【導(dǎo)讀】不開單片機的開發(fā)和使用。本文介紹的是基于單片機的室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計的主要內(nèi)容是溫度、濕度、光強度以及風(fēng)速的檢測與控制系統(tǒng)中輸出電路的實現(xiàn)。風(fēng)速檢測）；鍵盤輸入模塊；報警電路；LCD顯示電路；輸出電路。本文重點對測控硬。進行了方案論證，最終完成了該系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計。轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再傳送給單片機），通過LCD液晶顯示屏精確地記錄、顯示出來。的參數(shù)的控制，改善人們的家居環(huán)境。本系統(tǒng)線路簡單，成本低，不僅測量精確，還可實現(xiàn)多點測量。單，具有較高的實用價值。系統(tǒng)的軟件部分應(yīng)用C語言編程設(shè)計完成，硬件經(jīng)過運行與。調(diào)試，可達到預(yù)期的效果。

　　

【正文】 ? 顯示 分辨率： 12864點 ? 內(nèi)置 漢字字庫，提供 8192個 1616點陣漢字 (簡繁體可選 ) ? 內(nèi)置 128個 168點陣字符 ? 2MHZ時鐘頻率 ? 顯示 方式： STN、半透、正顯 ? 驅(qū)動 方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS ? 視角 方向： 6點 ? 背 光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED的 1/5～ 1/10 ? 通訊 方式：串行、并口可選 ? 內(nèi)置 DCDC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓 ? 無需 片選信號，簡化軟 件設(shè)計 ? 工作 溫度： 0℃ ～ +55℃ ，存儲溫度：－ 20℃ ～ +60℃ 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 17 頁 共 51 頁 12864液晶顯示屏的接口信號說明 表 4 . 3 12864 接口信號說明 管腳號 管腳名稱 方向 管腳功能描述 1 VSS — 模塊的電源地 2 VDD — 模塊電源正端 3 V0 — LCD 的驅(qū)動電壓輸入端 4 RS(CS） H/L 并行的指令 /數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號 5 R/W H/L 并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口 6 E(CLK) H/L 并行 的使能信號；串行的同步時鐘 7～ 14 DB0～ DB7 H/L 數(shù)據(jù)端口 0～ 數(shù)據(jù)端口 7 15 PSB H/L 并 /串行接口選擇： H—并行； L—串行 16 NC 空腳 17 RST H/L 復(fù)位端，低電平有效 18 NC 空腳 19 LED_A — 背光源正端（ +5V） 20 LED_K — 背光源負端（ 0V） 特別說明， 12864 液晶顯示屏中的 PSB 控制引腳，該引腳的接線方式可選顯示屏的工作模式：串行和并行。使用并行模式，其讀寫速度快，編程相對簡單 ，但需要單片機口線多。而使用串行模式，其讀寫速度雖然相對慢些，但節(jié)省 I/O 口資源，適用于速度要求不高的控制系統(tǒng)。本文闡述的是室內(nèi)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計，眾所周知，室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及其它參數(shù)的變化在一定時間范圍內(nèi)是基本不變的，換而言之，對屏幕的刷新速度要求不高，因此，在本系統(tǒng)硬件設(shè)計中， 12864 液晶顯示屏采用串行的工作模式，此時 PSB 接地。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 51 頁 12864液晶顯示屏的 指令集 表 4 . 4 基本指令集（ RE=0） 指 令 指 令 碼 功 能 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清除 顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 將 DDRAM 位址計數(shù)器調(diào)整為 00H 地址 歸位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 將 DDRAM 位址計數(shù)器調(diào)整為 00H 游標回原點 顯示狀態(tài)開 /關(guān) 0 0 0 0 0 0 1 D C B D=1: 整體顯示 ON C=1: 游標 ON B=1: 游標位置反白允許 進入點 設(shè)定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 指定在數(shù)據(jù)的讀取 /寫入時 ,設(shè)定游 標的移動方向及指定顯示的移位 游標或 顯示移 位控制 0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X 設(shè)定游標的移動與顯示； 這個指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容 功能 設(shè)定 0 0 0 0 1 DL X RE X X DL=0/1： 4/8 位數(shù)據(jù)（須設(shè)為 1） RE=0:指令基本操作 RE=1:指令擴充操作 設(shè)定CGRAM 地址 0 0 0 1 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定 CGRAM 地址 設(shè)定DDRAM 地址 0 0 1 0 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定 DDRAM 地址（顯示位址） 第一行： 80H－ 87H 第二行： 90H－ 97H 讀取忙標志和地址 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 讀取忙標志 (BF)可以 檢驗內(nèi)部動作是否完成 寫數(shù)據(jù)到RAM 1 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) D7～ D0 至內(nèi)部 RAM 里寫入 讀 RAM 的值 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) D7～ D0 從內(nèi)部 RAM 里讀出 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 51 頁 （ 3）接線圖 圖 4 . 11 12864 接線圖 電源模塊的設(shè)計 圖 4 . 12 電源模塊接線圖 電源電路在很大程度上決定了一個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此電源電路的設(shè)計在本系統(tǒng)中也占據(jù)了重要的地位。系統(tǒng)采用直接供電，選用了市售的 5V2A 的開關(guān)電源，它具有體積小、穩(wěn)定性高的特點。為了使系統(tǒng)供電更加穩(wěn)定，在設(shè)計電源電路時，輸出部分加入470181。F 電解電容和 104 瓷片電容進行低頻和高頻濾波，使電源的紋波更小，從而使系統(tǒng)工作得更穩(wěn)定，電源電路如上圖所示。 報警模塊的設(shè)計 一般單片機的 I/O 口是無法直接驅(qū)動蜂鳴器的（蜂鳴器的工作電流比較大），但在本設(shè)計中，采用的是 ATmega32L 單片機，它的 I/O 口驅(qū)動能力高低電平均不小于 20mA，因此可以直接驅(qū)動蜂鳴器。 鍵盤輸入模塊的設(shè)計 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，人機交互對話最通用的方法就是通過鍵盤進行的。操作者可以通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或者置入必要的數(shù)據(jù)信息。因此鍵盤模塊設(shè)計的好壞 ,直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 在本設(shè)計中采用的是獨立式按鍵接口設(shè)計，軟件實現(xiàn)時則是采用中斷方式。鍵盤工作在編程掃描方式時，單片機要不間斷地對鍵盤進行掃描，其間單片機不能進行其它任何工作；定時掃描方式則是定時的監(jiān)視鍵盤輸入情況，其它時間單 片機可以做其它事情；桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 51 頁 中斷掃描方式，只有在有鍵按下時才理睬鍵盤，否則不理，進一步提高了單片機利用率。因此在本設(shè)計中選用的是中斷掃描方式。 圖 4 . 13 鍵盤輸入電路設(shè)計圖 圖中電阻 R R9~R11 是限流保護電阻， R20~R23 是上拉電阻，二極管可當做 ―與門 ‖，提高響應(yīng)速率。如上圖示，所有的外中斷源接到同一個外中斷輸入端上，用輸入口線做各中斷的邏輯識別線（中斷用與門或或門連接到中斷口），任何一個中斷源（按鍵按下）都能產(chǎn)生中斷請求，但哪個中斷源產(chǎn)生的就要靠相 應(yīng)的輸入口判斷了。雖然這樣可以處理較多的中斷，但是中斷源較多時會占用 I/O 資源。而 ATmega32L 本身具有32 個雙向 I/O 口，資源充足，因此本系統(tǒng)采用此設(shè)計方法。 系統(tǒng)輸出模塊的設(shè)計 在硬件電路中使用發(fā)光二極管模擬開關(guān)量控制通風(fēng)設(shè)備。發(fā)光二級管的工作參數(shù)：電壓 ～ ，電流 3mA。經(jīng)過計算，在實際應(yīng)用中發(fā)光二級管需經(jīng)過 1K 的電阻再與 VCC 相連。 硬件接線圖： 圖 4 . 14 輸出模塊電路設(shè)計圖 8 個發(fā)光二級管點亮從上至下依次表示：開加熱器 、開空調(diào)、開加濕器、開除濕器、開窗簾、關(guān)窗簾、開送風(fēng)機、開排風(fēng)機。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 51 頁 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 現(xiàn)代醫(yī)療氣象研究表明，對人體比較適宜的相對濕度為：夏季室溫 24～ 28℃ 時，相對濕度控制在 40%～ 50%比較舒適；冬季室溫 18～ 22℃ 時，相對濕度控制在 60%～70%。 據(jù)有 住宅建筑照明的照度標準值表，市內(nèi)住宅整體照度在 100 勒克斯。室內(nèi)允許的風(fēng)速：冬季不應(yīng)大于 ，夏季不大于 。 主程序軟件流程 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 22 頁 共 51 頁 圖 5 . 1 主程序流程圖 主要模 塊軟件設(shè)計說明 控制器對 DS18B20 操作流程如下： （ 1）復(fù)位：首先對 DS18B20 芯片進行復(fù)位，由單片機給 DS18B20 單總線至少 480μs的低電平信號。當 DS18B20 接到此復(fù)位信號后則會在 15～ 60μs 后，回發(fā)給芯片一個存在脈沖。 開 始各 個 模 塊 的 初始 化判 定 是 否 有按 鍵 按 下判 定 哪 個 鍵 按 下YO KB a c k判 定 哪 個 鍵 按 下B a c kL e f t / R i g h t執(zhí) 行 相 應(yīng) 的 程 序 ， 使 得a l t e r _ n u m 值 發(fā) 生 變 化判 定 O K 鍵是 否 按 下NY判 定 a l t e r _ n u m值 ， 進 入 相 應(yīng) 程 序修 改 各 參 數(shù) 限 定 值判 定 O K 鍵是 否 按 下NN處 理 并 顯 示 數(shù) 據(jù)Y判 定 B a c k 鍵是 否 按 下YN桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 23 頁 共 51 頁 （ 2）存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15～ 60μs 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個 60～ 240μs 的低電平信號。 （ 3）控制器發(fā)送 ROM 指令： ROM 指令共有 5 條，每一個工作周期只發(fā)一條。 ROM指令為 8 位長度，功能是對片內(nèi)的 ROM 進行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。單總線上可以同時掛接多個器件，通過每個器件上所獨有的I D 號來區(qū)別，一般只掛接單個 DS18B20 芯片時可以跳過 ROM 指令。 （ 4）控制器發(fā)送存儲器操作指令：在 ROM 指令發(fā)送給 DS18B20 之后，緊接著 (不間斷 )就是發(fā)送存儲器操作指令了。操作指令為 8 位共 6 條，分別是寫 RAM 數(shù)據(jù)、讀RAM 數(shù)據(jù)、將 RAM 數(shù)據(jù)復(fù)制到 EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將 EEPROM 中的報警值復(fù)制到RAM、工作方式切換，見表 5 . 1。存儲器操作指令的功能是命令 DS18B20 做什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 表 5 . 1 DS18B20 的 ROM 指令集 指令代碼 指令名稱 指令功能 4EH BEH 48H 44H B8H B4H 寫閃存器 讀閃存器 復(fù)制閃存器 啟動溫度轉(zhuǎn)換 重新調(diào)用 SRAM 讀供電方式 向 RAM 中寫 TH 和 TL 數(shù)據(jù) 讀 CRC 校驗 將 RAM 中的 TH 和 TL 復(fù)制到 SRAM 中 啟動 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換 將 SRAM 中的 TH 和 TL復(fù)制到 RAM 中 讀 DS18B20 的供電方式，外接電源時， DS18B20發(fā)送 1，否則發(fā) 送 0 （ 5）執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：存儲器操作指令結(jié)束后則將進行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。 DHT 系列濕度傳感器需要嚴格的讀寫協(xié)議來確保數(shù)據(jù)的完整性。整個讀寫分為，上位機發(fā)送起始信號、上位機接收下位機發(fā)來的握手響應(yīng)信號、讀 ?0‘、讀 ?1‘四個步驟。所有的信號除主機啟動復(fù)位信號外，全部都由 DHT 產(chǎn)生。 控制器通過單總線訪問 DHT11 順序歸納如下： ① 主機發(fā)開始信號； ② 主機等待接收 DHT 響應(yīng)信號； ③ 主機連續(xù)接收 40Bit 的數(shù)據(jù)和校驗和； ④ 數(shù)據(jù)處理。 （ 1）復(fù)位信 號和 DHT 響應(yīng)信號 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 24 頁 共 51 頁 圖 5 . 2 DHT11 復(fù)位時序圖 控制器發(fā)送開始信號，開始信號為低電平。因此需把總線拉低，且拉低時間必須大于 18 毫秒，保證 DHT 能檢測到起始信號。 DHT 在接收到控制器的開始信號后，需延時等待 20～ 40us，等待主機開始信號結(jié)束，然后發(fā)送低電平響應(yīng)信號。在主機發(fā)送開始信號后，可以將總線切換到輸入模式。 程序如下（以測量點一的 DHT 為例）： DDRB|=BIT(1)。 //設(shè)置 PB1 口為輸出口 PROTB|=BIT(1)。 //設(shè)置 PB1 口輸出高電平 PROTBamp。=～ BIT(1)。 //將總線拉低 delay_nus(18000)。 //延時 18ms PROTB|=BIT(1)。 //將總線拉高 delay_nus(29)。 //延時 29us DDRBamp。=～ BIT(1)。 //設(shè)置 PB1 口為輸入口 （ 2） DHT 開始發(fā)送數(shù)據(jù) 圖 5 . 3 讀 DHT11 數(shù)據(jù) DHT 發(fā)送響應(yīng)信號后，再把總線拉高 80us，準備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一 bit 數(shù)據(jù)都以 50us低電平時隙開始。高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是 0 還是 1。當最后一位數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11 拉低總線 50us，隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。 在顯示部分，采用的 LCD12864（ ST7920）工作在串行模式下。 桂