智能燃气灶控制器毕业设计论文.doc

毕 业 设 计题 目： 燃气灶智能控制器设计 系： 专业： 班级： 学号：学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书 题目： 燃气灶智能控制器设计 姓名 学院 专业 班级 1 学号 25 指导老师 职称 教授 教研室主任 一、基本任务及要求： 本课题是在对燃气灶烹调规律深入研究的基础上，用单片机作燃气灶控制器，实现对家庭不同烹调方法的智能控制。基本任务及要求： 1以单片机为控制器，设计燃气灶温度采集及智能控制系统，有室温采集、实时时钟、键盘及显示，设计硬件系统的电路原理图。 2设计温度采集，方式选择及参数输入、显示程序，实时时钟处理程序，系统监控程序等。 3. 用仿真或单片机开发系统调试通过控制程序。 4按要求完成文献综述、开题报告及1.52万字毕业论文的撰写。 二、进度安排及完成时间： 12011年2月21日，布置课题，下达设计任务； 22月21日3月18日，查阅资料，撰写文献综述和开题报告； 33月18日，上交文献综述、开题报告； 43月18日4月15日，继续收集整理资料，确定毕业设计方案，开展毕业设计； 54月中，毕业设计中期检查； 64月15日5月24日，进行软件硬件设计，程序调试、图纸绘制等； 75月24日5月30日，撰写毕业设计论文，交导师初阅； 85月30日6月7日，按格式和要求修改毕业论文，装订成册，交导师评阅； 96月7日6月12日，毕业设计答辩； 目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 燃气灶的研制和发展11.2 燃气灶的前景与展望21.3 小结3第2章 燃气灶智能控制器硬件设计42.1 总体设计42.2 硬件接线总图52.3 AT89C51单片机的选择52.4 K型热电偶温度传感器62.4.1 工作原理62.4.2 K型热电偶72.5 冷端补偿的K 型热电偶数字转换器MAX667582.5.1 MAX6675温度转换原理82.5.2 MAX6675性能特点92.5.3 MAX6675工作原理102.5.4 测温应用122.6 液晶显示器132.6.1液晶显示的原理及显示分类142.6.2 LM016L的基本参数及引脚功能152.7 键盘及其他硬件19第3章 燃气灶智能控制器软件设计213.1 燃气灶智能控制器主程序设计213.1.1 主程序流程框图213.1.2 主程序设计及其部分说明223.2 温度读入程序设计233.3 数据处理程序263.4 检查转换程序283.5 显示程序293.5.1 显示程序WRITE1293.5.2 显示程序WRITE2303.6 显示前准备程序303.7 键盘功能查询程序303.7.1 煮饭程序323.7.2 煲汤程序34结 论37参 考 文 献38致 谢39附 录40燃气灶智能控制器设计摘要：所谓燃气灶，是指以液化石油气、人工煤气、天然气等气体燃料进行直火加热的厨房用具。随着人们生活水平的日益提高和燃气灶具的逐步普及，家用燃气灶作为一种生活必须品已经进入了千家万户。同时消费者对家用燃气灶的安全性、耐用性、方便性、美观性等各个方面也越来越重视。随着人们生活水平的日益提高，对家用燃气灶具的安全性、节能性、美观性、操作方便性、智能化等有了更高的要求。所以基于单片机的智能控制器的燃气灶具的开发，正是顺应了时代发展的潮流和趋势。关键词：燃气灶；智能控制；单片机Intelligent controller design of gas stoveAbstract: The so-called gas stove, refers to liquefied petroleum gas, artificial gas, natural gas, heating fuel gas for direct fire, kitchen appliances. With rising living standards and the gradual popularization of gas stove, gas stove as a necessities of life into almost every home. At the same time the safety of domestic gas consumers, durability, convenience, aesthetics and other aspects more and more attention. With rising living standards, with the safety of domestic gas, energy conservation, aesthetics, ease of handling, intelligent and so have higher requirements. Therefore, the intelligent controller based on microcontroller development of gas stove, is in line with the trend of the times and trends. Keywords: gas stove；smart control；microcontroller第1章 绪 论随着人们生活水平的日益提高和燃气灶具的逐步普及，家用燃气灶作为一种生活必须品已经进入了千家万户。同时消费者对家用燃气灶的安全性、耐用性、方便性、美观性等各个方面也越来越重视。家用燃气灶质量的好坏不仅影响人们的日常生活，而且质量差的燃气灶具容易引发人身伤害事故。目前我国的家用燃气灶具产品的技术含量普遍不高，自动化和智能化程度较低，因此它的节能性、安全性、工艺性还有较大的提升空间。另外，人们对家用燃气灶具的安全性、节能性、美观性、操作方便性、智能化等有了更高的要求。所以基于单片机的智能控制器的燃气灶具的开发，正是顺应了时代发展的潮流和趋势。1.1 燃气灶的研制和发展在历史上，最早研制燃气灶的是法国人菲利普鲁本，他在1799年9月21日获得了用煤气照明和取暖两用装置的专利权。第二年，鲁本在巴黎的一家饭店里，自己花钱装置这种设备。由于当时鲁本研制的燃气灶会发出难闻的臭味，所以在开始的时候并不受人欢迎，没能得到推广。尽管如此，他仍以极大的热情继续研究和改进这种装置。1804年，在拿破仑举行加冕礼的那天，鲁本在巴黎的一条街上被人杀害，燃气灶的研制工作中断了。世界上第一个供厨房用炒菜的燃气灶具是由英国北安普敦瓦斯公司的副经理詹姆斯夏夫在1826年发明的。他将自己发明的燃气灶装在自己家的厨房里，用来烤肉做菜。这是一种立式炉灶，由吊在天花板上用来挂肉的钩子和下面的圆圈形火口组成。没有放锅的炉台。最早购买燃气灶的是法国利明顿的巴士旅店。1834年，巴士旅店用燃气灶给100人做晚饭，不但饭菜味道可口，而且没有一点煤气的臭味，是十分理想的炉灶。1836年夏天，在英国北安普敦开办了一家35名工人的工厂，专门生产燃气灶。1852年，象现在使用的将煤气燃烧装置与炉台合二为一的炉具开始出售。1915年，开始出现有恒温器控制的燃气灶。1855年，德国化学家本生发明了被称为“本生灯”的气体燃烧装置，这是一种装氧气与可燃性气体混合燃烧而产生高温的装置。在“本生灯”出现之后不到一年，英国的霍丁顿安东史密斯公司发明了世界上第一具用气体燃料的家用取暖装置。后来，燃气灶的逐渐普及及煤气的源源供应，便形成了今天的燃气灶。1.2 燃气灶的前景与展望现阶段，我国最主流的燃气灶是明火式燃气灶，又叫大气式灶。随着技术革新和市场竞争的影响，大气式灶又推出了直火、旋火等概念；从炉头结构上讲，又有同心炉头、萨巴夫炉头等概念。灶具竞争的主流是火力大小、节能与否。近年来，红外线灶具异军突起，并且以节能、环保、火力强劲、不熏锅等特点受到顾客的青睐随着耐用消费品的理性回归，燃气灶的研发也应该回到理性的路上来。必须要处理好产品燃烧功能、产品外形及新功能开发三者之间的关系。也就是理顺产品的可用性、易用性和便利性的关系。（1）精控火力。燃烧使用性能仍为重中之重。不同的烹饪习惯要求不同的火力大小，加上节能环保的大趋势，又要求产品具有较高的效率。不同地区，不同的人群，使用的火力大小不同，这就要求火力调节的范围要大。（2）产品外观。如果燃烧技术处于同一个水平，那么哪个产品更加吸引消费者的眼球，那么这类产品就更加好卖了。材料的不同排列组合可以扩充产品线，同时也给消费者带来利益点，带来易用性。在没有新的面板材质出现的前提下，不锈钢仍然是主导。（3）新功能的开发。节能、环保、智能，高效等是研发新功能的关键字。新功能的开发定位应该是如何以不同的方式去实现产品的燃烧性能上，如是通过电控部分去实现简洁性，还是通过其他方法去实现快捷性，这要结合公司的市场策略，产品细分加以定夺和取舍。但是无论用什么去实现，前提还是要建立在燃气灶核心技术的实现上。如果单纯为了功能研发而延伸区开发其他产品，虽然可以获得部分市场份额，但是最终难以形成忠实的消费群。产品的更新换代，就会导致部分客源的流失。现今，谈的最多的就是智能。家电智能化是时代发展的要求，智能化只是为了使用更加方便简易，功能更加完善，因而这最终能融合人们的消费需求。与传统生活方式相比较，家电智能化可以为人们带来更加惬意，轻松的生活。家电智能化，使得很多家电操作更加简单，使用效率明显提高，节约能源，更加能提高使用的安全性。家电智能化是未来生活必不可少的角色之一，它必将取得长远的发展。（4）燃气灶节能辅助产品的开发。通过查阅资料，发现现在出现了很多为了节能环保而开发的燃气灶辅助产品。一种新型燃气灶健康保温节能罩有效的利用，燃气灶和灶具之间的开放空间的热辐射热能，减少温室效气体排放。可以节能减排，提高厨房空气质量。1.3 小结其实，最适合嵌入式控制而且面最广量大的无疑是家用电器。因此，家用电器是单片机应用最多的领域之一。由于单片机的嵌入，家用电器不但提高了品质和性能，而且还出现了智能。这和传统机械型家用电器有很大区别，这种区别除了导致结构的改变之外，还产生了很多新的功能。在家用电器中，单片机是控制的核心，它是家用电器实现智能化的的心脏和大脑。由于家用电器体积小，故要求控制体积更小，以便能嵌入其结构之中。家用电器的嵌入式结构有单核嵌入和双核嵌入两种。一般电脑电饭煲的内部只有一个单片机，这种控制系统是单核嵌入；对于分体式空调，则在室内机和是室外机中分别有一个单片机，属于双核嵌入结构。由于单片机的体积小，所以可以根据具体要求安装安装咋不同的位置上，例如，模糊电磁灶的单片机结构及控制部件在其核心部位；电饭煲的单片机控制器通常在煲的外边缘；电脑热水瓶的单片机控制器在顶部；模糊蒸炖煲的单片机安装在底部等等。家用电器的品种多，功能差异大，因此，要求单片机具有灵活的控制功能。单片机以其微笑的体积和编程的灵活性，可以产生各种控制功能，完全能够满足家用电器的的需要。所以单片机在家用电器领域的广泛应用是必然的和合理的。第2章 燃气灶智能控制器硬件设计本设计硬件系统主要是以单片机为主要控制器，各种芯片辅助下，完成其功能。单片机在其中起主要控制作用。本章主要介绍燃气灶控制系统中的硬件选择，包括总体设计，硬件接线图及分析，元器件的介绍选择，各个元器件的端口设置等。2.1 总体设计在设计或者研究一个系统的时候，在先开始的是一个系统的总体设计。总体设计是一个设计的开始部分，是确定设计的主导。一个正确的、好的总体往往决定一个系统的好坏。下图2.1是燃气灶智能控制系统的总体设计图。AT89C51A/D转换温度采集键盘输入液晶LCD显示控制电磁阀门排气阀打开报警电火花打火图2.1 燃气灶控制系统总体设计图由K型热电偶温度传感器采集温度信号传至热电偶数字转换器MAX6675，经过AT89C51单片机的数据处理，将四位温度值存到相应的单元进行动态显示。设置了四个键盘，分别代表待机、开火、煮饭、煲汤四个功能按键，每当按下一个键，单片机通过位寻址可以执行相应的键功能。在煮饭和煲汤两种功能的实现过程中，充分体现了智能控制的特点，煮饭和煲汤都设置了在一个特定的温度范围内浮动，完全智能化。当非正常的断气或者打火不燃都会报警提醒。在打火不燃的瞬间会积累部分燃气，所以设计了一个排气阀，排出燃气，避免对人体造成伤害。2.2 硬件接线总图由燃气灶智能控制系统硬件接线图可知，此次设计选择了单片机为51系列的AT89C51作为主要控制器，它价格便宜，使用方便，性能也较稳定，现为广泛采用的一种芯片。燃气灶灶头的温度通过热电偶温度传感器采集，传至冷端补偿的K 型热电偶数字转换器MAX6675的处理后，再送入单片机处理。入口为AT89C51的P2.0、 P2.1、P2.2。经过单片机软件编程对采集的数据进行数据处理，传到显示芯片LCD1602显示。单片机中数据由单片机的I/O口P1.0P1.7开始，经LCD1602芯片的D0-D7，传到显示芯片中显示实时温度。本次设计还设置了个按键，分别表示待机，点火，煲汤，煮饭四个功能。通过查询单片机I/O口P2.3、P2.4、P2.5、P2.6来确定按下了哪个按键，相对应的实施对应的功能。另外，还用两个LED灯来表示电磁阀门、电火花塞和排气阀的状态，就是灯亮就表明阀门闭合或者电火花塞不工作，否则反之。图2.2 燃气灶智能控制器硬件接线图2.3 AT89C51单片机的选择通用型单片机的种类很多，且适合不同应用场合的新产品不断出现。就目前我国的应用情况看，以8位中档MCS-51系列单片机的应用最为普遍，并把它作为实时监测及控制等应用领域的优选机种。本次设计单片机选择MCS-51系列单片机中的AT89C51。各管脚控制及对应的功能说明如下：（1）时钟信号脚XTAL1、XTAL2:外部时钟信号脚。（2）控制线RST/Vpd:当作RST使用时，为复位输入端；当作为Vpd使用时，当VCC掉电下，可作备用电源。（3）/Vpp为访问内部或外部程序储存器的选择号。对片内RPROM编程时，Vpp接入21V编程电压。（4)输入/输出口线P0口，既可接地址锁存器作低8位地址I/O口使用也可以作数据I/O口使用。能驱动8个LSTTL负载，本次设计没用到这个接口。P1口具有内部上位电阻的8位准双向I/O口，可驱动4个LSTTL负载。接液晶显示器的D0-D7，用于控制显示LCD。P2口8位具有内部上位电阻的准双向I/O口，在接收外部存储器时，P2口作为地址高8位。能驱动4个LSTTL负载。P2.0-P2.2分别接冷端补偿的K 型热电偶数字转换器的S0，SCK和片选信号/CS。P2.3-P2.6分别接四个按钮，按钮所要实现的功能分别是待机，点火，煲汤，煮饭四个功能。P3口8位具有内部上位电阻的准双向I/O口，其每一位又有如下特殊功能： P3.0（RXD）为串行口输入端。接LED灯，用来表示控制电磁阀。灯亮和灭的状态用来显示电磁阀的开和闭。P3.1（TXD）为串行口输出端。也是接LED灯，用来表示点火状态。P3.5（T1)为定时/计数器1外部事件计数输入端。接液晶显示器LCD的数据命令选择接口RS。P3.6（/WR)为外部数据存储器写选通信号，低电平有效。接液晶显示器LCD读写选择接口RW。P3.7（/RD）为为外部数据存储器读选通信号，低电平有效。接液晶显示器LCD的使能信号端E。2.4 K型热电偶温度传感器K型热电偶温度传感器是工业控制中常用的一种传感器，在现实中应用极其广泛。2.4.1 工作原理两种不同的金属A与B形成闭合回路，如图2.3所示。当两个接点温度不同时，回路中将产生电动势。该电势的大小和方向取决于两导体的材料和之间的温度差，而与导体的粗细、长短无关。这种现象称为物体的热点效应，也叫赛贝克效应。组成的测量传感器称为热电偶传感器，产生的电势称为热电势。热电偶中用作测量的一段叫热段（测量端或工作段），另一端叫冷端（参与端）。工作端导体A导体B冷端图2.3 热电偶的组成由于产生的热电势与两接点产生的温度差有关，必须先固定冷端的温度才能确定热电势与测温端的温度的对应关系。目前规定冷端在0给出热端温度（测量温度）与热电势的数值数值对照表（称为分度表）。在实际使用中要保持冷端0是不容易的，如果以室温作为冷端温度的测温，则需要加温度补偿。2.4.2 K型热电偶K型热电偶测量范围宽，价格便宜，应用广泛。可以在氧化和中性气氛中测温。按热电偶偶丝的直径不同。其推荐测温范围如表2.1。表2.1 K型热电偶测温范围偶绦直径（mm）0.30.50.8、1.01.2、1.52.0、2.5短期使用最高温度（）（）800900100011001200长期使用最高温度（）700800900100011002.0、2.512001300在仿真系统中，K型热电偶温度传感器如下图所示，此处不再详述此热电偶温度传感器与单片机的详细接线及其分析，将会在分析芯片MAX6675时提及和详细说明。K型热电偶传感器在仿真系统中如图2.4所示。图2.4 在仿真系统中的K型热电偶传感器TC1如上图，其 + 、端分别接冷端补偿的K 型热电偶数字转换器端口T+和T-。有图可见，上图中的温度显示可以调节，便于仿真中的温度传感和分析。调节温度可以按下 和 来温度的高低，非常方便。2.5 冷端补偿的K 型热电偶数字转换器MAX6675MAX6675是一个复杂的热电偶数字转换器，带有一个内置的12位模拟数字转换器模数转换器（ADC）。MAX6675还包含了冷结补偿传感和校正，数字控制器，一个SPI兼容接口，以及相关的控制逻辑。在MAX6675的目的是一起工作的外部微控制器或其他情报，恒温，过程控制，或监测应用。2.5.1 MAX6675温度转换原理在MAX6675包括信号调节硬件热电偶转换的信号转换成电压兼容与输入通道的模数转换器。热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单。制造容易。使用方便。测温范围宽。测温精度高等特点。但是将热电偶应用在基于单片机的嵌入式系统领域时，却存在着以下几方面的问题。非线性：热电偶输出热电势与温度之间的关系为非线性关系，因此在应用时必须进行线性化处理。冷补偿：热电偶输出的热电势为冷端保持为0时与测量端的电势差值，而在实际应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的，故需进行冷端补偿。数字化输出：与嵌入式系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口，而作为模拟小信号测温元件的热电偶显然法直接满足这个要求。因此，若将热电偶应用于嵌入式系统时，须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性线。温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。如果能将上述的功能集成到一个集成电路芯片中，即采用单芯片来完成信号放大、冷端补偿、线性化及数字化输出功能，则将大大简化热电偶在嵌入式领域的应用设计。新近推出的MAX6675即是一个集成了热电偶放大器、冷端补偿、A/D转换器及SPI串口的热电偶放大器与数字转换器。2.5.2 MAX6675性能特点（1）简单的SPI串行口温度值输出（2）0 1024的测温范围（3）片内冷端补偿（4）高阻抗差动输入（5）热电偶断线检测（6）单一 5V的电源电压（7）低功耗特性（8）工作温度范围-20 85（9）2000V的ESD信号该器件采用8引脚SO帖片封装。引脚排列如图2.5所示。MAX667512435687GNDT-T+VCCNCSO/CSSCK图2.5 MAX6675引脚图AT89C51单片机与MAX6675的具体接线如图2.6所示。图2.6 AT89C51单片机与MAX6675的具体接线图在控制系统硬件接线中，MAX6675接线为：端口T+、T-分别接温度记录器TC1的+、-端。端口SO、SCK、/CS分别接AT89C51的P2.0、P2.1、P2.2，从三个端口输入值单片机进行数值处理。图2.7 K型热电偶温度传感器和MAX6675的结构及接线图2.5.3 MAX6675工作原理该器件是一复杂的单片热电偶数字转换器，内部具有信号调节放大器。12位的模拟/数字化热电偶转换器、冷端补偿传感和校正、数字控制器。1个SPI兼容接口和1个相关的逻辑控制。图2.8为MAX6675的内部结构图。图2.8 MAX6675内部结构框图（1）温度变换MAX6675内部具有将热电偶信号转换为与ADC输入通道兼容电压的信号调节放大器，T和T-输入端连接到低噪声放大器A1,以保证检测输入的高精度，同时使热电偶连接导线与干扰源隔离。热电偶输出的热电势经低噪声放大器A1放大，再经过A2电压跟随器缓冲后，被送至ADC的输入端。在将温度电压值转换为相等价的温度值之前，它需要对热电偶的冷端温度进行补偿，冷端温度即是MAX6675周围温度与0实际参考值之间的差值。对于K型热电偶，电压变化率为41V/，电压可由线性公式Vout=(41V/)(tR-tAMB)来近似热电偶的特性。上式中，Vout为热电偶输出电压(mV),tR是测量点温度；tAMB是周围温度。（2）冷端补偿热电偶的功能是检测热。冷两端温度的差值，热电偶热节点温度可在0 1023.75范围变化。冷端即安装MAX6675的电路板周围温度，比温度在-20 85范围内变化。当冷端温度波动时，MAX6675仍能精确检测热端的温度变化。MAX6675是通过冷端补偿检测和校正周围温度变化的。该器件可将周围温度通过内部的温度检测二极管转换为温度补偿电压，为了产生实际热电偶温度测量值，MAX6675从热电偶的输出和检测二极管的输出测量电压。该器件内部电路将二极管电压和热电偶电压送到ADC中转换，以计算热电偶的热端温度。当热电偶的冷端与芯片温度相等时，MAX6675可获得最佳的测量精度。因此在实际测温应用时，应尽量避免在MAX6675附近放置发热器件或元件，因为这样会造成冷端误差。 （3）热补偿在测温应用中，芯片自热将降低MAX6675温度测量精度，误大小依赖于MAX6675封装的热传导性。安装技术和通风效果。为降低芯片自热引起的测量误差，可在布线时使用大面积接地技术提高MAX6675温度测量精度。（4）噪声补偿MAX6675的测量精度对电源耦合噪声较敏感。为降低电源噪声影响，可在MAX6675的电源引脚附近接入1只0.1F陶瓷旁路电容。（5）测量精度的提高热电偶系统的测量精度可通过以下预防措施来提高：尽量采用不能从测量区域散热的大截面导线；如必须用小截面导线，则只能应用在测量区域，并且在无温度变化率区域用扩展导线；避免受能拉紧导线的机械挤压和振动；当热电偶距离较远时，应采用双绞线作热电偶连线；在温度额定值范围内使用热电偶导线；避免急剧温度变化；在严劣环境中，使用合适的保护套以保证热电偶导线；仅在低温和小变化率区域使用扩展导线；保持热电偶电阻的事件记录和连续记录。（6） SPI串行接口MAX6675采用标准的SPI串行外设总线与MCU接口，且MAX6675只能作为从设备。MAX6675 SO端输出温度数据的格式如图2.11所示，MAX6675 SPI接口时序如图2.10所示。MAX6675从SPI串行接口输出数据的过程如下：MCU使CS变低并提供时钟信号给SCK,由SO读取测量结果。CS变低将停止任何转换过程；CS变高将启动一个新的转换过程。一个完整串行接口读操作需16个时钟周期，在时钟的下降沿读16个输出位，第1位和第15位是一伪标志位，并总为0；第14位到第3位为以MSB到LSB顺序排列的转换温度值；第2位平时为低，当热电偶输入开放时为高，开放热电偶检测电路完全由MAX6675实现，为开放热电偶检测器操作，T-必须接地，并使能地点尽可能接近GND脚；第1位为低以提供MAX6675器件身份码，第0位为三态。2.5.4 测温应用MAX6675为单片数字式热电偶放大器，其工作时无需外接任何的外围元件，这里为降低电源耦合噪声，在其电源引脚和接地端之前接入了1只容量为0.1F的电容。图2.9 串行接口协议图2.10 串行接口时序图2.11 SO输出位2.6 液晶显示器本次设计选择液晶显示器LM016L。显示是控制系统中一个很重要的环节，此次设计采用的显示芯片是液晶显示器LM016L。利用其作为显示有如下优点：（1） 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（CRT）那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。（2） 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。（3） 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。（4） 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IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。2.6.1液晶显示的原理及显示分类液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。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，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。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（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。液晶显示器各种图形的显示原理:（1）线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有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RAM区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RAM区的000H00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=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LCD显示的基本原理。（2）字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由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RAM区的8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LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。（3）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右边为2、4、6根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，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LCD上得到一个完整汉字。 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。一般LM016L字符型液晶显示器实物如图2.12所示。图2.12 LM016L字符型液晶显示器实物图2.6.2 LM016L的基本参数及引脚功能LM016L分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图2.13所示。图2.13 LM016L尺寸图LM016L主要技术参数：（1）显示容量:162个字符（2）芯片工作电压:4.55.5V（3）工作电流:2.0mA(5.0V)（4）模块最佳工作电压:5.0V（5）字符尺寸:2.954.35(WH)mmLM016L采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表2.2所示。表2.2 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极VSS为地电源。VDD接5V正电源。VL为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。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。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RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。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。D0D7为8位双向数据线。背光源正极，背光源负极。LM016L液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2.3所示。表2.3 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容LM016L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：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 DL：高电平时为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5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，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。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，下图2.14是LM016L的内部显示地址。图2.14 LM016L内部显示地址例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。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。LM016L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，如图表2.4所示，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2.4 字符代码与图形对应图AT89C51单片机与LM016L具体接口如图2.15所示。图2.15 AT89C51单片机与LM016L接口图2.7 键盘及其他硬件在这个设计中，采用了四个键盘，代表四个功能。这四个键分别代表着待机、开阀点火、煮饭、煲汤四种功能。用户若想要实现其中一种功能，可以直接按下该键。单片机通过查询可以执行相应的键功能。其中，还设置了三个灯，分别代表电磁阀门、电火花塞和排气阀门，灯的亮灭代表电磁阀门开闭、电火花塞和排气阀门及其报警的工作状态。下图2.16是键盘、灯和单片机的接线图。图2.16 键盘、灯和单片机的接线图第3章 燃气灶智能控制器软件设计软件设计是本次设计的一个重要部分，包括燃气灶智能控制器软件设计总体设计和流程框图，各个子程序的设计和流程框图。需要对每个程序包括总体程序和子程序进行说明和解释，使燃气灶智能控制器软件设计更加明白和直观，更加方便读者的阅读和理解。3.1 燃气灶智能控制器主程序设计3.1.1 主程序流程框图在软件设计中，主程序就像一棵树的主干。我们首先将这棵树的主干摆直，也就是将主程序做好，然后只需要开枝散叶即可。在主程序的基础上，不断延伸，调用各个相对应执行功能的子程序，实现一系列不同的功能。不过在调用各个功能的子程序的时候，要及时调试和改正，因为在程序整合的时候会出现一系列问题。主程序是软件设计的主干，起到一个基础的作用。本次设计的主程序开始定义宏定义了温度的四位存储空间单元，对后来的温度动态显示做了准备，也为中间的数据存储提供了空间。还定义了液晶显示的接口，液晶显示各个引脚都有了明确的标定。对一个程序的编写之前一定要熟悉芯片，包括各个引脚的功能及其指令，所以主程序还对液晶显示有了初始化，清理显示，光标复位，读写数据等。最后还需要调用各个功能子程序，将采集的温度实时存储到指定单元进行动态显示。由此设计思路得出主程序流程框图如图3.1所示。开始程序初始化（包括宏定义温度四位存储单元、液晶显示接口定义设置）显示程序初始化调用各功能执行子程序将四位温度值分离存入相应存储单元 图3.1 燃气灶智能控制器主程序设计框图 3.1.2 主程序设计及其部分说明DATAL DATA30H ；宏定义温度四位显示SOBIT P2.2 ；液晶显示LCD的接口定义SCKBIT P2.1CS BIT P2.0RS BIT P3.5RW BIT P3.6E BIT P3.7ORG 0000HSTART:MOVSP,#50H ；初始化堆栈指针MOVP1,#01H ；显示程序初始化lCALLENABLE ；对于TEMP的处理和显示，针对表2.3字符代码与图形对应图联系起来，从表中调取TEMP对应的字符代码在即可MOVP1,#03H ；液晶显示光标返回lCALLENABLEMOVP1,#38H；置功能lCALLENABLEMOVP1,#0CH；置开关控制lCALLENABLEMOVP1,#06H；置输入模式lCALLENABLEMOVP1,#0C0H；读出的数据内容lCALLENABLEMOVDPTR,