基于51单片机的蓝牙控制.docx
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基于51单片机的蓝牙控制
摘要
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：
AT89C51；HC-08蓝牙；DS18B20；LCD显示屏；
一、概述
1.1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ProtelDXP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
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。
二、总体设计方案与说明
2.1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。
图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
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。
2.3AT89C51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，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。
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“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，TI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
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
2.3.4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。
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（装入的是停止位），且中断标志RI置“1”。
若不同时满足这两个条件，收到的数据不能装入SBUF，这意味着该帧数据将丢失。
方式2
串口工作于方式2和方式3时，为9位异步通信接口。
每帧数据均为11位，1位起始位0，8位数据位（先低位），1位可程控为1或0的第9位数据及1位停止位。
1．方式2发送
发送前，先由通信协议由软件设置TB8（如奇偶校验位或多机通信的地址/数据的标志位），然后将要发送的数据写入SBUF，即可启动发送过程。
串行口能自动把TB8取出，并装入到第9位数据位的位置，再逐一发送出去。
发送完毕，则使TI位置“1”。
2．方式2接收
当SCON寄存器SM0、SM1=10，且REN=1时，允许串行口以方式2接收数据。
接收时，数据由RXD端输入，接收11位信息。
当位检测逻辑采样到RXD引脚从1到0的负跳变，并判断起始位有效后，便开始接收一帧信息。
在接收完第9位数据后，需满足以下两个条件，才将接收到的数据送入接收缓冲器SBUF。
（1）RI=0，意味着接收缓冲器为空。
（2）SM2=0或接收到的第9位数据位RB8=1。
当满足上述两个条件时，接收到的数据送入SBUF（接收缓冲器），第9位数据送入RB8，且RI置“1”。
若不满足这两个条件，接收的信息将被丢弃。
方式3
当SM0、SM1两位为11时，串行口被定义工作在方式3。
方式3为波特率可变的9位异步通信方式，除了波特率外，方式3和方式2相同。
三、系统硬件部分设计
3.1ProtelDXP电路原理图
见附录一
3.2LCD显示电路
图3-1LCD显示电路
3.2.1LCD1602引脚
LCD1602工作电压4.5~5.5V，典型5V，工作电流2mA。
标准的14引脚（无背光）或16个引脚（有背光）的外形及引脚如图3-2所示。
图
3-2LCD1602引脚功能图
3.2.2．LCD1602字符的显示及命令
（1）显示字符
首先要解决待显示字符的ASCII码产生。
用户只需在C51程序中写入欲显示的字符常量或字符串常量，C51程序在编译后会自动生成其标准的ASCII码，然后将生成的ASCII码送入LCD，内部控制电路就会自动将该ASCII码对应的字符在LCD1602显示出来。
让液晶显示器显示字符，首先对其进行初始化设置，还必须对有、无光标、光标移动方向、光标是否闪烁及字符移动方向等进行工作方式设置，才能获得所需显示效果。
（2）命令
通过控制引脚进行命令控制，四种状态，每种状态都是在E的脉冲下按完成。
如表3-1所示
RS
R/
操作
0
0
写命令（初始化、光标位置设置等）
1
0
写数据
0
1
读状态（液晶忙状态）
1
1
读数据（把显示的数据反读出来）
表3-1LCD1602状态
3.3HC-08蓝牙模块电路
图3-3HC-08蓝牙模块电路
3.3.1模块简介
HC-08蓝牙串口通信模块是新一代的基于BluetoothSpecificationV4.0BLE蓝牙协议的数传模块。
无线工作频段为2.4GHzISM，调制方式是GFSK。
模块最大发射功率为4dBm，接收灵敏度-93dBm，空旷环境下和iphone4s可以实现80米超远距离通信。
模块采用TI的CC2540芯片，配置256KByte空间，支持AT指令，用户可根据需要更改角色（主、从模式）以及串口波特率、设备名称等参数，使用灵活。
3.3.2HC-08蓝牙引脚定义
通常情况下，只需要用到1脚、2脚、12脚、13脚，引脚定义如表3-2。
引脚
定义
I/O方向
说明
1
TXD
输出
URAT输出口，3.3VTTL电平
2
RXD
输入
URAT输入口，3.3VTTL电平
12
VCC
电源脚
电源脚，要求直流3.3V电源，供电电流不小于100mA
13
GND
模块公共地
表3-2HC-08引脚定义
3.4温度检测电路
图3-4温度检测电路
3.4.1DS18B20模块简介
DS18B20是美国DALLAS公司推出的数字温度传感器，将温度传感器、数字转换电路集成到了一起。
直接将温度转化成数字信号传送给单片机处理，因而可省去传统的信号放大、A/D转换等外围电路。
3.4.2引脚功能
引脚功能定义如下：
DQ：
数据输入输出，可直接与单片机的I/O口相连。
VDD：
+5V电源电压。
GND：
电源地。
3.4.3编程方式
DS18B20内部有9个字节的暂存器。
第2、3、4个字节数据为存放于EEPROM数据的镜像。
开始两个暂存器存放当前测到的温度值，以16位补码形式表示12位温度读数。
16位温度转换值的存放格式，高5位是温度值的符号扩展，中间7位是温度值的整数部分，最低4位为小数部分。
如果测得的温度大于0，高5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625（1/16）即可得到实际温度；如果温度小于0，高5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。
温度与转换后的数字量的对应关系见下表所示。
度/℃
16位二进制编码
十六进制表示
＋125
0000011111010000
07D0H
＋85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010001
0191H
+10.125
0000000010100010
00A2H
+0.5
0000000000001000
0008H
0
0000000000000000
0000H
-0.5
1111111111111000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
表3-3温度与转换后的数字量的对应关系
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）
图3-5加热电路图
当单片机接收到命令0时，继电器吸合，加热电路开始工作；当单片机接收命令1时，继电器断开，加热电路停止工作
四、系统软件部分设计
4.1系统软件流程图
主函数设置定时器为方式2，然后运行头lcd1602文件中的LCD初始化函数，串口初始化函数，以及ds18b20头文件中的读取温度函数，再通过数组显示温度，见图4-1。
定时器中断函数采用if选择结构，当sbuf接收到ASCII码0x30，则点亮LED，0x31熄灭LED，0x32就把温度以数组的依次送回手机界面。
见图4-2
图4-1主函数流程图图4-2定时器中断函数流程图
4.2程序清单
见附录二
五、系统仿真及实物制作
5-4Proteus仿真原理图
见附录三
附录一ProtelDXP原理
附录二程序清单
#include
#include"LCD1602.h"
#include"ds1820.h"
#definePINLV11059200UL//使用11.0592M晶体
#defineBAUD_96009600UL//波特率定义为9600
sbitLED=P1^4;
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharfh,bw,sw;
inti;
uintty1,temp,tempx,tempi;
uchardisplaytemp[16]="temp";//第一行
voidUART_INIT（void）;//函数声明
voiddelays（unsignedintus）
{
while（us--）;
}
/***************************************************
*串口初始化子函数
*T1工作在方式2，波特率9600，开串口中断
****************************************************/
voidUART_INIT（void）
{
TMOD=0x20;//定时器1工作在模式2，自动重装模式
SCON=0x50;//串口工作在模式1
TH1=256-PINLV/（BAUD_9600*12*16）;//计算定时器重装值
TL1=256-PINLV/（BAUD_9600*12*16）;
PCON|=0x80;//串口波特率加倍
ES=1;//串行中断允许
TR1=1;//启动定时器1
EA=1;//允许中断
}
voidDISPLAY（）
{
displaytemp[4]=':
';
displaytemp[5]=fh;
bw=tempi/100;
if（bw==0）
{displaytemp[6]='';}
else
{displaytemp[6]=bw+0x30;}
sw=（tempi%100）/10;
if（sw==0）
{displaytemp[7]='';}
else
{displaytemp[7]=sw+0x30;}
displaytemp[8]=（tempi%100）%10+0x30;
displaytemp[9]='.';
displaytemp[10]=tempx/10+0x30;
displaytemp[11]=0xdf;
displaytemp[12]=0x43;
LCD_Write_String（0,1,displaytemp）;//显示第二行
}
//主程序
voidmain（）
{P1=0x00;
LCD_initial（）;
UART_INIT（）;//串口初始化
while
（1）
{
temp=retemp（）;
ty1=temp;
if（ty1>0xf000）
{
fh='-';
temp=~temp;
temp+=1;
}
else
{
fh='+';
}
tempi=temp>>4;
tempx=（temp&0x000f）*6.25;
DISPLAY（）;
delays（10）;//显示//原地踏步
}
}
/***************************************************
*中断服务子函数
*清除RI，同时判断接到的数据
****************************************************/
voiduart（void）interrupt4
{
unsignedcharn;//接收数据寄存器
if（RI）//是否收到数据
{
RI=0;//清中断请求
n=SBUF;//读入缓冲区的值
/*switch（n）
{
case0X30:
LED=1;break;
case0X31:
LED=0;break;
case0X32:
for（i=0;i<11;i++）
{n=displaytemp[i];
while（TI==0）;
TI=0;
delays（100000）;}break;
}*/
if（n==0x30）
LED=1;
if（n==0x31）
LED=0;
if（SBUF==0x32）
{
for（i=0;i<11;i++）
{
SBUF=displaytemp[i];
while（TI==0）;
TI=0;
delays（100000）;
}
}
}
}
附录三Proteus仿真原理图
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