毕设-利用LCD1602显示的数字温度计设计报告Word文档下载推荐.docx

1、1.1 引言温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域 ,如家电、汽车、材料、电力电子等 ,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 , 在工业企业中,如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大,滞后现象严重,存在很多不确定的因素,难以建立精确的数学模型,从而导致控制系统性能不佳,甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用 ,但由于继电器动作频繁 ,可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的 PID 控制方式,但 PID 控制对象的模型难以建立,并且当扰动因素不明确时,参数调整不便仍是普遍存在的问题

2、。而采用数字温度传感器 DS18B20，因其内部集成了 A/D 转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器 DS18B20 只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于 DS18B20 芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器 DS18B20 做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器 DS18B20 进行范围的温度检测1.2 设计任务STC12C5A60S2（引脚排序及基本功能同 AT89S51）作为主控芯片，设计利用 LCD1

3、602 显示的温度计。一是利用 LCD1602 显示温度；二是设计外扩 DS18B20 数字温度传感器，测量环境温度；三是编写相关程序实现温度显示功能；四是扩展报警电路，当温度越限时产生报警输出。1.3 设计要求1. 认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。2. 提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3. 提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。4. 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。16第二章设计方案及过程2.1 设计方案采用数字温度芯片 DS18B2

4、0 测量温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输， 由数字温度计 DS18B20 和微控制器 AT89S51 构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用 51 单片机控制，软件编程的自由度大， 可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独 对 DS18B20 进行控制，还

5、可以与 PC 机通信上传数据，另外 AT89S51 在工业控制上也有着广泛的应用， 编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。该系统利用 AT89S51 芯片控制温度传感器 DS18B20 进行实时温度检测并显示，能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度。系统框图如图 4-3 所示DS18B20 温度测温系统框图2.2 元器件的选择1. 微控制器模块AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP（In-system programmable） 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的

6、高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51 设计和配置了振荡

7、频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。由于系统控制方案简单 ,数据量也不大 ,考虑到电路的简单和成本等因素 ,因此在本设计中选用 ATMEL 公司的 A T89S51 单片机作为主控芯片。主控模块采用单片机最小系统是由于 A T89S51 芯片内含有 4 kB 的 E2PROM ,无需外扩存储器 ,电路简单可靠 ,其时钟频率为 024

8、 MHz ,并且价格低廉 ,批量价在 10 元以内。主要特性如下 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路AT89S51 单片机引脚图2. 温度采集模块DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化

9、成串行数字信号（按 9 位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚 TO-92 小体积封装形式，温度测量范围55125，可编程为 912 位 A/D 转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个 DS18B20 可以并联到三根或者两根线上，CPU 只需一根端口线就能与多个DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于远距离多点温度检测系统。综上，在本系统中我采用温度芯片 DS18B2

10、0 测量温度。该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，且此元件线形较好。在 0100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。该芯片直接向单片机传输数字信号，便于单片机处理及控制。温度芯片 DS18B20DS18B20最大的特点是单总线数据传输方式，DS18B20的数据 I/O均由同一条线来完成。DS18B20 的电源供电方式有 2 种: 外部供电方式和寄生电源方式。工作于寄生电源方式时, VDD 和GND 均接地, 他在需要远程温度探测和空间受限的场合特别有用, 原理是当 1 W ire 总线的信号线 DQ 为高电平时, 窃取信号能量给 DS18B20 供电, 同时一部分能量给内部电

11、容充电, 当 DQ 为低电平时释放能量为 DS18B20 供电。但寄生电源方式需要强上拉电路, 软件控制变得复杂（特别是在完成温度转换和拷贝DS18B204.7K数据到 E2PROM 时） , 同时芯片的性能也有所降低。外部电源供电方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单，可以开发出稳定可靠的多点温度监控系统。因此本设计采用外部供电方式。如下图所示：温度传感器 DS18B20 的测量范围为-55+125，在-10+85时精度为0.5。3. 显示模块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、符号等的点阵型液晶模块。它由

12、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，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。LCD1602管脚功能1602 采用标准的 16 脚接口，其中：LCD1602 引脚图第 1 脚：VSS 为电源地第 2 脚：VCC 接 5V 电源正极第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生

13、“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 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）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。第 1516 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极。1602LCD 的特性+3.3V 电压，对比度可调内含复位电路提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有 80 字节显示数据存储器 DDRAM内建有 192 个 5X

14、7 点阵的字型的字符发生器 CGROM8 个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM1602LCD 特征及应用微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。字符集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，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”。因为 1602 识别的是 ASCII 码，试验可以用 ASCII

15、 码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。4. 报警模块本设计采软件处理报警，利用有源蜂鸣器进行报警输出，采用直流供电。当所测温度超过获低于所预设的温度时，数据口相应拉高电平，报警输出。（也可采用发光二级管报警电路，如过需要报警，则只需将相应位置 1，当参数判断完毕后，再看报警模型单元 ALARM的内容是否与预设一样，如不一样，则发光报警）蜂鸣器电路连接图5. 其它外围电路复位电路：在单片机的 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。实际应用中，复位操作有两种形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。如下图所示晶振电路：单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，在单片机内部有一震荡电路，只要在单片机的 XTAL1