【文章內容簡介】 820 掛在同一根 I/O線上并同時想進行溫度轉換時，這個問題變得更加尖銳。 鍵盤與顯示 鍵盤部分 方案一：采用矩陣式鍵盤，其優(yōu)點是可以按鍵多，適合于要求使用多按鍵的場合，如計算器，電子密碼鎖等。缺點是占用較多的 I/O 口，軟件編程復雜，鍵盤掃描時間較長。 方案二：采用獨立式按鍵，其優(yōu)點是響應速度快，接口簡單，易于編程，使用方 便。 本設計需要按鍵不多，故通過上述兩個方案的比較，本設計采用方案二，使用獨立式按鍵。 共設置四個按鍵，第一個按鍵為復位鍵，第二個按鍵為設置鍵，第三個按鍵為加一鍵。第四個按鍵為減一鍵。當 P13 口為低電平時，則鍵 K1 按下，為高電平時，表示無鍵按下。同理，當 P14 口為低電平時，則鍵 K2 按下，為高電平時，表示無鍵按下。當 P15 口為低電平時，則鍵 K3 按下，為高電平時，表示無鍵按下。當 P16 口為低電平時，則鍵 K4 按下，為高電平時，表示無鍵按下。鍵盤連接如圖 26： 學院畢業(yè)論文（設計） 11 圖 26 鍵盤連接 顯示電路 方案一 ： LCD1602 液晶顯示，具有字符發(fā)生器 ROM 可顯示 192 種字符，具有64 個字節(jié)的自定義字符 RAM，但是不能顯示漢字，只能顯示 ASCII 碼且只能顯示顯示兩行。 方案二： 12864 是 128*64 點陣 液晶模塊的點陣數簡稱，其是一種具有內部含國際一級、二級簡體中文字庫的顯示模塊，分辨率為 128*64，內置 8192 個 16*16點漢字和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接 口方式和簡單、方便的操作指令，可顯示 8*4 行 16*16 點陣的漢字，也可顯示圖形。低電壓低功耗是其又一顯著特點。 方案三：數碼管顯示，數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，其驅動方式分別為靜態(tài)驅動和動態(tài)驅動。靜態(tài)驅動編程簡單，顯示亮度高，但占用的 I/O端口多，在實際應用時必須增加譯碼器，是硬件電路更復雜。針對數碼管，其顯示單調且不具備數據的直觀性。 比較上面三種方案，本系統(tǒng)采用 LCD1602 進行顯示。 表 22 LCD1602主要技術參數 顯示容量 16*2個字符 芯片工作電壓 — 工作電 流 () 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 *（ WXH） mm 學院畢業(yè)論文（設計） 12 表 23 LCD160接口信號說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正級 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O 4 RS 數據 /命令選擇端 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀 /寫選擇端 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光級正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光級負極 LCD1602 結構如圖 27 所示，由圖可知， LCD1602 的 8 個輸入端 DB0DB7口與單片機的 8 個 P0 口相連。 P10 口接 R/S（數據 /命令選擇端）， P11 口接 R/W（讀/寫選擇端）， P12 口接 E（使能信號）。 圖 27 LCD1602液晶顯示 溫度檢測電路的設計 由于 DS18B20 只有一個串行接口，與單片機與單片機的連接電路和很簡單，只需與單片機的一個 I/O 端口連接即可。其 連接圖如圖 7所示， DS18B20 的 I/O 屬學院畢業(yè)論文（設計） 13 于漏極開路輸出，外接上拉電阻后常態(tài)下成高電平。該器件內含有寄生電源，其供電方式可以選擇寄生電源方式，也可以選擇外部電源。為方便起見，采用寄生電源供電。且最大特點就是不需要 A/D 轉換電路，使硬件電路變得簡單。溫度檢測電路如下圖 28： 圖 28 溫度檢測電路 報警電路設計 在微型計算機控制系統(tǒng)中，為了安全生產，對于一些重要的參數或系統(tǒng)部位，都設有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，一邊提醒操作人員注意，或采取緊急措施。其方法就是把計算機采集的數據記過計算機進行數據處理、數字 濾波，標度變換以后，與該參數上下限給定值進行比較，如果高于上限值（或低于下限值）則進行報警。否則就作為正常的采樣值進行顯示和控制。 本設計采用蜂鳴報警電路。蜂鳴報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器， 然后通過 STC89C52 的 1 根線經驅動器蜂鳴音發(fā)聲。如圖 29所示，當輸出為“ 0”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得 +5V 電壓而鳴叫；當輸出高電平為“ 1”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。 圖 29 報警電路 學院畢業(yè)論文（設計） 14 單片機與 PC 機的通信接口 利用 STC89C51單片機的標準串行接口，通過簡單的外圍 接口電路，可以方便的實現單片機與 PC機之間的數據通信。在設計硬件接口電路時，應充分考慮到電路的電氣特性、邏輯電平以及驅動能力的匹配問題，若匹配得不好，將會導致通信失敗。 串行通信接口標準 RS232C Pc機上均帶有標準的 RS一 232C接口。 Rs一 232C是由 EIA(美國電子工業(yè)協(xié)會 )于1969年正式公布的、在異步串行通信中應用最為廣泛的標準總線接口，適合于短距離通信或帶調制解調器的通信應用場合。采用 RS一 232C標準進行數據傳輸時，最大傳輸速率為 20k bit／ s，最大距離為 15 m。它們之間 具有相關性，適當降低傳輸速率就可加大傳輸距離，反之，適當減少傳輸距離就可提高傳輸速率。 RS232C與 TTL邏輯電平的轉換 由于 Pc 機串行口使用的是 RS 一 232C 邏輯電平，而 AT89C51 單片機串行口的輸入輸出均為 ITL 電平，因此當 Pc 機與單片機通信時必須進行電平轉換。本文使用雙向電平轉換集成芯片。此方法的優(yōu)點是：只需單一 +5 V 電源供電，可靠性高，無需增加程序設計的復雜性。 如前所述，本文采用 MAX232 作為 PC 機與單片機的串行通信接口芯片。硬件連接時，可從 MAX232 中的 2路發(fā)送器和接收器 中任選一路，只要注意發(fā)送與接收的引 腳對應關系即可。接口電路如圖 210所示。 圖 210 通訊接線圖 學院畢業(yè)論文（設計） 15 電源電路的設計 電源電路的設計： 方案一：采用干電池進行供電，優(yōu)點是無需進行電路設計，適合在沒有電的情況系使用，缺點是本設計需要用到的為 5V電壓，而干電池每節(jié) ，采用 電壓可能會使系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。 方案二：采用 USB 供電，優(yōu)點是電路簡單，使用方便。缺點是供電電壓有時不穩(wěn)定，對系統(tǒng)運行造成影響。 方案三：采用直流 12V電壓 ,經過穩(wěn)壓電路后，得到穩(wěn)定的 +5V電壓。 通過三個方案的比較， 本設計采用方案三。 原理圖如圖 211 所示，由圖可知，通過變壓器和整流橋，然后在經過穩(wěn)壓電路成為輸出為 +5V的直流電。 圖 211 電源系統(tǒng)連接圖 模式選擇電路的設計 本文中采用四個發(fā)光二級管串接四個電阻組成模式選擇電路。來顯示系統(tǒng)工作的狀態(tài)：加熱、保溫、低功率或復位這四個不同的狀態(tài)。電路如圖 212所示。當 P2 P2 P25 或 P26 口為“ 1”時，發(fā)光二級管導通，此時顯示控制器的工作狀態(tài)是加熱、保溫、低功率還是不工作。 學院畢業(yè)論文（設計） 16 圖 212 模式選擇電路 加熱控制電路的設計 本文采用 繼電器控制的小電流電路，用來控制加熱電路，用以改變電路的電流以及功率，從而實現電路的低功率加熱、保溫、速效加熱等。設計電路如圖 213所示。①當 P2 P22 均為“ 0”時，加熱棒 D D9 工作，此時可實現速熱的功能。② P21 為“ 0”， P22 為“ 1”時，加熱棒 D8工作， D9不工作，工作狀態(tài)為一根加熱棒加熱。③ P21為“ 1”， P22 為“ 0”時，加熱棒 D8 工作， D9不工作，工作狀態(tài)為一根加熱棒加熱。④ P2 P22 均為“ 1”時，加熱棒 D8 和 D9均不工作。 圖 213 加熱控制電路 學院畢業(yè)論文（設計） 17 3 系統(tǒng)的軟件設計 基 于單片機的家用電熱水器的設計主要包括主程序、顯示掃描、按鍵掃描子程序、加熱控制子程序和溫度檢測子程序。要想實現預設計的功能軟件的設計至關重要，應認真考慮。 設計思想 根據實際需要，單片機軟程序有若干模塊組成：初始化模塊、 LCD 顯示模塊、時鐘模塊、數據采集模塊、數據處理模塊。其中有些模塊還包括子模塊，使用時，下一級模塊被高一級模塊調用，各部分既相互獨立又相互聯系。 程序設計及流程圖 初始化模塊 程序初始化如圖 31 所示。系統(tǒng)開始運行后進行各子程序的初始化這部分實現的功能包括各種 I/O口輸入輸出狀態(tài)的設定、寄存器的初始化、中斷使能等。 開 始初 始 化開 中 斷顯 示鍵 盤溫 度 采 集加 熱 控 制 31 程序初始化流程圖 學院畢業(yè)論文（設計） 18 溫度采集模塊 DS18B20 是數字型溫度傳感器，單片機可直接采集其數據，經過特定程序的處理即可應用。 溫度采集模塊如圖 32所示。 開 始初 始 化 D S 1 8 B 2 0發(fā) R O M 命 令 （ 為 O C C H ）發(fā) 溫 度 轉 換 指 令 （ 4 4 H ）轉 換 完 成 （ D Q = 1 ）讀 取 轉 換 后 的 低 字 節(jié) 并 保 存讀 取 轉 換 后 的 高 字 節(jié) 并 保 存溫 度 處 理退 出轉 換 完 成 （ D Q = 1 ）YN 圖 32 溫度采集模塊 控制按鍵設計子程序流程圖 學院畢業(yè)論文（設計） 19 按鍵設置一共有四個按鍵，功能分別為：復位鍵、設置鍵、加一鍵、減一按鍵。按鍵處理子程序流程圖如圖 33所所示。 Y開 始按 鍵 掃 描是 否 有 鍵 按 下延 時 1 0 m s 去抖 動調 用 鍵 盤 處理 子 程 序退 出NNY提 取 鍵 值按 鍵 是 否 有 變 化 33 按鍵處理子程序流程圖 加熱控制模塊設計子程序流程圖 本設計利用連個繼電器控制加熱模塊的通斷，加熱控制模塊設計子程序流程圖如圖 34 所示。 學院畢業(yè)論文（設計） 20 保 溫 標 志 位 = 1斷 開 兩 個 加熱 棒斷 開 一 個 加熱 棒閉 合 一 個 加熱 棒閉 合 兩 個 加熱 棒溫 度 設 置 值 下 限溫 度 設 置 值 上 限保 溫 標 志 位= 1開 始結 束溫 度 設 置 值 上 限YNNNNYYY 34 加熱控制模塊設計子程序流程圖 學院畢業(yè)論文（設計） 21 4 調試部分 整個溫度控制系統(tǒng)的設計包括軟件設計。這一章的主要內容是將軟件設計部分通過 proteus軟件進行仿真，將系統(tǒng)的設計功能通過仿真模擬體現出直觀的效果。 proteus 簡介 Proteus 軟件 是英國 Lab center electronics 公司出版的 EDA工具軟件 。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 在此次畢業(yè)設計中 ，利用仿真軟件 proteus 來進行再一次的繪圖和仿真。 軟件功能特點 1）實現了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 I2C 調試器、SPI 調試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 2）支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有： 68000 系列、 8051系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 3）提供軟件調試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。 4）具有強大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。本章介紹 Proteus ISIS 軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。 仿真結果 學院