毕业设计217天津职业技术师范学院温度检测液晶显示及数据处理装置设计.docx

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毕业设计217天津职业技术师范学院温度检测液晶显示及数据处理装置设计

天津职业技术师范学院

毕业设计（论文）

题目温度检测，液晶显示及数据处理装置（液晶，时钟，存储）

副标题

性质：

毕业设计毕业论文

学生姓名

年级

系别

专业

指导教师

评定成绩优良中及格不及格

温度检测，液晶显示及数据处理装置（液晶，时钟，存储）

XX

【自动化系电气9901班】

[摘要]当将单片机用作测控系统时，系统总要有被测量信号的输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。

对于测量系统而言，如何准确获取被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。

系统需要的被测信号，一般可分为开关量和模拟量两种。

对于模拟量的输入，由于模拟信号的电压和电流是连续变化的信号，其信号幅度在任何时刻都有定义，因此对于这类信号的处理就较为复杂，在进行小信号放大，滤波量化等处理过程中需考虑干扰信号的抑制，转换精度及线性等诸多因素；而这种信号又是测控系统中最普遍，最常碰到的输入信号，如温度，湿度，流量等。

因此，本论文主要是讨论一个以OCMJ公司的中文液晶模块和AD590,AT89C52等构成的温度存储及数据处理装置（软，硬件）。

此课题来源于社会实践。

该装置能够比较精确的对温度进行实时监测并进行存储，可以对数据进行调用，还可以和PC进行串行通信。

可以广泛应用于对温度有较高要求，并要求对温度数据进行监测和数据采集的场合。

[关键词]单片机,数据采集,液晶

【Abstract】WhileusingMCUasdetectingsystem,inputchannelsofmeasuredsignalshouldalwaysbedemandedinthesystem,andthenecessaryinputinformationiscollectedbycomputer.Tomeasurementsystem,howtoacquiremeasuredsignalisitskerneltask;buttodetectingsystem,testoftheplantstateandinspectofthecontrolconditionarealsoimportanttachewhichcannotbelack.

Themeasuredsignalneedingbysystempopularlycanbedividedintotwokindswhichareon-offquantityandanalogyquantity.Fortheinputoftheanalogyquantity,becausethevoltageandcurrentoftheanalogyquantityarethesignalwhichvarietyconstantly,thesignalscopecanbedeterminedatanytime,therefore,thedisposalsofthiskindofsignalaremorecomplicated.Inthedisposingcourseofmagnifyingsmallsignal,filtratingetc,weneedtoconsideragoodmanyfactorssuchasrestrainabilityofthedisturbancesignal,conversionprecisionandlinerarityandsoon.Andthiskindofsignalisthemostuniversalindetectingsystem,andtheinputsignalsfrequentlymetaretemperature,humidityandflux.

Therefore,thisthesismostlydiscusesatemperaturestorageanddataprocesssetwhichconsistsofChineseLCDmoduleofOCMJcompany,AD590,andAT89C52.Thistaskrootsinsocietypractice.Thissetcanaccuratelymonitorthetemperaturerealtime,storagethedata,transferthedata,andserialcommunicationwithPC.Itcanbeaboardappliedintheoccasionwhichneedstomonitorthetemperaturedataandacquirethedata.

Keywords:

Single-chipmicroprocessor,Dataacquisition,

Theliquidcrystaldisplay

一.引言

单片机又称单片微型计算机，它是把组成微型计算机的各功能部件：

中央处理器CPU,随机存储器RAM，只读存储器ROM，I/O接口电路，定时器以及串行通讯接口等部件制作在一个集成芯片中，构成一个完整的微型单片机。

由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫单片微控制器（SingleChipMicrocontroller）。

单片机的应用场合很多，在智能仪表这块领域：

用单片机改造原有的测量，控制仪表，能促进仪表向数字化，智能化，多功能化，综合化，柔性化发展。

如温度，压力，流量，浓度显示，控制仪表等。

通过采用单片机软件编程技术，使长期以来测量仪表中的误差修正，线性化处理等难题迎刃而解。

如果采用模拟电路，温度漂移及元器件的参数误差对温度的设定及控制精度影响较大，并且不能显示当前温度。

本文详细地介绍了一种以单片机AT89C52和数字温度传感器AD590为核心的设计方案，能实现精确控温，并能显示当前温度。

其各项功能的实现由单片机控制系统来完成。

该装置软件设计合理，运行安全可靠，而且耗电省、性价比高。

调温范围＋0～＋100℃，温度控制精度为±0．1℃。

   本控制系统的主要性能指标：

控温范围：

0～100℃；控制精度：

＜±0．1℃；控制方式：

数字式PID控制。

从现在网络发展和更加实用的角度考虑，在原有的数据采集系统的基础上，又加装了扩展串行接口，这样单片机可对MODEM进行操作，或者由远程计算机启动MODEM，将数据通过通讯网络（电话线）传输数据，以便实现远程数据采集的任务。

本系统是从实用角度出发设计的，可应用在农业，工业，仓库管理等许多方面。

而且，本系统对使用中一些外界干扰进行了适当的防护，具有较好的抗干扰性。

二.本设计的硬件系统设计

（一）.系统的组成

温度检测，液晶显示及数据处理装置采用了廉价的高性能单片机AT89C52为处理核心单元，单通道8位全MOSA/D转换器AD0804,1兆5V闪速电擦除存储器AT29C010A,集成运放LM651,温度传感器AD590等组成的。

（二）.AT89C52单片机系统的设计

1.简述：

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

2.单片机复位电路的设计:

单片机采集系统工作时，会经常要求进入复位状态，所以，系统的复位电路必须准确、可靠的工作。

单片机的复位是靠外部电路实现的，在时钟电路工作时，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡时钟脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可以实现可靠的复位。

为了保证可靠的复位，在设计电路时，通常使RST引脚保持10ms以上的高电平。

在一般情况下，通常采用上电复位和开关复位组合电路。

当在通电瞬间或开关闭合的瞬间，在RC电路充电过程中，RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。

此种复位电路，干扰易串入复位端，这时为了提高系统的可靠性，可在RST复位引脚上接一个去耦电容或是采用屏蔽方法。

本系统单片机的外围复位电路示意图

（三）温度采集部分：

温度采集部分是由AD590和LM741构成的。

实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测：

式中，K—波尔兹常数；q—电子电荷绝对值。

集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。

集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。

电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0℃时输出为0，温度25℃时输出2.982V。

电流输出型的灵敏度一般为1A/K。

1.AD590简介：

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。

它的主要特性如下：

1）流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：

A/K

式中：

—流过器件（AD590）的电流，单位为A；

T—热力学温度，单位为K。

2）AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

3）AD590的电源电压范围为4V～30V。

电源电压可在4V~6V范围变化，电流

变化1A，相当于温度变化1K。

AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

4）输出电阻为710M。

5）精度高。

AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。

2.AD590的应用电路：

1）、基本应用电路

图1（a）是AD590的封装形式，图1（b）是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。

因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1k时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。

但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。

调整的方法为：

把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使VO=273.2mV。

或在室温下（25℃）条件下调整电位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。

但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。

2）、功能说明：

✓利用AD590以及接口电路把温度转换为模拟电压，经由ADC0804转换成数字信号，然后经AT89C52处理。

✓第1个步骤：

先调AD590的可变电阻器VR1。

如以0度为参考值则应使其电压输出位2.73V；如以25度为参考值，则应使其电压输出为2.98V。

第二个步骤：

设VR2使0度时，OPA2的输出为2.73V-2.73V=0V,而25度时，OPA2的输出为2.73-2.98V=-0.25V（反相）（零位调整）。

第三个步骤：

调VR3使OPA3放大5倍，如OPA2的输出为－0.25V,则OPA3的输出为1.25V。

✓各OPA的功能:

OPA1:

阻抗匹配

OPA2:

减2.73V，（经VR2）并反相；

OPA3:

放大5倍并反相。

具体电路如下图所示：

（四）.A/D转换电路系统的设计

1相关知识：

所谓A/D转换器就是模拟数字转换器（AnalogtoDigitalConverter），是将输入的模拟信号转换成数字信号。

信号输入端的信号可以是传感器或转换器的输出，而ADC输出的数字信号可以提供给微处理器，以便更广泛的应用。

2ADC0804转换器性能指标：

ADC0804是八位COMS逐次逼近型的A/D转换器；三态输出；存取时间为135微秒；分辨率为8位；转换时间为100微秒；工作温度为：

ADC0804LCN---0度至＋70度

3ADC0804与单片机的接口设计

ADC0804外围电路示意图

其实，ADC0804转换器由于具有三态输出锁存器，可直接驱动数据总线，故与8052的接口电路十分简单。

其数据输出线与单片机的数据总线直接相连，单片机的RD,WR,INT直接连到ADC0804，由于用P1.0线来产生偏选信号，故无需外加地址译码器。

当单片机向AD0804发WR，RD信号时，只要虚拟一个系统不占用的数据存储器地址即可。

ADC0804的VIN+管脚和OPA3即放大环节的LM741的6号管脚相连。

用来输入由温度采样环节采集把温度转换为模拟电压后的数据。

然后经由ADC0804转换成数字信号，然后经由单片机处理。

（五）显示部分的设计

本模块包括时钟显示和温度显示，功能调用。

这些信息都将在液晶来显示。

下面就先来介绍一下本次课题所用的液晶显示模块。

1液晶显示模块简介

显示部分采用了奥克拉公司的OCMJ中文模块系列液晶显示器内含GB231216*16点阵国标一级简体汉字和ASCII8*8（半高）及8*16（全高）点阵英文字库，用户输入区位码或ASCII码即可实现文本显示。

OCMJ中文模块系列液晶显示器也可用作一般的点阵图形显示器之用。

提供有位点阵和字节点阵两种图形显示功能，用户可在指定的屏幕位置上以点为单位或以字节为单位进行图形显示。

完全兼容一般的点阵模块。

OCMJ中文模块系列液晶显示器可以实现汉字、ASCII码、点阵图形和变化曲线的同屏显示，并可通过字节点阵图形方式造字，广泛用于各种仪器仪表、家用电器上作为显示器件。

本系列模块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。

一改传统的使用大量的设置命令进行初始化的方法，OCMJ中文模块所有的设置初始化工作都是在上电时自动完成的，实现了“即插即用”。

同时保留了一条专用的复位线供用户选择使用，可对工作中的模块进行软件或硬件强制复位。

规划整齐的10个用户接口命令代码，非常容易记忆。

标准用户硬件接口采用REQ/BUSY握手协议，简单可靠。

本系列模块工作温度：

0—55℃（常温）/-20—+70℃（宽温）；存储温度：

-10—+65℃（常温型）

2、引脚说明

1）表—1：

OCMJ2X8（128X32）引脚说明

引脚

名称

方向

说明

引脚

名称

方向

说明

1

VLED+

I

背光源正极（LED+5V）

8

DB1

I

数据1

2

VLED-

I

背光源负极（LED-OV）

9

DB2

I

数据2

3

VSS

I

地

10

DB3

I

数据3

4

VDD

I

（+5V）

11

DB4

I

数据4

5

REQ

I

请求信号，高电平有效

12

DB5

I

数据5

6

BUSY

O

应答信号=1：

已收到数据并正在处理中

=0：

模块空闲，可接收数据

13

DB6

I

数据6

7

DB0

I

数据0

14

DB7

I

数据7

2）表—2：

OCMJ4X8（128X64）引脚说明

引脚

名称

方向

说明

引脚

名称

方向

说明

1

VLED-

I

背光源负极（LED-OV）

10

DB5

I

数据5

2

VLED+

I

背光源正极（LED+5V）

11

DB6

I

数据6

3

VSS

I

地

12

DB7

I

数据7

4

VDD

I

（+5V）

13

BUSY

O

应答信号=1：

已收到数据并正在处理中

=0：

模块空闲，可接收数据

5

DB0

I

数据0

14

REQ

I

请求信号，高电平有效

6

DB1

I

数据1

15

RES

I

复位信号，低电平有效。

7

DB2

I

数据2

16

NC

8

DB3

I

数据3

17

RT1

LCD灰度调整，外接电阻端

9

DB4

I

数据4

18

RT2

LCD灰度调整，外接电阻端

3）表—3：

OCMJ5X10（160X80）引脚说明（17、18脚接法见11页图示）

引脚

名称

方向

说明

引脚

名称

方向

说明

1

VLED-

I

背光源负极（LED-OV）

10

DB5

I

数据5

2

VLED+

I

背光源正极（LED+5V）

11

DB6

I

数据6

3

VSS

I

地

12

DB7

I

数据7

4

VDD

I

（+5V）

13

BUSY

O

应答信号=1：

已收到数据并正在处理中

=0：

模块空闲，可接收数据

5

DB0

I

数据0

14

REQ

I

请求信号，高电平有效

6

DB1

I

数据1

15

RES

I

复位信号，低电平有效。

7

DB2

I

数据2

16

NC

8

DB3

I

数据3

17

RT1

LCD灰度调整，外接电阻端

9

DB4

I

数据4

18

RT2

LCD灰度调整，外接电阻端

3硬件接口

接口协议为请求/应答（REQ/BUSY）握手方式。

应答BUSY高电平（BUSY=1）表示OCMJ忙于内部处理，不能接收用户命令；BUSY低电平（BUSY=0）表示OCMJ空闲，等待接收用户命令。

发送命令到OCMJ可在BUSY=0后的任意时刻开始，先把用户命令的当前字节放到数据线上，接着发高电平REQ信号（REQ=1）通知OCMJ请求处理当前数据线上的命令或数据。

OCMJ模块在收到外部的REQ高电平信号后立即读取数据线上的命令或数据，同时将应答线BUSY变为高电平，表明模块已收到数据并正在忙于对此数据的内部处理，此时，用户对模块的写操作已经完成，用户可以撤消数据线上的信号并可作模块显示以外的其他工作，也可不断地查询应答线BUSY是否为低（BUSY=0？

），如果BUSY=0，表明模块对用户的写操作已经执行完毕。

可以再送下一个数据。

如向模块发出一个完整的显示汉字的命令，包括坐标及汉字代码在内共需5个字节，模块在接收到最后一个字节后才开始执行整个命令的内部操作，因此，最后一个字节的应答BUSY高电平（BUSY=1）持续时间较长，具体的时序图参见图--1，对应的具体时间参数说明参见。

表--4

4电性能参数

1）表—4：

模块时间参数表

编号

名称

单位

值

说明

最小值

最大值

1

Tr

uS

0.4

-

数据线上数据稳定时间

2

Tb

uS

2

20

最大模块响应时间

3

Trt

uS

11

-

最小REQ保持时间

4

Ts1

uS

20

45

最大数据接收时间

5

Ts2

mS

-

0.1~30*

最大命令指令处理时间

*：

不同命令所占用的时间各不相同，具体时间在命令表中给出

2）表—5：

模块主要电气参数表

编号

名称

单位

值

说明

2X8

4X8

5X10

1

电源工作电压

V

5

5

5

2

电源电流

mA

2

3

5

3

输入引脚电压

V

5

5

5

4

最大输入电压建立时间

uS

1

1

1

5

最小复位电压持续时间

uS

6

6

6

RES端低电平时间

6

复位内部处理时间

mS

15

15

15

此时模块不接收命令

7

背光电压

V

5

5

5

8

标称背光电流

mA

120

180

250

9

外接灰度调节电位器

Ω

5K

200

10K

5用户命令

用户通过用户命令调用OCMJ系列液晶显示器的各种功能。

命令分为操作码及操作数两部分，操作数为十六进制。

共分为3类10条。

分别是：

一）、字符显示命令：

1、显示国标汉字；

2、显示8X8ASCII字符；

3、显示8X16ASCII字符；

二）、图形显示命令：

4、显示位点阵；

5、显示字节点阵；

三）、屏幕控制命令：

6、清屏；

7、上移；

8、下移；

9、左移；

10、右移；

（以下所示取值范围分别为：

2X8、4X8、5X10的取值范围）

1）显示国标汉字

命令格式：

F0XXYYQQWW

该命令为5字节命令（最大执行时间为1.2毫秒，Ts2=1.2mS），其中

XX：

为以汉字为单位的屏幕行坐标值，取值范围00到07、02到09、00到09

YY：

为以汉字为单位的屏幕列坐标值，取值范围00到01、00到03、00到04

QQWW：

坐标位置上要显示的GB2312汉字区位码

2）显示8X8ASCII字符

命令格式：

F1XXYYAS

该命令为4字节命令（最大执行时间为0.8毫秒，Ts2=0.8mS），其中

XX：

为以ASCII码为单位的屏幕行坐标值，取值范围00到0F、04到13、00到13

YY：

为以ASCII码为单位的屏幕列坐标值，取值范围00到1F、00到3F、00到4F

AS：

坐标位置上要显示的ASCII字符码

3）显示8X16ASCII字符

命令格式：

F9XXYYAS

该命令为4字节命令（最大执行时间为1.0毫秒，Ts2=1.0mS），其中

XX：

为以ASCII码为单位的屏幕行坐标值，取值范围00到0F、04到13、00到13

YY：

为以ASCII码为单位的屏幕列坐标值，取值范围00到1F、00到3F、00到4F

AS：

坐标位置上要显示的ASCII字符码

4）显示位点阵

命令格式：

F2XXYY

该命令为3字节命令（最大执行时间为0.1毫秒，Ts2=0.1mS），其中

XX：

为以1*1点阵为单位的屏幕行坐标值，取值范围00到7F、20到9F、00到9F

YY：

为以1*1点阵为单位的屏幕列坐标值，取值范围00到1F、00到3F、00到4F

5）显示字节点阵

命令格式：

F3XXYYBT

该命令为4字节命令（最大执行时间为0.1毫秒，Ts2=0.1mS），其中

XX：

为以1*8点阵为单位的屏幕行坐标值，取值范围00到0F、04到13、00到13

YY：

为以1*1点阵为单位的屏幕列坐标值，取值范围00到1F、00到3F、00到4F

BT：

字节像素值，0显示白点，1显示黑点（显示字节为横向）

6）清屏

命令格式：

F4

该命令为单字节命令（最大执行时间为11毫秒，Ts2=11mS），其功能为将屏幕清空。

7）上移

命令格式：

F5

该命令为单字节命令（最大执行时间为25毫秒，Ts2=25mS），其功能为将屏幕向上移动一个点阵行。

8）下移

命令格式：

F6

该命令为单字节命令（最大执行时间为30毫秒，Ts