毕业设计（论文）-基于单片机的温度和湿度控制系统设计.doc

毕业设计（论文）题 目: 基于单片机的温度和湿度控制系统设计 学院（系）: 专业班级: 学生姓名: 指导教师: I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，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：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障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理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。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，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。本学位论文属于1、保密囗，在10年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“”）作者签名：年 月 日导师签名：年 月 日武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名 宋晓阳 专业班级 电气0805班 指导教师 罗惠谦 工作单位 自动化学院 设计（论文）题目：基于单片机的温度和湿度控制系统设计设计（论文）主要内容：温度和湿度是很多场合需要关注的参数，如食品储存仓库、温室大棚等。51单片机是常用的控制芯片，价格比较低廉，性价比也较高，完全可以完成温度和湿度的控制。本次设计以STC89C51单片机为主控芯片，采用相关的温度和湿度器件检测温度和湿度，进而控制，并采用12864液晶来显示工作状态。 要求完成的主要任务：1 查阅单片机和传感器的相关资料；2 设计硬件系统，温度控制精度小于等于1，湿度控制精度达到5%RH，有一定的人机交互界面，能够清楚显示工作状态；3 编写软件代码，实现程序功能；4 论文字数在15000以上，参考文献不低于12篇，其中外文文献不少于2篇，文献翻译工作为与本专业相关的外文文献，不少于2万印刷符，图纸3张。必读参考资料：1苏铁力.传感器及其接口技术M北京:中国石化出版社,19982. 中国电子学会.传感器与执行器大全M.北京:电子工业出版社,19983. 李朝青.单片机原理与接口技术第三版M北京:北京航空航天大学出版社,20064. 郑争兵,基于单片机与AD590的温度测量报警系统J.国外电子测量技术,009,27(1):272285.粱发强,曾志专,粟辛征.现代温室的单片机控制系统J湖南工业大学学报,2007,21(6):64-66指导教师签名 系主任签名 院长签名(章) 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）随着社会的快速发展，人们对于效率要求越来越高，温度和湿度的精确控制也越来越重要，在工业、生活、学习中越来越发挥巨大的作用，具有重要的开发利用价值，受到世界各国的普遍重视。伴随着发展中国家的工业化，特别是像中国这样拥有巨大人口数量的国家，对控制的要求正在持续增加。工厂进行工业生产需要对温度和湿度进行控制；医院对病人进行治疗、对药物等管理需要对温度和湿度进行控制；农业对于农产品的储藏也需要对温度和湿度进行控制，等等。总之，为了让生活更美好，资源利用更合理，离不开温度和湿度的控制。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生、爱好者，产品开发人员掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板，比较有名的例如电子人DZR-01A单片机开发板。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器视觉 声敏传感器听觉气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉压敏、温敏、流体传感器触觉敏感元件的分类：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。传感器的发展在工业快速发展中起到重要的作用。正是因为有了各种各样传感器的出现，我们才能够将模拟信息量具体化、数字化，才能进一步更加精确的大规模控制生产以及日常生活的其他方面。目前，集成传感器正处于蓬勃发展的新时期，新的技术不断涌现，新的产品层出不穷，新的工艺被大量采用。特别是现在，集成化智能传感器作为21世纪具有发展前景和影响力的一项高科技产品，正越来越引起国内外电子信息界的高度终重视1。2、基本内容和技术方案本文研究用单片机控制温湿度，首先先用传感器对温湿度进行一个采集，然后有一个人机交互来显示温湿度，将获得的值与参考值进行一个比较，根据不同的比较结果来采取不同的措施。通过Proteus对单片机控制系统进行仿真。 通过仿真得出相应的电子器件以及软件程序。该控制如图1所示。 该算法的原理为：由温度传感器和湿度传感器采集的温度信息和湿度信息经过模数转换器处理后送到单片机处理，与之前设置好的温度和湿度的参考范围进行比较，同时用LCD将其显示出来。若实际温度低于参考范围，则单片机控制驱动模块驱动加热装置，使温度上升；若实际温度高于参考范围，则单片机控制驱动模块驱动降温装置，使温度下降；若实际温度在参考范围之间，则单片机控制的温度控制模块不动作。同理，若实际湿度低于参考范围，则单片机控制驱动模块驱动加湿装置，使湿度上升；若实际湿度高于参考范围，则单片机控制驱动模块驱动减湿装置，使湿度下降；若实际湿度在参考范围之间，则单片机控制的湿度驱动模块不动作。 图1原理示意图3、进度安排第1周 毕业设计开始；第2周 查阅设计题目的相关资料；第3周 撰写开题报告第4周 翻译英文资料第5周 学习单片机的相关知识，了解其原理和内部结构；第6周 继续学习单片机相关知识；第7周 开始撰写部分毕业设计论文；第8周 完成论文的前两章；第9周 完成整体模型的建立；第10周 进行仿真设计；第11周 根据实际情况修改仿真参数第12周 根据仿真结果对设计进行调试和修改；第13周 完成论文初稿；第14周 修改论文，并交与指导老师验收认证工作；第15周 完成毕业设计周记；第16周 参加毕业答辩。4、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日武汉理工大学毕业设计（论文）目录摘要IABSTRACTII绪论11 结构设计与方案选择3 1.1 单片机选择3 1.2 传感芯片选择4 1.2.1 温度传感器的选择4 1.2.2 湿度传感器的选择6 1.3 人机交互选择7 1.3.1 液晶显示器7 1.3.2 8段数码管72 硬件系统设计9 2.1 单片机最小系统9 2.2 功能键盘电路11 2.3 显示电路12 2.4 系统温度采集电路15 2.5 系统湿度采集电路17 2.5.1 湿度及其表示方法17 2.5.2 湿度测量电路20 2.5.3 555定时器21 2.6 控制输出驱动电路233 程序设计25 3.1 温度检测模块25 3.2 湿度检测模块28 3.3 功能按键模块29 3.4 驱动控制模块29 3.5 液晶显示模块304 系统抗干扰措施31 4.1 系统硬件抗干扰31 4.2 系统软件抗干扰315 系统仿真及实际效果33结束语35致谢36参考文献37附录一38附录二39附录三40附录四41摘要本次设计采用STC89C51作为主控芯片，DS18B20为温度采集器件，HS1101为湿度采集器件，金鹏OCM-4X8C12864和四个功能按键为人机交互装置。STC89C51最高可以检测到1MHz的频率信号，而湿度传感器HS1101通过和555定时器的连接，使得湿度信号转换为频率信号，输出的最大频率不超过10KHz，因此可以直接将555定时器的频率信号输送给STC89C51单片机的P3.5口，该口为定时器/计数器端口，从而单片机读取不同的频率，从而做出相应的控制动作。采用12864液晶可以更加人性化更加直观的显示出温度和湿度；四个功能按键可以实现不同温度湿度的设定，从而适应不同的工作状态。关键词： STC89C51 温湿度传感器 12864液晶ABSTRACTThe design uses STC89C51 as the main chip,the DS18B20 temperature acquisition device,the HS1101 humidity collection device,the Jinpeng the OCM-4X8C12864 and four function keys for the human-computer interaction devices.STC89C51 maximum can be detected to 1MHz frequency signals, while the humidity sensor HS1101 by 555 timer connected, making the humidity signal is converted to the frequency signal, the maximum frequency of the output does not exceed 10KHz, so you can directly to the 555 timer frequency signal transmission to the of SCM STC89C51 the P3.5 port, the mouth port for timer / counter, so the MCU can read different frequencies, in order to make the appropriate control action.12864 can be a more humane and more intuitive display of temperature and humidity; four function keys for different temperature and humidity settings to adapt to different working conditions. Keywords: STC89C51, temperature and humidity sensor,1286441武汉理工大学毕业设计（论文）绪论本次设计分为以下几个部分，第一部分为结构设计和方案选择，第二部分为硬件系统设计，第三部分为程序设计，第四部分为系统抗干扰措施，第五部分为系统仿真，第六部分为实际效果。在第一部分结构设计与方案选择中，本文对比了单片机的选择，传感芯片的选择，人际交互选择等。在单片机选择部分，本文将STC89C51与其他单片机进行对比，结合我们此次设计的任务要求，对单片机进行选择。在传感芯片选择部分，本文分为两个阶段，第一阶段是温度传感器的选择，第二阶段是适度传感器的选择。在第一阶段本文对比分立元件和智能芯片，我们采用DS18B20，并列举其特点；在第二阶段本文选择HS1101，并列举其优点。在人机交互选择阶段，本文将对比液晶显示器和8段数码管的优缺点，并进行相应的选择。在本文第二部分硬件系统设计中，给出了单片机最小系统设计，功能键盘电路设计，显示电路设计，系统温度采集电路设计，系统湿度采集电路设计，控制输出驱动电路设计等。在单片机最小系统设计电路设计中，将包括单片机的ISP下载电路，复位电路，和单片机起振电路。在功能键盘电路设计中，我们采用普通的按键进行设计，默认情况下按键所连接的单片机端口将读到高电平，当按键按下的时候将给单片机相应端口以低电平，表示有功能按键按下。在显示电路设计中，我们将采用金鹏OCM-4X8C液晶官方给的引脚连接方法进行电路设计。在系统的温度采集电路设计部分，我们采用DS18B20作为温度采集芯片，DS18B20的封装和普通的三极管相同，三个引脚中中间的为数据线，其他两个为电源线。数据线接单片机相应端口且上拉到+5V电源，电源线正常连接。在系统湿度采集电路设计中，我们将首先给出湿度的概念及其表示方法，然后给出湿度的若干测量电路，如电压输出信号测量电路和频率输出信号测量电路等，对比后本设计采用频率输出信号采集电路。采用HS1101和555定时器搭配，使这个电路系统在不同的湿度下将输出不同的频率信号，频率信号给单片机P3.5口，从而使单片机读取当前的湿度。在控制输出驱动电路部分电路设计，我们采用单片机控制继电器对驱动电路进行控制，实现四种功能，即升温，加湿，降温，减湿等。在这一部分还将对继电器进行相应的介绍。在第三部分程序设计部分，本文主要列出了温度检测模块设计，湿度检测模块设计，功能按键模块设计，驱动控制模块设计和液晶显示模块设计五个部分。在温度检测模块设计部分，我们主要对DS18B20的初始化，DS18B20的写数据，DS18B20读数据三个部分进行了相应的分析列举。在湿度检测模块，程序主要是不停地采集信号交予单片机处理。功能按键模块，本设计的程序是查询方式读按键状态，并根据相应的状态采用不同的处理方法。在驱动控制模块，我们采用的是单片机读设定值与实际值之间的差别，并根据相应的状态控制驱动模块动作。在液晶显示模块，主要用到的就是写显示数据和写指令数据两个部分，本文将列举其设计的流程框图。在本文的第四部分系统抗干扰措施部分，我们将从硬件抗干扰和软件抗干扰两个部分进行相应的分析，本设计工作环境虽然不会很恶劣，但是出于工业设计的要求，我们将从这两方面进行相应的分析。在本文的第五部分系统仿真部分，我们采用Proteus仿真软件对STC89C51单片机和DS18B20进行相应的仿真，并展示相应的仿真结果。在本文的第六部分实际效果部分将给出本系统设计的实际效果图，以及一些相应的状态相应的实际效果照片。本文最后将给出本论文的结语总结以及参考文献和原理图附录和部分程序附录。1 结构设计与方案选择1.1 单片机选择单片机有很多种，牌子也很多，有ATMEL公司的单片机、Microchip单片机、TI公司的MSP430系列单片机、凌阳单片机:Motorola单片机、东芝单片机、STC 单片机等，他们各有各的优点，本文主要考虑两种类型，TI公司的MSP430系列单片机和STC89S51。对于前者MSP430 系列单片机是由TI公司开发的16位单片机。其突出特点是超低功耗，非常适合于各种功率要求低的场合。有多个系列和型号，分别由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。典型应用是流量计、智能仪表、医疗设备和保安系统等方面。由于其较高的性能价格比，应用已日趋广泛。而STC单片机完全兼容51单片机,并有其独到之处，其抗干扰性强,加密性强,超低功耗，可以远程升级,内部有MAX810专用复位电路,价格也较便宜,由于这些特点使得 STC 系列单片机的应用日趋广泛。而且STC89S51相对于MSP430价格便宜很多，因此本设计的主控芯片采用STC89S511。 STC89S51性能有(1)增强型1T流水线/ 精简指令集结构8051CPU(2)工作频率范围：0 -35 MHz，相当于普通8051的0420MHz.实际工作频率可达48MHz。(3)工作电压：3.4V-5.5V（5V单片机）/2.0V-3.8V(3V 单片机)(4)用户应用程序空间12K/10K/8K/6K/4K/2K字节(5)片上集成512字节RAM(6)开门狗(7)ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器；可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片(8)EEPROM功能(9)通用I/O 口（27/23个），复位后为：准双向口/弱上拉(普通8051 传统I/O 口)可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏；每个I/O 口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA(10)内部集成MAX810 专用复位电路（外部晶体20M 以下时，可省外部复位电路）(11)时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部R/C 振荡器。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/ 时钟。常温下内部R/C 振荡器频率为：5.2MHz6.8MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，因为有温漂，请选4MHz8MHz(12)有2个16位定时器/计数器(13)外部中断2路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒(14)PWM(4路）/PCA（可编程计数器阵列），也可用来再实现4个定时器或4个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可支持)(15)STC89Cc516AD具有ADC功能。10位精度ADC，共8 路(16)工作温度范围：0-75/-40-+85(17)SPI同步通信口，主/从模式(18)通用异步串行口(UART)1.2 传感芯片选择 理想的传感器应当是：参数分散性小；重复性好、稳定性好具有互换性温度漂移小线性度好输出信号大耗电量小价格便宜尽可能提供数字化输出当然，越是理想的传感器就越昂贵。因此应当根据使用场合的不同而选用性能价格比较理想的传感器2。1.2.1 温度传感器的选择智能温度传感器属于智能化集成温度传感器。其主要优点是采用数字化技术，能以数字形式直接输出被测量值，具有测温误差小、分辨率高、抗干扰能力强、能够远程传输数据、带串行总线接口等优点，适配各种微控制器(MCU)，含微处理器(P)和单片机(C)，是研制和开发具有高性价比的新一代温度测量系统所必不可少的核心器件。单线总线(1-Wire)是DALLAS公司独特的专有技术，它通过串行通信接口(I/O)直接输出被测量温度值，输出为912位的二进制数据。分辨力一般可达0.50.0625。DS18B20是DS1820的改进型，主要有以下特点： (1)测温范围是-55+125，在-10+85范围内，可确保测量误差不超过。 (2)采用DALLAS公司独特的“单线(1-Wire)总线”技术，通过串行通信接口(I/O)直接输出被测温度值(9位二进制数据，含符号位)，适配各种单片机或系统机。 (3)温度分辨力可编程。DS1820的数字温度输出只用9位二进制表示，分辨力固定为0.5。欲提高分辨力，只能靠软件计算来实现。而DS18B20的数字温度输出可进行912位的编程。通过对便笺式RAM中CONFIG寄存器的可编程温度分辨力位R0、R1进行编程，可设定不同的温度分辨力及最大转换时间，详见表1-1所示。表1-1 利用R0、R1位来设定分辨力和最大转换时间R1R0DS18B20工作模式（位）温度分辨力（）最大转换时间（ms）0090.593.7501100.25187.510110.12537511120.0625750 由表可见，设定的分辨力愈高，所需要的温度-数据转换时间就愈长。因此，在实际应用中需要在分辨力与转换时间二者之间权衡考虑。在芯片出厂时R1和R0均被配置为“1”，即工作在12位模式下。DS18B20分别工作在9、10、11位和12位模式下，所对应的温度分辨力依次为0.5、0.25、0.125、0.0625。当DS18B20接收到温度转换命令(44H)后，开始启动转换，转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式，存储在便笺RAM的第0、1字节。在执行读便笺RAM命令后，可将这两个字节的温度值通过单线总线传送给主CPU，高位字节中的符号代表温度值为正还是为负。 (4)内含64位经过激光修正的只读存储器ROM，扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码CRC之后，产品序号占48位。出厂前就作为DS18B20唯一的产品序号，存入ROM中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片DS18B20。 (5)用户可分别设定各路温度的上、下限并写入随机存储器RAM中。利用报警搜索命令和寻址功能，可迅速识别出发生了温度越限报警的器件。 (6)内含寄生电源。该器件既可以由单线总线供电，亦可选用外部+3.3+5V电源(允许电压范围是+3.05.5V)，进行温度/数字转换时的工作电流约为1mA，待机电流仅为0.75A，典型功耗为+3.3+5mW。 (7)具有电源反接保护电路。当电源电压的极性接反时，能保护DS18B20不会因发热而烧毁，但此时芯片无法正常工作2-6。1.2.2 湿度传感器的选择 HS1100、HS1101是美国Humirel公司推出的两种湿敏电容。二者均采用固态聚合物(solid polymer)专利技术，能构成不同输出形式的相对湿度检测电路，还可用做湿度补偿。 1.HS1100/HS1101的性能特点(1) 测量范围是(0100%)RH。在55%RH下的标称电容量为180pF，允许有的偏差。温度系数为0.04pF/。在(33%75%)RH范围内的平均灵敏度为0.34pF/RH。(2) 产品具有良好的互换性。在标准条件下(10kHz/25)，更换HS1100/1101时不需要重新标定。(3) 既可构成线性电压输出电路，亦可组成线性频率输出电路。由他们组成振荡电路时，振荡频率范围是5100kHz，典型值为10kHz。(4) 响应速度快(响应时间为5s)，恢复时间短(10s)，长期稳定性好(年漂移量仅为)，湿度滞后量为。(5) 供电电压一般选5V，最高不超过10V。5V供电时的漏电流仅为1nA。工作温度范围为-40+100。 2.HS1100/HS1101的工作原理 HS1100/HS1101的区别仅仅是封装形式的不同。HS1100是靠顶部来接触空气的，HS1101则靠侧面接触空气。他们都有两个引脚，靠近管壳突出处的引脚为第1脚，另一脚为第2脚。为了使测量重复性好，通常2脚接地。 令湿敏电容在55%RH下的电容量为，当时，可按式(1-1)对电容量进行修正 (1-1) 利用式(1-1)不难算出，当=181.5pF、RH分别等于0%、100%时，C依次为163.4pF、201.6pF。 当工作频率时，应按式(1-2)计算实际电容量 (1-2)其中，频率单位是kHz，允许工作频率范围是5100kHz。举例说明，当f=5kHz时，；当f=100kHz时，。1.3 人机交互选择1.3.1 液晶显示器液晶是一种几乎完全透明的物质。它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。到20世纪60年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。为了叙述的方便，通常把液晶显示器简称为液晶。各种型号的液晶通常是按照显示字符的行数或液晶点阵的行列数来命名的。比如：1602的意思是每行显示16个字符，一共可以显示两行；类似的命名还有0801,0802,1601等。这类液晶通常都是字符型液晶，即只能显示ASCII码字符，如数字、大小写字母、各种符号等。12232液晶属于图形型液晶，它的意思是液晶由122列、32行组成，即共有12232个点来显示各种图形，我们可以通过程序控制这12232个点中的任何一个点显示或不显示。类似的命名还有2864,19264,192128等，根据客户的需要厂家还可以设计出任意的液晶。1.3.2 8段数码管数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管。8段数码管如图1-1所示。图1-1 数码管按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 我们选用金鹏OCM-4X8C液晶，C系列中文模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口及串行接口(OCMJ4X16A/B 无串行接口)。所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，都包含在一个芯片里面，只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块。内置2M-位中文字型ROM (CGROM) 总共提供8192 个中文字型(16x16 点阵)，16K-位半宽字型ROM (HCGROM) 总共提供126 个符号字型(16x8 点阵)，64 x 16-位字型产生RAM (CGRAM)，另外绘图显示画面提供一个64x256点的绘图区域(GDRAM)，可以和文字画面混和显示。提供多功能指令：画面清除(Display clear)、光标归位(Return home)、显示打开/关闭(Display on/off)、光标显示/隐藏(Cursor on/off)、显示字符闪烁(Display character blink)、光标移位(Cursor shift)显示移位(Display shift)、垂直画面旋转(Vertical line scroll)、反白显示(By_line reverse display)、待命模式(Standby mode)。2 硬件系统设计2.1 单片机最小系统 图2-1为单片机最小系统图。40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚。1. 电源:(1)VCC - 芯片电源，接+5V；(2)VSS - 接地端；注：用万用表测试单片机引脚电流一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平，但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这之是万用表反映没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电流还是保持在0v或者5v的。2.时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3.控制线:控制线共有4根，(1)ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。(2)PSEN:外ROM读选通信号。(3)RST/VPD:复位/备用电源。 RST(Reset)功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。(4)EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。4.I/O线 80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子） P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子） P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子） P3.0P3.7 P2口8位双向口线（在引脚的1017号端子） P0口有三个功能：1、外部扩展存储器时，当做数据总线（如图2-1中的D0D7为数据总线接口）2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图2-1中的A0A7为地址总线接口）3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。图2-1 STC89C51最小系统 P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。 P2口有两个功能： 1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用 2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻； P3口有两个功能： 除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。 当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。 在介绍这四个I/O口时提到了一个“上拉电阻”。当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源；所以如果P0口如果作为输入时，处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有效。 ALE地址锁存控制信号：在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。由于ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，当系统中未使用外部存储器时，ALE脚也会有六分之一的固定频率输出，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。 PSEN外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。 1、内部ROM读取时，PSEN不动作； 2、外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；3、外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出； 4、外接ROM时，与ROM的OE脚相接。 EA/VPP 访问和序存储器控制信号：1、接高电平时： CPU读取内部程序存储器（ROM） 扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。 2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。 3、8751烧写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。 RST复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。 XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 STC单片机系统复位有上电自动复位和手动复位。单片机RST引脚为高时单片机复位，故当加电瞬间，电容C1通过R1充电，就在RST引脚产生一个高电平，只要这个电平维持时间足够长，就可以使单片机复位。我们选用的参数是R1为1k，C1为4.7uF。手动复位电路如图2-1左边。当按键S1按下时，C1通过R1放电，RST引脚直接接VCC，实现单片机复位。具体STC89C51最小系统图见附录二所示。2.2 功能键盘电路如图2-2所示，有四个功能键，功能分别temp(温度设定键)、RH(湿度设定键)、add(“+”键)和(“-”键)。这四个功能键分别与P2.0、P2.1、P2.2和P2.3四个I/O口与地相连。按键在常态下送出去的均为高电平，一旦按键按下，则这四个I/O口将读到相应的低电平，从而触发相应的操作。在读取键值时，应得到一个稳定的数据。而实际上，按键从最初状态到接通到松开按键后的稳定要经过数毫秒的抖动。按键电压抖动如图2-3所示。抖动会引起一次按键多次读数。可以采用硬件消抖或软件消抖的方法。硬件消抖相对于软件消抖比较麻烦，人们通常采用软件消抖。在单片机检测到有按键动作信号后延时几个毫秒，跳过前沿抖动或后沿抖动，再次检测是否有按键动作，当确实有电平变化时就执行相应的按键命令。图2-2 功能键电路图2-3 按键合断时的电压抖动图2.3 显示电路金鹏OCM-4X8C液晶含有中文字库，可以很方便的显示中文字符，不用取汉字的模进而显示汉字。金鹏OCM-4X8C引脚功能如表2-1所示。15引脚PSB引脚为串并模式选择脚。当PSB脚接高电位时，模块将进入并列模式，在并列模式下可由指令DL FLAG 来选择8-位或4-位接口，主控制系统将配合( RS , RW , E , DB0.DB7 )来达成传输动作。从一个完整的流程来看，当下设定地址指令后(CGRAM,DDRAM)若要读取数据时需先DUMMY READ 一次，才会读取到正确数据第二次读取时则不需DUMMY READ 除非又下设定地址指令才需再次DUMMY READ。在4-位传输模式中，每一个八位的指令或数据都将被分为两个字节动作：较高4位（DB7DB4）的资料将会被放在第一个字节的（DB7DB4）部分，而较低4位（DB3DB0）的资料则会被放在第二个字节的（DB7DB4）部分，至于相关的另四位则在4-位传输模式中DB3DB0接口未使用。引脚名称方向说明1VSS - 电源地（0V） 2VDD- 工作电压(+5V)3VO- 悬空（LCD驱动电压输入 ）4RS(CS)I并行模式：H：数据 L: 指令 串行模式：片选控制，高有效5R/W(STD) I并行模式：H：读状态 L: 写状态 串行模式：数据信号输入6E(SCLK)I 并行模式：使能控制，高有效串行模式：时钟信号输入 7DB0I/0 数据0 8DB1I/O数据1 9DB2I/O数据2 10DB3I/O数据3 11DB4I/O数据4 12DB5I/O数据5 13DB6I/O数据6 14DB7I/O数据7 15PSBI串并模式选择：H：并口通信 L：串口通信 16NC - 空脚 17RSTI 复位控制信号输入，低有效18NC- 空脚 19LEDA - 背光源正极（+5V）20LEDK- 背光源负极（OV） 表2-1 金鹏OCM-4X8C引脚功能表 当PSB脚接低电位时，模块将进入串行模式。从一个完整的串行传输流程来看，一开始先传输启始字节，它需先接收到五个连续的1（同步位字符串），在启始字节，此时传输计数将被重置并且串行传输将被同步，再跟随的两个位字符串分别指定传输方向位（RW）及寄存器选择位（RS），最后第八的位则为“0”。在接收到同步位及RW和RS资料的启始字节后，每一个八位的指令将被分为两个字节接收到：较高4位（DB7DB4）的指令资料将会被放在第一个字节的LSB部分，而较低4位（DB3DB0）的指令资料则会被放在第二个字节的LSB部分，至于相关的另四位则都为0。并行传输模式时序见图2-4，2-5；串行传输时序见图2-6。图2-4 8位并行传输模式时序 图2-5 4位并行传输模式时序图2-6 串行传输信号时序图我们选用的STC89C51有40个I/O口，端口足够用，所以我们选用8位并行传输。P1为数据口，P0.0控制RS(状态选择位)，P0.1控制R/W引脚，P0.2控制E引脚，P0.3控制PSB引脚，P0.4控制RST引脚。OCMJ4X8C12864与单片机连接如图2-7所示。图2-7 OCMJ4X8C 12864液晶显示与单片机连接图2.4 系统温度采集电路 DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，引脚排列如图2-8所示。DS18B20的封装和普通三极管的封装一样，而且DS18B20内部有保护，即使在将电源反接的情况下也不会毁坏芯片，但是此时芯片不能够正常工作。在设计系统温度采集电路的时候，本系统设计中将DS18B20焊接的引脚尽量的短，使芯片尽可能高的悬浮在系统版上面，从而可以相对的减少因系统板子接触而造成的温度的干扰误差。而且在实际应用中，尽可能将DS18B20工作在实际需要且比较测温点，从而更好的服务系统控制。图2-8 DS18B20封装引脚图 I/O为数据输入/输出端(即单线总线)，它属于漏极开路输出，外接上拉电阻后常态下呈高电平。是可选用的外部+5V电源端，不用时需要接地。GND为地，NC为空脚。其内部电路框图如图2-9所示。主要包括7部分：寄生电源；温度传感器；64位激光(laser)ROM与单线接口；高速暂存器，即便笺式RAM，用于存放中间数据；触发寄存器和触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上、下限值；存储与控制逻辑；8位CRC发生器。图2-9 DS18B20内部电路框图 DS18B20内部测温电路的框图如图2-10所示。图2-10 DS18B20内部测温电路框图 低温度系数振荡器用于产生稳定的频率，高温度系数振荡器则相当于T/f转换器，能将被测温度转换成频率信号f。图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度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-55所对应的基数分别置入减法计数器、温度寄存器中。在计数门关闭之前，若计数器已减至零，温度寄存器中的数值就会增加0.5。然后，计数器依斜率累加器的状态置入新的数值，再对时钟计数，然后减至零，温度寄存器又增加0.5。只要计数门仍未关闭，就重复上述过程，直至温度寄存值达到被测量温度值。这就是DS18B20的测温原理3。 图2-11是DS18B20与单片机连接电路，DQ端连接P3.7端口。图2-11 温度测量电路2.5 系统湿度采集电路2.5.1 湿度及其表示方法在自然界中，凡是有水和生物的地方，其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。湿度就是表示空气