手持温度测量仪设计方案

石家庄铁道学院毕业设计 0 手持温度测量仪设计方案 第 1 章 绪论 温度测量的背景和现代技术 温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验 (如：物体的比热容、汽化热、热功当量、压强温度系数等教学实验 )中，有特别重要的意义。现在所使用的温度计通常都是精度为 1 和 的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且它们的热容量还比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，并且使用非常不方便。 够直接读出被测温度。而在传统的远距离 温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，数字温度传感器 一款性能优异的数字式传感器，具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网、能较好地解决传统测温装置普遍存在的携带不便、易损坏、易受干扰等不足，可广泛的应用于工业控制中的各种温度监控。 研究方法 本论文是用单片机的相关知识设计一个实用的手持式温度控制系统。首先，我们查阅了大量的关于温度测量的资料，从而确定了用哪个单片机芯片和用哪类温度传感器，以及用何种液晶显示器。通过研究比较，我们选择 89片， 度传感器，以及 1602 液晶显示器和 +5V 稳压集成电路。为了达到预期的成果，我们首先熟悉和了解了 工作原理和于单片机的接口编程，其次我们也熟悉和了解了 89片机和 1602 液晶显示器的工作原理和它的显示编程，并进行硬件连线，并进行调试。 石家庄铁道学院毕业设计 1 预期结果 经过一段时间的研究和试验，我们在硬件和软件方面，我们取得成功卓越的成果。硬件方面：把 测温输入端口和单片机实现了连接，并实现了液晶显示器与单片机的连接并用 9 出 硬件连线 图。在软件 方面：我们成果的实现接口之间的匹配了并用单片机进行精确的温度测量然后把测量结果通过液晶显示器显示出来。从而较好的达到了毕业设计的预期目的。 第 2 章 设计方案及主要技术 设计方案 在设计中，我们采取总分总的结构。首先我们介绍了总体的构架即我们是如何做这个设计，用 何种方法，如何做的问题。其次，我们分开介绍设计中要用到的各个器件的技术性能描述、应用范围以及它的注意事项，同时我们也进行了硬件的设计和连接，运用 9 件，把硬件的连线图直观的画出来。最后，我们在硬件的基础上进行软件的编程和调试。 89片机中文简介 一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ 低电压，高性能 微处理器，俗称单片机。 一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可 擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多 功能 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 一种高效微控制器， 它的一种精简版本。 片机 为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 石家庄铁道学院毕业设计 2 单片机的主要特性 与 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： 0 24三级程序存储器锁定 ， 128*8 位内部 2 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 。 单片机的管脚说明 1 图 2示意图 电电压。 地。 ： 为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8电流。当 时，被定义为高阻输入。 够用于外部程 序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 作为原码输入口，当 出原码，此时 部必须被拉高。 石家庄铁道学院毕业设计 3 ： 是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器能接收输出 4电流。 管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作 输入， 被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 程 和校验时，作为第八位地址接收。 ： 为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器可接收，输出4 个 电流，当 被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因此作为输入时， 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存 储器进行存取时， 输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， 输出其特殊功能寄存器 的内容。 在 程和校验时接收高 八位地址信号和控制信号。 ： 管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 电流。当 写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， 将输出电流（ 是由于上拉的缘故。 也可作为 一些特殊功能口，如下所示： 行输入口） 行输出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（记时器 0 外部输入） 1（记时器 1 外部输入） 部数据存储器写选通） 部数据存储器读选通） 同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 位输入。振荡器复位器件时，要保持 两个机器周期的高电平时间。 访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， 以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 /部程序存储器的选通信号。在由外部 程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /号将不出现。 石家庄铁道学院毕业设计 4 / /持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， /内部锁定为 /间内部程序存储器。在 程期间，此引脚也用于施加 12 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出。 别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， 不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 芯片擦除 2 整个 列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持脚处于低电平 10完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “ 1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， 有稳态 逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下 ， 止工作。但 时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 温度传感器 美国 导体公司的数字化温度传感器 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专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户 可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。它体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥 “ 一线总线 ” 的优点。同 样， 支持 “ 一线总线 ” 接口，测量温度范围为 +125C，在 +85C 范围内，精度为 。精度较差为 2C。现场温度直接以 “ 一线总线 ” 的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持 3V 电压范围，使系统 设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 以程序设定 9 12 位的分辨率，精度为 。可选更小的封装方式，更宽的电压适 石家庄铁道学院毕业设计 5 用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 ，掉电后依然保存。 性能价格比也非常出色！ 简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的度降低为 2C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继 “ 一线总线 ” 的早期产 品后， 辟了温度传感器技术的新概念。 电压、特性及封装有更多的选择。 术性能和应用范围 4 (1)引脚介绍 图 2图示 序号 名称 引脚功能描述 1 地引号 2 数据输入 /输出引脚 3 可选择的 脚 (2)主要特性 适应电压范围更宽，电压范围： 寄生电源方式下可由数据线供电。 独特的单线接口方式， 与微处理器连接时仅需要一条口线即 可实现微处理器与 双向通讯。 石家庄铁道学院毕业设计 6 持多点组网功能，多个 以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 测温范围 55 125 ，在 +85 时精度为 。 可编程的分辨率为 9 12 位，对 应的可分辨温度分别为 、 、 ，可实现高精度测温。 在 9 位分辨率时最多在 把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在750把温度值转换为数字，速度更快。 测量结果直接输出数字温度信号，以 “ 一线总线 ” 串行传送给 时可传送 验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 负压特性：电源极性接反时 ， 芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 (3)使用方法 由于 用的是 1 线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输 ，而对 片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对 片的访问。 由于 在一根 I/O 线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。 严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动 读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 读时序： 对于 读时序分为读 0 时序和读 1 时序两个过程。 对于 读时隙是从主机把单总线拉低之后，在 15 秒之内就得释放单总线，以让 数据传输到单总线上。 完成一个读时序过程，至少需要 60能完成。 写时序： 对于 写时序仍然分为写 0 时序和写 1 时序两个过程。 对于 0 时序和写 1 时序的要求不同，当要写 0 时序时，单总线要被拉低至少 60保证 够在 15 45间能够正确地采样 线上的“ 0” 电平，当要写 1 时序时，单总线被拉低之后，在 15内就得释放单总线。 石家庄铁道学院毕业设计 7 作原理 5 图 2工作原理图 读写时序和测温原理与 同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750 温原理如图 3 所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系 数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器 1 和温度寄存器被预置在 55 所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图 2率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。 (1) 4 个主要的数据部件： 光刻 的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 64 位光刻 排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（ 8+4+1）。光刻 作用是使每一个 各不相这样就可以实现一根总线上挂接多个 目的。 加一 位清零 斜率累加器 低温度系数晶振 计 数 器 2 温度寄存器 预置 比 较 预置 = 0 高温度系数晶振 = 0 计 数 器 1 停止 石家庄铁道学院毕业设计 8 的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ，其中 S 为符号位。 表 2度值格式表 4 2 1 S S S S S 64 32 16 例如 ： +125 的数字输出为 07+的数字输出为 0191H， 数字输出为 的数字输出为 表 2度数据表 125 1111 1111 1111 1111 0785 1111 1111 1111 1111 0550H + 1111 1111 1111 1111 0191H + 1111 1111 1111 1111 00 1111 1111 1111 1111 0008H 0 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000H 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 55 1111 1111 1111 1111 是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 18两个 8 比特的 ，二进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值乘于 可得到 实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 可得到实际温度。 (2)度传感器的存储器 度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 一个非易失性的可电擦除的 后者存放高温度和低温度触发器 结构寄存器。 (3)配置寄存器 该字节各位的意义如下： 石家庄铁道学院毕业设计 9 表 2配置寄存器结构 1 1 1 1 1 低五位一直都是 “ 1” ， 测试模式位，用于设置 工作模式还是在测试模式。在 厂时该位被设置为 0，用户不要去改动。 来设置分辨率，如下表所示：（ 厂时被设置为 12 位） 。 表 2温度分辨率设置表 0 分辨率 温度最大转换时间 0 0 9 位 1 10 位 0 11 位 375 1 12 位 7504)高速暂存存储器 3 高速暂存存储器由 9 个字节组成，其分配如表 5 所示。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变为原码，再计算十进制值。表 2对应的一部分温度值。第九个字节冗。 表 2存寄存器分布 寄存器内容 字节地址 温度值低位 （ 0 温度值高位 （ 高温限值（ 1 2 低温限值（ 3 配置寄存器 4 保留 5 保留 6 保留 7 验值 8 根据 通讯协议，主机（单片机）控制 成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 行复位操作，复位成功后发送一条令，最后发送 令，这样才能对 行预定的操作。复位要求主 数据线下拉 500 微秒，然后释，当 到信号后等待 16 60 微秒左右，后发出 60 240 微秒的存在低脉冲，主 到此信号表示复位成功。 所有通讯都是由一个单片机的复位脉冲和一个 应答脉冲开始的。单片机先发一个复位脉冲，保持低电平时间最少 480s，最多不能超过 960s。然后，单片机释放总线，等待 应答脉冲。 接受到复位脉冲后等待 15 60答脉冲能保持 60 240s。单片机从发送完复位脉冲到再次控制总线至少要等待 480 s。 石家庄铁道学院毕业设计 10 表 2令表 指 令 约定代码 功 能 读 合 索 3H 55H 0 度传感器 的编码（即 64 位地址） 发出此命令之后，接着发出 64 位 码，访问单总线上与该编码相对应的 之作出响应，为下一步对该 读写作准备。 用于确定挂接在同一总线上 个数和识别 跳过 略 64 位 址，直接向 温度变换命令。适用于单片工作。 告警搜索命令 0行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。 温度变换 读暂存器 44H 0动 行温度转换， 12 位转换时最长为 7509 位为 结果存入内部 9 字节 。 读内部 9 字节的内容 写暂存器 4出向内部 3、 4 字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。 复制暂存 器 48H 将 第 3 、 4 字节的内容复制到 。 重调 内容恢复到 的第 3 、 4 字节。 读供电方式 0 供电模式。寄生供电时 送 “ 0 ”，外接电源供电 送 “ 1 ”。 1602 液晶显示器 6 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、 码管、液晶显示器。相对而言，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，被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、 动通信工具等众多领域。 液晶显示的简介 7 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： 显示质量高 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（ 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。 石家庄铁道学院毕业设计 11 数字式接口 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。 体积小、重量轻 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。 功耗低 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 ，因而耗电量比其它显示器要少得多。 (2)液晶显示器的分类 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（ 单纯矩 阵驱动（ 主动矩阵驱动（ 种。 (3)液晶显示器各种图形的显示原理 6： 线段的显示： 点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 示屏有 64 行，每行有 128列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416个显示单元与显示 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 的 000H00 16 字节的内容决定，当（ 000H） =，则屏幕的左上角 显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（ 3，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（ 000H） = 001H） =00H，（ 002H）=00H，（ 00=00H，（ 00=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和8 条暗线组成的虚线。这就是 示的基本原理。 字符的显示 ： 用 为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 字节，还要使每字节的不同位为“ 1” ，其它的为 “ 0” ，为 “ 1” 的点亮，为 “ 0” 的不亮。这样一来 就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 开始显示的行列号及每行的列数找出显示 立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 汉字的显示 ： 汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，左边为 1、 3、 5 石家庄铁道学院毕业设计 12 右边为 2、 4、 6， 根据在 开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加 1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到 32B 显示完就可以 得到一个完整汉字。 液晶显示的工作原理 8 (1)1602基本参数及引脚功能 1602为带背光和不带背光两种，控制器大部分为 背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。 1602要技术参数： 显示容量 ： 162 个字符 芯片工作电压 ： 作电流 ： 模块最佳工作电压 ： 符尺寸 ： H)脚功能说明 ： 1602用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，而我们应用 16脚的带背光型的。各引脚接口说明如表 2示 ： 表 2引脚接口说明表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 源地 9 据 2 源正极 10 据 3 晶显示偏压 11 据 4 据 /命令选择 12 据 5 R/W 读 /写选择 13 据 6 E 使能信号 14 据 7 据 15 光源正极 8 据 16 光源负极 石家庄铁道学院毕业设计 13 图 2示意图 第 1 脚： 地电源。 第 2 脚： 5V 正电源。 第 3 脚： 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： 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 R/W 共同为低电平时可以写入指令或 者显示地址，当 低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 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 7 14 脚： 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 (2) 1602指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 2示： 石家庄铁道学院毕业设计 14 表 211 条控制指令 序号 指令 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 数器地址 10 写数到 1 0 要写的数据内容 11 从 数 1 1 读出的数据内容 1602 液晶模块的读写操作、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：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 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 5点阵字符，高电平时显示 5点阵字符。 指令 7：字符发生器 址设置。 指令 8： 址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 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。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 与 兼容的芯片时序表如下表 2示 ： 石家庄铁道学院毕业设计 15 表 2基本操作时序表 读状态 输入 ， R/W=H， E=H 输出 7=状态字 写指令 输入 ， R/W=L， 令码， E=高脉冲 输出 无 读数据 输入 ， R/W=H， E=H 输出 7=数据 写数据 输入 ， R/W=L， 据， E=高 脉 冲 输出 无 (3) 1602 址映射及标准字库表 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，图 2 1602 的内部显示地址。 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。 图 21602部显示地址 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ 经存储了 160 个 不同的点阵字符图形，如图 2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”。 表 2字符代码与图形对应图 高位 低位 0000 0010 0100 0101 0110 0111 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0000 (1) 0 a P p 0001 (2) ! 1 A Q a q 0010 (3) 2 B R b r 0011 (4) # 3 C S c s 0100 (5) $ 4 D T d t 0101 (6) % 5 E U e u 0110 (7) & 6 F V f v 石家庄铁道学院毕业设计 16 续表 2111 (8) 7 G W g w 1000 (1) ( 8 H X h x 1001 (2) ) 9 I Y i y 1010 (3) “ : J Z j z 1011 (4) + ； K k N . n “ 1111 (8) / ? O _ o 以上是我们了解和学习了一些有关设计器件的必备的基础知识，为我们下一步的学习和设计打下了基础。 石家庄铁道学院毕业设计 17 第 3 章 硬件设计 感器和单片机的连接 13 下面，我们就要进行硬件的设计，我们设计的总体流程即数字温度测量计的基本框图如图 3示： 图 3总体流程图 主要功能模块分 4 类，它包括数字温度 传感器的数据采集、电源转换电路、晶振、复位电路和 1602 液晶显示电路： 数据采集 ： 单片机通过对 读写操作，完成对数据的存储和读取，从而实现单片机的存储单元数据处理。 以采用两种方式供电 ， 一种是采用电源供电方式 ， 此时 1 脚接地， 2 脚作为信号线 ， 3 脚接电源。另一种是寄生电源供电方式 ， 如图 3片机端口接单线总线 ， 为保证在有效的 钟周期内提供足够的电源 ， 可用一个 来完成对总线的上拉。 当 于写存储器操作和温度 A/D 转换时，总线上 必须有强的上拉 ， 上拉开启时间最大为 10 微秒 。 采用寄生电源供电方式是 均接地 。 由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 液晶显示： 明显的优点：微功耗、尺寸小、超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适；适于用 晶显示器显示中文菜单。基于本系统显示的要求，我们采用液晶显示器的好处打很多的。在本设计中，我们让单片机把数字温度测量仪测量打数据发送到液晶显示模块，并控制液晶显示模块按照一定的格式显电源转换 温度采集 晶振、复位电路 1602液晶显示器 单片机 石家庄铁道学院毕业设计 18 示的功能。 硬件电路 ： 单片机的选择： 我们选择 司的 89片 机 ，虽然它 运算速度低，功能单一， 间小等缺点，但它价格低廉 ， 使用简单等特点 ，比较实用。 晶振、复位电路 1 系列单片机的时钟电路是产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序是指令执行中各信号之间在时间上的相互关系。单片机就象是一个复杂的同步时序电路，应在时钟信号控制下严格地按时序进行工作。 1 系列单片机芯片内部有一个高增益反相放大器， 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出。 别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 一般在 间接石英晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，就是单片机的内部时钟电路。时钟电路产生的振荡脉冲经过二分频以后，才成为单片机的时钟信号。如采用外部时钟源驱动器 件， 不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 电容 微调电容，可起频率稳定、微调作用，一般取值在 5 30间，常取 30振的频率 范围是 2典型值取 12 图 3晶振电路 单片机具有多种复位电路，本系统采用上电复位方式，具体电路如图 8 所示。当上电时， 当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下开关使单片机复位。在振荡器运行时，有两个机器周期 (24 个振荡周期 )以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平， 51 芯片便循环复位。复位后 均置1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 部清零。当复位脚由高电 石家庄铁道学院毕业设计 19 平变为低电平时，芯片为 00H 处开始运行程序 。 图 3复位电路 稳压电路：由于我们设计要求的是手持式温度测量，应该需要普通的电池供电。而我们通常的单个干电池是 特的，四个串起来就是六伏特，单片机只需要五伏特，所以需要进行电压变换，我们选用芯片 压。 +5V 稳压集成电路，为 4 脚直插式塑料封装。 电源输入为 +6V，经 压，得 +5V 电压，供 晶显示器复位电路进行工作。 在此，我们对图 3行简要的概 括，首先我们采用经过 5V