【文章內(nèi)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(shè)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(jīng)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(jié)構(gòu)化Basic 語言為基礎(chǔ)，以事件驅(qū)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(shù)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(shù)量。它源自于 BASIC 編程語言。 VB擁有圖形用戶界面（ GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（ RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用 DAO、 RDO、 ADO 連接數(shù)據(jù)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(yīng)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(diào)試，并最終生成可運行的 EXE 文件及相關(guān)配置。 機電工程學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)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(xiàn) vb 相對 vc 來說更簡單易學(xué)，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(jù)以上分析，結(jié)合器件和設(shè)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(shè)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(shù)轉(zhuǎn)換）部分。 ③ 電熱絲有效功率控制采用固體繼電器控制，實現(xiàn)電路簡單實用，固體繼電器的開關(guān)頻率可以滿足設(shè)計要求。 ④ 顯示用 LCD1602 顯示屏顯示溫度值 和時間 ，用數(shù)字鍵和功能設(shè)置鍵實現(xiàn)溫度、時間的設(shè)置。 ⑤ 上位機采用 vb 語言編寫，因為 vb 相對來說更簡潔、易學(xué)，編程界面更友好。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 STC89C52 構(gòu)成的最小系統(tǒng) 微型計算機是 因 工業(yè)測控系統(tǒng)數(shù)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(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。 晶振回路 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 晶振回路主 要任務(wù)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(jù) 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(nèi)部有一個用于構(gòu)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(gòu)成時鐘電路。 電容 C1 與 C2 對頻率有微調(diào)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(fù)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(shù)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(fù)位信號才 可以 被撤除，微機電路 才能 開始正常工作。 復(fù)位電路第二功能是 手動 復(fù)位 。 手動 復(fù)位需要人為在復(fù)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(dāng)人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。 復(fù)位電路如圖 33所示： 圖 33 復(fù)位電路 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 溫度 采集 模塊的硬件設(shè)計 溫度傳感器 DS18B20 概述 溫度傳 感器是將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置，型號有很多，數(shù)字式溫度傳感器常用的有 DS18B20 等。此設(shè)計采用的是 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司產(chǎn)的一線式數(shù)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(nèi)部使用了在板 (ONBOARD)專利技術(shù)。被測溫度用符號擴展的 16 位數(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)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(yīng) 更寬的 電壓范圍 ,電壓范圍： ～ ,在寄生電源方式下可 以 由 數(shù)據(jù)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(xiàn)微處理器與的雙向通訊 。 ③ DS18B20可以 支持多點組網(wǎng)功能 ,多個 DS18B20能 并聯(lián)在唯一的三線上 ,實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 等 。 溫度 采集 模塊的硬件設(shè)計 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 8 當(dāng) DS18B20 正在執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換或從高速暫存器 EPPROM 傳送數(shù)據(jù)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(dāng)進行 溫度轉(zhuǎn)換或拷貝數(shù)據(jù)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(jù) 距離遠 近 可以適當(dāng) 調(diào)節(jié) 阻值 ，距離近時 減小 阻值 ，但不能低于 ， 否則 DS18B20將無法復(fù)位。 其數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(yù)置的報警聲， 與此同時報警指示燈發(fā)出信號。報警電路結(jié)構(gòu)如 圖 所示 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 圖 36 報警電路 接線圖 電源電路設(shè)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(nèi) 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(shè)計系統(tǒng)的電源電路。 +220V 的交流電壓需要經(jīng)過變壓器降到 15V 左右。經(jīng)過橋式整流電路把交流電轉(zhuǎn)變成直流電。 然 后的電流經(jīng)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(jīng)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(dǎo)通， VD2 與 VD4 2 個二極管組成的橋臂 可 在負半周期導(dǎo)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(jīng)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(shè)計如圖 37所示。 圖 37 電源電路圖 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 按鍵 電路設(shè)計 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理 在鍵盤中按鍵數(shù)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(gòu)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(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)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(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)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(dāng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)法 ”。硬件連接圖如河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 38 所示 ： 圖 38 矩陣鍵盤電路 顯示電路 設(shè)計 LCD1602 簡介 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，因此，在袖珍式儀表和 低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 12 1 GND 電源地 2 VCC 電源 +5V 3 V0 液晶驅(qū)動電源 4 RS 輸入 寄存器選擇 5 R/W 輸入