【文章內容簡介】 4 液晶顯示屏。 12864 液晶顯示屏具有功耗低、輕薄短小無輻射危險 ，不閃爍，可視面積大，畫面效果好， 能顯示文字和圖像，抗干擾能力強。 但是 12864 價格昂貴。 比較以上方案，方案二是顯示溫度曲線的首選，但是因為設計會做單片機與上位機通信，通過上位機顯示溫度曲線， 下位機無需再顯示溫度曲線， 考慮經濟因素，采用方案 三 作為顯示模塊。 上位機軟件 方案一： VB 是 Visual Basic 的縮寫，是微軟公司于 1991 年推出的以結構化Basic 語言為基礎，以事件驅動為運行機制的集成開發(fā)環(huán)境。從任何標準來說， VB都是世界上使用人數最多的語言 —— 不僅是盛贊 VB的開發(fā)者還是抱怨 VB的開發(fā)者的數量。它源自于 BASIC 編程語言。 VB擁有圖形用戶界面（ GUI）和快速應用程序開發(fā)（ RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用 DAO、 RDO、 ADO 連接數據庫，或者輕松的創(chuàng)建 ActiveX 控件。程序員可以輕松的使用 VB提供的組件快速建立一個應用程序。 方案二： VC 是 Visual C 或 Visual C++的縮寫，也是微軟公司推出的，支持 C和 C++語言。也 就是在 VC 環(huán)境下，可以用 C/C++編寫代碼，然后編譯、運行、調試，并最終生成可運行的 EXE 文件及相關配置。 機電工程學院畢業(yè)論文設計 系統(tǒng)方案選擇和工作 原理 5 比較以上兩種語言后發(fā)現 vb 相對 vc 來說更簡單易學，編譯快速，生成軟件體積更小，所以這里選擇 vb 進行上位機編程。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 根據以上分析，結合器件和設備等因素， 采取以下 方案： ① 采用 STC89C51 單片機作為控制器，分別對溫度采集、 LCD 顯示、溫度設定、加熱裝置、上位機通信 進行控制 。 ② 溫度測量模塊采用 DS18B20，此 器件的使用可以省去 A/D（模數轉換）部分。 ③ 電熱絲有效功率控制采用固體繼電器控制，實現電路簡單實用，固體繼電器的開關頻率可以滿足設計要求。 ④ 顯示用 LCD1602 顯示屏顯示溫度值 和時間 ，用數字鍵和功能設置鍵實現溫度、時間的設置。 ⑤ 上位機采用 vb 語言編寫，因為 vb 相對來說更簡潔、易學，編程界面更友好。 3 系統(tǒng)硬件設計 STC89C52 構成的最小系統(tǒng) 微型計算機是 因 工業(yè)測控系統(tǒng)數字化， 智能化的迫切需求而發(fā)展起來的。STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。 它 具有以下標準功能： 8k Flash， 512 RAM， 32 位 I/O 接 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口。 晶振回路 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 6 晶振回路主 要任務是為 STC89C52 單片機工作需要的時鐘電路提供一個 穩(wěn)定的 工作頻率。 根據 STC89C52 單片機 時鐘周期的要求，回路要選用頻率為。晶振回路 是 由電容和陶瓷諧振器晶振組成 的 。作為單片機的時鐘源 ， STC89C51 內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器， 這個 放大器的輸入和輸出端分別是引腳 XTAL0 與 XTAL1,在 XTAL0 與 XTAL1 端口 接上時鐘電源即可構成時鐘電路。 電容 C1 與 C2 對頻率有微調作用。 電容 C1 與 C2 盡可能的安裝在單片機芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作 性 。 晶振 電路 如圖 31所示 圖 31 晶振電路 復位電路 電路正常工作需要供電電源為 5V177。 5%，即 ～ 。 因為 微機電路是時序數字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號， 所以 在電源上電時，只有 VCC 超過 且 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才 可以 被撤除，微機電路 才能 開始正常工作。 復位電路第二功能是 手動 復位 。 手動 復位需要人為在復位輸入端 RST上加入高電平 ， 一般采用的辦法是在 RST端和正電源 Vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。 復位電路如圖 33所示： 圖 33 復位電路 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 7 溫度 采集 模塊的硬件設計 溫度傳感器 DS18B20 概述 溫度傳 感器是將溫度信號轉換為電信號的裝置，型號有很多，數字式溫度傳感器常用的有 DS18B20 等。此設計采用的是 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司產的一線式數字溫度傳感器，是世界上第一片支持“ 一線總線”接口的溫度傳感器 , 在其內部使用了在板 (ONBOARD)專利技術。被測溫度用符號擴展的 16 位數字量方式串行輸出；多個 DS18B20 可以并聯(lián)到 3根或 者 2 根線上， CPU 只 要 一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口 比較 少，可 以 節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 DS18B20內部結構如圖 34所示，主要由 四 部分組成： 溫度傳感器， 64 位 ROM、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 與 TL、配置寄存器 。 DQ 為數字信號輸入∕輸出端；GND 為電源地； VCC 為外接供電電源 [5]。 64 位R O W和一線端口存儲和控制邏輯高速暫存器8 位 CRC 生成器溫度傳感器高溫觸發(fā)器 TH低溫觸發(fā)器 TL配置寄存器供電方式選擇V C CDQ 圖 34 DS18B20 內部結構框圖 DS18B20 中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用 十六 位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以 ℃ /lsb 形式表達，其中 S 為符號位。 DS18B20 主要特性如下： ①適應 更寬的 電壓范圍 ,電壓范圍： ～ ,在寄生電源方式下可 以 由 數據線供電 。 ②獨 一 無二 的單線接口方式 , DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與的雙向通訊 。 ③ DS18B20可以 支持多點組網功能 ,多個 DS18B20能 并聯(lián)在唯一的三線上 ,實現組網多點測溫 等 。 溫度 采集 模塊的硬件設計 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 8 當 DS18B20 正在執(zhí)行溫度轉換或從高速暫存器 EPPROM 傳送數據時，工作電流可達 ， 這個電流可能會引起連接單總線的弱上拉電阻的不可接受的壓降，這需要更大的電流，而此時 Cpp（寄生電源儲能電容）無法提供，為了保證DS18B20 有充足的供電，當進行 溫度轉換或拷貝數據到 EEPROM 操作時，必須給單總線一個上拉電阻，一般為 的上拉電阻， 根據 距離遠 近 可以適當 調節(jié) 阻值 ，距離近時 減小 阻值 ，但不能低于 ， 否則 DS18B20將無法復位。 其數據線 DQ端接單片機 。硬件 電路如圖 35 所示 。 圖 35 DS18B20 接線圖 在外部電源供電方式下 , DS18B20 工作電源由 VCC 引腳接人 , 不存在電源電流不足的問題 , 可以保證轉換精度 , 同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20 傳感器 , 組成多點測溫系統(tǒng)。 報警電路設計 報警電路的功 能是 指 在 AT89C52 單片機的控制下 達到 聲光報警或解除報警 的目的 。 假若 單片機檢測 實時溫度大于設定報警溫度 時，通過報警電路向報警 器 發(fā)出信號 (低 電平 )，聲音報警電路接 收 到有效電平后 就 自動發(fā)出預置的報警聲， 與此同時報警指示燈發(fā)出信號。報警電路結構如 圖 所示 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 9 圖 36 報警電路 接線圖 電源電路設計 系統(tǒng)溫度測量的 電源 為 直流電源 。 電源是整個系統(tǒng)的 地基 ， 他 的穩(wěn)定工作對整個 以單片機為 核心的 系統(tǒng)的內 穩(wěn)定工作起著 十分 重要的作用。 STC89C52 單片機 與 DS18B20 溫度傳感器芯片工作電壓范圍是 ～ 。為了使系統(tǒng)安全穩(wěn)定的工作，還需要設計系統(tǒng)的電源電路。 +220V 的交流電壓需要經過變壓器降到 15V 左右。經過橋式整流電路把交流電轉變成直流電。 然 后的電流經過穩(wěn)壓器 LM7805 輸出穩(wěn)定的 +5V 電壓。 VD1 和 VD3 兩個二極管組成一對橋臂； 因為 二極管的啟動電壓比較小，所以經過變壓器的電壓可以使 VD1 與 VD3二極管組成 的 橋臂在正半周期導通， VD2 與 VD4 2 個二極管組成的橋臂 可 在負半周期導通。穩(wěn)壓器 LM7805 由三個管腳 組成 的串聯(lián)型降壓式電源芯片。 Vin 是輸入端， Vout 輸出端。經穩(wěn)壓器 LM7805 穩(wěn)壓后， 輸 出端輸出穩(wěn)定的 +5V 直流電壓。電源輸出基本不受外輸入變動的干擾。穩(wěn)壓器 LM7805電源電路設計如圖 37所示。 圖 37 電源電路圖 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 10 按鍵 電路設計 矩陣式鍵盤的結構與工作原理 在鍵盤中按鍵數量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。 在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以構成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構成 20 鍵的鍵盤 ，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。由此可見，在需要的鍵數比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些 。 列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的 I/O 口作為輸出端，而列線所接的 I/O 口則作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。 矩陣鍵盤兩種掃描方式 ① 行掃描法 行掃描法又稱為逐行 （或列）掃描查詢法，是一種最常 見 的按鍵識別方法，介紹過程如下 ： 1)判斷鍵盤中有無鍵按下 。 將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4根行線相交叉的 4 個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 2)判斷閉合鍵所在的位置 。 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低 電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 ② 高低電平翻轉法 首先讓 P1口高四位為 1，低四位為 0,。若有按鍵按下，則高四位中會有一個 1 翻轉為 0，低四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的行位置。 然后讓 P1 口高四位為 0，低四位為 1,。若有按鍵按下，則低四位中會有一個1 翻轉為 0，高四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的列位置 。 最后將上述兩者進行或運算即可確定被按下的鍵的位置。 方法 ② 程序更簡潔，這里使用第二種方法 “高低電平翻轉法 ”。硬件連接圖如河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 11 38 所示 ： 圖 38 矩陣鍵盤電路 顯示電路 設計 LCD1602 簡介 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，因此，在袖珍式儀表和 低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用，現在字符型液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。 本系統(tǒng)采用 LCD1602 液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行 16 個字符，采用單 +5V 電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。 LCD1602 實物圖 如 39 所示： 圖 39 LCD1602 實物圖 LCD1602 管腳功能介紹 LCD1602 接口引腳及其功能介紹 如表 31所示： 表 31 接口引腳及其功能 引腳號 符號 狀態(tài) 功能 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件設計 12 1 GND 電源地 2 VCC 電源 +5V 3 V0 液晶驅動電源 4 RS 輸入 寄存器選擇 5 R/W 輸入