【正文】 被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。 基于單片機(jī)的溫度控制與顯示系統(tǒng) 2 第一章 任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制 與顯示 系統(tǒng)。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳 ,32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出 (I/O)端口 ,同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外 中斷口 ,3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口 ,2 個(gè)讀寫口線 ,AT89 C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 (S 系列的才支持在線編程 ).其將 通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起 ,特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有 效地降低開發(fā)成本 . 方案二 : 采用 FPGA作為控制模塊。 綜上所述，在本設(shè)計(jì)中采用方案一，可以看出此方案控制靈活準(zhǔn)確性好且簡單易實(shí)現(xiàn)， 成本低，且還具有擴(kuò)展功能。 方案二： 采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對(duì)于顯示文字比較適合 ,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費(fèi) ,且價(jià)格也相對(duì)較高。與傳統(tǒng)的陰極射線管 (CRT)相比， LCD 占用空間小、低功耗、低輻射、無閃爍、降低視覺疲勞，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α? 綜上所述，此設(shè)計(jì)采用方案三， LCD12864 不僅可以顯示字符還可以顯示漢字，同時(shí)清晰的畫面更利于觀察 。它包括一個(gè)帶隙溫度傳感器和一個(gè)用來監(jiān)視并將溫度數(shù)字化 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其精度達(dá) ℃，溫度測量范圍 55 ℃至 +125 ℃。由于采用低功耗 CMOS基于單片機(jī)的溫度控制與顯示系統(tǒng) 4 技術(shù)，它具備掉電工作模式。 Vcc(～ ) 和 GND 提供工作電源。 AD7416 的引腳配置如圖 所示。漏極開路，使用時(shí)須接上拉電阻。 時(shí)可達(dá) 100kHz， 5V 時(shí)達(dá) 400kHz?？勺鳛橹袛噍敵鲂盘?hào)。 A0、 A A2 為地址引腳， AD7416 可以級(jí)聯(lián)至多 8 片在同一個(gè)IC 上。 圖 AD7416 引腳配置 方案 二 ： 使用 DS18B20 作為傳感器 由 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20 型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。它具有體積小、接口方便、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，內(nèi)含寄生電源?！?，測量分辨率為 ℃，； (4)通過編程可實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式（出廠時(shí)被設(shè)置為12 位）； (5)在 和 750ms 內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化 9 位和 12 位的數(shù)字量； (6)零功 耗等待； (7)DS18S20 具有負(fù)載特性 ,當(dāng)電源極性接反時(shí) ,芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀 ,但是不能正常的工作 . (8)系統(tǒng)的抗干擾性好，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如環(huán)境控制、設(shè)備過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。如圖 所示： 圖 DS18B20 電路設(shè)計(jì)最終方案決定 綜上各方案所述 ,對(duì)此次作品的方案選定 : 采用單片機(jī) AT89C52作為主控制系統(tǒng) 。LCD 液晶 顯示屏作為顯示。片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和FLASH 存儲(chǔ)單元，片內(nèi)的存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程。 單片機(jī)最小系統(tǒng)由 AT89C52 單片機(jī)芯片、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路三部分組成， 如圖 所示： 報(bào)警模塊 溫度控制模塊 溫度采集模塊 顯示 模塊 AT89C52 單片機(jī)主控制模塊 青海民族大學(xué)畢業(yè)論文 7 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 溫度采集模塊設(shè)計(jì) 如圖所示，采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20,它是數(shù)字式溫度傳感器，具有測量精度高，電路 連接簡單特點(diǎn)，此類傳感器僅需要一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用 I/O 口與 DS18B20 連接加一上拉電阻， VCC接電源， VSS 接地。 K1：控制下限溫度加， K2：控制下限溫度減 K3：控制上限溫度加 K4：控制上限溫度減 K5：控制第一溫度與第二溫度轉(zhuǎn)換 如圖 所示： 圖 溫度控制模塊 溫度報(bào)警模塊 溫度報(bào)警 模塊的功能是當(dāng)溫度超過設(shè)定值上下限 時(shí) LED 燈閃爍、蜂鳴器響起，同樣也是硬件電路的重要組成部分。 如圖 所示： 圖 液晶顯示模塊 基于單片機(jī)的溫度控制與顯示系統(tǒng) 10 軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 系統(tǒng)流程圖如圖 所示： 單 片 機(jī)蜂 鳴 器 響 、 L E D 閃 爍顯 示 溫 度 及 上 下 限 溫 度單 片 機(jī) 初 始 化檢 查 傳 感 器傳 感 器 讀 出 溫 度改 變 相 應(yīng) 的 上 下 限是 否 達(dá) 到 報(bào)警 溫 度傳 感 器 是否 存 在否是送入是是 否 有 按鍵 按 下是否判 斷否判斷 圖 系統(tǒng)流程圖 青海民族大學(xué)畢業(yè)論文 11 第四章 DS18B20 簡介 DS18B20 的特點(diǎn) DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 簡介新的“一線器件”體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。 DS18B DS1822“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器同 DS1820 一樣， DS18B20 也 支持“一 線總線”接口，測量溫度范圍為 55℃ ~+125℃，在 10~+85℃范圍內(nèi)，精度為177。DS1822 的精度較差為177?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V~ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。 DS18B DS1822 的特性 DS18B20 可以程序設(shè)定 9～ 12 位的分辨率，精度為177?？蛇x更小的封裝方式， 更寬的電壓適用范圍。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價(jià)格比也非常出色！ DS1822 與 DS18B20 軟件兼容，是 DS18B20 的簡化版本。 2℃，適用于對(duì)性能要求不高，成本控制嚴(yán)格的應(yīng)用，是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。 DS18B20 和 DS1822 使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的 測溫系統(tǒng)。 DS18B20 的管腳排列如下： DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 64 位光刻 ROM的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的 48 位是該 DS18B20自身的序列 號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán) 冗余 校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例：用 16 位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。 例如 +125℃的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃的數(shù)字輸出為 0191H，℃的數(shù)字輸出為 FF6FH， 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。 暫存存儲(chǔ)器包含了 8 個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。 該字節(jié)各位的意義 :“ TM R1 R0 1 1 1 1 1”，低五位一直都是 1， TM是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。 R1 和 R0 用來設(shè)置分辨率，如下表所 示：（ DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位）分辨率設(shè)置表： 分辨率設(shè)置表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 375ms 0 1 12位 750ms 基于單片機(jī)的溫度控制與顯示系統(tǒng) 14 據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 表 指令代碼和功能 指令 約定代碼 功能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20ROM中的編碼（ 64位地址） 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令后，接著發(fā)出 64 位 ROM編碼，訪問單總線上與編碼相對(duì)應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備。 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換溫度，適用單片機(jī)工作。 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng) DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長 500ms，結(jié)果存入內(nèi)部 9字節(jié) RAM中。 寫寄存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 3， 4字節(jié)上寫上，下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 復(fù)制 EPRAM 0B8H 將 EPRAM中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM的第 3， 4字節(jié)。 青海民族大學(xué)畢業(yè)論文 15 DS18B20 使用注意事項(xiàng) DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： (1)較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的 保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 (2)在 DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。 (3)連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。因此，在用 DS18B20 進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也 要給予一定的重視。 基于單片機(jī)的溫度控制與顯示系統(tǒng) 16 DS18B20 的工作原理 DS18B20 的工作原理，如圖 所示： 減 法 記 數(shù) 器 預(yù) 置預(yù) 置減 到 0減 到 0減 法 記 數(shù) 器 2增 加停 止斜 率 累 加 器記 數(shù) 比 較 器低 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器溫 度 寄 存 器高 溫 度 系 數(shù) 振 蕩 器 圖 DS18B20的工作原理圖 第五章 液晶屏 12864 簡介 液晶顯示模塊概述 12864 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192個(gè)中文漢字（ 16X16 點(diǎn)陣）、 128 個(gè)字符（ 8X16 點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM（ GDRAM）。 青海民族大學(xué)畢業(yè)論文 17 12864液晶顯示引腳功能表 管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管教功能描述 1 GND 0 地 2 VDD +5V177。如果在送出一個(gè)指令基于單片機(jī)的溫度控制與顯示系統(tǒng) 18 前并不檢查 BF 標(biāo)志 ,那么在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延長一段較長的時(shí)間 ,即是等待前一個(gè)指令確實(shí)執(zhí)行完成。 這個(gè)指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容 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(biāo) ON B=1:游標(biāo)位置反白允許 進(jìn)入點(diǎn) 設(shè)定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫入時(shí) ,設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方向及指定顯示的移位 游標(biāo)或顯示移位控制 0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X 設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位 。 初始值 R1R0＝ 00，第一次設(shè) 定為反白顯示，再次設(shè)定變回正常 睡眠 模式 0 0 0 0 0 0 1 SL X X SL=0：進(jìn)入睡眠模式 SL=1：脫離睡眠模式 擴(kuò)充 功能 設(shè)定 0 0 0 0 1 CL X RE G 0 CL=0/1： 4/8位數(shù)據(jù) RE=1: 擴(kuò)充指令操作 RE=0: 基本指令操作 G=1/0：繪圖開關(guān) 設(shè)定繪圖RAM 地址 0 0 1 0 AC6 0 AC5 0 AC4 AC3 AC3 AC2 AC2 AC1 AC1 AC0 AC0 設(shè)定繪圖 RAM 先設(shè)定垂直 (列 )地址 AC6AC5?AC0 再設(shè)定水平 (行 )地址 AC3AC2AC1AC0 將以上 16位地址連續(xù)寫入即可 第六章 系統(tǒng)測試 數(shù)字萬用表一臺(tái)； EL 教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱一個(gè) 。 測量單片機(jī)及液晶屏的載入電阻，測試值如表