数字温度计设计方案

1 数字温度计设计方案 第 1 章 绪论 计背景 度计的介绍 随着科学技术的发展和现代工业技术的需要，测温技术也不断地改进和提高。由于测温范围越来越广，根据不同的要求，又制造出不同需要的测温仪器。下面介绍几种常用的温度计。 气体温度计：多用氢气或氦气作测温物质，因为氢气和氦气的液化温度很低，接近于绝对零度，故它的测温范围很广。这种温度计精确度很高，多用于精密测量。 电阻温度计：分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计，都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的。金属温度计主要有用铂、 金、铜、镍等纯金属的及铁、磷青铜合金的；半导体温度计主要用碳、锗等。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。电阻温度计的测量范围为 600左右。 指针式温度计：是形如仪表盘的温度计，也称寒暑表，用来测室温，是用金属的热胀冷缩原理制成的。它是以双金属片作为感温元件，用来控制指针。双金属片通常是用铜片和铁片铆在一起，且铜片在左，铁片在右。由于铜的热胀冷缩效果要比铁明显的多，因此当温度升高时，铜片牵拉铁片向右弯曲，指针在双金属片的带动下就向右偏转（指向高温）；反之，温度变低，指针在双金属片的带动下就向左 偏转（指向低温）。 压力式温度计：压力式温度计是利用封闭容器内的液体，气体受热后产生体积膨胀或压力变化作为测信号。它的基本结构是由温包、毛细管和指示表三部分组成。压力式温度计的优点是：结构简单，机械强度高，不 2 怕震动。价格低廉，不需要外部能源。缺点是：测温范围有限制，一般在00；热损失大响应时间较慢。 水银温度计：水银温度计是膨胀式温度计的一种，水银的凝固点是 沸点是 用来测量 0150或 500以内范围的温度，它只能作为就地监督的仪表。用它来测量温度，不仅比较 简单直观，而且还可以避免外部远传温度计的误差。 度传感器的发展状况 单片机在测控领域中具有十分广泛的应用，它既可以直接处理电信号，也可以间接处理温度、湿度、压力等非电信号。由于该特点，因而被广泛应用于工业控制领域 1。 由于单片机的接口信号是数字信号，因此使用它来进行温度、湿度、压力等这类非电信号的信息处理，必须使用对应的传感器进行 A/D 或 D/后再传输给单片机进行最终的数据处理和显示。在测温领域，人们通常使用温度传感器，将温度信息转换为电流或电压进行输出，进而完成数据的处理 和显示 2。 本文正是基于温度传感器和单片机而构建的电路，进而完成温度的测量和显示。 温度传感器的发展经历了三个发展阶段： (1) 传统的分立式温度传感器。 (2) 模拟集成温度传感器。 (3) 智能集成温度传感器。 目前使用最广的是智能温度传感器（亦称数字温度传感器 )，是在 20世纪 90 年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ 结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配于各种微控制器（ 3。社会的发展使人们对传感器的要求也越来越高，现在的温度传感器正在基于单 片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、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 4。本文将介绍温度传感器 结构特征及 3 控制方法，并以此传感器为测温元件， 片机为控制核心，构成的数字温度测量装置，并对其工作原理及程序设计作详细的介绍。 题的目的和意义 题的目的 利用单片机 温度传感器 计一个设计温度计，能够测量 0之间的温度值，并且小于 20和大于 32时报警，用晶屏显示，测量精度为 通过本次设计能够理解数字温度计的工作原理和熟悉单片机的发展和应用，巩固所学的知识 5。 题的意义 随着电子技术的发展，人们的生活日趋数字化，多功能的数字温度计可以给我们的生活带来很大的方便；支持“一线总线”接口的温度传感器简化了数字温度计的设计，降低了成本；以美国 导体公司的单总线温度传感器 核心，以 司的 度控制器结构简单、测温准确、具有一定控制功能的智能温度控制器 6。 本课题研究的重要意义在于生产过程中随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数，就需要受制于现代信息基础的发展水平 7。在三大信息信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是数字温度传感器技术，在我国各领域已经应用的非常广泛可以说是渗透到社会的每一个领域，与人民的生活和环境的温度息息相关 8。 4 第 2 章 系统概述 计方案的选择 该系统主要由温度测量和数据采集两部分电路组成，实现的方法有很多种，下面将列出两种在日常生活中和工农业生产中经常用到的实现方案。 案一 采用热电偶温差电路测温，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成，热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成 9。数据采集部分则使用带有 A/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处理，通过显示电路，就可 以将被测温度显示出来。热电偶的优点是工作温度范围非常宽，且体积小，但是它们也存在着输出电压小、容易遭受来自导线环路的噪声影响以及漂移较高的缺点，并且这种设计需要用到 A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。 系统主要包括对 数据采集，温度的测量，此外还有复位电路，晶振电路，启动电路等。处理芯片为 51 芯片，执行机构有 4 位数码管、报警电路等。系统框图如图 2示。 复位电路晶振电路电路报警电路码管电偶温差电路测温系统框图 5 案二 采用数字温度芯片 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 时，最大线形偏差小于 1 。 最大特点之一采用了单总线的数据传输，由温度传感器 单片机 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 10。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。既可以单独对多 制工作，还可以与 通信上传数据，另外， 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 片控制温度传感器 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。该系统扩展性非常强，它可以在设计中加入时钟芯片以获取时间数据，在数据处理同时显示时间，并可以利用 片作为存储器件，以此来对某些时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调时 和温度查询，获得的数据可以通过芯片与计算机的接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据 11。 从以上两种方案中，容易看出方案一的测温装置可测温度范围宽、体积小，但是线性误差较大。方案二的测温装置电路简单、精确度较高、实现方便、软件设计也比较简单，故本次设计采用了方案二。 统设计原理 本课题以是 片机为核心设计的一种数字温度控制系统，系统整体硬件电路包括，传感器数据采集电路，温度显示电路，上下限报警调整电路，单片机主板电路等组成 12。利用温度传感器 以直接 读取被测温度值，进行转换的特性，模拟温度值经过 理后转换为数字值，然后送到单片机中进行数据处理，并与设置的温度报警限比 6 较，超过限度后通过扬声器报警 13。同时处理后的数据送到 显示。系统框图如图 2示。 L C D 显 示温 度 传 感 器单 片 机 复 位报 警 电 路时 钟 振 荡主 控 制 器图 2统基本方框图 1. 主控制器 单片机 有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。 2. 温度传感器 温度传 感器采用美国 导体公司生产的 度传感器。 出信号全数字化。便于单片机处理及控制，在 0100，时，最大线形偏差小于 1，采用单总线的数据传输，可直接与计算机连接。用单片机 片控制温度传感器 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。获得的数据可以通过芯片与计算机的接口进行串口通信，方便的采集和整理时间温度数据。 3. 显示电路 显示电路采用 晶显示数码管，从 口输出段码 14。显示电路是使用的串口显示，这种显示最大的优点就是使用资源比较少，只用 的 口发送和接收，显示比较清晰。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 7 第 3 章 系统硬件的设计 介绍 1. 介 一种带 8K 字节闪速可编程可擦除只读存储器（ 低电压，高性能 位微处理器，俗称单片机 15。 一种带 8闪速可编程可擦除只读存储器的单片机， 一种高效微控制器。 脚排列如图 3示。 图 3管脚排列图 洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 2. 主要特性： (1) 与 容。 (2) 4K 字节可编程闪烁存储器。 (3) 寿命长： 1000 写 /擦循环。 (4) 数据保留时间： 10 年。 (5) 全静态工作： 0 (6) 三级程序存储器锁定。 (7) 128 8 位内部 (8) 32 可编程 I/O 线。 (9) 两个 16 位定时器 /计数器。 (10) 5 个中断源。 (11) 可编程串行通道。 (12) 低功耗的闲置和掉电模式。 (13) 片内振荡器和时钟电路。 3. 管脚说明 电电压。 地。 ： 为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口，每个管脚可吸收 8 的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻抗输入。 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 行校验时， 出原码，此时 部必须被拉高。 ： 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。 用于外部程 序存储器或 16 位地洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 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， 在 程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 ： 管脚是带 8 个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。 同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 也可作为 一些特殊功能口，如下表 3示。 表 33 口的一些特殊功能口 口管脚 备选功能 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） 外数据存储器“写选通控制”输出） 外数据存储器“读选通控制”输出） 位输入。当振荡器复位器件时，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。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 冲。如想禁止 输出可在 址上置 0。此时， 有在执行 令是 起作用。如果微处理器在外部执行状态 止，置位无效。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 /部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令时，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。 /当 / 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， / /保持高电平（接 ）时， 执行内部程序存储器中的程序。在 程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（ 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。 振荡器特性 : 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。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。 介绍 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。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，新的产品支持 3V 电压范围，使系统设计更灵活、方便。 量温度范围为 +125，在 85范围内，精度为 以程序设定 912 位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在 ，掉电后依然保存。 引脚排列 如图 3示， 外形如一只三极管，引脚名称及作用如下： 地端。 据输入 /输出脚，与 平兼容。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 接 电源，也可接地。因为每只 可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。采用数据总线供电方式时地。 图 3脚排列 部结构 部结构主要由四部分组成： 64 位 度传感器、非挥发的温度报警触发器 配置寄存器。 部结构图如3所示。 64位 器 与 控 制 单 元温 度 传 感 器高 温 触 发 器 T 触 发 器 T 寄 存 器8 位 C R 部结构图 1. 64 位 64 位 由厂家使用激 光刻录的一个 64 位二进制码，是该芯片的标识号，如表 3示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 表 34 位 识 8 位循环冗余检验 48 位序列号 8 位分类编号（ 10H） 始 8 位表示产品分类编号，接着 48 位是该 身的序列号，最后 8 位为前 56 位的 环冗余校验码（ 8+4+1）。光刻作用是使每一个 各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 目的。 2. 温度传感器。温度传感器是 核心部分，该功能部件可完成对温度的测量。通过软件编程可将 25范围内的温度值按 9 位、10 位、 11 位、 12 位的分辨率进行量化，以上的分辨率都包括一个符号位，因此对应的温度量化值分别为 即最高分辨率为 芯片出厂时默认为 12 位的转换精度。当接收到温度转换命令后，开始转换，转换完成后的温度以 16 位带符号扩展的二进制补码形式表示，存储在高速缓存器 第 0， 1 字节中，二进制数的前 5位是符号 位。如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测得的数值需要取反加 1 再乘上 可得到实际温度。温度数据格式如表 3示。 表 3度数据格式 其中“ S”为符号位，对应的温度计算：当符号位 S 0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 S 1 时，表 示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表3一部分温度值对应的二进制温度数据。 23 22 21 20 2 S S S S 26 25 24 洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 表 3部分 温度对应值 温度 / 二进制表示 十六进制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07 +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0000 0191H + 0000 0000 1010 0001 00 + 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H 1111 1111 1111 0000 1111 1111 0101 1110 1111 1110 0110 1111 1111 1100 1001 0000 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 者存放高温度和低温度触发器 高速暂存 含了 8 个连续字节，前 2 个字节 是测得的温度信息，第 3 和第 4 字节是 易失性拷贝，第 5 个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。 作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的字节定义如表 3 5 位一直为 1， 工作模式位，用于设置 工作模式还是在测试模式。 表 3节定义 厂时该位被设置为 0，用户不要去改动， 定温度转换的精度位数，来设置分辨率，详见表 3厂时被设置为 12 位）。 1 1 1 1 1 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 表 3辨率设置 分辨率 /位 温度最大转向时间 / 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 由表 3见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 3. 温度报警触发器 靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必须先建立作协议，才能进行存储器和控制 操作。因此，控制器必须首先提供下面 5 个 作命令之一： (1) 读 (2) 匹配 (3) 搜索 (4) 跳过 (5) 报警搜索。 成功执行完一条 作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供 6 条存储器和控制操作指令中的任一条。一条控制操作命令指示 成一次温度测量。测量结果放在 暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器 由一个 节构成。可以用一条存储器操作命令对 行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。 4. 配置寄存器。配置寄存器的内容用于确定温度值的数字转换率。作是按此寄存器的分辨率将温度转换为相应精度的数值，它是高速缓存器的第 5 个字节。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 测温原理 如图 3示，图中低温度系数振荡器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减法计数器 1；高温度系数振荡器随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入。 斜 率 累 加 器 预 置 计 数 比 较 器低 温 系 数 振 荡 器 减 法 计 数 器 预 置减 到 0 温 度 寄 存 器高 温 系 数 振 荡 器 减 法 计 数 器减 到 0图 3温原理图 图中还隐含着计数门，当计数门打开时， 对低温系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 对应的一个基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中，减法计数器和温度寄存器被预置在对应的一个基数值。 减法计数器 1 对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1 的预置将重新被装 入，并重新开始对低温度系数振荡器产生的脉冲信号进行计数。如此循环，直到减法计数器 2 计数到 0 时，停止温度计数器值的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程的非线形性，直到温度寄存器达到被测温度值。 另外， 线通信功能是分时完成的，有严格的时隙概念，因此读 /写时序很重要。根据 通讯协议，主机控制 成温度转换必须经过三个步骤： 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 (1) 每一次读写之前都必须要对 行复位。 (2) 复位成功后发送一条 令。 (3) 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，然后释放， 到信号后等待 1560 微秒左右后发出 60240 微秒的低脉冲，主 到此信号表示复位成功。 用的注意事项 然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、用线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： 1. 较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 行读 写编程时，必须严格的保证读 /写时序，否则将无法读取测温结果。在使用 、 C 等高级语言进行程序设计时，对 分最好采用汇编语言实现。 2. 在 有关资料中均未提及单总线上所挂 量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 实际应用中并非如此。当单总线上所挂 过 8 个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 3. 连接 总线电缆是有长度限制的。当采用普通信号电缆传输长度超过 50m 时，读取的测 温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用 行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 2. 在 温程序设计中，向 出温度转换命令后，程序总要等待 返回信号，一旦某个 触不好或断线，当程序读该 ，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行 件连接和软件设计时也要给予一定的重视。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 字温度计电路设计 字温度计原理图 温度计电路设计原理图如图 3示，控制器使用单片机 度计传感器使用 液晶实现温度显示。本温度计大体分三个工作过程。首先，由 度传感器芯片测量当前的温度，并将结果送入单片机。然后，通过 片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，井将此结果送入液晶显示模块。最后， 片将送来的值显示于显示屏上。其中， 度传感器芯片采用“一线制”与单片机相连，它独立地完成温度测量以及将温度测量结果送到单片机的工作。 图 3度计电路设计原理图 钟电路的设计 图 3时钟电路的设计电路图。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 C 13 0 p 3 0 p C R Y S T A C 5 2 X T A L 1X T A L 21 91 8图 3钟电路 单片机允许的振荡晶体可在 4 间 选 择 ， 一 般 容 取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振有一定的影响，可在 20100间选择，典型值为 30 位电路 的设计 计算机每次开始工作， 系统中的其他部件都必须要有一个确定的初值，即复位状态。图 3单片机复位电路图。 C 31 0 u F+ 5 8 . 2 C 5 2R S 位电路 单片机 脚是高电平有效。单片机在上电瞬间 电， 脚出现正脉冲，只要 持两个机械周期（大约 10上的高电平，单片机就能复位。在单片机工作后，如果还想再次复位，只需按下开关，单片机就能重新变成复位状态。当晶体振荡频率为 12， 典型值为 C=10F， R= 洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 口电路 的设计 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示单片机端口接单线总线，为保证在有效的 用一个 完成对总线的上拉。 当 于写存储器操作和温度 A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为 10用寄生电源供电方式时 接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。 图 3单片机的接口电路 示电路的设计 1. 1602晶简介 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，它有若干个 5者 5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，所以它不能显示图形。 1602指显示的内容为 162，即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。 1602脚与功能如下表 3示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 20 表 3晶 1602 引脚表 引脚 符号 功能说明 1 般接地 2 电源（ +5V） 3 晶显示器对比度调整段 4 S 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。 5 R/W R/W 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。 6 E E 端为始能端，下降沿使用 7 4 位三态、双向数据总线 0 位（最低位） 8 4 位三态、双向数据总线 1 位 9 4 位三态、双向数据总线 2 位 10 4 位三态、 双向数据总线 3 位 11 4 位三态、双向数据总线 4 位 12 4 位三态、双向数据总线 5 位 13 4 位三态、双向数据总线 6 位 14 4 位三态、双向数据总线 7 位（最高位） 15 光电源正极 16 光电源负极 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如下表 3示。1602特性如下： (1) +5V 电压，对比度可调。 (2) 内含复位电路。 (3) 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。 (4) 有 80 字节显示数据存储器 (5) 内建有 160 个 57 点阵的字型的字符发生器 (6) 8 个可由用户自定义的 57 的字符发生器 洛阳理工学院毕业设计（论文） 21 表 3602 的控制指令 序号 指令 7 5 3 1 清零显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 先是开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光 标或字符移动 0 0 0 0 0 1 S/C R/L 6 预置功能 0 0 0 0 1 F 7 字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 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 计数器地址 10 写数到 0 读写的数据内容 11 从 数 1 1 读出的数据内容 指令 1：清零显示，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，低电平表示关； 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。 R/L，高向左，低向右。 指令 6：功能设置命令。 电平时为 8 位总线，低电平时为 4 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电平时显示 5点阵字符。 指令 7：字符发生器 址设置，地址：字符地址 *8+字符行数 (将一个字符分成 5*8 点阵，一次写入一行， 8 行就组成一个字符 )。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 22 指令 8：显示地址，第一行为： 80H 8二行为： 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。 警电路的设计 本设计采用软件处理报警，利用发光二级管报警电路，当温度超过设定 范围时，则二极管发光报警 。 报警电路硬件连接如图 3 C 5 212P 1 警 电路连接图洛阳理工学院毕业设计（论文） 23 第 4 章 系统软件的设计 件 件 1. 介 件是英国 司出版的 具软件。它不仅具有其它 具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围电路。 世界上著名的 具（仿真软件 )，从原理图布图、代码调试到单片机与 外围电路协同仿真，一键切换到 计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、 计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 8051、2/16/18/24/30/8086 和 ，在编译方面，它也支持 多种编译器。 件的特点是： (1) 实现了单片机仿真和 路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、各种单片机及其外围电路组成的系统仿真。 (2) 提供了多种虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，调试非常方便。 (3) 提供软件调试功能，同时支持第三方的软件编译和调试环境，如软件。 (4) 具有强大的原理图绘制功能。 其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机 工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。 2. 四大功能模块 (1) 智能原理图设计（ 丰富的器件库：超过 27000 种元器件，可方便地创建新元件。 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件。 智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘洛阳理工学院毕业设计（论文） 24 图时间。 支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰。 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的 纸，可以方便地供 多种文档使用。 (2) 完善的电路仿真功能（ 合仿真：基于工业标准 现数字 /模拟电路的混合仿真。 超过 27000 个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的 件自行设计仿真器件， 在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用件）、指数信号、单频 字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入。 丰富的虚拟仪器： 13 种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压 /电流表、交流电压 /电流表、数字图案发生器、频率计 /计数器、逻辑探头、虚拟终端、 试器、 试器等。 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如 电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动。 高级图形仿真功能（ 基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等。 (3) 独特的单片机协同仿真功能（ 支持主流的 型：如 8051/52、 2、 8086、 ， 即将支持 理器。 支持通用外设模型：如字符 块、图形 块、 阵、段显示模块、键盘 /按键、直流 /步进 /伺服电机、 拟终端、电子温度计等等，其 物理接口模型）还可以使仿真电路通过 串口和外部电路实现双向异步串行通信。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 25 实时仿真：支持 真、中断仿真、 2真、 真、 真、 真、 真。 编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑 /编译 /源码仿真，内带 8051、汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如 合，进行高级语言的源码仿真和调试。 (4) 实用的 计平台 原理图到 快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入 计环境，实现从概念到产品的完整设计。 先进的自动布局 /布线功能：支持器件的自动 /人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换 /门交换功能使 计更为合理。 3. 能原理图输入系统 统的中心，具有控制原理图画图的外观的超强的设计环境。 无论用户的要求是快速实现复杂设计的仿真以及 计，还是设计精美的原理图供出版， 可以很好的完成。画完图可以以图形文件输出，或者拷贝到剪切板以便其他文件使用。这就使得 为制作技术文件，学术论文，项目报告的理想工具，也是 计的一个出色的前端。画图的外形由风格模板定义。 4. 简单应用 图 4面图 洛阳理工学院毕业设计（论文） 2