【正文】 源 +5V 3 VEE — 液晶驅(qū)動(dòng)電源 4 RS 輸入 寄存器選擇 5 R/W 輸入 讀、寫操作 6 E 輸入 使能信號(hào) 7 DB0 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ LSB） 8 DB1 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 9 DB2 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 10 DB3 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 11 DB4 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 12 DB5 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 13 DB6 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 14 DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ MSB） 15 LEDA 輸入 背光 +5V 16 LEDK 輸入 背光地 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)存儲(chǔ)了 160 個(gè)點(diǎn)陣字符圖形，這些字符 有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。高電平表示有效，低電平則無效 。 B：控制光標(biāo)是否閃 爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 。 DL：高電平時(shí)為 4 位總線，低電平時(shí)為 8 位總線 。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置 。 指令 11： 讀數(shù)據(jù)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 表 23 1602 液晶模塊 內(nèi)部顯示地址圖 比如第二行第一個(gè)字符的地址是 40H，那么是否直接寫入 40H 就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位 D7 恒定為高電平 1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是 01000000B（ 40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 （ 2）測(cè)溫范圍是 — 55～ +125℃。出廠前就作為 DS18B20 唯一的產(chǎn)品序號(hào)，存入其 ROM 中，在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多片 DS18B20。 （ 6）內(nèi)含寄生電源。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 2 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 圖 26 DS18B20 的引腳排列圖 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述如 表 24 所示。開漏單總線接口引腳。 64位R OM和單總線端口 存儲(chǔ)器和控制邏輯 存 儲(chǔ) 器 溫度傳感器 上觸發(fā) TH 下觸發(fā) LH 高速暫存器 8位 CRC產(chǎn)生器 DQ 內(nèi)部 Vdd Vdd 電源檢測(cè) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 DS18B20 內(nèi)部的 64bit 閃速 ROM 結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。計(jì)數(shù)器設(shè)置為 55℃時(shí)的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá) 0 之前，門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當(dāng) 前溫度高于 55℃。 MSB LSB 1 1 1 0 0 1 1 1 0 圖 29 溫度表示值 9bit 結(jié)構(gòu)圖 對(duì) DS1820 的使用，多采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。 ?MATCHROM 命令代碼［ 55H］：多個(gè) DS1820 在線時(shí)，可用此命令匹配一個(gè)給定序列號(hào)的 DS1820，此后的命令就針對(duì)該 DS1820。 （ 2）存儲(chǔ)器操作命令代碼及其含義 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 ?WRITESCRATCHPAD 命令代碼［ 4EH］：寫兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到溫度寄存器。 ?RECALL EE 命令代碼［ B8H］：將 EERAM 中的數(shù)值拷貝到溫度寄存器中。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。其讀時(shí)序圖如211 所示。 圖 211 DS18B20 的讀時(shí)序圖 圖 212 DS18B20 的寫時(shí)序圖 固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為 Solid State Relay，簡稱 SSR。 固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無觸點(diǎn)電子開關(guān)，在開關(guān)過程中無機(jī)械接觸部件 ， 因此固態(tài)繼電器除 具有與 電磁繼電器 一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機(jī)械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止 臭氧 污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小， 電磁兼容性 好，噪聲低和工作頻率高等特點(diǎn)。 固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路，隔離（耦合）和輸出電路。 本章小結(jié) 本章主要分析了部分芯片的選型并確定了系統(tǒng)的方案。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。F， R1 取 左右， R2 取 10K。 AT89S52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為 XTAL1 和 XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器 [18]。 溫度采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 在設(shè)計(jì)此類系統(tǒng)時(shí)，傳統(tǒng)的方法是通過熱敏電阻或模擬 集成溫度傳感器采集溫度的模擬量，再用 A/D 器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送給單片機(jī)，這些方案的主要缺點(diǎn)是精度差，（例如典型的模擬集成溫度傳感器 AD590 的精度僅為 ℃）并且因?yàn)椴捎昧?A/D 轉(zhuǎn)換器使電路過于復(fù)雜。其工作在在 12 位模式下時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度分辨力高達(dá) ℃。在單線總線上必須接上拉電阻，其電阻值約為 5KΩ（標(biāo)稱值可取 KΩ或 KΩ）。單線總線加低電平的轉(zhuǎn)換時(shí)間超過 480181。 DDC 控制 是 是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制最普遍的一種方式。 T/ ℃ t/s 圖 34 DDC 控制下的現(xiàn)場(chǎng)溫度曲線 升溫控制系統(tǒng)使用固態(tài)繼電器來進(jìn)行控制。輸出接交流 220V 電源，加熱 4000W 的電熱絲。如圖 35所示。 LCD 的應(yīng)用使操作者能夠用容易理解的方式顯示控制系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)和操作者關(guān)心的信息，例如當(dāng)前時(shí)間、當(dāng)前溫度、上限溫度、下限溫度。同時(shí)，還考慮了用戶操作界面有較好的容錯(cuò)能力，提高了系統(tǒng)的整體綜合能力 [23]。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 圖 36 鍵盤輸入模塊電路圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 圖 37 鍵盤顯示系統(tǒng)電路圖 報(bào)警系 統(tǒng) 報(bào)警系統(tǒng)由聲報(bào)警和光報(bào)警組成。 用單片機(jī)控制 產(chǎn)生一定頻率的方波就可以實(shí)現(xiàn)聲報(bào)警模塊的發(fā)聲。在恒溫工作模式下，保持恒久熄滅狀態(tài)。 由于沒有直接的 +5V 電壓，而直流電源的輸入電壓為 220V 的電網(wǎng)電壓，在正常情況下，這一電網(wǎng)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本設(shè)計(jì)所需的電壓值，因而需要先使用變壓器，將 220V的電網(wǎng)電壓降低后，再進(jìn)行下一階段的處理。這一波動(dòng)的直流經(jīng) C1 C12 濾波后，得到一較平穩(wěn)的直流，再經(jīng) 三端穩(wěn)壓器 LM7805穩(wěn)壓為 +5V， C10 再次濾波后，得到穩(wěn)定的 +5V 直流電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓 ，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性， 如 圖 310所示。 本章完成了所有硬件的設(shè)計(jì)，為以后的硬件和軟件的聯(lián)合仿真作準(zhǔn)備。 讀取并顯示溫度值 判斷溫度是否過限 設(shè)定溫度上下限 發(fā)光二極管亮并報(bào)警 啟動(dòng)控制設(shè)備 開始 顯示溫度 系統(tǒng)初始化 Y N 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 表 41 本設(shè)計(jì)各項(xiàng)功能函數(shù)表 功能 函數(shù) 主函數(shù) void main(void) 聲音警報(bào)、提示音 void sound(short) LED 燈報(bào)警 void led(void) 用戶數(shù)據(jù)輸入 void in8051(short *p) 延時(shí) void delay(int) 液晶 顯示 void display(short,short) 采樣轉(zhuǎn)換溫度 Short ds18b20(void) 設(shè)定系統(tǒng)工作模式，系統(tǒng)初始化 short getmode(void) A 模式下的溫度控制 void control(short,short) 系統(tǒng)初始化函數(shù) 系統(tǒng)初始化函數(shù)主要完成系統(tǒng)的初始化和設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。用戶可通過第一個(gè)鍵選擇設(shè)定時(shí)間，然后配合使用第三個(gè)鍵（加 1）和第四個(gè)鍵（減 1）對(duì)進(jìn)行時(shí)間設(shè)定；也可通過第二個(gè)鍵選擇設(shè)定上、下限溫度，然后 配合第三個(gè)鍵（加 1）和第四個(gè)鍵（減 1）對(duì)上、下限溫度進(jìn)行設(shè)定。 控制函數(shù)是決定系統(tǒng)將要進(jìn)行什 么工作的。 讀溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的。在系統(tǒng)的有控溫范圍的模式下專有一個(gè)控制函數(shù)，名為 void control(short i,short j)。 系統(tǒng)初始化程序的流程圖如下圖 42所示。表示系統(tǒng)已經(jīng)正常啟動(dòng)，可以工作。其總體流程圖如 圖 41 所示。這樣根據(jù)各個(gè)模塊所要完成的功能分別去設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)工作更加細(xì)化，更加系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)運(yùn)用橋式整流電路， 就是將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為所需直流電壓 ，為各部分電路提供恒定的 +5V 直流。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 圖 39 光報(bào)警電路圖 系統(tǒng)電源模塊 電源的濾波、保護(hù)電路對(duì)電源有重要的意義，系統(tǒng)能否安全使用，很大程度上取決于電源的穩(wěn)定和保護(hù)。 圖 38 聲報(bào)警電路圖 光報(bào) 警 由 1 個(gè)紅色發(fā)光二極管和 1 個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管組成，一共需要 2 根數(shù)據(jù)線，使用單片機(jī)直接控制。蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛運(yùn)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報(bào)警、音樂等許多運(yùn)用場(chǎng)合。 本設(shè)計(jì)由 89S52 芯片控制的 4 鍵鍵盤和液晶顯示器組成，以實(shí)現(xiàn)用戶的 輸入與數(shù)據(jù)輸出。表示系統(tǒng)已經(jīng)正常啟動(dòng)，可以工作。 為 “1”時(shí)，輸出 5V； 為 “0”時(shí)，輸出 0V。 系統(tǒng)可通過鍵盤對(duì)溫 度 進(jìn)行預(yù)設(shè)，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前溫度河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 和預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行 比較 ，控制 固態(tài)繼電器 的導(dǎo)通和關(guān)斷來調(diào)節(jié)電熱絲的加熱功率，從而使溫 度 迅速達(dá)到預(yù)設(shè)值并保持恒定不變 。本設(shè)計(jì)采用直流 +5V 輸入方式。 當(dāng) 現(xiàn)場(chǎng) 溫 度在 用戶 設(shè)定 的上、下限 溫度范圍內(nèi) 時(shí) ，加熱器的 工作 隨著溫度 接近臨界值 而 相應(yīng)調(diào)整 的一種控制方式，通常所說的 DDC 段一般定為 177。在主 CPU 發(fā)出復(fù)位脈沖后，從屬器件就發(fā)出應(yīng)答脈沖（ PRESENCE PULSE），來通知主 CPU 它已經(jīng)作好了接收數(shù)據(jù)和命令的準(zhǔn)備工作。 單線總線雜空閑狀 態(tài)下呈高電平。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 根據(jù)定義，單線總線只有一根線，這意味著總線上每個(gè)器件只能分時(shí)驅(qū)動(dòng)單線總線，并要求每個(gè)器件必須有漏極開路輸出或三態(tài)輸出的特性。系統(tǒng)電路圖如圖 32 所示 。晶振頻率為在 12MHZ，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)器速度要求就高。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。 AT89S52 的復(fù)位輸入引腳 RST 為單片機(jī)提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行，在 AT89S52 的時(shí)鐘電路工作后，只要 RST 引腳上出現(xiàn)超過兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，即可產(chǎn)生復(fù)位的操作，只要 RST 保持高電平，則 AT89S52 循環(huán)復(fù)位，只有當(dāng) RST 由高電平變成低電平以后， AT89S52 才從 0000H 地址開始執(zhí)行 程序，本系統(tǒng)采用上電加按鍵復(fù)位 方式的復(fù)位電路。 通過本章的說明和分析易知：溫度采集模塊采用 DS18B20； 顯示模塊采用 LCD1602；單片機(jī)選用 AT89S52 芯片；按鍵模塊采用獨(dú)立按鍵； 采用固態(tài)繼電器控制加熱設(shè)備的方式。 隔離： 固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種：光電耦合通常使用光電二極管 —光電三極管 ，光電二極管 —雙向光控可控硅，光伏電池，實(shí)現(xiàn)控制側(cè)與負(fù)載側(cè)隔離控制；高頻變壓器耦合是利用輸入的控制信號(hào)產(chǎn)生的自激 高頻信號(hào) 經(jīng)耦合到次級(jí)，經(jīng)檢波整流，邏輯電路處理形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。固態(tài)繼電器目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外圍接口設(shè)備、恒溫系統(tǒng)、調(diào)溫、電爐加溫控制、 電機(jī)控制 、數(shù)控機(jī)械 、 遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化裝置 中。 用隔離器件實(shí)現(xiàn)了河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 控制端與負(fù)載端的隔離。對(duì)于 DS18B20 寫0時(shí)序和寫 1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫 0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的 “0”電平，當(dāng)要寫 1 時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線 [17]。對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶幽侠砉ご髮W(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 單總線上。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。 DS18B20 的使用方法： 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire