毕业设计（论文）-基于单片机保温箱的温控系统研究.doc

毕业论文 2014 届 题题 目目 基于单片机保温箱的温控系统研究基于单片机保温箱的温控系统研究 姓姓 名名 学学 号号 专业专业班班级级 指指导导教教师师 2014 年 5 月 5 日 毕业论文 II 毕业论文任务书毕业论文任务书 主要实现：实时温度测量及显示，超出温度范围相应的继电器工作，继电器可以驱 动相应的加热或制冷负载，上下限温度可通过按键设定等功能。 本保温箱的温控系统研究是基于 51 单片机及温度传感器 DS18B20 来设计的，温度 测量范围 0 到 99.9 摄氏度，精度为 0.1 摄氏度，可见测量温度的范围广，精度高的特 点。可设置上下限温度，默认上限温度为 38、默认下限温度为 5（通过程序可以 更改上下限初始值） 。报警值可设置范围：最低上限报警值等于当前下限报警值，最高 下限报警值等于当前上限报警值。将下限报警值调为 0 时为关闭下限报警功能。开启 相应的继电器工作时，有指示灯可以指示相应的加热和制冷。 毕业论文 III 目 录 前言.2 1 设计要求与方案论证.3 1.1 设计要求.3 1.2 系统基本方案选择和论证.3 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证.3 1.2.2 温度传感器设计方案论证.4 1.2.3 显示模块方案论证.4 1.3 电路设计最终方案决定.5 2 主要元件介绍.5 2.1 STC89C51 介绍.5 2.1.1 STC89C51 主要功能及 PDIP 封装.5 2.1.2 STC89C51 引脚介绍.5 2.1.3 单片机最小系统.6 2.2 DS18B20 传感器介绍.9 2.2.1 DS18B20 概述.9 2.2.2 DS18B20 引脚介绍.10 2.2.3 DS18B20 的内部结构.10 2.2.4 DS18B20 的程序流程图.11 2.3 1602 液晶介绍.11 2.3 继电器介绍.12 3 程序流程图.12 结论.14 参考文献.15 致 谢.16 附录 1 系统原理图.17 附录 2 系统 PCB 图.18 附录 3 C 语言程序.19 毕业论文 1 基于单片机保温箱的温控系统研究基于单片机保温箱的温控系统研究 摘 要：单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的 技术,本文将介绍一种基于单片机保温箱的温控系统研究，本恒温箱属于多功能多用途，可以设置 上下控制温度，当温度不在设置范围内时，可以驱动相应的负载工作，同时声光报警。 随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。 本文通过采用继电器作为温度的主要控制元件，它可以直接驱动 2500W 功率的负载，可以应用于家 庭、小型工厂等小电量用电设备，亦可以用继电器来控制交流接触器线圈等，就可以实现对大功率 负载的控制，应用十分广泛。采用蜂鸣器作为电声元件的报警，LED 发光指示相应的加热或制冷工 作。这种保温箱的温控系统结构简单，可操作性强，应用广泛。工作时，温度控制范围为上下限之 间，当前环境温度若超过设定的临界温度，由单片机发出控制和报警信号，从而负载控制温度的变 化。 基于单片机保温箱的温控系统大部分使用是在实验室、工业、医药、农业中。在实验室中特别 是生物实验室，我们为了得到更加准确的实验数据，对于恒温实验环境要求严格。所以针对实验室 来说，恒温箱的作用显得相当重要。在工业生产过程中我们对于恒温箱的要求也相对更加严格，比 如产品的热处理、冷处理等，直接影响着产品的质量。在医药方面医用恒温箱主要用于药品和试 剂的储存、运输，疫苗、血液的冷藏保温，透析液的加温、生理盐水的加温等。 由以上我们可以 明显的看出恒温箱的重要作用。在农业温室大棚中，温控系统对于农作物的生长至关重要，对于农 业方面，以至于生活中的各个方面温控系统永远处于相当重要的地位。 关键词:STC89C51 单片机 温度控制 恒温箱 DS18B20 毕业论文 2 前言 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人 带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要 求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单 片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本保温箱温控系统所介 绍的与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，控制准确，负载广泛，有 LCD1602 显示相应的工作方式，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的 场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机 STC89C51，测温传感器使用 DS18B20，用 1602y 液晶显示数据，用继电器驱动负载，用 PNP 三极管驱动。 毕业论文 3 1 设计要求与方案论证 首先明确设计要求，再整体讨论和确定方案，一一攻破设计的难点。 1.1 设计要求 基本范围 0-99 ； 精度误差小于 0.1 ； 直读显示温度和报警值； 可以温度控制； 扩展功能：可以任意设定温度的上下限控制及报警功能，可以驱动加热和制冷负 载。 1.2 系统基本方案选择和论证 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证 由于单片机具有以下的很多优点，被我们选定为制作该作品的首选芯片 单片机特点： （1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。 芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般 通用的 CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在 ROM 中不易破坏，许多信号通道均 在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力， I/O 口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的最低工作电压仅为 1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并 行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性价比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用 RISC 流水线和 DSP 等技术。单片机的寻址能力也已突破 64KB 的限制，有的已可达到 1MB 和 16MB，片 内的 ROM 容量可达 62MB，RAM 容量则可达 2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大， 各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。 方案一: 采用 STC89C51 芯片作为硬件核心。STC89C51 内部具有 4KB ROM 存储空间,512 字 毕业论文 4 节数据存储空间，带有 2K 字节的 EEPROM 存储空间，与 MCS-51 系列单片机完全兼容, STC89C51 可以通过串口下载。 方案二: 采用 AT89S51。AT89S51 片内具有 4K 字节程序存储空间，256 字节的数据存储空间 没有 EEPROM 存储空间，也与 MCS-51 系列单片机完全兼容，具有在线编程可擦除技术。 两种单片机都完全能够满足设计需要，STC89C51 相对 ATS89C51 价格便宜，且下载 简单方便。考虑到方便因素，因此选用 STC89C51。 1.2.2 温度传感器设计方案论证 利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。这些呈现 规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。 按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热 电阻和热电偶两类。 现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信 息处理(计算机技术)。温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式 温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器/控制器；(3)智能温度传感器。国 际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。 在 20 世纪 90 年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是 8 位 A/D 转换器，其测 温精度较低，分辨力只能达到 1C。国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温 度传感器，所用的是 912 位 A/D 转换器，分辨力一般可达 0.50.0625C。由美国 DALLAS 半导体公司新研制的 DS1624 型高分辨力智能温度传感器，能输出 13 位二进制 数据，其分辨力高达 0.03125C，测温精度为0.2C。为了提高多通道智能温度传 感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D 转换器。目前，智能温度传感 器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C 总线、SMBus 总线和 spI 总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通 信。 方案一: 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随 被测温度变化 的电压或电流采集过来，进行 A/D 转换后，就可以用单片机进行数据 的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到 A/D 转换电 路，感温电路比较麻烦。 方案二: 进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这 是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易 直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 从以上两种方案，两种都完全能够满足设计需要，很容易看出，采用方案二，电 毕业论文 5 路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。 1.2.3 显示模块方案论证 方案一：1602 液晶模块 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等显示模 块它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字 符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用， 正因为如此所以他不能显示图形 它的优点是微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻 巧。 方案二：数码管显示 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为 七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个 小数点显示） ；按能显示多少个“8”可分为 1 位、2 位、4 位等等数码管：按发光二极 管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极 管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一 字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极 接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地 线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段 的阳极为低电平时，相应字段就不亮。由于它的价格便宜使用简单在电器特别是家电 领域应用极为广泛。 综上所诉：LCD1602 虽然显示较全，本设计用 LCD1602 液晶作为显示模块。 1.3 电路设计最终方案决定 综上各方案所述,对此次作品的方案选定：采用 STC89C51 单片机作为主控制系统； 采用 DS18B20 为传感器；采用液晶作为显示器件。 2 主要元件介绍 2.1 STC89C51 介绍 STC89C51 是由宏晶科技公司生产的与工业标准 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容的 单片机。 （1）中央处理器（CPU） 中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。8051 的 CPU 能处理 8 位二进 制数或代码。 （2）内部数据存储器（内部 RAM） 8051 芯片中共有 256 个 RAM 单元，但其中后 128 单元被专用寄存器占用，能作 为寄存器供用户使用的只是前 128 单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内 部数据存储器就是指前 128 单元，简称内部 RAM。 （3）内部程序存储器（内部 ROM） 8051 共有 4KB 掩膜 ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程 序存储器，简称内部 ROM。 毕业论文 6 （4）定时/计数器 8051 共有两个 16 位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数 结果对计算机进行控制。 （5）并行 I/O 口 MCS-51 共有 4 个 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3） ，以实现数据的并行输入/输出。 （6）串行口 8051 单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传 送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器 使用。 （7）中断控制系统 8051 单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051 共有 5 个中断源，即 外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两个优 先级别。 (8) 时钟电路 8051 芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机 产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为 6 MHz 和 12 MHz。 从上述内容可以看出，MCS-51 虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的 基本部件它都包括，因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。 2.1.1 STC89C51 主要功能及 PDIP 封装 STC89C51 主要功能如表 1 所示，其 PDIP 封装如图 1 所示 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统8K 可反复擦写 Flash ROM 32 个双向 I/O 口256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源共 6 个中断源 2 个读写中断口线3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能 表 1：STC89C51 主要功能 2.1.2 STC89C51 引脚介绍 主电源引脚（2 根） VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源 GND(Pin20)：接地线 毕业论文 7 外接晶振引脚（2 根） XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4 根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令， 如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入/输出引脚（32 根） STC89C51 单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别位 P0、P1、P2、P3 口，每个口 有 8 位（8 根引脚） ，共 32 根。 P0 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7 P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 P37/RD 17 P36WR 16 P32/INT0 12 P33/INT1 13 P34/T 0 14 P35/T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE /P 30 P31/T XD 11 P30/RX D 10 GND 20 VCC 40 U1 ST C89C52 图 1：STC89C51 封装图 2.1.3 单片机最小系统： 当在 STC89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部 就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过 RST 端经过电阻与电源 VCC 接通而实现的。最小系统如图 2 所示。 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.0(RXD) 10 P3.1(TXD ) 11 P3.2(INT0) 12 P3.3(INT1) 13 P3.4(T0) 14 P3.5(T1) 15 P3.6(WR) 16 P3.7(RD) 17 XTAL 2 18 XTAL 1 19 GND 20 (A8)P2.0 21 (A9)P2.1 22 (A10)P2.2 23 (A11)P2.3 24 (A12)P2.4 25 (A13)P2.5 26 (A14)P2.6 27 (A15)P2.7 28 PSEN 29 ALE /PROG 30 EA/VPP 31 (AD7)P0.7 32 (AD6)P0.6 33 (AD5)P0.5 34 (AD4)P0.4 35 (AD3)P0.3 36 (AD2)P0.2 37 (AD1)P0.1 38 (AD0)P0.0 39 VCC 40 89C52 Y1 11.0592MHz C2 30 C330 R7 10K VCC + C1 10uF 12 34 K0 RESET VCC 毕业论文 8 图2 单片机最小系统电路 （1）内部方式时钟电路 在 8051 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，其输 出端为引脚 XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调 电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图 3-3 所示。 时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲 信号。请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的 错误。一般地，电容 C1 和 C2 取 30pF 左右，晶体的振荡频率范围是 1.212MHz。晶 体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。8051 在通常应用情 况下，使用振荡频率为 6MHz 或 12MHz。 1 XTAL1 XTAL2 C1 C2 晶振 8051 至内部时钟电路 图 2-3 时钟振荡电路 （2）外部方式时钟电路 在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟 一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时，外部的脉冲信号是经 XTAL2 引脚注入，其连接如图 3-4 所示。 8051 1 XTAL1 XTAL2 VSS TTL 外部时 钟信号 VCC 图 2-4 外部时钟源接法 毕业论文 9 （3） 时序 时序是用定时单位来说明的。8051 的时序定时单位共有 4 个，从小到大依次是： 节拍、状态、机器周期和指令周期。它们之间的关系如下： 1）一个振荡脉冲的周期为节拍； 2）一个状态就包含两个节拍； 3）一个机器周期的宽度为 6 个状态； 4）一条指令周期由若干个机器周期组成。 （4） 单片机的复位电路 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从 这个状态开始工作，复位后 PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。单片机复位的 条件是：必须使 RST/VPD 或 RST 引脚加上持续两个机器周期（即 24 个振荡周期）的 高电平。若时钟频率为 12 MHz，每机器周期为 1 s，则只需 2s 以上时间的高电平， 在 RST 引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。 单片机复位期间不产生 ALE 和 PSEN 信号，即 ALE=1 和 PSEN=1。这表明单片机 复位期间不会有任何取指操作。复位后，内部各专用寄存器状态如下: PC： 0000H TMOD：00H ACC： 00H TCON： 00H B： 00H TH0： 00H PSW： 00H TL0： 00H SP： 07H TH1： 00H DPTR： 0000H TL1： 00H P0P3：FFH SCON： 00H IP： *00000B SBUF： 不定 IE： 0*00000B PCON： 0*0000 其中，*表示无关位。注意： （1）复位后 PC 值为 0000H，表明复位后程序从 0000H 开始执行，这一点在实训中已介绍。 （2）SP 值为 07H，表明堆栈底部在 07H。一般需重新设置 SP 值。 （3）P0P3 口值为 FFH。P0P3 口用作输入口时，必须先写入“1”。单片机在复位 后，已使 P0P3 口每一端线为“1”，为这些端线用作输入口做好了准备。 电路以 STC89C51 单片机最小系统为控制核心，测温电路由 DS18B20 提供，输入部 分采用三个独立式按键 S1、S2、S3。数码管显示部分。具体电路连接，详见附录 1。 2.2 DS18B20 传感器介绍 2.2.1 DS18B20 概述 在现代检测技术中，传感器占据着不可动摇的重要位置。主机对数据的处理能力 已经相当的强，但是对现实世界中的模拟量却无能为力。如果没有各种精确可靠的传 毕业论文 10 感器对非电量和模拟信号进行检测并提供可靠的数据，那计算机也无法发挥他应有的 作用。传感器把非电量转换为电量，经过放大处理后，转换为数字量输入计算机，由 计算机对信号进行分析处理。从而传感器技术与计算机技术结合起来，对自动化和信 息化起重要作用。 采用各种传感器和微处理技术可以对各种工业参数及工业产品进行测控及检验， 准确测量产品性能，及时发现隐患。为提高产品质量、改进产品性能，防止事故发生 提供必要的信息和更可靠的数据。由于系统的工作环境比较恶劣，且对测量要求比较 高，所以选择合适的传感器很重要。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字 式、从集成化向智能化和网络化的方向飞速发展。智能温度传感器 DS18B20 正是朝着 高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、 研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。因此，智能温度传感器 DS18B20 作为温 度测量装置已广泛应用于人民的日常生活和工农业生产中。 美国 DALLAS 公司生产的 DS18B20 可组网数字温度传感器芯片外加不锈钢保护管封 装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设 备数字测温和控制领域。有独特的单线接口方式，DS1820 在与微处理器连接时仅需要 一条口线即可实现微处理器与 DS1820 的双向通讯；其测温范围 55125，固 有测温分辨率 0.5；支持多点组网功能；多个 DS1820 可以并联在唯一的三线上，实 现多点测温；工作电源为 35V/DC；在使用中不需要任何外围元件。18B20 共有三种形 态的存储器资源，它们分别是：ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码（DS18B20 的编码是 19H） ，后面 48 位是芯片唯一的序列号，最 后 8 位是以上 56 位的 CRC 码（冗余校验） 。数据在出产时设置不由用户更改。 DS18B20 共 64 位 ROM。RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电 后丢失，DS18B20 共 9 个字节 RAM，每个字节为 8 位。第 1、2 个字节是温度转换后 的数据值信息，第 3、4 个字节是用户 EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。 在上电复位时其值将被刷新。第 5 个字节则是用户第 3 个 EEPROM 的镜像。第 6、7、8 个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也 是内部温度转换、计算的暂存单元。第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在镜像，以方便用户操作。 DS18B20 的性能特点如下： （1） 采用 DALLAS 公司独特的单线接口方式：DS18B20 与微处理器连接时仅需要 一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯； （2）在使用中不需要任何外围元件； （3）可用数据线供电，供电电压范围：+3.0V+5.5V； （4）测温范围：-55+125。固有测温分辨率为 0.5。当在-10+85范围 内，可确保测量误差不超过 0.5，在-55+125范围内，测量误差也不超过 2； 毕业论文 11 （5）通过编程可实现 912 位的数字读数方式； （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值； （7）支持多点的组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点测 温 （8）负压特性，即具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护 DS18B20 不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作； （9）DS18B20 的转换速率比较高，进行 9 位的温度值转换只需 93.75ms； （10）适配各种单片机或系统； （11）内含 64 位激光修正的只读存储 ROM，扣除 8 位产品系列号和 8 位循环冗余 校验码(CRC)之后，产品序号占 48 位。出厂前产品序号存入其 ROM 中。在构成大型温 控系统时，允许在单线总线上挂接多片 DS18B20。 2.2.2 DS18B20 引脚介绍 图 3：DS18B20 引脚 各引脚功能为：I/O 为数据输入/输出端（即单线总线） ，它属于漏极开路输出，外 接上拉电阻后，常态下呈高电平。UDD 是可供选用的外部电源端，不用时接地，GND 为 地，NC 空脚。 2.2.3 DS18B20 的内部结构 DS18B20 的内部结构主要包括 7 部分:寄生电源、温度传感器、64 位激光 （loser）ROM 与单线接口、高速暂存器（即便筏式 RAM，用于存放中间数据） 、TH 触发 寄存器和 TL 触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上下限值、存储和控制逻辑、 位循环冗余校验码（CRC）发生器。 毕业论文 12 图 4：DS18B20 内部结构 2.2.4 DS18B20 的程序流程图 否 是 发出温度转换命令 写入 18B20 读温度前复位 显示测温 点位置 18B20 复位 开始 18B20 存在？ 延时 发出读温度命令 写入 18B20 读入温度值数据 返回 延时 毕业论文 13 图 5 程序流程图 2.3 LCD1602 液晶介绍 LCD1602A 是一种工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 （16 列 2 行） 。在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品 的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示 的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以 下几种：发光管、LED 数码管、液晶显示器。发光管和 LED 数码管比较常用，软硬件 都比较简单。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点： 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光， 而不像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质 高且不会闪烁。 液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上 比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量 比其它显示器要少得多。 （1）引脚说明： 第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度 最高，对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 （2）1602LCD 的 RAM 地址映射以及标准字库表 LCD1602 液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了 160 个不同的点阵字符图形， 这些字符图有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一 个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是 01000001B（41H） ， 显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母。 它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的（说明：1 为高电平， 0 为低电平） 。 指令 1：清显示，指令码 01H，光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H 。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 。 指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电 毕业论文 14 平表示关显示。 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线。 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。 F：低电平时显示 5X7 的点阵字符， 高电平时显示 5x10 的点阵字符 （有些模块是 DL：高电平时为 8 位总线，低电平时 为 4 位总线） 。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置 。 指令 8：DDRAM 地址设置 。 指令 9：读出忙信号和光标地址。 BF 为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能 接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙，模块就能接收相应的命令或者数据。 指令 10：写数据 。 指令 11：读数据 。 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙 标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址， 也就是告诉模块在哪里显示字符。 1602 内部显示地址如图 3-14 所示： 图 6 1602 内部显示地址 例如第二行第一个字符的地址是 40H，那么是否直接写入 40H 就可以将光标定位 在第二行第 一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位 D7 恒定 为高电平 1，所以实际写入的数据应该是 01000000B（40H）+10000000B(80H) =11000000B(C0H) 。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示 字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处 于忙的状态。1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了 160 个不 同的点阵字符图形，如下图所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常 用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A” 的代码是 01000001B（41H） ，显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我 们就能看到字母“A”。 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性， 通过电压对其显示区域进行控制，有电 就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路 直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄 像机、PDA 移动通信工具等众多领域。 毕业论文 15 本设计的灰度调节是采用 10k 电阻和 1k 电阻分压的形式，灰度适中。 液晶显 示电路如下 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 J6 CON16 VSS VDD V0 RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 K A VCC VCC P27 P26 液晶 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 R10 1K R9 10K 图图 7 7 液晶显示电路液晶显示电路 2.3 继电器介绍 电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上 一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸 引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触 点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回 原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达 到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来 区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点” ；处于接通状态 的静触点称为“常闭触点” 。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。 毕业论文 16 图 8：继电器剖析图 3 程序流程图 当前温度与上 下限位关系 判断 SET 是否按 下 加减键是否按下 相应处理 上下限位 上限继 电器工 作，蜂 鸣器闪 响 下限继 电器工 作，蜂 鸣器闪 响 否 是 否 是大于上限 小于下限 正 常 范 围 读取 当前 温度 显示当前温度 初始化 开始 毕业论文 17 图 7：程序流程图 结论 通过对自己在大学两年时间里所学的知识的回顾，并充分发挥对所学知识的理解 和对毕业设计的思考及书面表达能力，最终完成了本设计。这为自己今后进一步深化 学习，积累了一定宝贵的经验。撰写论文的过程也是专业知识的学习过程，它使我运 用已有的专业基础知识，对其进行设计，分析和解决一个理论问题或实际问题，把知 识转化为能力的实际训练。培养了我运用所学知识解决实际问题的能力。 本次论文设计，使我加深了对单片机的认识，并且熟悉了单片机系统的设计流程， 收获丰硕。技术在不断进步，机械式时钟已经被淘汰，电子时代已经到来。做为新时 代的我们，更应该提高自身能力，适应新时代的发展。知识来自实践，多从生活中探 寻所需要的。 从这次的论文设计中，我真正的体会到，知识的重要性，特别是要理论联系实际， 把我们所学的理论知识运用到实际生活当中，要用知识改变一切。 While 循 环返回 毕业论文 18 参考文献 1 陈权昌,李兴富.单片机原理及应用M.广州:华南理工大学出版社,2007.84102 2 李庆亮.C 语言程