畢業(yè)設(shè)計論文室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)方案

1、目 錄1 引言 .11.1 設(shè)計課題的目的及意義 .11.2 溫度檢測技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 .22 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)方案論證 .52.1 方案設(shè)計 .52.2 方案選擇 .63 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 .73.1 單片機(jī)模塊 .73.2 溫度檢測模塊 .93.3 報警電路模塊 .153.4 存儲模塊 .163.5 時鐘芯片模塊 .173.6 日期調(diào)整按鍵模塊 .193.7 1602 液晶顯示模塊.193.8 電源模塊 .233.9 硬件總體設(shè)計 .234 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計 .254.1 系統(tǒng)程序總體流程概況 .254.2 子程序設(shè)計 .255 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 .305.1

2、 軟件調(diào)試 .305.2 仿真結(jié)果 .306 總結(jié) .31參考文獻(xiàn) .32致 謝 .33附錄一、電路原理圖 .34附錄二、系統(tǒng)仿真圖 .35附錄三、源程序 .361 引言隨著電子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有處理能強(qiáng)、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，應(yīng)用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。 單片機(jī)的特點是體積較小，也就是其集成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計算機(jī)系統(tǒng)的簡化，增加一些外圍電路，就能夠組成一個完整的小系統(tǒng)，單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。它具有和普通計算機(jī)類似的、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過使用一些科學(xué)的算法，可以獲得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)

3、處理能力。所以單片機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用中，可以極大地提高工業(yè)設(shè)備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率，而且單片機(jī)無需占用很大的空間。該系統(tǒng)設(shè)計核心控制器使用單片機(jī) at89c51，測溫傳感器使用 ds18b20，時鐘芯片采用ds1302，存儲芯片采用 at24c02，用 lcm1602 液晶顯示實現(xiàn)溫度和日期的動態(tài)顯示,并且如果超出溫度范圍，報警系統(tǒng)會即時進(jìn)行報警。1.1 設(shè)計課題的目的及意義北方的冬季一般比較寒冷，溫度往往達(dá)到-20以下，為了抵御寒冷，各個供暖公司燃燒大量的煤為住戶進(jìn)行供暖，但是燃燒的煤炭所散發(fā)的熱量與住戶屋內(nèi)的溫度是否成正比，是否有大量的熱量從住戶的墻壁或門窗散發(fā)出去而造成大量的能源

4、損失，一直是大家所關(guān)心的問題。隨著國家環(huán)保、節(jié)能意識的提高，迫切需要一種檢測系統(tǒng)對流入住戶屋內(nèi)的熱量以及住戶屋內(nèi)所實際能達(dá)到的溫度進(jìn)行檢測。 溫度檢測的傳統(tǒng)方法是使用熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體 pn 結(jié)等的模擬溫度傳感器，信號經(jīng)取樣、放大后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由單片機(jī)處理。 被測溫度信號從溫敏元件到單片機(jī)，經(jīng)過眾多器件，易受干擾，不易控制且精度不高。這次畢業(yè)設(shè)計的目的主要是讓生活在信息時代的我們，將所學(xué)知識應(yīng)用于生產(chǎn)生活當(dāng)中，掌握系統(tǒng)總體設(shè)計的流程，方案的論證，選擇，實施與完善。通過對溫度控制通信系統(tǒng)的設(shè)計、制作、了解信息采集測試、控制的全過程，提高在電子工程設(shè)計和實際操作方面的綜合能力，初步培養(yǎng)在完

5、成工程項目中所應(yīng)具備的基本素質(zhì)和要求。培養(yǎng)研發(fā)能力，通過對電子電路的設(shè)計，初步掌握在給定條件和要求的情況下，如何達(dá)到以最經(jīng)濟(jì)實用的方法、巧妙合理地去設(shè)計工程系統(tǒng)中的某一部分電路，并將其連接到系統(tǒng)中去。提高查閱資料、語言表達(dá)能力和理論聯(lián)系實際的技能。隨著溫度檢測理論和技術(shù)的不斷更新, 溫度傳感器的種類也越來越多，在微機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器，必須是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成電量的傳感器，目前常用的有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成傳感器等，每種傳感器根據(jù)其自身特性，都有它自己的應(yīng)用領(lǐng)域。其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好更方便的設(shè)施就需要從

6、單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的主流之一，被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。當(dāng)今社會溫度的測量與控制系統(tǒng)在生產(chǎn)與生活的各個領(lǐng)域中扮著越來越重要的角色，大到工業(yè)冶煉，物質(zhì)分離，環(huán)境檢測，電力機(jī)房，冷凍庫，糧倉，醫(yī)療衛(wèi)生等方面；小到家庭冰箱，空調(diào)，電飯煲，太陽能熱水器等方面都得到了廣泛的應(yīng)用，溫度控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用也使得這方面研究意義非常的重要。1.2 溫度檢測技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀國外對溫度控制技術(shù)研究較早，始于 2

7、0 世紀(jì) 70 年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80 年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于 20 世紀(jì) 80 年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家溫度測控技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了溫度室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設(shè)施計算機(jī)應(yīng)用，在總體上正從消化吸收、簡單應(yīng)用階段向?qū)嵱没?、綜合性應(yīng)用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)

8、居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到工廠化的程度，生產(chǎn)實際中仍然有許多問題困擾著我們，存在著裝備配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度低，環(huán)境控制水平落后，軟硬件資源不能共享和可靠性差等缺點。在今后的溫控系統(tǒng)的研究中會趨于智能化，集成化，系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)更準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定可靠。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國際單位制中 7 個基本物理量之一，它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷把提高，溫度測量技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。1.2.1 溫度檢測技術(shù)簡介溫度檢測技術(shù)是一種利用微機(jī)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊傳輸和數(shù)據(jù)

9、分析處理的一門新技術(shù)，是在生產(chǎn)過程中記錄和說明熱加工產(chǎn)品與空氣溫度關(guān)系的技術(shù)，追蹤測量得到的數(shù)據(jù)被顯示為圖表或數(shù)字。這個過程最簡單的形式就是它可以告訴生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度、保持這個溫度有多長時間以及在什么時間達(dá)到了什么溫度。通過分析數(shù)據(jù)，生產(chǎn)人員可以保證產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量、解決產(chǎn)品存在問題、優(yōu)化生產(chǎn)工藝路線及節(jié)約能耗。無論是在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、食品加工、其它工業(yè)生產(chǎn)，還是在醫(yī)療器械生產(chǎn)方面，只要在生產(chǎn)過程中溫度是重要的控制指標(biāo)，溫度檢測技術(shù)就具有非常廣闊的應(yīng)用前景。隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步，目前的溫度檢測使用的方法種類繁多，應(yīng)用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法

10、：（1）利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計；（2）利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件；（3）利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計；（4）利用熱輻射原理制成的高溫計；（5）利用聲學(xué)原理進(jìn)行溫度測量；（6）利用紅外測溫技術(shù)；溫度的檢測方法通常分為兩大類即接觸式測溫和非接觸式測溫。接觸式測溫是基于熱平衡原理，測溫時，感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，當(dāng)達(dá)到熱平衡時，獲得被測物體的溫度，例如，熱電偶，熱敏電阻，膨脹式溫度計等就屬于這一類；非接觸式測溫基于熱輻射原理或電磁原理，測溫時，感溫元件不直接與被測介質(zhì)接觸，通過輻射實現(xiàn)熱交換，達(dá)到測量的目的，例如，紅外測溫儀、光學(xué)高溫計等。常用的測溫傳感器有熱電偶，熱電阻，導(dǎo)體

11、溫度傳感器等。集成溫度傳感器可以分為三類：模擬集成溫度傳感器、模擬集成溫度控制器、智能溫度傳感器。1.2.2 溫度檢測技術(shù)的發(fā)展在溫度測量方面各國均取得了許多可喜的成果，其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計分辨能力可達(dá) 0.0001，理論上可達(dá) 0.00001，而且在-40230范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性；我國生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率達(dá)到 0.0001，誤差在 0.05以內(nèi)，中國航天工業(yè)總公司 702 所研制的 5901(stp-1000)型粘貼式測溫片，其靜態(tài)測溫精度為0.5%，快速響應(yīng)時間小于 0.013s。雖然溫度測量方法多種多樣，但在很多情況下，對于實際工程現(xiàn)場或一些特殊條件下的溫度測

12、量，比如對極限溫度、高溫腐蝕性介質(zhì)溫度、氣流溫度、表面溫度、固體內(nèi)部溫度分布、微尺寸目標(biāo)溫度、大空間溫度分布、生物體內(nèi)溫度、電磁干擾條件下溫度測量來講，要想得到準(zhǔn)確可靠的結(jié)果并非易事，需要非常熟悉各種測量方法的原理及特點，結(jié)合被測對象要求選擇合適的測量方法才能完成。同時，還要不斷探索新的溫度測量方法，改進(jìn)原有測量技術(shù)，以滿足各種條件下的溫度測量需求。溫度檢測技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常的廣泛，冷凍庫，糧倉，儲罐，電信機(jī)房，電力機(jī)房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域。軸瓦，缸體，紡機(jī)，空調(diào)等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。汽車空調(diào)，冰箱，冷柜以及中低溫干燥箱等。太陽能供熱，制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量等。2

13、室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)方案論證2.1 方案設(shè)計2.1.1 方案一：利用 plc 實現(xiàn)對溫度恒定的控制利用 plc 實現(xiàn)對溫度恒定的控制，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示：采用 plc 控制實現(xiàn)電熱絲和風(fēng)扇加熱制冷，以全通、間斷導(dǎo)通和全斷加熱制冷的自動控制方式，來達(dá)到溫度的恒定。智能型熱電偶溫度表將置于被測環(huán)境中，熱電偶的傳感器信號與恒定溫度的給定電壓進(jìn)行比較，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，生成溫差電壓 vt，plc 自適應(yīng)恒溫控制電路，根據(jù)vt 的大小計算出全通、間接導(dǎo)通和全斷的自適應(yīng)恒溫控制電路，并將占空比可調(diào)的控制電平經(jīng)輸出隔離電路去控制可控硅門極的通斷，實現(xiàn)自適應(yīng)的恒溫控制。若溫度升的過快或者降低過

14、快，plc 也將輸出關(guān)斷電平信號轉(zhuǎn)換為可控硅電路相匹配的輸入信號。、 、 、 、 、 、 、 、 、sz-4plc、 、 、 、 、 、 、 、 、vt、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、圖 2-1 方案一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1.2 方案二：用熱電耦檢測溫度以單片機(jī)為主控制系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。采用熱電偶對溫度進(jìn)行采集，將采集到的信號利用放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)過 a/d 轉(zhuǎn)換，然后將采集到的數(shù)據(jù)用單片機(jī)在液晶顯示器上顯示出來，然后再利用控制電路對溫度控制其升溫或者降溫。、 、 、 、 、 、 、 、a/d、 、 、 、 、 、 、 、 、 、lcd、 、 、 、 、 、 、圖 2

15、-2 方案二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1.3 方案三：用溫度傳感器檢測溫度仍以單片機(jī)為主控制系統(tǒng)，采用數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)溫度采集，其總體結(jié)構(gòu)如圖 2-3所示。系統(tǒng)主要包括以系統(tǒng)核心 at89c51 單片機(jī)作為微處理器的現(xiàn)場溫度采集、實時溫度顯示與存儲、相應(yīng)時刻日期顯示與調(diào)整、超溫報警裝置系統(tǒng)。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、圖 2-3 方案三的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖溫度采集電路以數(shù)字量形式將現(xiàn)場溫度傳至單片機(jī)。采用單線單點檢測技術(shù)，其中ds1302 時鐘芯片為系統(tǒng)提供日期和時間，由單片機(jī)對溫度傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng) lcm1602 液晶顯示

16、器顯示出來，并將處理后的溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，從而控制報警電路是否發(fā)出報警信號。2.2 方案選擇對于方案一，采用 plc 實現(xiàn)恒溫控制，由于 plc 成本高，且 plc 是外圍系統(tǒng)配置復(fù)雜，不利于我們的設(shè)計；由于數(shù)字 pid 調(diào)節(jié)，運算量大，只有選擇對于溫度的控制精度合適的參數(shù)才往往能達(dá)到較好的效果。對于方案二，雖然許多熱電偶精度非常高，但是其構(gòu)成系統(tǒng)太復(fù)雜，抗干擾能力也不強(qiáng)，而且成本比較高。對于方案三，采用數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，該方案成本低，可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，而且易于設(shè)計和控制，同時也是本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書上所要求的方案。故本設(shè)計我選方案三，采用數(shù)字溫度傳感器采集溫度來實現(xiàn)室內(nèi)溫度

17、檢測。3 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機(jī)模塊主控單片機(jī)采用一片 atmel at89c51。根據(jù)題目要求，充分利用了單片機(jī)靈活控制的優(yōu)點，發(fā)揮其優(yōu)勢功能，采用單片機(jī)控制顯示信號燈，提高了系統(tǒng)的靈活性，設(shè)置方便。at89c51 芯片本身集成了看門狗（wdt）電路，這是為了系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠，避免了系統(tǒng)因為死機(jī)而停止工作的情況發(fā)生這種做法對于實際上長時間運行在惡劣狀況的交通燈控制系統(tǒng)來說是十分必要的。它可以完成自動加載復(fù)位，省去人工調(diào)整的麻煩，可以做到無人職守1。at89c51 是一個低功耗，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes isp(in-system prog

18、rammable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 flash 只讀程序存儲器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令系統(tǒng)及 80c51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 isp flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 at89c51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案1。 at89c51 具有如下特點1：40 個引腳，4k bytes flash 片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ，32 個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5 個中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個 16 位可編程定

19、時計數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器，如圖 3-1 所示。圖 3-1 at89c51 芯片引腳 此外，at89c51 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu 暫停工作，而 ram 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 ram 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直到外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求2。3.1.1 復(fù)位鍵控制模塊 單片機(jī)復(fù)位電路是使 cpu 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從該狀態(tài)開始工作，例如

20、復(fù)位后 pc=0000h，使單片機(jī)從第一個單元取指令。無論是在單片機(jī)剛接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位的條件是：使 rst/vpd引腳加上持續(xù)兩個機(jī)器周期（即 24 個振蕩周期）的高電平。若時鐘頻率為 12mhz，每機(jī)器周期為 1us，則只需 2us 以上時間的高電平，在 rst 引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位2。單片機(jī)常見的復(fù)位電路如圖 3-2 按鍵復(fù)位電路所示。圖 3-2 按鍵復(fù)位電路該電路除了具有上電復(fù)位電路功能，還可以使用中復(fù)位，只要按下圖中的復(fù)位鍵，在rst 端會產(chǎn)生一個復(fù)位高電平。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生 ale 和 psen 信號，即 ale=1，這

21、表明單片機(jī)復(fù)位不會有任何取值操作2。按鍵復(fù)位電路，易掌握，好操作。3.1.2 驅(qū)動模塊單片機(jī)的驅(qū)動主要是由晶振組成的驅(qū)動電路提供2，如圖 3-3 所示：由一個 12mhz 的晶振以及兩個 22pf 的電容組成，單片機(jī)以及外圍的一些電路能夠正常工作，都是由晶振電路所提供的動力。因此，在單片機(jī)中晶振電路是必不可少的，也正是這樣，它也是單片機(jī)最小系統(tǒng)的重要組成部分2。圖 3-3 晶振電路3.2 溫度檢測模塊3.2.1 溫度傳感器的概述ds18b20 是美國 dallas 半導(dǎo)體公司繼 ds1820 之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求

22、通過簡單編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式3?？梢苑謩e在 93.75ms 和 75oms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量。它具有獨特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時需要的 a/d 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點，而且，可以通過總線供電，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 ds18b20 供電，而無需額外電源，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高5。ds18b20 的測溫范圍-55+125，最高分辨率可達(dá) 0.0625，由于每一個 ds1

23、8b2o 出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其 rom 中，因此 cpu 可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。ds18b2o 具有獨特的單總線接口方式在多點測溫時有明顯的優(yōu)勢，占用單片機(jī)的 i/o 引腳資源少，和單片機(jī)的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)5。3.2.2 ds18b20 性能特點與內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20 是美國 dallas 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易于與未處理器接口等優(yōu)點，適合于各種溫度測控系統(tǒng)。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、a/d 轉(zhuǎn)化器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度

24、信號數(shù)字值。信號傳輸采用兩芯（或三芯）電纜構(gòu)成的單總線結(jié)構(gòu)。一條單總線上可以掛接若干個數(shù)字溫度傳感器，每個傳感器有一個唯一的地址碼。微控制器通過對器件的尋址，就可以讀取某個傳感器的溫度值，從而簡化了信號采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。(1)ds18b20 的性能特點6如下：1)獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；2)多個 ds18b20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；3)無須外部器件；4)可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.05.5v；5)零待機(jī)功耗；6)溫度以 3 位數(shù)字顯示；7)用戶可定義報警設(shè)置；8)報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；9)負(fù)電壓特性，電源極

25、性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 (2)ds18b20 的外形及管腳排列6，如下圖 3-4 所示: 圖 3-4 ds18b20 封裝(3)ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)6主要由六分組成：1)64 位光刻 rom。開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后 8 位是前 56 位的 crc 校驗碼，這也是多個 ds18b20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。64 位閃速 rom 的結(jié)構(gòu)如下：8b 檢驗 crc48b 序列號8b 工廠代碼（10h） msb lsb msb lsb msb lsb內(nèi)部電源探測位和單線端口位產(chǎn)生器暫存器下限觸發(fā)上限觸發(fā)溫度傳感器

26、存儲器和控制邏輯圖 3-5 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20gnddqvdd2)非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 th 和 tl，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。3)高速暫存存儲，可以設(shè)置 ds18b20 溫度轉(zhuǎn)換的精度。ds18b20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 ram 和一個非易失性的可電擦除的 e2pram。高速暫存 ram 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3-5 所示7。頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) th 和 tl 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作

27、時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖 3-6 所示7。低 5 位一直為 1，tm 是工作模式位，用于設(shè)置 ds18b20 在工作模式還是在測試模式。byte0溫度測量值 lsb（50h）byte1溫度測量值 msb（50h）e2prombyte2th 高溫寄存器-th 高溫寄存器byte3tl 低溫寄存器-tl 低溫寄存器byte4配位寄存器-配位寄存器byte5預(yù)留（ffh）byte6預(yù)留（0ch）byte7預(yù)留（ioh）byte8循環(huán)冗余碼校驗（crc）圖 3-6 ds18b20 內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)ds18b20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動，r

28、1 和 r0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。表 3-1 ds18b20 溫度轉(zhuǎn)換時間表 r1 r0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms 0 0 9 93.75 0 1 10 187.5 1 0 11 375 1 1 12 750由表 3-1 可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存 ram 的第 6、7、8 字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。第 9 字節(jié)讀出前面所有8 字節(jié)的 crc 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng) ds18b20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴(kuò)

29、展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 1、2 字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0.0625lsb 形式表示。當(dāng)符號位 s0 時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位 s1 時，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計算十進(jìn)制數(shù)值。表3-2 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表 3-2 一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+

30、10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h 4)crc 的產(chǎn)生 在 rom 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（crc） 。主機(jī)根據(jù) rom 的前 56 位來計算 crc 值，并和存入 ds18b20 中的 crc 值做比較，以判斷主機(jī)收

31、到的 rom 數(shù)據(jù)是否正確。另外，由于 ds18b20 單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 ds18b20 的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化 ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā) rom 功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。5)外接電源ds18b20 有兩種供電方式：3.05.5v 的電源供電方式和寄生電源供電方式（直接從數(shù)據(jù)線獲取電源） 。本設(shè)計采用外部電源給器件供電，外部電源接 vcc 引腳向器件供電，如圖3-7 所示，gnd 接地，dq 接單片機(jī)。vccdqgndds18b20gnd接單片機(jī)vcc圖 3-7 外部電源供電6）溫度報警信號ds18b20

32、 完成溫度轉(zhuǎn)化后，就把測的溫度值與 th、tl 做比較，若 tth 或 tvcc1+0.2v 時，由 vcc2 向 ds1302 供電，當(dāng)vcc2 vcc1 時，由 vcc1 向 ds1302 供電；sclk：串行時鐘輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出； i/o：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； ce：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，ce 開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，ce 提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。故室?nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計,如圖 3-15 所示。圖 3-15 ds1302 時鐘電路設(shè)計3.6 日期調(diào)整按鍵模塊本設(shè)計總的用了四個按扭開關(guān)作為調(diào)整設(shè)

33、置按鍵，如圖 3-16 所示:按 key1 進(jìn)入時間設(shè)置；再按一下進(jìn)行確認(rèn)；按 key2 進(jìn)行加；按 key4 進(jìn)行減；按 key3 進(jìn)入日期設(shè)置；進(jìn)入設(shè)置后進(jìn)行光標(biāo)左移。圖 3-16 日期調(diào)整按鍵模塊3.7 1602 液晶顯示模塊3.7.1lcm1602 液晶顯示的概述lcm（lcd module）即 lcd 顯示模組，是指將液晶顯示器件、連接件、控制與驅(qū)動等外圍電路，pcb 電路板，背光源，結(jié)構(gòu)件等裝配在一起的組件。lcm 提供用戶一個標(biāo)準(zhǔn)的 lcd顯示驅(qū)動接口，用戶按照接口要求進(jìn)行操作來控制 lcd 正確顯示。lcm 是一種相對更高集成度的 lcd 產(chǎn)品，可以比較方便地與各種微控制器（如

34、單片機(jī)）連接，作為簡易的人機(jī)接口。其中，mcs-51 單片機(jī)作為 lcm1602 顯示控制系統(tǒng)的核心部件。它由中央處理器（cpu） 、存儲器（rom 與 ram） 、輸入/輸出單元(i/o)三大基本部分構(gòu)成。單片機(jī)具有高性能、低價格；體積小，集成度高，可靠性和抗干擾能力強(qiáng)；較低工作電壓（1.85v） ，低功耗等優(yōu)點。并且，只要在單片機(jī)的外圍適當(dāng)加一些必要的擴(kuò)展電路及通道接口，就可以構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、檢測監(jiān)視系統(tǒng)?？傊?，該 lcm1602 液晶顯示控制系統(tǒng)具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)

35、展趨勢。3.7.2 lcm1602 體系結(jié)構(gòu)介紹lcm1602 是 2 行16 個字符的字符型液晶顯示模塊。它由 32 個字符點陣塊組成，每個字符點陣塊由 57 或 510 個點陣組成，可以顯示 ascii 碼表中的所有可視的字符。lcm1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中各引腳的功能2，如下表：表 3-3 各引腳說明引腳符號功能說明1vss電源負(fù)極2vdd電源正極（+5v）3v0液晶顯示器對比度調(diào)整，lcd 驅(qū)動電壓（一般為 0.8v，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，會產(chǎn)生“鬼影”可以通過一個 10k 的電位器調(diào)整對比度） 。4rsrs 為寄存器選擇，高電平 1 時選擇數(shù)據(jù)寄

36、存器、低電平 0 時選擇指令寄存器。5r/wr/w 為讀寫信號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作。6ee(或 en)端為使能(enable)端，下降沿使能，液晶模塊執(zhí)行命令714db0db7低四、高四位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線 0 位(最低位）7 位(最高位)15bla背光電源正極16blk背光電源負(fù)極 寄存器選擇控制如表 3-4：表 3-4 寄存器選擇控制說明rsr/w操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）或者顯示地址01讀 busy flag（db7） ，以及讀取位址計數(shù)器（db0db6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.7.3 lcm1602

37、模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)lcm1602 內(nèi)部主要寄存器有：輸入/輸出緩沖器，指令寄存器（instuction register，即 ir） ，指令譯碼器，數(shù)據(jù)寄存器（data register，即 dr） ，地址計數(shù)器（address counter，即 ac） ，忙標(biāo)識（busy flag，即 bf）以及顯示數(shù)據(jù)存儲器（display data ram，即 ddram） ，字符發(fā)生器（character generate rom，即 cgrom）2。其各個單元的功能作用如下：輸入/輸出緩沖器，用于緩存輸入/輸出的數(shù)據(jù)與控制信號。指令寄存器（ir） ，為八位寄存器。用于存放 lcd 指令、ddram 或

38、cgrom 地址。數(shù)據(jù)輸入流程：數(shù)據(jù)存入 dr，然后將該數(shù)據(jù)地址與指令存入 ir，最后將該數(shù)據(jù)輸入到 ddram 或cgrom。讀取數(shù)據(jù)流程：將該數(shù)據(jù)地址與指令存入 ir，dr 取得該地址數(shù)據(jù)。指令譯碼器，將 ir 里的指令進(jìn)行譯碼，以獲取 ddram 或 cgrom 地址。數(shù)據(jù)寄存器（dr） ，連接 lcm 內(nèi)部數(shù)據(jù)總線以及緩存 ddram 或 cgrom 的存取數(shù)據(jù)。當(dāng)cpu 讀取 dr 內(nèi)容后，dr 能自動加載下一個地址的內(nèi)容。地址計數(shù)器（ac） ，連接 lcm 內(nèi)部數(shù)據(jù)總線以及緩存 ddram 或 cgrom 的存取數(shù)據(jù)地址。當(dāng)存取 ddram 或 cgrom 的數(shù)據(jù)地址，ac 能自動

39、加載下一個存儲地址。忙標(biāo)識（bf） ，表示 lcm 的當(dāng)前狀態(tài)。若 bf=1，則表示 lcm 處于忙碌狀態(tài)，無法接收外部數(shù)據(jù)或指令。顯示數(shù)據(jù)存儲器（ddram） ，存儲所要顯示數(shù)據(jù)的 ascii 碼，根據(jù)該 ascii 碼地址，即可到 cgrom 里找到該字符的顯示編碼。在送待顯示字符代碼的指令之前，先要送 ddram 的地址(即待顯示的字符顯示位置)。162 的字符型 lcd 的 ddram 地址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系，如表 3-5 所示。表 3-5 lcd 的 ddram 地址與顯示位置的對應(yīng)關(guān)系ddram 地址與顯示字符位置（16*2）的對應(yīng)關(guān)系00h01h02h03h04h05h06h0

40、7h08h09h0ah0bh0ch0dh0eh0fh40h41h42h43h44h45h46h47h48h49h4ah4bh4ch4dh4eh4fh此外，還有自定義字符發(fā)生器，串行/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，光標(biāo)閃爍控制電路，時序產(chǎn)生電路，偏壓產(chǎn)生電路，共同端驅(qū)動電路以及段驅(qū)動電路等。3.7.4 lcm1602 體系結(jié)構(gòu)介紹由于 mpu 可以直接訪問模塊內(nèi)部的 ir 和 dr。作為緩沖區(qū)域，ir 和 dr 在模塊進(jìn)行內(nèi)部操作之前，可以暫存來自 mpu 的控制信息。這樣就給用戶在 mpu 和外圍控制設(shè)備的選擇上，增加了余地。模塊的內(nèi)部操作由來自 mpu 的 rs、r/w、e 以及數(shù)據(jù)信號 db 決定，這些

41、信號的組合形成了模塊的指令。本系列模塊向用戶提供了 11 條指令，大致可以分為四大類：模塊功能設(shè)置；設(shè)置內(nèi)部 ram 地址；完成內(nèi)部 ram 數(shù)據(jù)傳送；完成其他功能。內(nèi)部 ram 的數(shù)據(jù)傳送的功能使用最為頻繁，因此，ram 中的地址指針?biāo)邆涞淖詣蛹右换驕p一功能，在一定程度上減輕了 mpu 編程負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)移位指令與寫顯示數(shù)據(jù)可同時進(jìn)行，這樣用戶就能以最少系統(tǒng)開發(fā)時間，達(dá)到最高的編程效率。另外，在每次訪問模塊之前，mpu 應(yīng)首先檢測忙標(biāo)志 bf，確認(rèn) bf=0 后，訪問過程才能進(jìn)行。1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 3-6 所示。 表 3-6 1602 液晶模塊內(nèi)部控制

42、指令序號指令rsr/w d7d6d5d4d3d2d1d01清顯示，ddram 存入 20h，光標(biāo)至左上角，ac 清零00000000012光標(biāo)返回，ddram 內(nèi)容保持，ac 清零000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開/關(guān)控制0000001dcb5光標(biāo)或字符移位000001s/c r/l*3.7.5 lcm1602 顯示電路設(shè)計單片機(jī) p0.0p0.7 分別于 lcm1602 液晶顯示模塊的 d0d7 數(shù)據(jù)線連接，p2.0p2.2接到液晶顯示模塊控制信號引腳 rs、rw 和 e，lcd 模塊的 vdd 引腳接電源+5v，vss 和 vee引腳接地。結(jié)合 lcm1602

43、 控制指令，通過 at89c51 單片機(jī)來控制 lcm1602 顯示相應(yīng)的時間與溫度，如圖 3-17 所示。圖 3-17 顯示電路設(shè)計3.8 電源模塊該系統(tǒng)電源是由集成穩(wěn)壓器件構(gòu)成的直流可調(diào)穩(wěn)壓電源，為系統(tǒng)各模塊及芯片提供電源。主要由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓等部分電路8。具體如下：交流電源經(jīng)過電路中的保險絲 f，變壓器 t 降壓成低壓交流電，經(jīng)二極管組 d2 成的整流橋整流成單向脈沖直流電壓，其中 f 起到短路保護(hù)作用。穩(wěn)壓電路部分中，電路采用 lm7805 集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件，用典型接法，220v 電源整流濾波后送入 lm7805 穩(wěn)壓，在輸出端接上電容進(jìn)一步濾除紋波，得到 5v 穩(wěn)壓電源

44、，如圖 3-18 所示。6置功能00001dlnf*7置字符發(fā)生存貯器尋址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器尋址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01bf計數(shù)器地址10寫數(shù)到 cgram 或 ddram）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從 cgram 或 ddram 讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容圖 3-18 電源電路設(shè)計3.9 硬件總體設(shè)計本設(shè)計的硬件總體設(shè)計主要包括主控單片機(jī)模塊、溫度檢測模塊，顯示模塊，時鐘模塊，存儲模塊以及報警模塊。電路原理圖詳見附錄一。溫度檢測流程：先用溫度傳感器模塊對環(huán)境溫度進(jìn)行采集，然后主單片機(jī)模塊將溫度傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理經(jīng)過顯示模塊將溫度值顯示出來，并將此時的

45、溫度與規(guī)定的溫度進(jìn)行比較。當(dāng)此時的溫度高于規(guī)定值時，紅色二極管亮，并且蜂鳴器發(fā)出報警；當(dāng)溫度值在規(guī)定值范圍內(nèi)時，蜂鳴器不報警；當(dāng)溫度低于規(guī)定值時，蜂鳴器發(fā)出報警。日期和時間顯示流程：主要由時鐘芯片控制，四個功能按鍵進(jìn)行日期和時間的調(diào)整，通過顯示屏上顯示出來，并把當(dāng)時的溫度存儲記錄下來，方便供熱公司查詢。4 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計過程中，軟件與硬件同樣重要。硬件是系統(tǒng)的軀體，軟件則是系統(tǒng)的靈魂，系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計好之后，它的主要功能還是要靠軟件編程來實現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計在很大程度上決定了系統(tǒng)的性能。為了滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求，在軟件設(shè)計方面一般要符合易理解、易維護(hù)、實時性、準(zhǔn)確性、可

46、靠性等幾點要求。4.1 系統(tǒng)程序總體流程概況該檢測系統(tǒng)主要包括單片機(jī)對 ds18b20 溫度檢測、lcm1602 液晶顯示、萬年歷顯示控制,以及溫度數(shù)據(jù)存儲四部分。軟件控制程序主要有主控程序、電子時鐘的時間控制程序、溫度檢測、顯示程序和數(shù)據(jù)存儲等程序組成。主控程序負(fù)責(zé)對整個程序進(jìn)行調(diào)用與控制，進(jìn)行了初始化程序還有鍵盤功能程序；顯示程序和時間控制程序是電子時鐘中比較重要的部分，時間控制程序體現(xiàn)了年、月、日、時、分、秒的計算方法。主控程序如圖 4-1 所示。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、nnyy、 、圖 4-1 系統(tǒng)總控流

47、程圖4.2 子程序設(shè)計 在子程序設(shè)計中，要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，盡可能地保證單入口單出口，減少與其他程序之間的耦合，但為了提高這類滯后對象的實時性指標(biāo)，可以在個程序適當(dāng)?shù)牟糠诌M(jìn)行揉合。例如在播放語音時，需要調(diào)用一段延時，在本程序中，利用 cpu 執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換這段代碼占有的時間代替這段延時。在正常執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換時，同樣需要調(diào)用一段延時，而本系統(tǒng)利用cpu 執(zhí)行顯示子程序占有的時間代替這段延時?？傊?，系統(tǒng)設(shè)計時要協(xié)調(diào)這種時間滯后，使系統(tǒng)滿足實時性要求。4.2.1 溫度檢測顯示程序溫度檢測顯示程序包含了讀出溫度，溫度轉(zhuǎn)換命，計算溫度，顯示數(shù)據(jù)等流程。溫度的實時顯示、讀出并處理 ds18b20 的測量的當(dāng)前溫

48、度值，溫度測量每 1s 進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度。溫度轉(zhuǎn)換主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為 750ms。計算溫度則將 ram 中讀取值進(jìn)行 bcd 碼的轉(zhuǎn)換運算，因為本設(shè)計應(yīng)用在室內(nèi)的溫度檢測，所以沒有進(jìn)行溫度值正負(fù)判定程序的顯示。溫度檢測顯示流程如圖 4-2 所示。、 、 、 、 、 ds18b20、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ds18b20、 、 、 、 、 、 、 、 750ms、 、 、 、 、 、 、 、 、 lcd、 、 、 、 、 、 750ms、 、 、 、 、 、 、 、 、 rom、 、 、 、 、 、

49、 、 、 、 、 、 、 、 、 bcd、 、 、 、 、圖 4-2 溫度檢測顯示流程4.2.2 日歷顯示程序 時間控制程序主要是定時器 0 計時中斷程序每隔 10ms 中斷一次當(dāng)作一個計數(shù)，每中斷一次則計數(shù)加 1，當(dāng)計數(shù) 100 次時，則表示 1 秒到了，秒變量加 1；同理，再判斷是否 1 分鐘到了，再判斷是否 1 小時到了，再判斷是否 1 天到了，再判斷是否 1 月到了，再判斷是否 1 年到了；若計數(shù)到了，則相關(guān)變量清零。先給出一般年份的每月天數(shù)。如果是閏年，第二個月天數(shù)不為 28 天，而是 29 天。閏年的判斷規(guī)則為，如果該年份是 4 或 100 的整數(shù)倍或者是 400 的整數(shù)倍，則為閏

50、年；否則為非閏年。在我們的這個設(shè)計中由于只涉及 100年范圍內(nèi)，所以判斷是否閏年就只需要用該年份除 4 來判斷就行了。cpu 讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，當(dāng)各自的條件得不到滿足時，對應(yīng)的顯示器狀態(tài)就不發(fā)生改變，只是在滿足條件的情況下，顯示器的狀態(tài)才變化。程序流程圖如圖 4-3 所示。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、圖 4-4 日歷顯示程序流程圖4.2.3 按鍵掃描操作程序該按鍵掃描電路用了四個按扭開關(guān)作為日期和時間的調(diào)整設(shè)置按鍵，隨著時間的調(diào)整相應(yīng)的溫度也會顯示當(dāng)時的溫度，程序流程如圖 4-5 所示。、 、 k1、 、 k2、 、 、 、 、

51、 、 、 k3、 、 k4y 、 、 、 、 、 、nnny 、 1y 、 、 、 、 、 、y 、 1、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、圖 4-5 按鍵掃描操作流程圖4.2.4 溫度儲存程序eeprom 采用 i2c 總線與單片機(jī)進(jìn)行通信 i2c 總線是由飛利浦公司推出，是近年來微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)，具有接口線少、控制簡單、器件封裝形式小、通信速率較高等優(yōu)點1。i2c 總線由兩條導(dǎo)線構(gòu)成，數(shù)據(jù)導(dǎo)線稱為串行數(shù)據(jù)線(sda)，時鐘導(dǎo)線稱為串行時鐘線(scl)，即可發(fā)送數(shù)據(jù)，也可接受數(shù)據(jù)。在 cpu 與 ic 之間，ic 與 ic 之間都可以進(jìn)行雙向通信，最高傳送速

52、率為 400kbps，各種被控器件均并聯(lián)在總線上，每個器件都有唯一的地址。i2c 總線上的數(shù)據(jù)傳輸用一個起始條件來啟動1如圖 4-6 所示，sda 信號發(fā)生由高到低的轉(zhuǎn)換，同時 scl 信號保持高，表示起始條件。i2c 總線上的數(shù)據(jù)傳輸用一個終止條件來結(jié)束。如下圖所示，sda 信號發(fā)生由低到高的轉(zhuǎn)換，同時 scl 信號保持高，表示終止條件。實際數(shù)據(jù)在起始和終止條件之間傳輸。圖 4-6 起始和停止條件典型的 i2c 字節(jié)寫入周期的操作過程是：主執(zhí)行設(shè)備用一個起始條件啟動傳輸，接著發(fā)送設(shè)備地址，該地址是要寫入數(shù)據(jù)字節(jié)的設(shè)備的地址，以高位在前、低位在后的方式發(fā)送。數(shù)據(jù)的發(fā)送如圖 4-7 所示，圖中主

53、執(zhí)行設(shè)備將數(shù)據(jù)位的值放在 sda 信號線上，同時scl 信號線為低，sda 信號線上的值要一直保持到 scl 信號線出現(xiàn)時鐘脈沖。在發(fā)送接收設(shè)備的地址后，主執(zhí)行設(shè)備發(fā)送一個 0，接收設(shè)備在第一個 ack 時鐘周期使 sda 信號線保持低，確認(rèn)收到該地址。確認(rèn)之后，主執(zhí)行設(shè)備以高位在前、低位在后的方式發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)。接收設(shè)備在第二個 ack 時鐘周期使 sda 信號線保持低，確認(rèn)收到數(shù)據(jù)。典型的 i2c 字節(jié)讀取周期的操作過程是：主執(zhí)行設(shè)備用一個起始條件啟動傳輸，接著發(fā)送設(shè)備地址，該地址是要讀取數(shù)據(jù)字節(jié)的設(shè)備的地址，以高位在前、低位在后的方式發(fā)送。1 和 0 的發(fā)送同上。在發(fā)送讀取設(shè)備的地址后

54、，主執(zhí)行設(shè)備發(fā)送一個 1，請求讀取，并等待接收確認(rèn)信號，接著發(fā)送設(shè)備發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，接收設(shè)備產(chǎn)生一個終止條件，確認(rèn)數(shù)據(jù)的接收并終止傳輸1。圖 4-7 i2c 總線的數(shù)據(jù)傳輸5 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。根據(jù)方案設(shè)計的要求，調(diào)試過程共分三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)調(diào)。 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯誤是在軟件調(diào)試

55、中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢娪布恼{(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計則是無從做起，本設(shè)計主要看仿真結(jié)果，不需要做實物，這里我們只進(jìn)行軟件調(diào)試和軟硬仿真聯(lián)調(diào)。5.1 軟件調(diào)試系統(tǒng)軟件調(diào)試可以先調(diào)試液晶顯示程序,在液晶上顯示出正確的時間，隨后調(diào)試時間調(diào)整函數(shù)。接下來分別進(jìn)行 ds18b20 溫度顯示程序的調(diào)試，調(diào)試到液晶能顯示溫度值，在環(huán)境溫度有變化時，顯示溫度能改變就說明已能正確讀取溫度數(shù)據(jù)。最后調(diào)試報警溫度函數(shù)，直到實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)的要求為止。5.2 仿真結(jié)果 使用 keil uvision4 軟件調(diào)試編譯源程序，生成目標(biāo)代碼

56、 hex 文件，然后在 proteus 軟件中虛擬單片機(jī)系統(tǒng)9。模擬仿真設(shè)計結(jié)果，詳見附錄二。通過編譯調(diào)試，本系統(tǒng)能完成以下功能：（1）顯示公歷日期功能（年、月、日、時、分、秒） ；（2）通過按鍵可隨時調(diào)校年、月、日、時、分；（3）當(dāng)溫度超過設(shè)定值 28時，led 指示燈亮，蜂鳴器報警；當(dāng)溫度低于設(shè)定值15時，蜂鳴器報警。6 總結(jié) 本設(shè)計研究是基于單片機(jī)控制的室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計，介紹了溫度的采集、數(shù)據(jù)處理及顯示、超溫報警過程以及萬年歷的顯示、按鍵調(diào)控過程。在硬件設(shè)計方面，我采用 at89c51 單片機(jī)為核心，以 ds18s20 溫度傳感器、ds1302 時鐘芯片、at24c02 存儲芯

57、片及 lcm1602 液晶顯示的硬件電路完成對溫度的實時檢測及顯示，利用 ds18s20 與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來實現(xiàn)對超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。 該系統(tǒng)具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機(jī)處理，而且每片ds18s20 都有唯一的產(chǎn)品號并可存入其 rom 中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個 ds18s20 芯片。從 ds18s20 讀出或?qū)懭?ds18s20 信息僅需要一根口線，其讀寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的 ds18s20 供電，而無

58、需額外電源。在本系統(tǒng)設(shè)計過程中遇到了很多問題，剛開始由于對使用芯片的不了解，電路原理圖的繪制過程出現(xiàn)很多錯誤，尤其注意管腳的功能和特點。在后期軟件編譯的過程，特別是在程序調(diào)試方面，使我學(xué)到許多東西，深深感到實踐相對于理論的重要性，只有我們親自動手實踐，才能認(rèn)識和更深層次的掌握這些知識和技能。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我更加認(rèn)識到只有通過不斷的強(qiáng)化自身的實踐動手能力，才能用理論來指導(dǎo)實踐。參考文獻(xiàn)1新型單片機(jī) at89c51 及其應(yīng)用舉例j. 1996 年 04 期2徐偉，徐富軍，沈建良c51 單片機(jī)高效入門北京：機(jī)械工業(yè)出版社3張海. 基于 at89c51 和 ds18b20 的最簡溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計

59、j-現(xiàn)代電子技術(shù),2007(09)4梁中明. 基于 ds18b20 與虛擬 i(2)c 總線的數(shù)字溫度測量裝置設(shè)計j.湖北電子報 2006.5金杰. ds18b20 實現(xiàn)高精度溫度測量j.鄭州電子報 2005.6周云波. 由 ds18b20 單線數(shù)字溫度計構(gòu)成的單線多點溫度測量系統(tǒng)m.1996(2).7蔣根深，張明亮，解旭輝，李圣怡.基于 ds18b20 的數(shù)字式溫度控制系統(tǒng)m.2003.8周長彧. 基于單片機(jī)的多功能溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與研究j.吉大電子與通信工程.2008.059周潤景，張麗娜基于 proteus 的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真m北京:航空航天大學(xué)出版社,2006. 10pet

60、er lute and dolf van paassen.“optimal indoor temperature control using a predictor”,1995.致 謝本次畢業(yè)設(shè)計是在劉紅喜老師的悉心栽培和精心指導(dǎo)下完成的，經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，我既鞏固了已學(xué)過的專業(yè)知識，又學(xué)到了許多課本上面學(xué)不到的知識。通過這次畢業(yè)設(shè)計,我親身體會到實踐和理論相結(jié)合的重要性，使得大學(xué)期間我所學(xué)到的電子專業(yè)知識得以真正應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計上，讓我獲益匪淺。在面臨實際困難的同時，也深深的體會到理論與實踐的差距。此次畢業(yè)設(shè)計，讓我深刻感受到：要想順利完成設(shè)計任務(wù)，我們既需要全面了解并掌握理論知識，洞悉實際元器件的工