基于proteus的溫度檢測與報警的仿真研究報告

1、-PAGE . z- . - .可修編-*信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告論文系 別：班 級：學 生 姓 名：學 生 學 號：設計論文題目： 基于Proteus的溫度檢測 與報警的仿真設計 指 導 教 師：起 訖 日 期：*信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)成績評定表學生*系部*課題名稱基于Proteus的溫度檢測與報警的仿真設計指導教師評語：建議成績： 指導教師：年月日評閱教師評語：建議成績：評閱教師: 年月日辯論小組評語：建議成績： 辯論小組負責人：年月日*信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文任務書專業(yè)*課題名稱：基于Proteus的溫度檢測與報警的仿真設計主要技術指標：1溫度測量工作范圍：085；2檢

2、測分辨率1；3鍵盤是采用撥動開關，實現(xiàn)溫度設定范圍為：085；4給定溫度用1位LCD用動態(tài)或靜態(tài)掃描技術顯示；(5實際溫度用1位LCD用動態(tài)或靜態(tài)掃描技術顯示； 6當溫度超出設溫度置時蜂鳴器進展自動報警。工作內容和要求：(1)閱相關資料熟悉溫度控制與報警器相關知識，進展方案設計；(2)根據(jù)設計方案進展電路設計并繪制出相應電原理圖;(3)根據(jù)硬件設計程序;(4)通過Proteus軟件對設計方案進展電路功能仿真調試;(5)根據(jù)設計，完成畢業(yè)論文;(6)準備辯論.主要參考文獻：1 曾屹，彭楚武單片機原理與應用S中南大學，2009：18-327.2 樓然苗，李光飛單片機課程設計指導M航空航天大學，20

3、07：55-73.3 周潤景，張麗娜基于Proteus的電路及單片機系統(tǒng)設計與仿真M航空航天大學，2006：3-3364 周潤景，*映群Proteus入門實用教程M機械工業(yè)，2007：267-3325 張永楓單片機應用實訓教程S.*電子科技大學，2005：107-2676 肖洪兵，胡輝，郭速學跟我學單片機S航空航天大學，2002：192-218.學 生簽名 2012年9月 10日指 導 教師簽名 2012年9月 10日教研室主任簽名 2012年9月 10日系 主 任簽名 2012年9月 10日*信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文開題報告專業(yè)*設計論文題目基于Proteus的溫度檢測與報警的仿真設計選

4、題的背景和意義： 溫度是一種最根本的環(huán)境參數(shù),人民的生活環(huán)境與溫度息息相關,因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要意義, 蔬菜的生長與溫度息息相關，對于蔬菜大棚來說，最重要的一個管理因素是溫度控制。溫度太低，蔬菜就會被凍死或則停頓生長，所以要將溫度始終控制在適合蔬菜生長的范圍內。如果僅靠人工控制既耗人力，又容易發(fā)生錯誤。為此 ，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中通常有溫度自動控制系統(tǒng)，以控制蔬菜大棚溫度，適應生產需要。 本文將介紹智能集成溫度傳感器DS18B20的構造特征及控制方法。以及用單片機STC89C51的編程實現(xiàn)溫度測量。2.課題研究的主要內容：本數(shù)字溫度計設計采用美國DALLAS半導體公司繼DS

5、1820之后推出的一種改良型智能溫度傳感器DS18B20作為檢測元件,其溫度值可以直接被讀出來,通過核心器件單片機AT89C51控制溫度的顯示,用1602LCD液晶模塊顯示顯示。溫度檢測與報警系統(tǒng)包括主控制器AT89C51、溫度傳感器DS18B20、報警電路、單片機復位電路及LCD液晶模塊顯示電路。本文是以單片機AT89C51為核心進展設計。通過DALLAS公司的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A/D轉換。其輸出溫度采用數(shù)字顯示，用LED液晶顯示以串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示，能準確到達以上要求。、此溫度計屬于多功能溫度計可以用來測量環(huán)境溫度，還可以設置上下報警溫度，當溫

6、度不在設置范圍內時，可以報警。3.課題研究的方法論述：(1)查閱書籍,進展總體理論分析與設計。(2)硬件設計(畫出電路仿真圖) 。(3)軟件設計運用C語言編寫相關的程序。(4)用PROTEUS軟件完成溫度檢測與報警控制軟硬件調試。四、設計論文進度安排：時間迄止日期工作內容2012. 9.3 - 2012. 9.7查找資料確立選題2012. 9.8-2012.9.12完成開題報告2012.9.13-2012.10.25繪制原理圖，編寫程序2012.10.263撰寫論文畢業(yè)設計辯論4根據(jù)辯論小組和指導教師意見修改論文，力爭在內容和格式上符合畢業(yè)設計標準要求。五、指導教師意見：題目難度適中，設計目標

7、明確、方法得當，安排進度合理，允許開題。指導教師簽名：年月日六、系部意見 同意開題系主任簽名：年月日*信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文中期檢查表學生*指導教師選題情況課題名稱基于Proteus的溫度檢測與報警的仿真設計難易程度偏難適中偏易工作量較大適中較小符合標準化的要求任務書有無開題報告有無外文翻譯質量優(yōu)良中差學習態(tài)度、出勤情況好一般差工作進度快按方案進展慢中期工作匯報及解答問題情況該學生了解設計內容的安排，仔細研究了設計方案，認真進展畢業(yè)課題仿真設計，并完成論文初稿，積極查閱資料，屢次主動虛心求教，通過本次設計可以看出該同學做事認真，積極投入，解答問題很有見解，對問題的分析比擬透徹，課題正按方

8、案進展。 指導教師年月日所在專業(yè)意見： 繼續(xù)進展系主任年月日-. z .可修編-基于Proteus的溫度檢測與報警的仿真設計摘要:溫度是與人們生活息息相關的環(huán)境參數(shù),許多情況下都學要進展溫度測量及報警,溫度測量報警系統(tǒng)在現(xiàn)代日常生活.科研.工農生產中已經得到了越來越廣泛的應用。所以對溫度的測量報警方法及設備的研究也變得極其重要。隨著人們生活的不斷提高以及應對各種復雜測量環(huán)境的需要，我們對溫度測量報警的要求也越來越高，利用單片機來實現(xiàn)這些控制無疑使人們追求的目標之一，它帶給我們的方便時不可否認的，其中溫度檢測報警器就是一個典型的例子。要為現(xiàn)代人工作，科研，生活，提供更好的設施，就需要從單片機技術

9、入手，向數(shù)字化，智能化控制方向開展。本設計所介紹的溫度報警器,可以設置上下限報警溫度,當溫度不在設置范圍內時，可以報警。與傳統(tǒng)溫度測量系統(tǒng)相比，本設計中的數(shù)字溫度測量報警系統(tǒng)具有很多前者沒有的優(yōu)點，如測溫范圍廣而且準確，采用LED數(shù)字顯示，讀數(shù)方便等。關鍵詞：單片機，溫度檢測，AT89C51，DS18B20目錄 TOC o 1-3 u 1 緒論 PAGEREF _Toc340659803 h 11.1 課題背景 PAGEREF _Toc340659804 h 12系統(tǒng)的具體設計 PAGEREF _Toc340659805 h 23 硬件電路設計 PAGEREF _Toc340659806 h

10、33.1 單片機主控設計 PAGEREF _Toc340659807 h 3主要特性 PAGEREF _Toc340659808 h 4系統(tǒng)時鐘電路 PAGEREF _Toc340659809 h 53.1.3 復位電路 PAGEREF _Toc340659810 h 53.2 溫度信號采集設計 PAGEREF _Toc340659811 h 63.2.1 DS18B20的特性 PAGEREF _Toc340659812 h 73.2.2 DS18B20的測溫原理 PAGEREF _Toc340659813 h 83.2.3 DS18B20與單片機接口電路 PAGEREF _Toc340659

11、814 h 93.4 按鍵電路設計 PAGEREF _Toc340659815 h 113.5報警電路設計 PAGEREF _Toc340659816 h 124 溫度控制系統(tǒng)的軟件設計 PAGEREF _Toc340659817 h 124.1主程序設計 PAGEREF _Toc340659818 h 134.3 溫度采集設計 PAGEREF _Toc340659819 h 144.4 溫度顯示設計 PAGEREF _Toc340659820 h 164.5 按鍵開關設計 PAGEREF _Toc340659821 h 174.6溫度處理及蜂鳴器報警設計 PAGEREF _Toc340659

12、822 h 195 溫度檢測系統(tǒng)調試仿真 PAGEREF _Toc340659823 h 19致 PAGEREF _Toc340659824 h 23附錄 PAGEREF _Toc340659825 h 25-. z1 緒 論1.1 課題背景隨著新技術的不斷開發(fā)與應用,近年來單片機開展十分迅速,一個以微機應用為主的新技術革命浪潮正在蓬勃興起,單片機的應用已經滲透到電力、冶金、化工、建材、食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數(shù)。然而所采用的測溫元件和測量方法也不一樣：產品的

13、工藝不用，控制溫度的精度也不一樣。因此對數(shù)據(jù)采集的精度突然采用的控制方法也不一樣。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度、高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動范圍大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時間比例來到達改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來快速開展了多種先進的溫度控制方式。這些控制技術大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產品的質量更好，降低了產品的本錢，提高了生產效率。溫度是一個永恒的話題和人們生活環(huán)境有著密切關系的物理量，、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量，是國際單位制七個根本量之一。溫度的變化會給我們的生

14、活、工作、生產等帶來重大影響，因此對溫度的測量及控制至關重要。其測量控制一般使用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。隨著現(xiàn)代計算機和自動化技術的開展，作為各種信息的感知、采集、轉換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日顯突出，已成為自動檢測、自動控制系統(tǒng)和計量測試中不可缺少的重要技術工具，其用途已普及工農業(yè)生產和日常生活的各個領域。盡管現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術的開展方向得到了迅速的開展，而且組成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡，把它插在微機的擴展槽內并輔以應用軟件，就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會對基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產生影響。相較于數(shù)據(jù)采集板卡本錢和功能的限制，

15、單片機具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，這就使得以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領域得到了廣泛的應用。系統(tǒng)的具體設計本系統(tǒng)的溫度檢測有兩套方案,兩種都能夠對溫度進展測量,第一中是采用AD590,使用AD590作為溫度傳感器,需要進展電流電壓變換,電壓放大以及A/D轉換。第二種是采用DS18B20作為溫度傳感器進展溫度測量。DS18B20可以滿足從-55攝氏度到+125攝氏度測量范圍,在一秒內把溫度轉化成數(shù)字,測得的溫度值的存儲在兩個八位的RAM中,單片機直接從中讀出數(shù)據(jù)轉換成十進制就是溫度,使用方便。另外采用外加電源供電對DS18B20的VDD引腳供電。它的好處是無須M

16、OSFET,而且在溫度轉換期間總線可自由搭載其它器件。它試用于對性能要求不高本錢嚴格控制的應用,是經濟型產品。它具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小和使用方便等優(yōu)點,得到廣泛應用。因為AD590需要模擬轉數(shù)字電路,準確度低,測溫點數(shù)少對線阻有要求,電路繁多,本錢也較高,故本系統(tǒng)采用方案二。在系統(tǒng)的總體設計方案中,我們采用AT89C51單片機作為控制核心對溫度傳感器DS18B20控制，讀取溫度信號并進展計算處理，并送到液晶顯示器LCD1602顯示。 按照系統(tǒng)設計功能的要求，溫度檢測計總體電路構造框圖如圖2.1所示,確定系統(tǒng)由4個模塊組成：單片機主控制模塊、蜂鳴器報警模塊、溫度測量模塊和液晶顯示

17、模塊。AT89C51單片機最小系統(tǒng)按鍵設置溫度LCD顯示報警電路DS18B20傳感器圖2.1溫度檢測與報警總體設計框圖3 硬件電路設計本課程設計的多點測溫系統(tǒng)是以單片機和單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20為核心，充分利用單片機優(yōu)越的內部和外部資源及智能溫度傳感器DS18B20的優(yōu)越性能構成一個完備的測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的多點測量。整個系統(tǒng)由單片機控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應的溫度傳感器，并由驅動電路驅動溫度顯示。本課程設計了一種合理、可行的單片機監(jiān)控軟件，完成測量和顯示的任務。由于單片機具有強大的運算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬

18、件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點。 本課題的整個系統(tǒng)是由單片機、顯示電路、鍵盤電路、聲光報警電路等構成。3.1 單片機主控設計主控制單元是單片機選用市場上常見的美國ATMEL公司的AT89C51作為控制元件，以下是一些AT89C51的介紹，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技

19、術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷構造，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停頓CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通

20、信口及中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停頓工作并制止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。3.1.1主要特性-與MCS-51 兼容 -4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 -壽命：1000寫/擦循環(huán) -數(shù)據(jù)保存時間：10年 -全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz -三級程序存儲器鎖定 -1288位內部RAM -32可編程I/O線 -兩個16位定時器/計數(shù)器 -5個中斷源 -可編程串行通道 -低功耗的閑置和掉電模式 -片內振蕩器和時鐘電路3.1.2系統(tǒng)時鐘電路單片機內部具有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。通常在引腳*TALl和*TAL2跨接石英晶體和兩個補償電容構成自激振蕩器，系

21、統(tǒng)時鐘電路構造如圖3.1所示，可以根據(jù)情況選擇6MHz、8MHz或12MHz等頻率的石英晶體，補償電容通常選擇20-30pF左右的瓷片電容。圖3.1 時鐘電路3.1.3 復位電路單片機小系統(tǒng)采用上電自動復位和手動按鍵復位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復位操作。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，用按鈕開關操作使單片機復位。復位電路構造如圖3.2所示。上電自動復位通過電容C3充電來實現(xiàn)。手動按鍵復位是通過按鍵將電阻R2與VCC接通來實現(xiàn)。圖3.2復位電路3.2 溫度信號采集設計如圖3.3美國Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上

22、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ON-B0ARD專利技術。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經濟、更靈活，使你可以充分發(fā)揮一線總線的優(yōu)點。 同DS18B20一樣，DS18B20也支持一線總線接口，測量溫度范圍在-10+85C范圍內，精度為0.5C。現(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。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。與前一代產品不同，新的產品支持3

23、V5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便，而且新一代產品更廉價，體積更小。圖 3.3 DS18B20對于溫度的采集需要用到DS18B20一總線溫度傳感器，以下DS18B20的一些介紹：DSl8B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司繼DSl820之后最新推出的只用改良型智能溫度傳感器。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)要求通過簡單的編程實現(xiàn)9l2位的數(shù)字直讀方式?？梢苑謩e存93.75ms和750ms內完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DSl8B20讀出的信息或寫入DSl8B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，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DS

24、l8B20供電，而無需額外電源。因而使用DSl8B20可使系統(tǒng)構造更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度，轉換時時間，傳輸距離，分辨率等方面較DSl820有了很大的改良，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DSl8B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝。 DS18B20的測溫流程如下列圖3.4 DS18B20測溫流程。初始化DS18B20跳過ROM匹配溫度變換延時1SLED液晶顯示轉換成顯示嗎讀暫存器跳過ROM匹配圖3.4 DS18B20測溫流程3.2.1 DS18B20的特性1適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供。 2獨特的單線接口方式，DS18B

25、20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DS18B20的雙向通訊。 3DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網多點測溫。 4DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。 5溫范圍085，在0+85時精度為0.5。 6可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。 7在9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快。 8測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線

26、串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。 9負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。3.2.2 DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如圖3.5所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度存放器被預置在-55所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進展減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度存放器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開場對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖

27、信號進展計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2 計數(shù)到0時，停頓溫度存放器值的累加，此時溫度存放器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。 DS18B20在正常使用時的測溫分辨率為0.5，如果要更高的精度，則在對DS18B20測溫原理進展詳細分析的根底上，采取直接讀取DS18B20內部暫存存放器的方法，將DS18B20的測溫分辨率提高到0.10.01。 圖3.5 DS18B20測溫原理圖3.2.3 DS18B20與單片機接口電路P3.7口和DS18B20的引腳DQ連接，作為單一數(shù)據(jù)線。U4即為溫度傳感芯片DS18B20，本設計雖然只使用了一片DS1

28、8B20，但由于不存在遠程溫度測量的考慮，所以為了簡單起見，采用外部供電的方式，如圖3.6所示。測溫電纜采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一對接VCC和地線，屏蔽層在電源端單點接地。圖 3.6 DS18B20與單片機接口電路3.3液晶顯示屏輸出如下列圖3.7LCD液晶顯示,液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進展控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。圖 3.7LCD液晶顯示 液晶顯示器各種圖形的顯示原理 ：

29、點陣圖形式液晶由MN個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共168=128個點組成，屏上6416個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。這就是LCD顯示的根本原理。用LCD顯示一個字符時比擬復雜，因為一個字符由68或88點陣組成，既要找到和顯示屏幕上*幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為1，其它的為0，為1的點亮，為0的不亮。這樣一來就組成*個字符。但由于內帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比擬簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開場顯示的行列號及

30、每行的列數(shù)找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼一般用字模提取軟件，每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開場顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到32B顯示完就可以LCD上得到一個完整漢字,字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以*太陽人電子的1602

31、字符型液晶顯示器介紹其用法。LCD1602主要技術參數(shù)： 顯示容量:162個字符; 芯片工作電壓:4.55.5V ;工作電流:2.0mA(5.0V); 模塊最正確工作電壓:5.0V; 字符尺寸:2.954.35(WH)mm,1602LCD采用標準的14腳無背光或16腳帶背光接口，各引腳接口說明如表3.1 。表3.1 1602LCD 引腳接口說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光

32、源負極3.4 按鍵電路設計采用獨立按鍵接口，這種方式是各種按鍵相互獨立，每個按鍵接一根輸入線，一根輸入線按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個按鍵需要占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多的輸入口線且電路構造復雜，故此種鍵盤用于按鍵較少或操作速度較高的場合。獨立式按鍵電路按鍵直接與單片機的I/O口連接，通過讀I/O口，判定每個I/O口的電平狀態(tài)，即可識別按下的鍵。由于只有四個按鍵，因此按鍵接口電路的設計比擬簡單，單片機P1.4和P1.7端口設定為輸入狀態(tài)，平時通過電阻上拉到Vcc，

33、按鍵按下時，對應的端口的電平被拉到低電平，如下列圖3.4所示。這樣就可以通過查詢有無外部中斷來判斷有沒有按鍵按下，按鍵各接一根輸入線，一根輸入線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。通過內部判斷是否產生外部中斷，即可識別按下的鍵。2個按鍵定義如下：P1.4:報警溫度鍵，按此鍵則顯示設定的報警溫度值。P1.7:正常溫度鍵，按此鍵則顯示設定的正常溫度值。圖 3.4 按鍵電路的仿真3.5報警電路設計本設計采用軟件處理報警，利用有源蜂鳴器進展報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過獲低于所預設的溫度時，數(shù)據(jù)口相應拉高電平，報警輸出。報警電路硬件連接見圖 3.5。也可采用發(fā)光二級管報警電路，如過需

34、要報警，則只需將相應位置1，當參數(shù)判斷完畢后，再看報警模型單元ALARM 的內容是否與預設一樣，如不一樣，則發(fā)光報警圖.3.5報警電路設計4 溫度控制系統(tǒng)的軟件設計整個系統(tǒng)需要對每一個硬件模塊進展軟件設計。在這一章，主要針對每個硬件電路模塊編程，然后進展系統(tǒng)的整合，最后輸入到控制處理器中實現(xiàn)所有設計功能。4.1主程序設計根據(jù)設計要求，首先要確定軟件設計方案，即確定該軟件應該完成那些功能；其次是規(guī)劃為了完成這些功能需要分成多少個功能模塊，以及每一個程序模塊的具體任務是什么。一般劃分模塊應遵循下述原則：(1每個模塊都應具有獨立的功能，能產生一個明確直觀的結果 。(2模塊長度要適中。模塊太長時，分析

35、和調試比擬困難，失去了模塊化程序構造的優(yōu)越性；模塊太短則信息交換太頻繁，也不適宜。(3每個模塊之間的控制參數(shù)應盡量簡單，數(shù)據(jù)參數(shù)應盡量少?？刂茀?shù)是指模塊進入開場運行和退出停頓運行的條件及方式，數(shù)據(jù)參數(shù)是指模塊間的信息交換方式、交換量的多少及交換的頻率。該系統(tǒng)的軟件由五大模塊組成：主程序模塊、溫度采集模塊、報警及加熱電路模塊、溫度顯示模塊、鍵盤掃描模塊。下面將對這幾個模塊具體闡述，相對應的C語言程序語言詳見附錄。主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，其程序流程見圖4.1所示,溫度測量每1s進展一次。這樣可以在一秒之內測量一次被測溫度。NY開場初始化初

36、始化命令設置溫度發(fā)送ROM命令讀取溫度值溫度是否在設定范圍報警調用LCD液晶顯示圖 4.1 軟件流程總設計框圖計算機根本的被獨立提供出來的程序，它能夠調用子程序，而不被任何子程序所調用，它是計算機程序的中心局部。主程序的設計內容一般包括：主程序的起始地址，中斷效勞程序的起始地址，有關存儲單元及相關部件的初始化和一些子程序調用等等。主程序模塊的主要內容是對整個系統(tǒng)進展初始化，并且包含調用子程序。在本課題研究的系統(tǒng)中，主程序主要為兩個局部：第一個是對系統(tǒng)初始化，如翻開相關中斷，設置相關引腳的電平信號以及設置初始實際溫度和設定溫度的數(shù)值 。4.3 溫度采集設計溫度采集子程序主要是實現(xiàn)對溫度的采集及對

37、溫度數(shù)據(jù)進展處理傳回給單片機在進展顯示。本系統(tǒng)用的DS18B20溫度傳感器要進展溫度檢測就需要對它進展初始化、寫指令操作，讀數(shù)據(jù)操作以及讀溫度前的準備工作等。因此溫度采集子程序又由對DS18B20溫度傳感器的初始化子程序、寫指令子程序、讀數(shù)據(jù)子程序、讀溫度數(shù)據(jù)前的準備子程序組成。溫度采集程序圖4.2所示。a該模塊主要對溫度傳感器DS18B20的操作，主要包括以下幾個內容：1 先將數(shù)據(jù)線置高電平1；2 延時;3 數(shù)據(jù)線拉到低電平0；4 延時；5 數(shù)據(jù)線拉到高電平1；6 延時等待如果初始化成功則在15到60毫秒時間之內產生一個由DS18B20所返回的低電平0。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應注意

38、不能無限的進展等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進展超時控制；(7) 假設CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平0后，還要做延時；(8) 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平1后完畢。b、DS18B20的寫操作 (1 數(shù)據(jù)線先置低電平0；(2 延時；(3 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)一次只發(fā)送一位；(4 延時；(5 將數(shù)據(jù)線拉到高電平；(6 重復上1到6的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止；(7 最后將數(shù)據(jù)線拉高。c、DS18B20的讀操作 (1將數(shù)據(jù)線拉高1；(2延時；(3將數(shù)據(jù)線拉低0；(4延時；(5將數(shù)據(jù)線拉高1；(6延時；(7讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進展數(shù)據(jù)處理；發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM

39、命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC校驗圖4.2溫度采集9字節(jié)完？CRC校驗正移入溫度暫存器返回NNYY(8延時。4.4 溫度顯示設計顯示子程序主要功用是將傳感器測得的溫度值顯示出來，寫數(shù)據(jù)以及初始化的流程圖如圖4.3和4.4所示根據(jù)時序圖LCD液晶顯示器的寫指令。本系統(tǒng)用的是LCD液晶顯示器，而LCD液晶顯示器要顯示出數(shù)據(jù)在之前需要對液晶顯示器進展初始化，寫指令，寫數(shù)據(jù)等操作因為本系統(tǒng)液晶顯示器只寫不讀，所以沒有附加讀操作的時序圖。所以R/W管腳一直處于低電平，在硬件中就直接接地，在軟件中就不用操作此管腳的信號了，就只需要控制RS和E管腳就可以了。寫入指令06H地址指針加一，光標加一圖4.3L

40、CD液晶顯示器寫指令操作流程圖完畢哦將E管腳電平拉低將E管腳電平拉高延時5ms向D0-D7管腳寫入指令代碼將RS管腳電平拉低開場哦延時5ms圖4.4LCD液晶顯示器初始化流程圖寫入指令0CH開不顯示光標將E管腳電平拉低開場哦寫入指令38H寫入指令01H清屏4.5 按鍵開關設計按鍵處理程序通過掃描按鍵情況，讀取鍵值。主要完成各點溫度傳感器上下限報警參數(shù)設置和顯示模式設置。1通過掃描鍵盤讀取鍵值，流程圖如圖4.5所示。鍵盤掃描有鍵閉合延時去鍵抖動掃描鍵盤找到閉合鍵計算鍵值閉合鍵釋放建立有效標志返回建立無效標志NNNYYY圖4,.5鍵盤掃描流程2設置報警上、下限值DS18B20設有溫度上下限報警功能

41、。DSl8B20的存儲器由兩局部組成：一個是9字節(jié)的靜態(tài)RAM，其中第0和第1字節(jié)用于存儲16位的溫度轉換值，第2(高溫限TH)和第3字節(jié)(低溫限TL)作為溫度報警限值或通用存儲器單元供用戶使用；另一個是非易失性的EPROM。當靜態(tài)RAM作為溫度報警限值使用時，可以在系統(tǒng)安裝和工作前，用寫RAM命令4EH將高溫限TH和低溫限TL寫入第2和第3字節(jié)單元。由于靜態(tài)RAM掉電后信息即喪失，因此需要再通過拷貝RAM命令48H將第2和第3字節(jié)單元的溫度報警限值拷貝到EPROM中。主程序只要在初始化局部使用重調EPROM命令B8H，就可以將EPROM中的溫度報警限值重新拷貝到靜態(tài)RAM中。 讀取DDRAM

42、或CGRAM中的內容。4.6溫度處理及蜂鳴器報警設計蜂鳴器報警在本系統(tǒng)中由單片機的P3.7管腳電平的上下來控制蜂鳴器報警。單片機的P3.7管腳低電平蜂鳴器報警，單片機的P3.7管腳高電平蜂鳴器不報警。通過對讀到并且進展了數(shù)據(jù)處理的溫度值進展判斷是否大于或者小于*一報警值而進展報警，直到讀到的溫度值不在報警溫度值之中就停頓報警。本系統(tǒng)以大于85小于0蜂鳴器報警為例，蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到5V電源上面，另一端聯(lián)接到三極管的集電極，三極管的基級由單片機的P3,7管腳通過一個與非門來控制，當P3.7管腳為低時，與非門輸出高電平，三極管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。當P3.7管腳為高時，

43、與非門輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。在這里與非門是作為非門來用的，這里采用一個非門的作用是為了防止系統(tǒng)上電時峰鳴器發(fā)出聲音，以為系統(tǒng)復位以后，I/O口輸出的是高電平。 用戶可以通過程序控制P3.7管腳的置低和置高來使蜂鳴器發(fā)出聲音和關閉。 蜂鳴器的聲音大小及音調可以通過調整P3.7管腳的置高時間及輸出的波形進展控制，這一點可以在調試程序的時候來試驗。發(fā)光二極管它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LCD。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管光。報警電路采用發(fā)光二極管與單片機相連接，且需要接上拉電阻，起到限

44、流作用，通過改變單片機P3.7口的電位，就可以到達控制二極管的目的。聲報警電路采用蜂鳴器與單片機相連接，蜂鳴器要用三極管驅動，通過改變單片機P3.7口的電位，就可以到達控制蜂鳴器的目的。5 溫度檢測系統(tǒng)調試仿真整個溫度檢測系統(tǒng)的設計包括硬件設計和軟件設計。這一章的主要內容是將硬件設計局部和軟件設計局部連接起來通過Proteus軟件進展仿真，將系統(tǒng)的設計功能通過仿真模擬表達出直觀的效果。Proteus軟件是一種低投資的電子設計自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達30多個元件庫。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可

45、以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗，盡可能減少儀器對測量結果的影響，Proteus軟件提供豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設計功能，同時可以仿真單片機和周邊設備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設備的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、局部SPI器件、局部IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB

46、等編譯器。整體電路仿真5.1所示,整機的調試與測試,首先是測試顯示電路的正確性，根據(jù)硬件寫好一段顯示程序，寫入單片機中。安裝好硬件，上電，顯示正常，到達預期效果。證明顯示電路正常。按下復位按鍵，LED無顯示，松開，顯示正常，證明復位電路正常。 然后測試得到溫度程序，將初始化程序，DS18B20正常工作的初始化程序、寫DS18B20程序、讀DS18B20程序，得到溫度子程序，溫度轉換子程序，數(shù)據(jù)轉換子程序，顯示子程序正確編排后寫入單片機中，上電，顯示不正常。重新讀取源程序，經檢查后發(fā)現(xiàn)問題在于DS18B20初始化程序有錯，修改后重新編譯并寫入單片機。上電后，顯示當前溫度。證明溫度傳感器DS18B

47、20工作正常，各局部子程序運行正常。 最后是按鍵子程序及報警子程序的調試，將按鍵子程序及報警子程序及上述程序正確編排后，寫入單片機中，上電后，各個局部工作正常，在測得當前溫度超出設定溫度上下限后，蜂鳴器發(fā)出報警聲，調試根本成功。但后來發(fā)現(xiàn)，按鍵要在按下1S后才反響，再次研讀程序發(fā)現(xiàn)原因在于按鍵程序采用掃描方式，程序每執(zhí)行一遍才掃描按鍵一次。進而到考慮采用中斷方式解決此問題，但因為DS18B20正常工作有嚴格的時序限制，否則不能正常工作，而中斷則在很大可能上會影響到DS18B20正常工作。在嘗試并采用中斷方式卻失敗后，決定仍采用掃描方式。后來仔細排查發(fā)現(xiàn)按鍵反響緩慢是由于顯示程序占用時間過長造成

48、的，修改顯示程序并且在主程序和按鍵子程序中增加調用顯示程序的次數(shù)，問題得以解決。至此，此次設計的調試局部完成。設計的所有功能全部得以實現(xiàn)。一開場教師給我們加的功能讓我們很為難，不知道怎么編所以我們都想推辭掉，不過在編寫這些子程序的過程中慢慢的感覺很有趣，反而覺得挺簡單的還是，但也會碰到很多問題，比方說顯示溫度上下限的時候一開場無法顯示數(shù)字出來的是亂碼，重新編寫后又變成了日文，后來看了參考書后，最后用了一個0到9的數(shù)組，要顯示的數(shù)字從數(shù)組中取得，這樣就好了，終于能顯示出來了，但是發(fā)現(xiàn)它無法記時改變數(shù)字，要重新按鍵才會顯示新的上下限溫度，后來發(fā)現(xiàn)時鍵盤處理中有點問題，這個我們花了好久才解決的，就是

49、把去掉一個按鍵處理，把它用if語句獨立出來，這樣后就能記時改變溫度，還有一個問題是我們發(fā)現(xiàn)在報警時我們無法改變其溫度上下限和其他按鍵，也就是報警時按鍵無效了，后來知道了我們的報警程序是用while組成，所以報警時一直在while語句中做循環(huán)，按鍵當然無效，這個的解決方法馬上就能想到了，就是在while語句中再參加讀取鍵盤值和鍵盤值處理的子程序就ok了。其他別的小問題什么的我們組最后都很好的及時的解決了，這次的設計我們組覺得還是比擬成功的，做出了比預期更好的設計來。圖5.1整體電路仿真(高溫報警狀態(tài))通過上述仿真，實現(xiàn)了系統(tǒng)設置溫度的檢測與報警功能。當溫度低于設定溫度時系統(tǒng)發(fā)出低溫報警，當溫度高

50、于設定溫度時則發(fā)出高溫報警信號。軟件和硬件局部系統(tǒng)整合后，通過系統(tǒng)仿真實現(xiàn)了溫度檢測與報警系統(tǒng)的各項設計功能。結 論經過近三個月的學習設計，我學到了很多新的知識，培養(yǎng)和鍛煉了我的創(chuàng)新能力和實際操作的能力，在畢業(yè)設計過程中給我最大的感受就是理論上和實際應用是有很大的差距的，只有在實踐中檢驗理論的時候，自己才會認識到很多的問題。像在之前的單片機的C語言學習中感覺挺簡單，但是要把這些程序組織起來設計成一個系統(tǒng)的程序還是有難度的，也只有在實踐中自己才能認識到很多問題，才能更深刻的認識到理論中的一些根本問題，也才能發(fā)現(xiàn)自己身上的缺乏和很多未知的新問題。軟件方面采用模塊化編程，提高了通用性，思路也比擬清晰，使整個系統(tǒng)的程序簡潔很多，并且可移植性較強。設計中使用的MCS-51單片機，體積小，重量輕，抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好。本設計的溫度控制檢測和報警系統(tǒng)，只是單片機廣泛應用于各行各業(yè)中比擬簡單的一例。使用的DS18B20溫度傳感器具有微型化、低功耗、高性能、抗干攏能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號供微機處理。從DS18S20讀出或寫入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，而無需額處電源。在這次設計過程中，表