沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）
方案二：LED（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的LED，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。在现实数据比较少的电路中使用LED显示方便，因为程序编写以及外围电路设计均十分简单，但是当遇到要显示大量数据时，LED就显得不那么实用了，这样的特点限制了其扩展能力。
数码管是现在电子设计中使用相当普遍的一种显示设备，每个数码管由7个发光二极管按照一定的排列结构组成，根据七个发光二极管的正负极连接不同，又分为共阴极数码管和共阳极数码管两种，选择的数码管不同，程序设计上也有一定的差别。数码管显示的数据内容比较直观，通常显示从0到F中的任意一个数字，一个数码管可以显示一位，多个数码管就可以显示多位，在显示位数比较少的电路中，程序编写，外围电路设计都十分简单。但是电路一旦被确定，相应的显示能力基本上也随之确定，倘若要显示多为数据时就不得不更改硬件电路，这样给设计带来很多麻烦，不利于扩展[4]。
鉴于本设计需要显示温度值和压力值，和对元件的了解程度，我们选用LED来显示。由于需要即时显示，我们采用动态扫描的方式，同时又减少了使用I/O端口，这样一来既降低了成本也获得了良好的设计效果。 2.2.4通信接口的选择
C8051F单片机具有并行和串行两种基本通信方式，并行通信时指数据的各位同时进行传送，其优点是传送速度快，缺点是数据有多少位就得用多少根传送线[5]。串行通信是指数据一位一位按顺序传送，只需要一对传送线，大大降低了传送的成本，特别适用于远距离通信。本次设计的系统按照设计要求，应选择串行通信方式。
串行通信的传送方向通常有3种，一种为单工配置，只允许数据向一个方向进行传送；另一种是半双工配置，允许数据向两个方向中的任何一个方向传送，但一次只能有一个发送，一个接收；第三种传送方式是全双工配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单工配置，他要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送接收能力。
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串行通信分为异步通信和同步通信，异步串行通信用起始位0表示字符的开始，然后从低位到高位逐位传送数据，最后用停止位1表示字符的结束。同步串行通信每一块开头要发送一个或两个同步字符，使发送与接收双方取得同步，数据块的各个字符间取消了起始位和停止位，通信速度得以提高。
C8051F020包含两组异步串行通信接口TX0,RX0和TX1，RX1。用TX0,RX0可以实现RS-232通信；用TX1，RX1可以实现RS-485通信。RS-232为全双工方式通信，通信距离为15m，RS-485为半双工方式通信，通信距离为1200m[6]。
本次设计的车辆散热系统参数检测仪结合单片机和使用方便的特点，选择RS-485异步串行通信。
2.3总体设计思想
综合上述方案的对比论证，本设计选用的主要器件有：C8051F020单片机，温度传感器DS18B20，压阻式压力传感器，数码显示LED，异步串行通信接口MAX485等。系统的整体框图如图2-1。 LED显示模块 温度参数采集模块 键盘显示模块 C8051F0 20 单片机 图2-1 硬件系统设计总体框图
蜂鸣器报警装置 RS-485串行接口 压力参数采集模块 数据存储模块
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2.4 本章小结
本章主要介绍车辆散热系统参数监测仪中的主要元器件的选择，如压力传感器、温度传感器、通信接口及输出显示设备等。经过对比论证，考虑各器件的性价比，以及现有的元器件，从而选择适合本设计的各种器件以完成所要到达的设计目的。
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第三章 车辆散热系统参数检测仪的硬件电路设计
通过对上一章提出几种方案进行详细的对比和论证，提出系统的总体设计方案框图。最终系统由要求的C8051F020单片机作为核心器件，DS18B20作为温度传感器，MPX2100压阻式传感器作为压力传感器，LED显示电路和MAX485串行异步通信接口共同构成。本章将对系统的各部分结构和功能进行分类阐述，主要是单片机控制模块，MPX2100压力传感器模块，DS18B20温度传感器模块，LED显示模块，MAX485串行接口模块这几个部分。
3.1 C8051F020单片机模块介绍
C8051F系列单片机是集成的混合信号片上系统（SOC），具有MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部分之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。C8051F020主要特性如下[7]：
（1）高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）。 （2）全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）。
（3）真正12位、100ksps的8通路ADC,带PGA和模拟多路开关。 （4）真正8位、500ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关。 （5）两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。 （6）64KB可在系统编程的Flash存储器。 （7）4352B的片内RAM。
（8）可寻址64KB地址空间的外部数据存储接口。 （9）硬件实现的SPI、SMBus/IC和两个UART串行接口。 （10）5个通用的16位定时器。
（11）具有5个捕捉、比较模块的可编程计数器/定时器列阵。 （12）片内看门狗定时器、监视器和温度传感器。 3.1.1 C8051F020单片机中断系统
C8051F020单片机中断系统相对于MCS-51的中断系统是一个拓展的中断系统，支持22个中断源，各中断源在片内外与外部输入引脚之间的分配随器件的不同而变化。每个中断源可以在一个SFR中有一个或多个中断标志。当一个外设或外部中断源满足有效的中断条件时，相应的中断标志被置为逻辑1。如果
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中断被允许，在中断标志被置位时将产生中断。而中断源的开放和关闭以及每个中断源是否被允许中断，都受中断允许寄存器IE、EIE1、EIE2的控制。每个中断源优先级的设定，则由中断优先级寄存器IP、EIP1、EIP2控制。寄存器状态可通过程序由软件设定[8]。 3.1.2 C8051F020单片机复位电路
复位电路是为系统恢复至初始状态而设计的：系统上电时提供复位信号，可以使系统初始化，或者在系统运行出现故障或者运行结束时系统也需要提供复位信号使系统回到初始状态。整个复位电路包括片内外两部分，外部复位信号通过引脚rst加到内部复位电路上，复位信号通过片内一个斯密特触发器与片内复位信号相连。
C8051F020单片机一共有七个复位源，分别是：上电/掉电复位，外部/rst引脚复位，外部CNVSTR信号复位，软件命令复位，比较器复位，时钟丢失检测器和看门狗定时器超时复位。同时在复位电路中还添加了上拉去耦电路以防止由于强噪声引起的复位。复位电路如图3-1所示。
图3-1 C8051F020单片机复位电路
3.1.3 C8051F020单片机端口输入/输出
C8051F020单片机是高度集成的混合信号片上系统，有8个8位I/O端口、64个数字I/O引脚。低端口（P0、P1、P2和P3）既可以按位寻址也可以按字节寻址。高端口（P4、P5、P6和P7）只能按字节寻址。所有引脚都耐5V电压，都可以被配置为漏极开路、推挽输出方式和弱上拉。优先权交叉开关译码器，又称为交叉开关，按优先权顺序将端口0~3的引脚分配给器件上的数字外设。
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