畢業(yè)設計--室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)硬件設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 設計課題的目的及意義1</p><p>　　1.2 溫度檢測技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀2</p><p>　　2 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)方案論證5</p>

2、<p>　　2.1 方案設計5</p><p>　　2.2 方案選擇6</p><p>　　3 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)硬件設計7</p><p>　　3.1 單片機模塊7</p><p>　　3.2 溫度檢測模塊9</p><p>　　3.3 報警電路模塊15</p>&

3、lt;p>　　3.4 存儲模塊16</p><p>　　3.5 時鐘芯片模塊17</p><p>　　3.6 日期調(diào)整按鍵模塊19</p><p>　　3.7 1602液晶顯示模塊19</p><p>　　3.8 電源模塊23</p><p>　　3.9 硬件總體設計23</p>

4、;<p>　　4 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)軟件設計25</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序總體流程概況25</p><p>　　4.2 子程序設計25</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析30</p><p>　　5.1 軟件調(diào)試30</p><p>　　5.2 仿真結(jié)果30&

5、lt;/p><p><b>　　6 總結(jié)31</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p>　　附錄一、電路原理圖34</p><p>　　附錄二、系統(tǒng)仿真圖35&

6、lt;/p><p>　　附錄三、源程序36</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。單片機具有處理能強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，應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。 單片機的特點是體積較小，也就是其集

7、成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計算機系統(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)，單片機具有很強的可擴展性。它具有和普通計算機類似的、強大的數(shù)據(jù)處理功能，通過使用一些科學的算法，可以獲得很強的數(shù)據(jù)處理能力。所以單片機在工業(yè)中應用中，可以極大地提高工業(yè)設備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率，而且單片機無需占用很大的空間。</p><p>　　該系統(tǒng)設計核心控制器使用單片機AT89C51，測溫傳感器使用DS18B

8、20，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)會即時進行報警。</p><p>　　1.1 設計課題的目的及意義</p><p>　　北方的冬季一般比較寒冷，溫度往往達到-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

9、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)所實際能達到的溫度進行檢測。 溫度檢測的傳統(tǒng)方法是使用熱電偶、熱電阻、半導體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，再由單片機處理。 被測溫度信號從溫敏元件到單片機，經(jīng)過眾多器件，易受干擾，不易控制且精度不高。</p><p>　

10、　這次畢業(yè)設計的目的主要是讓生活在信息時代的我們，將所學知識應用于生產(chǎn)生活當中，掌握系統(tǒng)總體設計的流程，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，提高在電子工程設計和實際操作方面的綜合能力，初步培養(yǎng)在完成工程項目中所應具備的基本素質(zhì)和要求。培養(yǎng)研發(fā)能力，通過對電子電路的設計，初步掌握在給定條件和要求的情況下，如何達到以最經(jīng)濟實用的方法、巧妙合理地去設計工程系統(tǒng)中的某一部分電路，并將

11、其連接到系統(tǒng)中去。提高查閱資料、語言表達能力和理論聯(lián)系實際的技能。</p><p>　　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

12、更好更方便的設施就需要從單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。</p><p>　　21世紀科學技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進步帶動了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，我們已經(jīng)進入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術(shù)也成為當今科技的主流之一，被廣泛的應用于生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。</p><p>　　當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

13、要的角色，大到工業(yè)冶煉，物質(zhì)分離，環(huán)境檢測，電力機房，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用，溫度控制系統(tǒng)的廣泛應用也使得這方面研究意義非常的重要。</p><p>　　1.2 溫度檢測技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　國外對溫度控制技術(shù)研究較早，始于20世紀70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場信息并進行指示、記錄和控制

14、。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計算機數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(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)自動化的基礎上正向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。</p><p>　　我國對于溫度測控技術(shù)的研究較晚，始于20世紀80年代。我國工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達國家溫度測控技術(shù)的基礎上，才掌握了溫度室內(nèi)微機控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于對溫度的單項環(huán)境因子的控制。我國溫度測控設施計算機應

15、用，在總體上正從消化吸收、簡單應用階段向?qū)嵱没?、綜合性應用階段過渡和發(fā)展。在技術(shù)上，以單片機控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達國家相比，存在較大差距。我國溫度測量控制現(xiàn)狀還遠遠沒有達到工廠化的程度，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)的各項性能指標更準確，更加穩(wěn)定

16、可靠。</p><p>　　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)和科學研究有著密切關(guān)系。隨著科學技術(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。</p><p>　　1.2.1 溫度檢測技術(shù)簡介</p><p>　　溫度檢測技術(shù)是一種利用微機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊傳輸和數(shù)據(jù)分析處理的一門新技術(shù)，是在生產(chǎn)

17、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，溫度檢測技術(shù)就具有非常廣闊的應用前景

18、。隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也有了不斷的進步，目前的溫度檢測使用的方法種類繁多，應用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法：</p><p>　?。?）利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計；</p><p>　?。?）利用熱電效應技術(shù)制成的溫度檢測元件；</p><p>　?。?）利用熱阻效應技術(shù)制成的溫度計；</p><p>　?。?）

19、利用熱輻射原理制成的高溫計；</p><p>　?。?）利用聲學原理進行溫度測量；</p><p>　?。?）利用紅外測溫技術(shù)；</p><p>　　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，當達到熱平衡時，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

20、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，達到測量的目的，例如，紅外測溫儀、光學高溫計等。</p><p>　　常用的測溫傳感器有熱電偶，熱電阻，導體溫度傳感器等。</p><p>　　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。</p><p>　　1.2.2 溫度檢測技術(shù)的發(fā)展

21、</p><p>　　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0.0001℃，理論上可達0.00001℃，而且在-40℃～230℃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%，快速響應時間小于0.013s。<

22、;/p><p>　　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，改進原有測量技術(shù)

23、，以滿足各種條件下的溫度測量需求。</p><p>　　溫度檢測技術(shù)應用領(lǐng)域非常的廣泛，①冷凍庫，糧倉，儲罐，電信機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域。②軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。③汽車空調(diào)，冰箱，冷柜以及中低溫干燥箱等。④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。</p><p>　　2 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)方案論證</p>&l

24、t;p><b>　　2.1 方案設計</b></p><p>　　2.1.1 方案一：利用PLC實現(xiàn)對溫度恒定的控制</p><p>　　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)電熱絲和風扇加熱制冷，以全通、間斷導通和全斷加熱制冷的自動控制方式，來達到溫度的恒定。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

25、信號與恒定溫度的給定電壓進行比較，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，生成溫差電壓Vt，PLC自適應恒溫控制電路，根據(jù)Vt的大小計算出全通、間接導通和全斷的自適應恒溫控制電路，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)自適應的恒溫控制。若溫度升的過快或者降低過快，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。</p><p>　　圖2-1 方案一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p&g

26、t;　　2.1.2 方案二：用熱電耦檢測溫度</p><p>　　以單片機為主控制系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。采用熱電偶對溫度進行采集，將采集到的信號利用放大器進行放大，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。</p><p>　　圖2-2 方案二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.1

27、.3 方案三：用溫度傳感器檢測溫度</p><p>　　仍以單片機為主控制系統(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、相應時刻日期顯示與調(diào)整、超溫報警裝置系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-3 方案三的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　溫度采集電路以數(shù)

28、字量形式將現(xiàn)場溫度傳至單片機。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，由單片機對溫度傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行處理，經(jīng)LCM1602液晶顯示器顯示出來，并將處理后的溫度值與設定值進行比較，從而控制報警電路是否發(fā)出報警信號。</p><p><b>　　2.2 方案選擇</b></p><p>　　對于方案一，采用PLC實現(xiàn)恒溫控制，由于PLC

29、成本高，且PLC是外圍系統(tǒng)配置復雜，不利于我們的設計；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)才往往能達到較好的效果。</p><p>　　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)太復雜，抗干擾能力也不強，而且成本比較高。</p><p>　　對于方案三，采用數(shù)字溫度傳感器進行溫度采集，該方案成本低，可靠性高，抗干擾性強，而且易于設計和控制，同時也是本

30、次畢業(yè)設計任務書上所要求的方案。</p><p>　　故本設計我選方案三，采用數(shù)字溫度傳感器采集溫度來實現(xiàn)室內(nèi)溫度檢測。</p><p>　　3 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　3.1 單片機模塊</p><p>　　主控單片機采用一片ATMEL AT89C51。根據(jù)題目要求，充分利用了單片機靈活控制的優(yōu)點，發(fā)揮其優(yōu)勢功

31、能，采用單片機控制顯示信號燈，提高了系統(tǒng)的靈活性，設置方便。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位，省去人工調(diào)整的麻煩，可以做到無人職守[1]。</p><p>　　AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes

32、 ISP(In-system programmable)的可反復擦寫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，兼容標準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，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統(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 Fl

33、ash片內(nèi)程序存儲器，128 Bytes的隨機存取數(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。</p><p>　　圖3-1 AT89C51芯片引腳</p><p>　　此外，AT89C51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省

34、電模式。空閑模式下，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位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求[2]。</p><p>　　3.1.1 復位鍵控制模塊 </p><p>　　單片機復位電路是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初

35、始狀態(tài)，并從該狀態(tài)開始工作，例如復位后PC=0000H，使單片機從第一個單元取指令。無論是在單片機剛接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。單片機復位的條件是：使RST/VPD引腳加上持續(xù)兩個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。若時鐘頻率為12MHz，每機器周期為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器周期執(zhí)行復位[2]。單片機常見的復位電路如圖3-2按鍵復位電路所示。</p>&

36、lt;p>　　圖3-2 按鍵復位電路</p><p>　　該電路除了具有上電復位電路功能，還可以使用中復位，只要按下圖中的復位鍵，在RST端會產(chǎn)生一個復位高電平。單片機復位期間不產(chǎn)生ALE和PSEN信號，即ALE=1，這表明單片機復位不會有任何取值操作[2]。按鍵復位電路，易掌握，好操作。</p><p>　　3.1.2 驅(qū)動模塊</p><p>　　單片

37、機的驅(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，在單片機中晶振電路是必不可少的，也正是這樣，它也是單片機最小系統(tǒng)的重要組成部分[2]。</p><p>　　圖3-3 晶振電路</p><p>　　3.2 溫度檢測模塊</p><p&

38、gt;　　3.2.1 溫度傳感器的概述</p><p>　　DS18B20是美國Dallas半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。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)實際要求通過簡單編程實現(xiàn)9～12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

39、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接口時需要的A/D轉(zhuǎn)換器及其它復雜外圍電路的缺點，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0.0625℃，由于每一個DS18B2O出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其ROM中

40、，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，占用單片機的I/O引腳資源少，和單片機的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，</p><p>　　3.2.2 DS18B20性能特點與內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　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、

41、抗干擾能力強、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)。</p><p>　　該器件將半導體溫敏器件、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)。<

42、/p><p>　　(1)DS18B20的性能特點[6]如下：</p><p>　　1)獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；</p><p>　　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；</p><p><b>　　3)無須外部器件；</b></p><p>　　4)可通過

43、數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～5.5V；</p><p><b>　　5)零待機功耗；</b></p><p>　　6)溫度以3位數(shù)字顯示；</p><p>　　7)用戶可定義報警設置；</p><p>　　8)報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；</p><p>　　9

44、)負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 </p><p>　　(2)DS18B20的外形及管腳排列[6]，如下圖3-4所示:</p><p>　　圖3-4 DS18B20封裝</p><p>　　(3)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)[6]主要由六分組成：</p><p>　　1)64位光刻ROM。開始8位是產(chǎn)品類型的

45、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可以采用一線進行通信的原因。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　MSB LSB MSB LSB MSB LSB</p><p>　　圖3-5 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><

46、p>　　2)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。</p><p>　　3)高速暫存存儲，可以設置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。</p><p>　　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)

47、TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。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工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應精度的溫度數(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，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。</p><p>　　圖3-6 DS18B20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)</p><p>　

48、　DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設置分辨率。</p><p>　　表3-1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表</p><p>　　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，在實際應用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。</p><p>　　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

49、。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。</p><p>　　當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位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機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0.0625℃／LSB形式表示。</p><p>　　當符號位S＝0時，表

50、示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位S＝1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表3-2是一部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)。</p><p>　　表3-2 一部分溫度對應值表</p><p>　　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）。主機根據(jù)ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B

51、20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。</p><p>　　另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　5)外接電源</b></p

52、><p>　　DS18B20有兩種供電方式：3.0～5.5V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。</p><p>　　圖3-7 外部電源供電</p><p><b>　　6）溫度報警信號</b></p>&l

53、t;p>　　DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)化后，就把測的溫度值與TH、TL做比較，若T>TH或T<TL,則將器件內(nèi)的報警標志位，將對主機發(fā)出的告警搜索命令做出響應[7]。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。一旦某溫度點越限，主機利用報警搜索命令，即可識別正在報警的器件，并讀出其序號，而不必考慮非報警器件。</p><p>　　3.2.3 DS18B20的測溫原理</p>

54、;<p>　　每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中。主機在進入操作程序前必須用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號讀出。</p><p>　　程序可以先跳過ROM，啟動所有DSl8B20進行溫度變換，之后通過匹配ROM，再逐一地讀回每個DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。</p><p>　　DS18B20的測溫原理如圖3

55、-8所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 ℃所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器

56、被預置在-55 ℃所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(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，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復上述

57、過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值[7]。</p><p>　　另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖3-8 DS18B20測溫流程</p><p>

58、　　DS18B20與單片機的接口極其簡單，只需將DS18B20的信號線與單片機的一位雙向端口相連即可。一般測溫電纜采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對接地線與信號線，另一對Vdd和地線，屏蔽層在電源端單點接地[8]。</p><p>　　對DS18B20初始化后，主機發(fā)出SKIP ROM命令，此命令執(zhí)行后的存儲器操作命令將對所在線的DS18B20，在發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換啟動碼44H，等待750ms后，先發(fā)出匹配ROM命令（55H

59、），緊接著主機提供一片DS18B20的64位序列號，讀取其溫度存儲器值，存入數(shù)據(jù)緩存。</p><p>　　3.2.4 溫度檢測模塊電路設計</p><p>　　溫度的檢測主要依據(jù)DS18B20來采集，DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18

60、B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。本設計采用電源供電方式，如圖3-9所示，P2.2口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管和89C51的P2.2來完成對總線的上拉[8]。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：初始化；ROM操作指令；

61、存儲器操作指令[8]。</p><p>　　圖3-9 溫度檢測電路設計</p><p>　　我們要求的溫度在一定的范圍內(nèi)為安全溫度，我們設置的上界溫度為28℃，下界溫度為15℃，當測量值在正常范圍內(nèi)時，程序控制P3.7輸出低電平，蜂鳴器不發(fā)聲，當達到一定的上界或者下界時，報警電路開始工作，P3.7同時為高電平，蜂鳴器告警，操作人員觀察蜂鳴器是否響，就可知道被測量器件工作是否正常。<

62、/p><p>　　3.3 報警電路模塊</p><p>　　報警電路主要有蜂鳴器和三極管組成，外加LED燈報警顯示，如圖3-10所示[2]。</p><p>　　(1)蜂鳴器的作用：蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。</p><

63、;p>　　(2)蜂鳴器的工作原理:壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管[2]。</p><p>　　多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當接通電源后（1.5～15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5KHZ的音頻信號，阻抗匹配推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。</p><p>　　圖3-10 報警電路<

64、/p><p>　　壓電蜂鳴片是由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。</p><p>　　3.4 存儲模塊 </p><p>　　AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型EEPROM，內(nèi)含256*8位存儲空間，具有工作電壓寬(2.5V～5.5V)，擦寫次數(shù)多(大于10000次)，寫

65、入速度快(小于10ms)，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)不易丟失，體積小等特點。并且它是采用I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行操作，只占用很少的資源和I/O線[2]。</p><p>　　AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過I2C總線接口進行操作，還有一個專門的寫保護功能[2

66、]。</p><p>　　AT24C02支持I2C，總線數(shù)據(jù)傳送,I2C總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實現(xiàn)將最多8個AT24C02器件連接到總線上，存儲電路設計如圖3-11所示。&l

67、t;/p><p>　　圖3-11 存儲電路設計</p><p>　　時鐘及數(shù)據(jù)傳輸：SDA引腳通常被外圍器件拉高。SDA引腳的數(shù)據(jù)應在SCL 為低時變化；當數(shù)據(jù)在SCL 為高時變化，將視為下文所述的一個起始或停止命令。</p><p>　　起始命令：當SCL 為高，SDA由高到低的變化被視為起始命令，必須以起始命令作為任何一次讀/寫操作命令的開始。</p>

68、<p>　　停止命令：當SCL為高，SDA 由低到高的變化被視為停止命令，在一個讀操作后，停止命令會使EEPROM 進入等待態(tài)低功耗模式。</p><p>　　應答：所有的地址和數(shù)據(jù)字節(jié)都是以8 位為一組串行輸入和輸出的。每收到一組8 位的數(shù)據(jù)后，EEPROM都會在第9個時鐘周期時返回應答信號。每當主控器件接收到一組8 位的數(shù)據(jù)后，應當在第9個時鐘周期向EEPROM 返回一個應答信號。收到該應答信號

69、后，EEPROM 會繼續(xù)輸出下一組8 位的數(shù)據(jù)。若此時沒有得到主控器件的應答信號，EEPROM 會停止讀出數(shù)據(jù)，直到主控器件返回一個停止命令來結(jié)束讀周期。</p><p>　　等待模式：AT24C02特有一個低功耗的等待模式。</p><p>　　器件復位：在協(xié)議中斷、下電或系統(tǒng)復位后，器件可通過以下步驟復位：（1）連續(xù)輸入9 個時鐘；（2）在每個時鐘周期中確保當SCL 為高時SDA 也為

70、高；（3）建立一個起始條件。 </p><p>　　3.5 時鐘芯片模塊</p><p>　　3.5.1 DS1302時鐘芯片的概述</p><p>　　DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的

71、時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能[2]。工作電壓寬達2.5～5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式，提供對后背電源進行涓細電流充電的能力。</p><p>　　3.5.2 DS1302的工作原理 </p><p>　　DS1302工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進行初始化，需要將復位

72、腳（RST）置為高電平且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸出數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8位地址加8位數(shù)據(jù)，在多字節(jié)方式下為最多可達248的數(shù)據(jù)[2]。</p><p>　　DS1302的寄存器和控制命令對DS1302的操作就是對其內(nèi)部寄存器的操作，DS1302內(nèi)部共有12個

73、寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器以外的寄存器[1]。</p><p>　　DS1302內(nèi)部的RAM分為兩類，一類是單個RAM單元，共31個。每個單元為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為COH～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突

74、發(fā)方式下的RAM，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH（寫）、FFH（讀）。 </p><p>　　我們現(xiàn)在已經(jīng)知道了控制寄存器和RAM的邏輯地址，接著就需要知道如何通過外部接口來訪問這些資源。單片機是通過簡單的同步串行通訊與DS1302通訊的，每次通訊都必須由單片機發(fā)起，無論是讀還是寫操作，單片機都必須先向DS1302寫入一個命令幀，這個幀的最高位BIT7固定為1，BIT6決定操作是

75、針對RAM還是時鐘寄存器，接著的5個BIT是RAM或時鐘寄存器在DS1302的內(nèi)部地址，最后一個BIT表示這次操作是讀操作抑或是寫操作。 </p><p>　　物理上，DS1302的通訊接口由3個口線組成，即RST，SCLK，I/O。其中RST從低電平變成高電平啟動一次數(shù)據(jù)傳輸過程，SCLK是時鐘線，I/O是數(shù)據(jù)線[10]。具體的讀寫時序參考圖3-12，但是請注意，無論是哪種同步通訊類型的串行接口，都是對時鐘信號

76、敏感的，而且一般數(shù)據(jù)寫入有效是在上升沿，讀出有效是在下降沿（DS1302正是如此的，但是在芯片手冊里沒有明確說明），如果不是特別確定，則把程序設計成這樣：平時SCLK保持低電平，在時鐘變動前設置數(shù)據(jù)，在時鐘變動后讀取數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)操作總是在SCLK保持為低電平的時候，相鄰的操作之間間隔有一個上升沿和一個下降沿。</p><p>　　圖3-12 DS1302的命令字結(jié)構(gòu)</p><p>&l

77、t;b>　　時鐘電路設計</b></p><p>　　DS1302的外部引腳分配[2]如圖3-13所示，及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應用于測量系統(tǒng)中。</p><p>　　圖3-13 DS1302的外部引腳分配</p><p>　　圖

78、3-14 DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖3-13所示，DS1302各引腳的功能[2]為： </p><p>　　Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當Vcc2< Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電；</p><p>　　SCLK：串行時鐘輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出

79、； </p><p>　　I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線； </p><p>　　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ā?lt;/p><p>　　故室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)時鐘電路設計,如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-1

80、5 DS1302時鐘電路設計</p><p>　　3.6 日期調(diào)整按鍵模塊</p><p>　　本設計總的用了四個按扭開關(guān)作為調(diào)整設置按鍵，如圖3-16所示:按key1進入時間設置；再按一下進行確認；按key2進行加；按key4進行減；按key3進入日期設置；進入設置后進行光標左移。</p><p>　　圖3-16 日期調(diào)整按鍵模塊</p>&l

81、t;p>　　3.7 1602液晶顯示模塊</p><p>　　LCM1602液晶顯示的概述</p><p>　　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提供用戶一個標準的LCD顯示驅(qū)動接口，用戶按照接口要求進行操作來控制LCD正確顯示。LCM是一種相對更高集成度的LCD產(chǎn)

82、品，可以比較方便地與各種微控制器（如單片機）連接，作為簡易的人機接口。</p><p>　　其中，MCS-51單片機作為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；較低工作電壓（1.8～5V），低功耗等優(yōu)點。并且，只要在單片機的外圍適當加一些必要的擴展電路及通道

83、接口，就可以構(gòu)成各種應用系統(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)。</p><p>　　總之，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)展趨勢。</p><p>　　3.7.2 LCM1602體系結(jié)構(gòu)介紹</p><p>　　LCM1602是2 行

84、5;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5×7 或5×10 個點陣組成，可以顯示ASCII 碼表中的所有可視的字符。</p><p>　　LCM1602采用標準的16腳接口，其中各引腳的功能[2]，如下表：</p><p>　　表3-3 各引腳說明</p><p>　　寄存器選擇控制如表3-4：<

85、/p><p>　　表3-4 寄存器選擇控制說明</p><p>　　3.7.3 LCM1602模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　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），忙標識（Bu

86、sy 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：</p><p>　　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。</p><p>　　指令寄存器（IR），為八位寄存器。用于存放LCD指令、DDRAM或CGROM地址。數(shù)據(jù)輸入流程

87、：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)。</p><p>　　指令譯碼器，將IR里的指令進行譯碼，以獲取DDRAM或CGROM地址。</p><p>　　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CPU讀取DR內(nèi)容后，DR能自動加載下一

88、個地址的內(nèi)容。</p><p>　　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。當存取DDRAM或CGROM的數(shù)據(jù)地址，AC能自動加載下一個存儲地址。</p><p>　　忙標識（BF），表示LCM的當前狀態(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。</p><p>　　顯示數(shù)據(jù)存儲器（DDRAM），

89、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。</p><p>　　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)。16×2的字符型LCD的DDRAM地址與顯示位置的對應關(guān)系，如表3-5所示。</p><p>　　表3-5 LCD的DDRAM地址與顯示位置的對應關(guān)系</p><

90、p>　　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。</p><p>　　3.7.4 LCM1602體系結(jié)構(gòu)介紹</p><p>　　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 和外圍控制設備的選

91、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，這些信號的組合形成了模塊的指令。</p><p>　　本系列模塊向用戶提供了11 條指令，大致可以分為四大類：模塊功能設置；設置內(nèi)部RAM地址；完成內(nèi)部RAM 數(shù)據(jù)傳送；完成其他功能。</p><p>　　內(nèi)部RAM 的數(shù)據(jù)傳送的功能使用最為頻繁，因此，RAM 中的地址指針所具備的自動加一或減一功能，在一定

92、程度上減輕了MPU 編程負擔。數(shù)據(jù)移位指令與寫顯示數(shù)據(jù)可同時進行，這樣用戶就能以最少系統(tǒng)開發(fā)時間，達到最高的編程效率。</p><p>　　另外，在每次訪問模塊之前，MPU應首先檢測忙標志BF，確認BF=0后，訪問過程才能進行。</p><p>　　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。 </p><p>　　表3-6 1602液晶模塊內(nèi)

93、部控制指令</p><p>　　3.7.5 LCM1602顯示電路設計</p><p>　　單片機P0.0～P0.7分別于LCM1602液晶顯示模塊的D0～D7數(shù)據(jù)線連接，P2.0～P2.2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控制指令，通過AT89C51單片機來控制LCM1602顯示相應的時間與溫度，如

94、圖3-17所示。</p><p>　　圖3-17 顯示電路設計</p><p><b>　　3.8 電源模塊</b></p><p>　　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]。</p><p>　　具體如下：交流電源經(jīng)過電路中的保險

95、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起到短路保護作用。</p><p>　　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一步濾除紋波，得到5V穩(wěn)壓電源，如圖3-18所示。</p><p>　　圖3-18 電源電路設計</p><p

96、>　　3.9 硬件總體設計</p><p>　　本設計的硬件總體設計主要包括主控單片機模塊、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。</p><p>　　溫度檢測流程：先用溫度傳感器模塊對環(huán)境溫度進行采集，然后主單片機模塊將溫度傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行處理經(jīng)過顯示模塊將溫度值顯示出來，并將此時的溫度與規(guī)定的溫度進行比較。當此時的溫度高于規(guī)定值時，

97、紅色二極管亮，并且蜂鳴器發(fā)出報警；當溫度值在規(guī)定值范圍內(nèi)時，蜂鳴器不報警；當溫度低于規(guī)定值時，蜂鳴器發(fā)出報警。</p><p>　　日期和時間顯示流程：主要由時鐘芯片控制，四個功能按鍵進行日期和時間的調(diào)整，通過顯示屏上顯示出來，并把當時的溫度存儲記錄下來，方便供熱公司查詢。</p><p>　　4 室內(nèi)采暖溫度檢測系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　在系統(tǒng)設計過程中

98、，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)，而且軟件的設計在很大程度上決定了系統(tǒng)的性能。為了滿足系統(tǒng)設計的要求，在軟件設計方面一般要符合易理解、易維護、實時性、準確性、可靠性等幾點要求。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序總體流程概況</p><p>　　該檢測系統(tǒng)主要包括單片機對DS18B20溫度檢測、LC

99、M1602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。主控程序負責對整個程序進行調(diào)用與控制，進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。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)總控流程圖</p>

100、;<p>　　4.2 子程序設計</p><p>　　在子程序設計中，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，可以在個程序適當?shù)牟糠诌M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

101、間代替這段延時?？傊?，系統(tǒng)設計時要協(xié)調(diào)這種時間滯后，使系統(tǒng)滿足實時性要求。</p><p>　　4.2.1 溫度檢測顯示程序</p><p>　　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的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。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，當采用12位分辨率時

102、轉(zhuǎn)換時間約為750ms。計算溫度則將RAM中讀取值進行BCD碼的轉(zhuǎn)換運算，因為本設計應用在室內(nèi)的溫度檢測，所以沒有進行溫度值正負判定程序的顯示。溫度檢測顯示流程如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 溫度檢測顯示流程</p><p>　　4.2.2 日歷顯示程序</p><p>　　時間控制程序主要是定時器0計時中斷程序每隔10ms中斷一次當作一個計數(shù)，

103、每中斷一次則計數(shù)加1，當計數(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，則為閏年；否則為非閏年。在我們的這個設計中由于只涉及100年范圍內(nèi)，所以判斷是否閏年就只需

104、要用該年份除4來判斷就行了。CPU讀取數(shù)據(jù)進行顯示，當各自的條件得不到滿足時，對應的顯示器狀態(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。</p><p>　　圖4-4 日歷顯示程序流程圖</p><p>　　4.2.3 按鍵掃描操作程序</p><p>　　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)整設置按鍵，隨著

105、時間的調(diào)整相應的溫度也會顯示當時的溫度，程序流程如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 按鍵掃描操作流程圖</p><p>　　4.2.4 溫度儲存程序</p><p>　　EEPROM采用I2C總線與單片機進行通信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準，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)

106、點[1]。</p><p>　　I2C總線由兩條導線構(gòu)成，數(shù)據(jù)導線稱為串行數(shù)據(jù)線(SDA)，時鐘導線稱為串行時鐘線(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之間都可以進行雙向通信，最高傳送速率為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。</p><p>　　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

107、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。</p><p>　　圖4-6 起始和停止條件</p><p>　　典型的I2C字節(jié)寫入周期的操作過程是：主執(zhí)行設備用一個起始條件啟動傳輸，接著發(fā)送設備地址，該地址是要寫入數(shù)據(jù)字節(jié)的設

108、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，圖中主執(zhí)行設備將數(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)送接收設備的地址后，主執(zhí)行設備發(fā)送一個0，接收設備在第一個ACK時鐘周期使SDA信號線保持低，確認收到該地址。確認之后，主執(zhí)行設備以高位在前、低位在后的方式發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)。接收設備在第二個ACK時鐘周期使SDA信號線保持低，確認收到數(shù)據(jù)。&l