的不断完善，应用手机短消息来进行远程监控具有很

13、广阔的应用前景，使用GSM短消息来传递数据信息也是近年来遥测遥控发展领域中的热门技术。某些测温设备位于环境恶劣的野外或是在无人值守的条件下，如果在数据的传输部分加装GSM短消息模块，便可利用GSM公用网组成的传输系统，使系统的可靠性、抗干扰性、稳定性、可维护性、功能扩展性等方面具有明显的优越性，并可降低运营成本和劳动强度。1.2 单片机概况单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算数运算、逻辑运算、数据传送、中断处理等）的微处理器（CPU）、随机数据存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出电路（I/O口）等电路集成到单块芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统1

14、。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了微机系统的含义。由于单片机从功能和形态来说都是为满足控制领域应用的要求，并且随着单片机的发展，在其中着力扩展了各种控制功能，已突破了微型计算机(Microcomputer)的传统内容，所以更准确的反映单片机本质的叫法应是微控制器(Microcontroller-MCU)。按内部数据通道的宽度，单片机可分为4位、8位、16位及32位等。单片机有两种基本结构形式:一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构，称为普林斯顿(Princeton)结构，也称冯诺伊曼结构；另一种是将程序指令存储器和数据存储器

15、截然分开，分别寻址的结构，称为哈佛(Harvard)结构2。考虑到单片机“面向控制”实际应用的特点，一般需要较大的程序存储器，目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。综合看来单片机具有如下明显的特点3:(l)体积小、性价比高。单片机内部包含了计算机的基本功能部件，能满足很多应用领域对硬件功能的基本要求，且其应用系统的引板小，接插件少，安装调试简单。(2)可靠性高，适用的温度范围高。单片机芯片一般是按工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣的环境，这一特点是其它机种无法比拟的。(3)控制功能强。单片机面向控制，它的实时控制功能特别强，CPU可以直接对I/O口进行各种操作（输入/

16、输出、位操作以及算术逻辑操作等），运算速度高，时钟达16MHz以上，对实时事件的响应和处理速度快。(4)指令系统相对简单，较易掌握。指令中有较丰富的逻辑控制功能指令，能较方便的直接操作外部输入输出设备。(5)易于产品化。单片机以上特性，缩短了单片机应用系统样机至正式产品的过渡过程，缩短了研制周期，可使科研成果迅速转化成生产力。由于单片机具有这些特点，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛地应用。用单片机制作的测量、控制仪表，能使仪表向数字化、智能化、多功能化、柔性化发展，并使监测、处理、控制等功能一体化，使仪表重量大大减轻，便于使用，同时降低了成本，提高

17、了性价比。当前用COMS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强，能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促进了单片机技术的发展4。 1.3 GSM系统简介GSM系统是一种典型的开放式结构，作为一种面向未来的通信系统，它具有下列主要特点5:（1）GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间都有定义明确且详细的标准化接口方案，保证任何厂商提供的GSM系统设备可以互连。同时，GSM系统与各种公用通信网之间也都详细定义了标准接口规范，使GSM系统可以与各种公用通信网实现互连互通。（2）GSM系统除了可以开放基本的话音业务外，还可以开放各种承载业务、补充业

18、务与ISDN相关的各种业务。（3）GSM系统采用 FDMA/TDMA及跳频的复用方式，频率重复利用率较高，同时它具有灵活方便的组网结构，可满足用户的不同容量需求。（4）GSM系统具有较强的鉴权和加密功能，能确保用户和网络的安全需求。（5）GSM系统抗干扰能力较强，系统的通信质量较高。随着移动通信技术的发展，根据目前GSM网络技术成熟，覆盖范围广的特点，合理有效的利用GSM网络资源，可以避免搭建专用数据传输网的成本高、通讯距离短、通讯效果差等诸多难题。1.4 温度检测仪的总体设计与工作原理GSM通信数据处理显示温度传感器图1-1 温度检测仪总体结构本文设计的温度监测仪主要应用于无人值守场所的温度

19、测量，其总体结构如图1-1所示。传感器将电信号送入数据处理模块，做出相应的处理得到温度值，将温度值实时显示，以方便日后对数据的比较、分析、处理。同时，每隔一定时间利用GSM模块将温度值发送到相关人员的手机上，以便及时了解温度的动态变化，实现了经济、可靠的远程数据传输。2 温度检测仪的硬件设计2.1 温度检测仪的硬件设计概述智能仪器系统硬件体系结构的选择，主要是根据应用系统的规模大小、控制功能性质及复杂程度、实时响应速度及检测控制精度等专项指标和通用指标决定。硬件设计过程中，器件应选择和筛选，在布线和安排时，要注意制作技术和装配技术，以克服电气干扰。根据系统规模及可靠性要求考虑，本温度监测仪采用

20、单片机系统。如图2-1所示，系统硬件组成主要有: DS18B20温度传感器，8位单片机STC89C52，LCD1602液晶显示模块，GSM模块MZ28等。在电路部分设计中，尽可能采用典型的线路，力求标准化，电路中的相关器件性能必须匹配。为确保仪表能长期可靠运行，还须采取相应的抗干扰措施，包括去藕滤波、合理的走线与布局以及通道隔离等。DS18B20温度传感器GSM模块MZ28按键液晶显示模块单片机STC89C52电源供电及复位图2-1 温度检测仪的硬件结构框图2.2 传感器的选择现实对象的原始信息可能是非电量的其他物理量、化学量，首先要经过传感器转变成电量才能为后面的电路接收。当输入的非电量变化

21、时，传感器的输出信号可以表现为变化的电压、变化的电流或者变化的频率，其中除频率可以直接看成数字信号外，电压及电流都仍是连续变化的模拟信号6。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案。美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20 型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理

22、器的智能温度传感器，可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统中7。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网、抗干扰能力强等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。2.2.1 DS18B20的主要特性：8（1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电 ；（2）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯 ；（3）DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在

23、唯一的三线上，实现组网多点测温；（4）DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内 ；（5）温范围55125，在-10+85时精度为0.5； （6）可编程的分辨率为 912 位，对应的可分辨温度分别为 0.5、0.25、0.125和 0.0625，可实现高精度测温 ；（7）在 9 位分辨率时最多在 93.75ms 内把温度转换为数字，12 位分辨率时最多在 750ms 内把温度值转换为数字，速度更快； （8）测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给 CPU，同时可传送 CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；（9）负压特性：电源

24、极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2.2.2 DS18B20的外形和内部结构9DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。图2-2 外形及引脚排列图及芯片封装结构DS18B20的外形及管脚排列如下图2-2；其管脚接法如图2-3DS18B20引脚定义：(1)DQ 为数字信号输入/输出端，与单片机的I/O口相连；(2)GND 为电源地；(3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。2.2.3 DS18B20工作原理DS18B20 测温原理如图2-5所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响

25、很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器 1 和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2-5中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 2.3 数据处理模块2.3.1 单片机的选择原则10

26、单片机是整个控制系统的核心，它的选择将对整个系统产生决定性的影响，一般应从如下几个方面考虑是否符合控制系统的要求：（1)字长；（2)寻址范围和寻址方式；（3)指令种类和数量；（4)内部寄存器的种类和数量；（5)单片机的速度；（6)中断处理能力。除上述六个方面外，单片机的外围电路的配套、器件的来源、软件的支持等，也是设计人员必须考虑的因素。在工业控制系统中，对常规外围设备一般要求不高。在多数情况下，只要考虑显示和键盘及串行通信口即可。2.3.2 8位单片机STC89C52本论文研究的基于GSM的温度数据采集系统采用8位单片机STC89C52作为系统芯片。它使得整个系统设计成本降低，降耗节能，而且

27、测量精度也大大提高，满足温度测量系统的设计要求。STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。STC89C52主要功能如表2-1所示。表2-1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MH

28、z2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能STC89C52引脚介绍a）主电源引脚（2根）VCC（Pin40）：电源输入，接+5V电源GND（Pin20）：接地线b）外接晶振引脚（2根）XTAL1（Pin19）：片内振荡电路的输入端XTAL2（Pin18）：片内振荡电路的输出端c）控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9):复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30):地址锁存允许信号PSEN(Pin29):外部存储器读选信号EA/VPP(Pin31):程序存储器的内

29、外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。d）可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。P0口（Pin39-Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0-P0.7P1口（Pin1-Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0-P1.7P2口（Pin21-Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0-P2.7P3口（Pin10-Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0-P3.72.4 数据通信模块2.4.1 GSM模块MZ2811

30、GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统的终端设备。它是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备。它的出现给GSM的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及其应用的大门。本温度监测仪使用中兴通讯推出的GSM无线双频调制解调器MZ28，它主要为语音传输、短消息发送和数据业务提供无线接口。MZ28集成了完整的GSM电路和接口。图2-7为MZ28的功能框图，主要的组成部分有:GSM基带处理器(包括模拟基带和数字基带)、GSM射频电路、存储器、SIM卡、电源和功率控制电路、系统连接器。通过SMB插座可外接天线，通过系统连

31、接器可连接外部电源、外接SIM卡、串行接口、音频接口。在图2-7中，虚线内部为MZ28主板的各个组成单元，虚线之外为外部接口。MZ28主板完成了GSM的所有功能，此外主板还有两个外部接口:20引脚的系统连接器和SMB插座。系统连接器是MZ28与应用系统的连接接口，主要提供外部电源、RS-232串口、外接SIM和音频接口。MZ28系统连接器采用20脚的扁平插座，通过扁平电缆接至系统开发板或用户的应用系统中。MZ28可以作为无线引擎，嵌入到用户自己的产品当中，用户可以用单片机或其他CPU的UART口，使用相应的AT命令，对模块进行控制，达到使其产品可以轻松进入GSM网络的目的。2.4.2 GSM模

32、块接口电路MZ28使用外部直流电源供电，供电电压范围为:3.6V-4.2V。为保证模块正常工作，直流电源应有2A的峰值电流输出能力。要特别注意当直流电压低于3.2V时会使模块自动关机。用户在使用模块时应在靠近模块电源的输入端加一大的滤波电容，推荐1000uF以上，以保证模块的供电电压有较小的纹波。当用户在使用模块的过程中，出现下列现象:呼叫不成功，呼叫时自动关机，不能读取SIM卡中的内容，无法收到呼叫信号时，通常是由于供电电压和供电电流偏小造成的，这是可适当提高供电电压和允许输出的最大电流，使其达到模块正常工作所需要的额定值，以避免出现上述现象。MZ28模块通过一个20脚的连接器提供同外部相连

33、的接口，使用此接口可以同PC机进行RS-232通讯，完成程序下载和数据业务等功能，并且完成对MZ28的供电。下表中定义了接口引线的物理意义。表2-2 系统连接器引脚分配表序号名 称输入/输出描 述1VBAT输入电源2VBAT输入电源3VBAT输入电源4RESET输入复位信号5LED2输出服务指示灯驱动6RING_EXT输出振铃信号7RTS_EXT输出请求发送8RXD_EXT输入串行数据接收端9TXD_EXT输出串行数据发送端10AGND地模拟地11CTS_EXT输入清除发送12VR2B_EXT输出数字电源VR2B，2.8V13AUXI_EXT输入音频辅助通道输入14AUXOP_EXT输出音频辅

34、助通道输出，负载阻抗要求为3215SIMCLK_EXT输出SIM卡接口时钟16SIMRST_EXT输出SIM卡接口复位17SIMI/O_EXT输入/输出SIM卡接口数据18GND地19GND地20GND地下面对各管脚的定义加以说明：（1）第1，2，3和18，19，20引脚分别为电源+和地，电源+为MZ28模块提供3.6V4.2V的直流电平，且应有2A的峰值电流输出能力。（2）第7，8，9，11引脚提供与外部串口的接口，工作电平为TTL电平，高电平2.8V。如外接控制器为单片机，则该接口可直接与单片机对应的管脚相连。如与PC机的串口相连则可使用电缆附件，经过电平转换后与PC机相连。（3）第10，

35、13，14引脚提供外部音频接口，如使用数据板附件则可直接使用其提供的耳机插座，插入手机专用耳机后可实现语音通话功能。（4）第15，16，17引脚提供外置SIM卡接口，用户如在使用内部SIM卡接口时感觉不方便，则可使用该接口，把SIM卡座放在模块外的合适位置。（5）第12引脚VR2B_EXT输出2.8V电压。（6）第4引脚RESET用于给模块复位。具体过程为：首先给模块的电源端加上额定的直流电压，然后用户的外部电路给RESET引脚一个3V高电平信号，该信号必须维持1秒以上，MZ28模块开机。开机后，RESET引脚应维持高电平。如果希望在开机后进行复位，应该先给RESET引脚一个1秒钟以上的低电平

36、信号，然后再给一个3V高电平信号，该信号必须维持1秒以上。也可以将RESET引脚和VBAT引脚连接在一起，实现上电复位。图2-9是MZ28的开机时序图。（7）第5引脚为模块工作状态指示灯的控制信号。（8）第6引脚为来电或短信息到达时的硬件指示信号。当有来电时，该引脚输出如下波形：低电平持续1秒，高电平持续4秒。当有短消息到达时，输出如下波形：仅低电平持续1秒。图2-10是来电或短信息到达时的硬件指示波形图。2.5 人机对话模块人机对话模块是单片机应用系统中人机之间信息交流的主要通道，是为用户对应用系统进行有效干预（如启动、参数设置等）及了解应用系统运行状态所设置的功能模块之一。本课题研制的温度

37、监测仪利用键盘输入数据或命令，实现某种测量功能，同时，还通过液晶显示将仪器测量的温度数据及时显示出来，以方便数据的分析、比较，且使仪器的操作更加方便直观。2.5.1 键盘接口电路键盘是计算机不可缺少的输入设备，是一组按钮式开关的集合，是实现人机对话的纽带。在智能仪器中，常采用软件来识别按键，所以在键盘的设计中应同时从硬件和软件两方面加以考虑。本温度监测仪的键数较少，采用独立连接式键盘组织，每个键相互独立，各自接通一条输入数据线，如图2-11所示为键盘接口电路，在该电路中，按键输入采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。键盘接口电路是通过STC89C52芯片不断检测中

38、断口是否有脉冲沿进入来确定是否有键按下，以及按了哪个键的。当任意一个键被按下时，与STC89C52芯片中断引脚连接的线路将从高电平下拉为低电平，从而形成一个下降沿脉冲，STC89C52芯片就是根据这个脉冲来判断是否有键按下，并根据低电平管脚来判断究竟是按了哪个键的。图2-11 键盘接口电路键盘实质上是一组按键开关的集合，都利用了机械触电的闭合、断开作用。一个电压信号通过机械触点的闭合、断开过程如图2-12所示。按键在闭合及断开均伴随有一连串的抖动，抖动的时间长短由按键的机械特性决定，一般为5-10ms12。按键稳定闭合期的长短，则由操作人员的按键动作所决定，一般为十分之几秒到几秒。键的闭合与否

39、，反应在电压上就是呈现高电平还是低电平，如果高电平表示按键断开，那低电平则表示闭合，通过电平高低状态的检测，可以确认按键按下与否。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次，必须消除抖动的影响。图2-12 按键抖动波形示意图通常有硬件、软件两种消除抖动的方法。硬件消除抖动法需要增加电子元件，电路复杂，特别是按键较多时，实现起来有困难。而用软件消除抖动法，不需要增加电子元件，只要编写一段延时程序，就可以达到消除抖动的目的，在软件消除抖动的方法中，若CPU检测到有键按下时，先执行一段延时程序后再检测此按键，若仍为按下状态，则CPU认为该键确实按下。同样当键从按下到再次松开时，若CPU检测到有键松开，并

40、在延时一段时间后仍检测到键在松开状态，则认为键确实松开，这样就消除了抖动的影响，实现了软件消除抖动的目的。图2-13所示为软件消除抖动判别程序的流程图。13调用延时子程序开始读键盘状态有键按下否？确定键是否按下调用延时程序键按下有效否？NNYN结束按键事件处理一次按键完成N键值处理键释放否？确定键是否释放键释放有效否？YYY图2-13 软件消除抖动流程图2.5.2 显示接口电路在单片机系统中，最常用的显示器有：发光二极管，简称LED（Light Emitting Diode）；液晶显示器，简称LCD;荧光管显示器，简称VFD（Vacuum Fluorescents Display）。本系统采用

41、通用LCD1602液晶显示模块。液晶是一种介于液体与固体之间的热力学中间稳定相。它的特点是能够在一定的温度范围内既保持有液体的流动性和连续性，又具有晶体的各向异性。它的分子呈长棒形，长与宽之比比较大，分子不能弯曲，是一个刚性体，中心一般具有一个桥链，分子两头都具有极性。正是由于这个特点，在采用直流电压驱动LCD时，会使液晶体产生电解和电极老化，大大降低LCD的使用寿命，所以现用的驱动方式多属交流电压驱动。此外液晶本身不能主动发光，它是通过环境光来显示信息的，这也是LCD功耗低的原因。工业字符型液晶，1602是指显示的内容为16*2，能同时显示两行，每行16个字符。通用LCD1602液晶显示模块

42、的基本特征14：（1）显示特性a) 单5V电源电压，低功耗、长寿命、高可靠性b) 内置192种字符（160个57点阵字符和32个510点阵字符）c) 具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义八个58点阵字符或四个511点阵字符d) 显示方式：STN、半透、正显e) 驱动方式：1/16DUTY,1/5BIASf) 视角方向：6点g) 背光方式：底部LEDh) 通讯方式：4位或8位并口可选i) 标准的接口特性，适配MC51和M6800系列MPU的操作时序。（2）表2-2 引脚介绍管脚号符号功能1Vss电源地（GND）2Vdd电源电压（+5V）3V0LCD驱动电压（可调）4RS寄存器选择输入端，输

43、入MPU选择模块内部寄存器类型信号；RS=0，当MPU进行写模块操作，指向指令寄存器；当MPU进行读模块操作，指向地址计数器；RS=1，无论MPU读操作还是写操作，均指向数据寄存器5R/W读写控制输入端，输入MPU选择读写模块操作信号；R/W=0 读操作；R/W=1写操作6E使能信号输入端，输入MPU读/写模块操作使能信号；读操作时，高电平有效；写操作时，下降沿有效7DB0数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传输通道8DB1数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传输通道9DB2数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传输通道10DB3数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传输通道11D

44、B4数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传输通道12DB5数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传输通道13DB6数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传输通道14DB7数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传输通道15A背光的正端+5V16K背光的负端0V图2-14 LCD1602芯片管脚图（3）与STC89C52的接线图2-15图2-15 LCD1602与STC89C52的接线图2.6 其他重要电路的设计最小系统是指能进行正常工作的最简单电路。STC89C52最小应用系统包括五个电路部分：电源电路、时钟电路、复位电路、片内外程序存储器选择电路、输入/输出接口电路。其中电源电路、时

45、钟电路、复位电路是保证单片机系统能够正常工作的最基本的三部分电路，缺一不可。2.6.1 电源电路STC89C52芯片引脚Vcc一般接上直流稳压电源+5V，引脚GND接电源+5V的负极，电源电压范围在4-5.5之间，可保证单片机系统能正常工作。为提高电路的抗干扰性能，通常在引脚Vcc与GND之间接上一个10uF的电解电容和一个0.1uF陶片电容，这样可抑制杂波串扰，从而有效确保电路稳定性。除此之外LCD1602液晶显示模块工作电压也为+5V；数字式温度传感器DS18B20适应电压范围宽，电压范围可为3.05.5V；GSM通信模块MZ28对电源的要求较高，需要3.64.2V的直流电源供电，且直流电

46、源应有2A的峰值电流输出能力。系统可采用武汉力源有限公司提供的小型开关稳压电源模块PS0300AC进行交流电压到直流电压的转换。PS0300AC的输入为220V交流电，输出为+12V直流电压，再利用DC-DC转换器12S5-200生成+5V直流电压，以便产生+4V电压，其电路如图2-16所示。+4V电压由图2-17所示电路提供，利用二极管硅管和锗管正向导通后两端电压分别保持在0.7V和0.3V，从而得到+4V电压。2.6.2 时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图2-18（a）所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部震荡电路就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.2-12MHz之间选择，单片机工作频率取决于晶振XT的频率，通常选用11.0592MHz晶振。图中电容起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值在5-30pF之间选择。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定