【文章內容簡介】 是指顯示的內容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶。 方案 2：八段數(shù)碼管 LED 數(shù)碼管（ LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成 “8”字型的器件，引線已在內部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。 LED 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似 于 3 位 “+1”型。 LED 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解 LED 的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。共陰和共陽極數(shù)碼管第 2 章 設計方案的選擇和論證 9 的內部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。選用時要注意產品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。 由項目要求可知，我們的顯示裝置要顯示實時的光照度和預定的光照度，顯示的數(shù)據(jù)比較簡單，我們采取數(shù)碼管分段顯示或者分時顯示都能達到顯示效果，而且數(shù)碼管控制原理簡單明了，易于控制 ，成本低，綜上所述我們選擇數(shù)碼管作為顯示裝置。 工程造價 本次設計采用了單片機， CC1101 無線傳輸模塊， DS18B20 傳感器模塊等模塊，具體開支見下邊的表 21 工程造價。 表 21 工程造價 器件 數(shù)量（個） 單價（元） 合計 (元 ) STM8 開發(fā)板 2 77 154 DS18B20 2 16 CC1101 2 16 32 LED 顯示屏 1 排線 2 5 pl2303 下載線 1 在調試過程中，燒毀 DS18B20 溫度傳感器一個。最后的工程 造價合計為： 77*2+*2+16*2++*2+= 元 共計 元人民幣。 本章小結 最終方案確定為 采用單片機芯片 STM8 作為主控制芯片， DS18B20 數(shù)字溫度傳感， CC1101 作為無線收發(fā)模塊， QC1602A 作為顯示模塊，采用蜂鳴器和發(fā)光二極管進行聲光報警。 溫度傳感器對實驗現(xiàn)場的溫度進行采集，副控芯片 STM8 對采集溫度數(shù)據(jù)進行處理，將有用數(shù)據(jù)送給發(fā)射模塊CC1101，主系統(tǒng)的接受模塊 CC1101 接受數(shù)據(jù)送給主控芯片 STM8， STM8對數(shù)據(jù)進行分析處理，對現(xiàn)場實 際溫度進行顯示；另外，可以人工通過獨立鍵盤對所測溫度進行監(jiān)控，先設定好規(guī)定的溫度范圍，當采集的溫度超過此范圍時，蜂鳴器響，同時點亮發(fā)光二極管，通過按鍵選擇，可以獨立實現(xiàn)聲音報警、發(fā)光報警及聲光同時報警 。 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設計 9 第 3 章 系統(tǒng)的 硬件設計 系統(tǒng)硬件概述 系統(tǒng)硬件電路主要分為：單片機 STM8 主 、從系統(tǒng)、接收電路、顯示電路、鍵盤電路、溫度采集電路、發(fā)射電路 ， 繼電器控制 。溫度傳感器對實驗現(xiàn)場的溫度進行采集，副控芯片 STM8 對采集溫度數(shù)據(jù)進行處理，將有用數(shù)據(jù)送給發(fā)射模塊 CC1101，主系統(tǒng)的接受模塊 CC1101 接受數(shù)據(jù)送給主控芯片 STM8， STM8 對數(shù)據(jù)進行分析處理，對現(xiàn)場實際溫度進行顯示；另外，可以人工通過獨立鍵盤對所測溫度進行監(jiān)控，先設定好規(guī)定的溫度范圍，當采集的溫度超過此范圍時蜂鳴器響同時點亮發(fā)光二極管，通過按鍵選擇，可以獨立實現(xiàn)聲音報警、發(fā)光報警及聲光同時報警；當檢測溫度不在設定范圍內時，系統(tǒng)正常運行，時刻顯示著現(xiàn)場的溫度值。設計總框圖如圖 31 所 示。 圖 31 總設計框圖 溫度采集 STM8 單片機（從） STM8 單片機（主） 液晶顯示 聲光報警 獨立鍵盤 無線收發(fā) 無線收發(fā) 繼電器 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 主要單元模塊設計 單片機控制模塊設計 本設計采用 STM8S105xx 基礎型系列 8 位單片機 ， 如圖 32。 該單片機提供容量為 16K~32K 字節(jié)的 Flash 程序存儲器，集成真正的數(shù)據(jù) EEPROM。在 STM8S 微控制器系列的參考手冊 (RM0016)中，被歸為中密度系列。STM8S105xx 基礎型系列所有的單片機具有以下性能： 更低的系統(tǒng)成本 ， 它的 內部集成真正的 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲器，可以達到 30 萬次的擦寫周期 并且 高度集成了內部時鐘震蕩器、看門狗和掉電復位功能 。 b.該單片機具有 高性能和高可靠性 ， 16MHz CPU 時鐘頻率 而且具有 強大的 I/O功能，擁有分立時鐘源的獨立看門狗 。 縮短開發(fā)周期 也 可根據(jù)具體的應用在通用的產品系列中選擇，具有合適的封裝、存儲器大小和外設模塊的芯片 。 STM8S105xx 基礎型系列所有的單片機 具有 完善的文檔和多種開發(fā)工具選擇 。 系列所有的單片機 具有很強 產品可延續(xù)性 ， 最新技術打造的高水平內核和外設 ， 系列產品廣泛適應 ~ 的工作電壓 [4]。 圖 32 STM8S 開發(fā)板 20xx 年 3 月 4 日，意法半導體發(fā)布了針對工業(yè)應用和消費電子開發(fā)的微控制器 STM8S 系列產品。 STM8S 平臺打造 8 位微控制器的全新世代，高達 20 MIPS 的 CPU 性能和 的電壓范圍，有助于現(xiàn)有的 8 位系統(tǒng)第 3 章 系統(tǒng)的硬件設計 11 向電壓更低的電源過渡。新產品嵌入的 130nm 非易失性存儲器是當前 8位微控制器中最先進的存儲技術之一，并提供真正的 EEPROM 數(shù)據(jù)寫入操作，可達 30 萬次擦寫極限。在家用電器、加熱通風空調系統(tǒng)、工業(yè)自動化、電動工具、個人護理設備和電源控制管理系統(tǒng)等各種產品設備中，新產品配備的豐富外設可支持精確控制和監(jiān)視功能。功能包括 10 位模數(shù)轉換器，最多有 16 條通道，轉換用時小于 3 微秒；先進的 16 位控 制定時器可用于馬達控制、捕獲 /比較和 PWM 功能。其它外設包括一個 接口、兩個U(S)ART 接口、一個 I2C 端口、一個 SPI 端口。 下圖 33 是 STM8S 的引腳圖。 圖 33 引腳圖 STM8S 平臺的外設定義與 STM32 系列 32 位微控制器相同。外設共用性有助于提高不同產品間的兼容性，讓設計靈活有彈性。應用代碼可移植到STM32 平臺上，獲得更高的性能。 STM8S 的組件和封裝在引腳上完全兼容，讓開發(fā)人員得到更大的自由空間，以便優(yōu)化引腳數(shù)量和外設性能。引腳兼容燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 12 還有益于平臺化設計決策，產品平臺化可節(jié)省 上市時間，簡化產品升級過程。 STM8S 主要特點 20 MIPS 的高性能內核 抗干擾能力強，品質安全可靠 130 納米制造工藝，優(yōu)異的性價比程序空間從 4K 到128K, 芯片選擇從 20 腳到 80 腳，寬范圍產品系列系統(tǒng)成本低，內嵌EEPROM 和高精度 RC 振蕩器 ，擁有本地化工具支持 。 STM8S 主要應用 包括 ：傳感器、致動器、安全系統(tǒng)微控制器、 DC 馬達、車身控制、汽車收音機、 LIN 節(jié)點、加熱 /通風空調 。 應用：家電、家庭自動化、馬達控制、空調、感應、計量儀表、不間斷電源 、安全 。 ：電源、小家電、音響、玩具、銷售點終端機、前面板、電視、監(jiān)視設備 。 ：個人護理產品、健身器材、便攜護理設備、醫(yī)院護理設備、血壓測量、血糖測量、監(jiān)控、緊急求助 。 溫度傳感器 設計 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877，LTM8874 等等 [5]。主要根據(jù)應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20 可用于電纜溝測溫，鍋爐測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各 種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。 如圖 34 外部供電模式下的單只 DS18B20 芯片的連接圖 ， 需要在 DQ 數(shù)據(jù)口一個上拉電阻。 圖 34 單 個 DS18B20 芯片的連接圖 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設計 13 DS18B20 內部結構主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器 [6]。高速暫存存儲器高速暫存存儲器由 9 個字節(jié)組成，其分配如表 5 所示。當溫度轉換命令發(fā)布 后，經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在 高速暫存存儲器的第 0 和第 1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表 1 所示。對應的溫度計算： 當符號位 S=0 時，直接將二進制位轉換為十進制；當 S=1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表 2是對應的一部分溫度值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 DS18B20 啟動后將進入低功耗等待狀態(tài)，當需要執(zhí)行溫度測量和 AD轉換時，總線控制器發(fā)出 [44H]指令完成溫度測量和 AD 轉換， DS18B20 將產生的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(jié)的形式存儲到高速暫存器 的溫度寄存器中， 然后DS18B20 繼續(xù)保持等待狀態(tài)。當 DS18B20 芯片由外部電源供電時，總線控制器在溫度轉換指令之后發(fā)起 “讀時隙 ”， 從而讀出測量到的溫度數(shù)據(jù)通過總線完成與單片機的數(shù)據(jù)通訊（ DS18B20 正在溫度轉換中由 DQ 引腳返回 0，轉換結束則返回 1。如果 DS18B20 由寄生電源供電，除非在進入溫度轉換時總線被一個強上拉拉高，否則將不會有返回值）。 DS18B20 在完成一次溫度轉換后，會將溫度值與存儲在 TH（高溫 觸發(fā)器）和 TL（低溫觸發(fā)器）中各一個字節(jié)的用戶自定義的報警預置值進行比較，寄存器中的 S 標志位 指出溫度值的正負（ S=0 時為正， S=1 時為負），如果測得的溫度高于 TH或者低于 TL 數(shù)值，報警條件成立， DS18B20 內部將對一個報警標識置位，總線控制器通過發(fā)出報警搜索命令 [ECH]檢測總線上所有的 DS18B20 報警標識 ,然后對報警標識置位的 DS18B20 將響應這條搜索命令。 針對于 DS18B20 中 TH（高溫觸發(fā)寄存器）和 TL（低溫觸發(fā)寄存器），可以找到的代碼資料很少，而如果在某一測溫系統(tǒng)中需要用到 TH 和 TL 寄存器時， 其實不必覺得無從下手，總線控制器的讀操作將從位 0 開始逐步向下讀取數(shù)據(jù)，直到 讀完位 8，而且 TH 和 TL 寄存 器的內部結構和數(shù)據(jù)格式和片內其他寄存器是相同的，當然，針對 TH 和 TL 寄存器的讀寫和其他片內寄存器的讀寫也是相同的，所以在實際應用中，當 DS18B20 初始化完成后，首先通過總線控制器發(fā)出的 [B8H]指令將 EEPROM 中保存的數(shù)據(jù)召燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 回到暫存器的 TH 和 TL 中，然后通過總線控制器發(fā)出的 “讀時隙 ”對器件暫存器進行讀操作，只要將讀到的每 8bit 數(shù)據(jù)及時獲取，就可以很容易地通過總線控制器讀出 TH 和 TL 寄存器數(shù)據(jù)；總線控制器對器件的寫 操作原理亦然，只要掌握了其他寄存器的操作編程，就完全可 以很容易地對 TH 和 TL這兩個報警值寄存器進行讀寫操作。同時，可以通過 [48H]指 令將 TH 和 TL寄存器數(shù)據(jù)拷貝到 EEPROM 中進行保存 [7]。 在由 DS18B20 芯片構建的溫度檢測系統(tǒng)中，采用達拉斯公司獨特的單總線數(shù)據(jù)通訊方式，允許在一條總線上掛載多個 DS18B20，在對 DS18B20的操作和控制中，由總線控制器發(fā)出的時隙信號就顯得尤為重要。 如下圖所示，分別為 DS18B20 芯片的上電初始化時隙、總線控制器從 DS18B20 讀取數(shù)據(jù)時隙、總線控制器向 DS18B20 寫入數(shù)據(jù)時隙的示意圖 ， 在系統(tǒng)編程時，一定要嚴格 參照時隙圖中的時間數(shù)據(jù) ,做到精確的把握總線電平隨時間（微秒級）的變化 ， 才能夠順利地控制和操作 DS18B20。另外 ， 需要注意到不同單片機的機器周期是不盡相同的，所以 ， 程序中的延時函數(shù)并不是完全一樣，要根據(jù)單片機不同的機器周期有所改動。在平常 DS18B20 程序調試中 ,若發(fā)現(xiàn)諸如溫度顯示錯誤等故障，基本上都是由于時隙的誤差較大甚至時隙錯誤導致的 ,在對 DS18B20 編程時需要格外注意。 無線傳輸單元設計 CC1101 是一種低成本真正單片的 UHF 收發(fā)器， 為低功耗無線應用而設計。電路主要設定為 在 31 43 868 和 915MHz 的 ISM（工業(yè)， 科學和醫(yī)學） SRD（短距離設備）頻率波段也可以容易地設置為 300348MHz、 400464 MHz 和 800928 MHz 的其他頻率 [8]。 RF 收發(fā)器集成了一個高度可配置的調制解調器。這個調制解調器支持不同的調制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達 500kbps。通過開啟集成在