基于单片机的电阻炉温控制系统设计毕业论文设计

1、基于单片机电阻炉炉温控制系统的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权

2、保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意

3、学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的

4、合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年

5、月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日III教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组

6、）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格

7、 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要在现代工业生产中，人们需对各类加热炉、 反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。为适应这一需要有必要设计一个性能良好、 操作方便的温度控制系统。课题主要设计一个水温测控系统 ，控制锅炉中水的温度，选择合适的控制规律，使锅炉中水的温度按预定规律变化，并且能够进行越限报警。可通过键盘 ，显示电路设定目标温度和参数。控制系统按功能分主要包括温度传感器模块、温度显示/设定模块、单片机与上位机通信模块。系统可通过键盘对电阻炉水温以及恒温时间长短

8、进行预设，单片机根据当前炉内温度和预设温度，根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过PWM控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。另外通过单片机的串口与上位机通信，通过上位机软件实时显示当前温度和历史温度并且绘制出温度曲线，让系统的可读性更强，实现了远程监测的功能2。关键词:电阻炉、LED、PID、温度、单片机69机电工程学院毕业论文设计 AbstractThe project is mainly about designing a water temperature monitoring system to control the water tempera

9、ture in the boiler, and choosing proper control rules to make water temperature in the boiler change within the predetermined path, with the function of alerting temperature rising limit. Through the keyboard and display, we can set the goal temp. and other parameters. Control system, according to t

10、he functions, includes temperature sensor module, the temperature display / setting module, a temperature control module, MCU and host computer communication module. System can preset the resistance furnace temperature and heating time through the keyboard. Single-chip microcomputer, according to th

11、e furnace temperature and preset temperature and the set of algorithms, calculates the volume control, and according to the control volume, using the PWM control solid state relay to switch on and off so as to control the resistance wire conduction time in order to achieve temperature control. In ad

12、dition through the serial port of MCU and host computer communication, through the PC software, the device can fulfill the real-time display of current temperature and temperature history and draw out the temperature curve, making the system more readable, realizing the remote monitoring function.Ke

13、y words: STC89C52, DS18B20, PWM, PC 目录目录1 .绪论51.1 选题意义51.2 系统的主要性能指标61.3 主要工作任务62 .系统的工作原理和模块选择72.1 系统总述72.2各模块电路的方案选择72.2.1 系统硬件总框图形82.2.2温度控制模块82.2.3温度采集模块82.2.4显示模块92.2.5上位机软件92.3系统各模块的方案103 系统硬件设计103.1 STC89C52的最小系统103.1.1 晶振回路113.1.2 复位电路113.2温度采集模块的硬件设计113.2.1温度传感器DS18B20概述123.2.2温度采集模块的硬件设计12

14、3.3报警电路设计133.4 电源电路设计143.5按键电路设计153.5.1矩阵式键盘的结构与工作原理153.5.2矩阵键盘两种扫描方式153.6 显示电路设计163.6.1 LCD1602简介163.6.2 LCD1602管脚功能介绍173.6.3温度显示模块电路图193.7电平转换电路203.7.1 RS-232标准介绍203.7.2 DB-9连接器203.7.3 MAX232芯片介绍213.7.4 串口硬件连接图223.8 继电器驱动电路223.8.1 固态继电器的分类与工作原理223.8.2固态继电器的硬件连接图224 .系统的软件设计244.1 主程序的设计244.2 液晶显示模块

15、264.3温度模块软件设计274.3.1 DS18B20测温数据的读取程序设计274.3.2 DS18B20温度读取流程314.4中断服务函数324.5上位机软件设计335.装置硬件介绍5.1处理器部分 365.1.1关于AT89C52的说明375.1.2外部引脚的功能 375.2关于8155部分5.2.1 关于8155的说明405.2.2外部管脚功能415.2.3 8155的工作方式与基本操作436 .系统抗干扰措施446.1软件抗干扰措施44总结46参考文献47致 谢48附录A 系统原理图49附录B 系统总程序501 绪论1.1 选题意义河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论随着现代科学技

16、术的迅猛发展，各个领域对温度控制系统的精度、稳定性等的要求越来越高，控制系统也千变万化。如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造等诸多领域中，人们需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制等等。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等家用电器，温度与我们都相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。随着电炉广泛应用于各行各业， 其温度控制通常采用模拟或数字调节仪表进行调节，但存在着某些固有的缺点。为适应以上现实需要有必要设计一个基于单片机的性能良好、 操作方便的温度控制系统。1.2系统的主要

17、性能指标根据生活环境，设计本产品的技术指标为：测温范围：0+99.9 。温度测量精度：在085 时精度为0.5。可设置上限报警值，当温度超限时，发出报警信号。电源工作范围：DC4.55.5V。能够按照设定的温度曲线控温。1.3 主要工作任务在对各类温度传感器原理介绍的基础上，根据毕业设计实际的任务要求，完成温度传感器芯片的选型，系统芯片的选择，设计出电源电路、显示接口电路、键盘电路、单片机与上位机通信电平转换电路。根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制3。机电工程学院毕业论文设计 系统方案选择和工作原理2 系统方案选择和

18、工作原理2.1 系统综述本文所要研究的课题是基于单片机控制的水炉温度控制系统，主要是介绍了对水箱温度的测控，实现了温度的实时显示及控制。用DS18B20、STC89C52单片机及LCD的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，由DS18B20检测炉内温度，并在LCD1602中显示。控制器是用STC89C52单片机，根据设定的算法计算出控制量，根据控制量通过控制固态继电器的导通和关闭从而控制电阻丝的导通时间，以实现对炉温的控制。DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理，而且每片DS18B20都有唯一的产品号，可以一并存入其ROM中，以便在构成大型温度测控系统时在单线上挂接任意多个DS1

19、8S20芯片。从DS18S20读出或写入DS18S20信息仅需要一根口线，其读写及其温度变换功率来源于数据总线，该总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，故不需要额外电源。同时DS18B20能提供九位温度读数，它无需任何外围硬件即可方便地构成温度检测系统。本设计主要实现温度测控，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动相应的功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过一根口线与单片机相连接，再结合上位机通信部分来共同实现温度的监测与控制。22各模块电路的方案选择及论证根据题目的基本要求，设计任务主要设计一个水温测控系统，控制锅炉中水的温度，选择合适的控制规律，使锅炉中水的温度按

20、预定规律变化，并且能够进行越限报警。可通过键盘，显示电路设定目标温度、控制参数、运行等。2.2.1 系统硬件总框图显示电路上位机通信报警电路温度检测电路按键电路时钟电路单片机 图2-1系统硬件总框图2.2.2温度控制模块根据题目要求，可以用电阻炉进行加热，控制电阻炉的通断频率即可以控制加热的速度。当水温过高时，关掉电阻炉，即可使水温控制在设定的温度范围内。对加热控制模块有以下三种方案：方案一：采用可控硅来控制加热器有效功率。可控硅是种半控器件，应用于交流电的功率控制有两种形式：控制导通的交流周期数达到控制功率的目地；控制导通角以此来控制交流功率。可以实现对交流电单个周期有效值周期控制，保证系统

21、的动态性能指标合格。该方案电路稍复杂，需使用光耦合驱动芯片以及变压器等器件。但该方案可以实现功率的连续调节，因此反应速度快，控制精度高。 方案二：采用电磁继电器作为控制器件。电磁继电器是种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压。但是电磁继电器开关频率低，不能用于开关频率高的场合。方案三：采用固态继电器控制。使用固态继电器可以很容易地实现控制较高的电压和电流，在正常条件下，工作十分可靠。继电器无需外加光耦，自身即可实现电气隔离。固态继电器具有控制电压宽（332 V）、驱动电流

22、小（520 mA）、通断延间小（10 ms）等优点，适合通断频率高的控制场合。分析可知方案三无法精确实现电热丝功率控制，但是采用固态继电器控制省去光耦和交流过零检测电路，并且可以通过算法，利用pwm波控制开关频率，同样可以达到要求的控温精度。2.2.3温度采集模块方案一：选用Harris公司生产的采用激光修正的精密集成温度传感器AD590。AD590的测温范围是-55+150，最大非线性误差为0.3，响应时间仅为20us，重复性误差低至0.05，功耗低，仅为2mW。此外AD590是温度-电流传感器，对于提高系统抗干扰能力有很大的帮助，但是该器件需要模数转换电路。方案二：使用带有A/D单片集成的

23、DS18B20传感器。DS18B20数字传感器无需其他外加电路，直接就可输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据。具有线路简单，性能稳定体积小的特点，测温范围55+125，固有测温分辨率0.5。比较以上方案，DS18B20传感器直接输出数字信号，结构简单性能可靠，测温范围和测温精度满足设计要求，而且比方案一成本低，所以选择方案三。2.2.4显示模块方案一：采用三个LED八段数码管分别显示温度的十位、个位和小数位。数码管具有亮度高，寿命长，对外界环境要求低的特点。然而LED八度数码管引脚排列却不规则，显示时要加驱动电路，硬件电路且复杂。方案二：它采用带有字库的12864液晶显示屏。12864

24、液晶显示屏具有功耗低、轻薄短小无辐射危险，不闪烁，可视面积大，画面效果好，能显示文字和图像，抗干扰能力强。但是12864价格昂贵。比较以上方案，方案二是显示温度曲线的首选，但是因为设计会做单片机与上位机通信，通过上位机显示温度曲线，下位机无需再显示温度曲线，考虑经济因素，采用方案三作为显示模块。2.2.5上位机软件方案一：VB是Visual Basic的缩写，是微软公司于1991年推出的以结构化Basic语言为基础，以事件驱动为运行机制的集成开发环境。从任何标准来说，VB都是世界上使用人数最多的语言不仅是盛赞VB的开发者还是抱怨VB的开发者的数量。它源自于BASIC编程语言。VB拥有图形用户界

25、面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统，可以轻易的使用DAO、RDO、ADO连接数据库，或者轻松的创建ActiveX控件。程序员可以轻松的使用VB提供的组件快速建立一个应用程序。方案二：VC是Visual C或Visual C+的缩写，也是微软公司推出的，支持C和C+语言。也就是在VC环境下，可以用C/C+编写代码，然后编译、运行、调试，并最终生成可运行的EXE文件及相关配置。比较以上两种语言后发现vb相对vc来说更简单易学，编译快速，生成软件体积更小，所以这里选择vb进行上位机编程。2.3系统各模块的最终方案根据以上分析，结合器件和设备等因素，采取以下方案：采用STC89C51单片机作

26、为控制器，分别对温度采集、LCD显示、温度设定、加热装置、上位机通信进行控制。温度测量模块采用DS18B20，此器件的使用可以省去A/D（模数转换）部分。电热丝有效功率控制采用固体继电器控制，实现电路简单实用，固体继电器的开关频率可以满足设计要求。显示用LCD1602显示屏显示温度值和时间，用数字键和功能设置键实现温度、时间的设置。上位机采用vb语言编写，因为vb相对来说更简洁、易学，编程界面更友好。河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计3 系统硬件设计3.1 STC89C52构成的最小系统微型计算机是因工业测控系统数字化，智能化的迫切需求而发展起来的。STC89C52是一种低功耗、高

27、性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。它具有以下标准功能： 8k Flash，512 RAM， 32 位I/O 接口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。3.1.1 晶振回路晶振回路主要任务是为STC89C52单片机工作需要的时钟电路提供一个稳定的工作频率。根据STC89C52单片机时钟周期的要求，回路要选用频率为11.0593MHz的晶振。晶振回路是由电容和陶瓷谐振器晶振组成的。作为单片机的时钟源，STC89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，这个放大

28、器的输入和输出端分别是引脚XTAL0与XTAL1,在XTAL0与XTAL1端口接上时钟电源即可构成时钟电路。电容C1与C2对频率有微调作用。电容C1与C2尽可能的安装在单片机芯片附近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠的工作性。晶振电路如图3-1所示 图3-1 晶振电路河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统硬件设计3.1.2 复位电路电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.855.25V。因为微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，所以在电源上电时，只有VCC超过4.75V且低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才可以被撤除，微机电路才能开始正常工作。复位电路第二功能是手动复

29、位。手动复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平，一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。复位电路如图3-3所示： 图3-3 复位电路3.2温度采集模块的硬件设计3.2.1温度传感器DS18B20概述温度传感器是将温度信号转换为电信号的装置，型号有很多，数字式温度传感器常用的有DS18B20等。此设计采用的是DS18B20。DS18B20是DALLAS公司产的一线式数字温度传感器，是世界上第一片支持“ 一线总线”接口的温度传感器, 在其内部使用了在板(ON-BOARD)专利技术。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串

30、行输出；多个DS18B20可以并联到3根或者2根线上，CPU只要一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口比较少，可以节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20内部结构如图3-4所示，主要由四部分组成：温度传感器，64位ROM、非挥发的温度报警触发器TH与TL、配置寄存器。DQ为数字信号输入输出端；GND为电源地；VCC为外接供电电源5。图3-4 DS18B20内部结构框图DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用十六位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/lsb形式表达，其中S为符号位。DS18B20主要特性如下：适应更宽的电压范围,电压范围：3.05.5V,

31、在寄生电源方式下可以由数据线供电。独一无二的单线接口方式, DS18B20 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的双向通讯。DS18B20可以支持多点组网功能,多个DS18B20能并联在唯一的三线上,实现组网多点测温等。3.2.2温度采集模块的硬件设计当DS18B20正在执行温度转换或从高速暂存器EPPROM传送数据时，工作电流可达1.5mA，这个电流可能会引起连接单总线的弱上拉电阻的不可接受的压降，这需要更大的电流，而此时Cpp（寄生电源储能电容）无法提供，为了保证DS18B20有充足的供电，当进行温度转换或拷贝数据到EEPROM操作时，必须给单总线一个上拉电阻，一般为4.7K

32、的上拉电阻，根据距离远近可以适当调节阻值，距离近时减小阻值，但不能低于2.1K，否则DS18B20将无法复位。其数据线DQ端接单片机P2.2。硬件电路如图3-5所示。图3-5 DS18B20接线图在外部电源供电方式下, DS18B20工作电源由VCC引脚接人, 不存在电源电流不足的问题, 可以保证转换精度, 同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器, 组成多点测温系统。3.3 报警电路设计报警电路的功能是指在AT89C52单片机的控制下达到声光报警或解除报警的目的。假若单片机检测实时温度大于设定报警温度时，通过报警电路向报警器发出信号(低电平)，声音报警电路接收到有效电平后就自动发

33、出预置的报警声，与此同时报警指示灯发出信号。报警电路结构如图所示图3-6 报警电路接线图3.4 电源电路设计系统温度测量的电源为直流电源。电源是整个系统的地基，他的稳定工作对整个以单片机为核心的系统的内稳定工作起着十分重要的作用。STC89C52单片机与DS18B20温度传感器芯片工作电压范围是DC4.55.5V。为了使系统安全稳定的工作，还需要设计系统的电源电路。+220V的交流电压需要经过变压器降到15V左右。经过桥式整流电路把交流电转变成直流电。然后的电流经过稳压器LM7805输出稳定的+5V电压。VD1和VD3两个二极管组成一对桥臂；因为二极管的启动电压比较小，所以经过变压器的电压可以

34、使VD1与VD3二极管组成的桥臂在正半周期导通，VD2与VD4 2个二极管组成的桥臂可在负半周期导通。稳压器LM7805由三个管脚组成的串联型降压式电源芯片。Vin是输入端，Vout输出端。经稳压器LM7805稳压后，输出端输出稳定的+5V直流电压。电源输出基本不受外输入变动的干扰。稳压器LM7805电源电路设计如图3-7所示。图3-7 电源电路图3.5 按键电路设计3.5.1矩阵式键盘的结构与工作原理在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*

35、4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些。列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。3.5.2矩阵键盘两种扫描方式行扫描法行扫描法又称为逐行（或列）扫

36、描查询法，是一种最常见的按键识别方法，介绍过程如下： 1)判断键盘中有无键按下。将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 2)判断闭合键所在的位置。在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。高低电平翻转法首先让P1口高四位为1，低四位为0,。若有按键按下

37、，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。 然后让P1口高四位为0，低四位为1,。若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。 方法程序更简洁，这里使用第二种方法“高低电平翻转法”。硬件连接图如3-8所示：图3-8 矩阵键盘电路3.6 显示电路设计3.6.1 LCD1602简介液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，因此，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。本

38、系统采用LCD1602液晶显示模块，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。LCD1602实物图如3-9所示：图3-9 LCD1602实物图3.6.2 LCD1602管脚功能介绍LCD1602接口引脚及其功能介绍如表3-1所示：表3-1 接口引脚及其功能引脚号符号状态功能1GND电源地2VCC电源+5V3V0液晶驱动电源4RS输入寄存器选择5R/W输入读、写操作6E输入使能信号7DB0三态数据总线（LSB）8DB1三态数据总线9DB2三态数据总线10DB3三态数据总线11DB4三态数据总线12DB5三态数据总线13DB6三态数据总线1

39、4DB7三态数据总线（MSB）15LEDA输入背光+5V16LEDK输入背光地主要管脚介绍：V0：液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度是最弱的，接地电源时对比度是最高的，对比度过高时会产生影响，所以可以通过一个10K的电位器调整对比度。RS：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。R/W：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为高电平R/W为低电平时可以写入数据。E：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。LCD1602控制指令如表3-2所示：表3-2 LCD1602控制指令指令功能清屏清DDRAM和AC值输入方式设置设置光标、画面

40、移动方式显示开关控制设置显示、光标及闪烁开、关光标、画面位移光标、画面移动，不影响DDRAM功能设置工作方式设置（初始化指令）CGRAM地址设置设置CGRAM地址。A5A0=03FHDDRAM地址设置DDRAM地址设置读BF及AC值读忙标志BF值和地址计数器AC值写数据数据写入DDRAM或CGRAM内读数据从DDRRAM或CGRAM数据读出清屏指令如表3-3所示：表3-3 LCD1602控制指令RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 0 0 0 0 1开关控制指令如表3-4所示：表3-4开关控制指令RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4

41、DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 0 1 D C B开关控制指令功能：设置显示、光标及闪烁开、关。其中：D表示显示开关：D=1为开，D=0为关；C表示光标开关：C=1为开，C=0为关；B表示闪烁开关：B=1为开，B=0为关。光标、画面位移指令如表3-5所示：表3-5 光标、画面位移指令RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 1 S/C R/L * *光标、画面位移指令功能：光标、画面移动，不影响DDRAM。其中： S/C=1：画面平移一个字符位；S/C=0：光标平移一个字符位；R/L=1：右移；R/L=0：左移。功能设置指令如表

42、3-6所示：表3-6 功能设置指令RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 1 DL N F * *功能设置指令功能：工作方式设置（初始化指令）。其中：DL=1，8位数据接口；DL=0，四位数据接口；N=1，两行显示；N=0，一行显示；F=1，511点阵字符；F=0，57点阵字符。读写控制时序如表3-7所示：表3-7读写控制时序RSR/WE功能00下降沿写指令代码01高电平读忙标志和AC码10下降沿写数据11高电平读数据3.6.3温度显示模块电路图LCD1602引脚详解：第1脚：GND为电源第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0是液晶对比度调整端

43、，接正极对比度弱，接负极时对比度高。第4脚：RS是寄存器选择，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：RW是读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。第6脚：E（或EN）端为使能（enable）端。第714脚：D0D7为8位双向数据端。此处为P0口输出，因为P0口的电压过于微弱，所以添加上拉电阻使其能够驱动LCD液晶显示屏。温度显示模块的电路图如图3-10所示：图3-10 温度显示模块电路图 3.7电平转换电路设计3.7.1 RS-232标准介绍RS-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE和数据通信设备DCE制定的。所以对于这个标准的制定，并未考虑计算机系

44、统的应用要求。但是目前它又被借来用于计算机与终端或外设之间的近端连接标准。显然，它和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。既然我们了解了这个，对RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了3.7.2 DB-9连接器因为在AT机之后，不支持20mA电流环接口，所以使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1与COM2两个串行接口的连接器。它只可以提供异步通信的9个信号。RS-232是异步通讯中应用最广泛的标准总线，适用于数据中端设备和数据通讯设备之间的接口。在微机通讯中，通常用 的RS-232接口信号是九根引脚。如图：各引脚功能如下：引脚号符号方向功能1DCD输入载波检测2R

45、XD输入接收数据3TXD输出发送数据4DTR输出数据终端就绪5GND信号地6DSR输入数据装置就绪7RTS输出请求发送8CTS输入清除发送9RI输入振铃指示 图3-12 DB9引脚图当计算机与终端之间利用RS-232作近程连接时，有几根线实现交换连接。本设计不需要检测数据等信号状态的通讯程序。数据发送和接收线：发送数据通过TxD终端将串行数据发送到MODEM。接收数据通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据。3.7.3 MAX232芯片介绍MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。电容器应选择1F的电容。由于RS232

46、电平较高，在接通时产生的瞬时电涌非常高，很有可能击毁max232，所以在使用中应尽量避免热插拔。符合所有的RS-232C技术标准。 只需要单一 +5V电源供电。 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-。 功耗低，典型供电电流5mA。 内部集成2个RS-232C驱动器。 高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。3.7.4 串口硬件连接图串口硬件连接图如3-14所示:图3-14 串口硬件连接图3.8 继电器驱动电路设计3.8.1 固态继电器的分类与工作原理固态继电器是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片组成，采用混合工艺组装来实现控制回路和

47、负载回路的电隔离，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部没有任何可动部件。虽然市场上的固态继电器型号规格众多，但是它们的工作原理是相似的。主要是由负载电路，驱动电路和控制电路三部分组成的。固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源。固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性的正向变化。恒流输入电路，在输入电压达到一定值时，电流不再随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。固态继电器的驱动电路包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合电路

48、，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电耦合器有光-双向可控硅、光-三极管、光-二极管阵列(光-伏)等。高频变压器耦合，是在一定的输入电压下，形成10MHz的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路可包括检波整流、过零、保护、显示等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。固态继电器原理： 固态继电器是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关，利用电子组件的开关特点，达到无触点、无火花、而能接通和断开电路的目的，因此又被称为“无触点开关”。相对于以往的“线圈簧片触点式”继电器，SSR没有任何可动的机械零件，具有超越EMR的优势，如反应快、可靠度高

49、、寿命长、耐机械冲击、具有良好的防潮防霉防腐等特性。这些特点使SSR在军事、各种工业民用电控设备中都有广泛应用。固态继电器的控制信号所需的功率很低，所以可以用弱信号控制强电流。同时交流型的SSR采用过零触发技术，使SSR可以安全地用在计算机输出接口，不会像EMR那样产生一系列对计算机的干扰，甚至会导致严重当机。因此会有DC-AC、AC-AC、AC-DC等型式，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用.3.8.2固态继电器的硬件连接图这里使用交流固态继电器(ACSSR)，单片机高电平驱动三极管9014的基极，固态继电器的一端接在三极管的发射极。电路连接图如3-15所示：图3-15 串口硬件连接图河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统软件设计4 系统的软件设计设计软件时需遵循以下原则：容易理解、容易维护。实时。当系统发