基于单片机的太阳能热水器课程设计

1、随着人们生活水平的不断提升,全球人口和经济规模的不断增长,单片机限制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否认的,其中,能源使用带来的环境问题及其诱因逐渐为人们所熟悉,“低碳经济这一概念开始进入人们的视野.太阳能具有 储量的“无限性、存在的普遍性,并且几乎不产生任何污染.鉴于此,人们在大力的发 展太阳能产业.太阳能热水器顺应时代开展的要求,满足人们对环保绿色产品的需求.在 人类文明程度日益提升的今天,它是现代文明社会的最正确选择.本文提出了一种新型的太阳能热水器限制系统设计方案. 本设计采用MSC-51系列单 片机AT89S52作为中央处理器,采用DS1302实时时钟,12864

2、点阵式液晶显示屏等模 块,完成时间温度水位的显小,以及时间和温度的设定等功能.关键字：太阳能热水器；单片机；实时时钟；液晶显示屏目录1智能仪器仪表的简介 11.1智能仪器仪表简介 11.2智能仪器仪表的作用 11.3本课题的背景和意义 22 系统设计简介 32.1方案论证 42.2总体设计 52.2.1太阳能热水器的组成与工作原理 52.2.2系统总体流程图 63太阳能热水器限制系统的硬件设计 73.1主控芯片模块 73.1.1主控芯片模块电路 73.1.2主控芯片简介 93.2实时时钟模块 123.2.1实时时钟模块电路 123.2.2实时时钟简介 143.3温度传感器模块 173.3.1温

3、度传感器模块电路 173.3.2温度传感器简介 183.4液晶显示模块 213.4.1液晶显示模块电路 213.4.2液晶显示屏简介 223.5键盘输入模块 264 设计语言及软件介绍 294.1 汇编语舌介绍 294.2 wave6000 软件介绍 295 系统软件设计 305.1概述 305.2系统程序设计模块 315.3初始化程序 325.4按键检测及处理程序 345.5读取温度的程序 375.6限制源程序 385.7调试及仿真 46结论 50参考文献 521智能仪器仪表的简介1.1智能仪器仪表简介仪器仪表英文：instrumentation 仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理

4、 量、物质成分、物性参数等的器具或设备.真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法 器等均届于仪器仪表.广义来说,仪器仪表也可具有自动限制、报警、信号传递和数据处 理等功能,例如用于工业生产过程自动限制中的气动调节仪表,和电动调节仪表,以及集 散型仪表限制系统也皆届于仪器仪表.1.2智能仪器仪表的作用随着全球人口和经济规模的不断增长,能源使用带来的环境问题及其诱因逐渐为人们 所熟悉,“低碳经济这一概念开始进入人们的视野.人们在大力的开展太阳能产业.能源问 题将更为突出：从长远来看,全球已探明的石油储量只能用到2021年,天然气也只能延续到2040年左右,即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三白年.

5、环境污染温室 效应引起全球气候变化.因此,人类在解决上述能源问题,实现可持续开展,只能依靠科 技进步,大规模地开发利用可再生洁净能源.太阳能具有：储量的“无限性太阳每秒钟放射的能量大约是1.6 X10的23次方kW,一 年内到达地球外表的太阳能总量折合标准煤共约 1.892 X10的13次方千亿t.太阳能对 于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性,可就地取用.在世界范围内,太阳能热水器技术已很成熟,并已形成行业,正在以优良的性能不断地冲击电热水器市场和燃气热水器市场.2000年太阳能热水器取代47000套家用电热水器； 2000年日本太阳能热水器的拥有量将翻一番；以色列更是明文规定,所有新建房屋

6、必须配备太阳能热水器.目前,我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家 然而,目前市场上太阳能热水器的限制系统大多存在功能单一、操作复杂、限制不方便等 问题,很多限制器具有温度和水位显示功能,却不具有温度限制功能,致使热水器阴天的 时候不能方便使用.即使热水器具有辅助加热功能,也可能由于加热时间不能限制而产生 过烧,从而浪费电能.1.3本课题的背景和意义资源是社会经济开展的物质根底,经济愈开展,对资源的依赖性愈强.许多资源如煤、石油、天然气等是不可再生的,而且在利用过程中给人类生存环境带来极大污染, 人类繁衍生息的物质和环境根底受到严峻挑战.增强活洁、可再生资源的开发利用,已引起全世界的

7、普遍重视.太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生资源,有节能、环保、 平安和永续利用等优点,理应成为开发利用的首选.其中太阳能热水器作为家庭生活用品, 其开发利用在我国已走过了二十多年的历程,生产技术成熟,具有明显优点：一从节能环保的角度讲,使用太阳能热水器不会对环境造成污染,同时为国家节约了大量能源,社会效益明显,是国家重点推广工程,使用前景广阔.二太阳能热水器的使用寿命较长,使用太阳能热水器经济实惠.假设使用合理,其寿命可达15年甚至更长.据测算,使用1平方米太阳能热水器,相当于每年节约310度电.太阳能热水器的费用只有燃气热水器的七分之一,电热水器的六分之一.购置太阳能热水 器一次性投

8、资3000元左右,使用5至6年就可实现与其热水器的支出比照平衡.根据装 置寿命15年计算,其经济效益是十清楚显的.三太阳能热水器集热效果好,集热时间更长.只要阳光能照射到的地方,就可以使用太阳能热水器,即使在高寒地区一年四季也可以正常使用.在我国浙7工、江苏、山东等地,太阳能热水器的研发和生产已形成规模,应用太阳能热水器的场所也由家居使用扩展到医院、学校、宾馆、饭店、游泳池、洗浴场所等.2系统设计简介2.1方案论证(1) 方案一在单片机学习课程中,就遇到过一种方案,称其为方案一.它通过三极管的导通截止 特性来判断液位的位置,并且可以通过按键切换检测压力.但是在过程中只能检测三点, 虽然可以扩展

9、,但是占了太多的I/O 口,容易造成资源的浪费.而且仅显示单元就占用了 12个I/O 口,同样届丁资源浪费.在电机电路设计方面,方案一采用的三极管的导通截止来限制点击的正转与反转,虽然设计简单,但是过多的使用三极管以及二极管类的元器件,也会使本钱升高.而且,既然是 太阳能热水器的自动限制装置,那么必不可少的就是温度的检测,而方案一中却忽略了这 点,造成了最大的残缺.(2) 方案二方案二主要解决了方案一中资源浪费及过丁使用分立元件的缺陷.在液位检测方面,通过利用两片CD4051芯片,它相当丁一个单刀八掷开关,当INH禁止 端为低电平即“0时,开关接通哪一通道由输入的3位地址码ABC来决定.这样就

10、简单的 解决了 16个点检测的问题,并且在最大程度上减少了 I/O 口的使用.仅使用了 8个I/O 口 即可限制16个点的检测,如果是方案一,贝U需要使用16个I/O 口.而且在方案二中,使用目前比拟流行 51系列单片机AT89S52.AT89S52是一种低功耗、 高性能CMOS 8位微限制器,具有8K在系统可编程Flash存储器.使用Atmel公司高 密度非易失性存储器技术制造,与工业 80C51产品指令和引脚完全兼容.片上 Flash允 许程序存储器在系统可编程,亦适丁常规编程器.在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52在众多嵌入式限制应用系统中的优势明

11、显.在方案二中还解决了方案一种不能检测温度缺点,使用了先进的DS18B20芯片,DS18B20数字温度传感器是Dallas公司生产的1-Wire,即单总线器件,具有线路简单、体积小的特 点.因此用他组成一个测温系统,具有线路简单,在 1根通信线可以挂很多这样的数字温 度传感器,十分方便.(3) 方案选择通过上述两个方案的比拟,便能发现方案二设计的电路比方案一的电路有极大的优势, 性能全面,使用方便,而且简单、稳定.应选择方案二.2.2总体设计2.2.1太阳能热水器的组成与工作原理1-集热器2-下降水管3-循环水管4-补给水箱5-上升水管6-自来水管7-热水出水管图2.1热水器的组成热水器主要由

12、集热器、循环管道和水箱等组成,图中为典型的热水器装置图.图中集热器1按最正确倾角放置,下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连,另一端与集热器1 的下集管接通.上升水管5与循环水箱3上部相连,另一端与集热器1的上集管相接.补 给水箱4供应循环水箱3所需的冷水.集热器吸收太阳辐射后,集热器内温度上升,水温也随之升高.水温升高后,水的比重减 轻,便经上升水管进入循环水箱上部.而循环水箱下部的冷水比重较大,就由水箱下流到 集热器下方,在集热器内受热后乂上升.这样不断对流循环,水温逐渐提升,直到集热器 吸收的热量与散失的热量相平衡时,水温不再升高.这种热水利用循环加热的原理,因此 乂称循环热水器.集热器

13、是一种利用温室效应,将太阳能辐射转换为热能的装置,该装置与一般热水交 换器不一样,热交换器通常只是液体到液体,或是液体到气体的热交换过程,而平板行集 热器时直接将太阳辐射传给液体或气体,是一个复杂的传热过程.平板型集热器结构形式 很多,世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种.2.2.2系统总体流程图开始初始化N 扫描键盘,是否有Y 1调用键盘 k读取水位信处理子程息和水箱温序 T调用显示子程显示水温时w图2.2系统总体流程图3太阳能热水器限制系统的硬件设计3.1主控芯片模块3.1.1主控芯片模块电路单片机系统由AT89S52和一定功能的外围电路组成,包括为单片机提供复

14、位电压的复位电路,提供系统频率的晶振.这局部电路主要负责程序的存储和运行.对外接电容的 值虽然没有严格的要求,但电容的大小会影响振荡器频率的上下、谐振器的稳定性、起振 的快速性和温度的稳定性.晶体可在 1.2MHz12MHz之间任选,电容C1和C2的典型 值在20pF100pF之间选择,但在60pF70pF时振荡器具有较高的频率稳定性.典型 值通常选择为30pF左右,但本电路采用30pF.AT89S52的复位是由外部的复位电路来 实现的.复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式.本设计中所用到的是上电 按钮复位,如图3.1所示. -12M-<TEXT C2 "'U

15、1.R响 rnH>KTAL1PO.tMADOira.i/ADdXTAL2FC.2A02PO.4/AO4P0.5JAD5RSTM.BJAD6R37/AD7P2.0/A8P2.1 /ASP2.3/A10PSENP2.3(A11MEEAP2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P1.0F27/A15P3.QIRXDP1.1P3.1/TXDPI .2M.aiMTCPI .3P353JNT1PI 4P3 4/F0P1.5P3.5/T1PI .6P3.&MRPI .7P37W一遗-iztdi-tzt-g主工 MzlJi,295031,图3.1单片机系统3.1.2主控芯片简介AT89S5

16、2是一种低功耗、高性能CMOS8位微限制器,具有8K在系统可编程Flash 存储器.使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造, 与工业80C51产品指令和引 脚完全兼容.片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适丁常规编程器.在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式限制应用系统提供高灵活、有效的解决方案. AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash , 256字节RAM , 32位I/O 口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6 向量2级中断结构,全双工申行口,片内晶振及时钟电路.另外, AT89S52

17、可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式.空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、 定时器/计数器、申口、中断继续工作.掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止.8位微限制器8K字节在系统可编程Flash AT89S52.图3.2为AT89S52的引脚图<T2 P1.0 匚 (T2 EX P1.1 EZ P1.2 匚 P1.3CP1.4 匚MOSI P1.5 匚P1.6C(SCK) P1.7ITRST匚 (RXD) P3.0 匚 (TXD) P3.1 匚 (INTOJ P3.2 匚 (INTI) P3.3 匚 TO)

18、P3.4 匚 (T11 P3.5 匚 WR) P3.6 二iRB P3.7 匚XTAL2 L_ XTAL1 GNDC140 VCC239n PO O ADO)338二I PO 1 (AD1)437 P0.2 (AD2)536 P0.3 (AD3)635二I P0.4 (AD4)734 P0.5 (AD5)B33口 P0.6 (AD6)932Zl P0.7 (AD7)1031口 EAVPP1 130二I ALE>RC<i1229 PSEN1328口I P2.7 (A1 5)1427 P2.e (Al4)1526Zl P2.5 (A1 3)1625-j P2.4 (A1 2)1724

19、P2.3 (A11)1823h.J P2.2 (A.1 0)1922口 P2.1 (A9)2021 P2.0 (AB)图3.2 AT89S52 的引脚图AT89S52引脚功能说明如下：VCC :电源电压GND :地P0 口： P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O 口 ,也即地址/数据总线复用口.作为输出口 , 每位能驱动8个TTL逻辑电平.对P0端口写1 时,引脚用作高阻抗输入.当访问外部 程序和数据存储器时,P0 口也被作为低8位地址/数据复用.在这种模式下,P0内部上拉 电阻被激活.在flash编程时,P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时,输出指令字节. 程序校验时,需要外部上拉电阻

20、.P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口,P1输出缓冲器能驱动吸 收或输出电流4个TTL逻辑门电平.对P1端口写1 时,内部上拉电阻把端口拉高, 此时可以作为输入口使用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由丁内部电阻的原因,将 输出电流TTL .此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入P1.0/T2 和时器/计数器2的触发输入P1.1/T2EX ,具体如表3-1所示.在flash编程和校验P1 口接收低8位地址字节.端口引脚第二功能P1.0T2 定时器/计数器T2的外部计数输入,时钟输出P1.1T2EX 定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向限

21、制P1.5MOSI 在系统编程用P1.6MISO 在系统编程用P1.7SCK 在系统编程用表3-1 P1 口第二功能P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口,P2输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平.对P2端口写1 时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使 用.作为输入使用时,被外部拉低的引脚由丁内部电阻的原因,将输出电流IIL.在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器例如执行 MOVX DPTR时, P2 口送出高八位地址.在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1.在使用8位地 址如MOVX RI访问外部数据存储器时,P2 口输出P2锁存器的

22、内容. 在flash编 程和校验时,P2 口也接收高8位地址字节和一些限制信号.端口引脚第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD申行输入口P3.4TO定时/计数器0P3.1TXD申行输出口 P3.5T1定时/计数器1P3.2INTO外中断0P3.6WR外部数据存储器写选通P3.3INT1外中断1P3.7RD外部数据存储器读选通表3-2 P3 口的第二功能此外,P3 口还接收一些用丁 FLASH闪存编程和程序校验的限制信号.RST复位输入.当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位.WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置 SFR AUXR的DISRTO位地址8EH 可翻开或关

23、闭该功能.DISRTO位缺省为RESET输出高电平翻开状态.ALE/PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE 地址锁存允许输出脉冲 用于锁存地址的低8位字节.一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲 信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的.要注意的是：每当访问外部数据存储器时 将跳过一个ALE脉冲.如有必要,可通过对特殊功能存放器SFR 区中的8EH单元的 D0位置位,可禁止 ALE操作.该位置位后,只有一条 MOVX和MOVC指令才能将ALE 激活.此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效.PSEN程序储存允许PSEN 输出是外部程

24、序存储器的读选通信号,当 AT89C52由 外部程序存储器取指令或数据时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将有两次有效的PSEN信号.EA/VPP外部访问允许,欲使 CPU仅访问外部程序存储器地址为 0000H-FFFFH , EA端必须保持低电平接地.需注意的是：如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存 EA端状态.如EA端为高电平接Vcc端,CPU那么执行内部程序存储器的指令.FLASH 存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压Vpp 0XTAL1:振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端

25、.XTAL2:振荡器反相放大器的输出端.3.2实时时钟模块3.2.1实时时钟模块电路从古代的滴漏更鼓到近代的机械钟,从电子表到目前的数字时钟,为了准确的测量和 记录时间,人们一直在努力改良计时工具.钟表的数字化,大力推动了计时的精确性和可 靠性.在单片机构成的装置中,实时时钟是必不可少的部件.目前常用的实时时钟,很多采用单片机的中断效劳来实现,这种方式一方面需要采用 计数器,占用硬件资源,另一方面需要设置中断、查询等,同样消耗单片机的资源,而且 某些测控系统可能不允许；有的那么使用并行接口的时钟芯片,如 MC146818、DS12887 等,它们虽然能满足单片机系统对实时时钟的要求,但是这些芯

26、片与单片机接口复杂,占 用地址、数据总线多,芯片体积大,占用空间多,给其它设计带来诸多不便.本设计选取申行接口时钟芯片 DS1302与单片机同步通信构成数字时钟电路,如图 3.3.其简单的三线接口能为单片机节省大量资源,DS1302的后背电源及对后背电源进行涓细电流充电的水平保证电路断电后仍能保存时间和数据信息等.这些优点解决了目前常 用的实时时钟所无法解决的问题.该时钟电路强大的功能和优越的性能,在很多领域的应 用中,尤其是某些自动化限制、长时间无人看守的测控系统等对时钟精确性和可靠性有较 高要求的场合,具有很高的使用价值.J1 KTAL2RST一PSEN ALEXTAL1',U3_

27、J£LP2OW8P2啪限2细口P2.4J(A12 股"3P2JHP2.miSHU PL1 P12 MJ P1.4 P1JS P1J6 PIT叩职DU PD.1AD1 PDJ2WD2 PD3WD3 m娅, PDJ5AD5 P0jED6 POTDTP3IMRXD P3.1/TXD pgaiNTD P33HNT1 pam P3ST1 P3J&R pi.t/rd"21_q_ZL 密图3.3 DS1302 与单片机接口电路3?36 董 TH W _J32.VCC1VCC2XI商9CLKIOX2DS13ECRYSTAL-cTEOs-3.2.2实时时钟简介DS1302是

28、美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片, 它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿功能,工作电压宽达 2.55.5V.时钟可工作在 24小时格式或12小时AM/PM 格式.DS1302与单片机的 接口使用同步申行通信,仅用 3条线与之相连接.可采用一次传送一个字节或突发方式一 次传送多个字节的时钟信号或 RAM数据.DS1302内部有一个31 >8的用丁临时性存放数 据的RAM存放器.DS1302是DS1202的升级产品,与DS1202兼容,但增加了主电源 /后背电源双电源引脚,同时提供了对后背电源进行细电流充电的水平.DS1302的引脚

29、排列,其中Vcc1为后备电源,VCC2为主电源.在主电源关闭的情况 下,也能保持时钟的连续运行.DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电.当 Vcc2 大丁 Vcc1 + 0.2V 时,Vcc2 给 DS1302 供电.当 Vcc2 小丁 Vcc1 时,DS1302 由 Vcc1供电.X1和X2是振荡源,外接32.768kHz晶振.RST是复位/片选线,通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送.RST输入有两种功能：首先,RST接通限制逻辑,允许地址/命令序列送入移位存放器；其次,RST提供终止单字节或多字节数据的传 送手段.当RST为高电平时,所有的数据传送被初始化,允许对

30、 DS1302进行操作.如 果在传送过程中RST置为低电平,那么会终止此次数据传送,I/O引脚变为高阻态.上电运 行时,在Vcc>2.0V之前,RST必须保持低电平.只有在SCLK为低电平时,才能将RST 置为高电平.I/O为申行数据输入输出端双向,后面有详细说明.SCLK为时钟输入端.限制字节的最高有效位位7必须是逻辑1,如果它为0,那么不能把数据写入到DS1302 中.位6如果为0,那么表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;位5至位1指示 操作单元的地址；最低有效位位0如为0表示要进行写操作,为1表示进行读操作,控 制字节总是从最低位开始输出.DS1302的复位引脚：通过把R

31、ST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送.RST输入 有两种功能：首先,RST接通限制逻辑,允许地址/命令序列送入移位存放器； 其次,RST 提供了终止单字节或多字节数据的传送手段.当 RST为高电平时,所有的数据传送被初 始化,允许对DS1302进行操作.如果在传送过程中置 RST为低电平,那么会终止此次数 据传送,并且I/O引脚变为高阻态.上电运行时,在 Vcc梁.5V之前,RST必须保持低电 平.只有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平.在限制指令字输入后的下一个 SCLK时钟的上升沿时数据被写入 DS1302 ,数据输入 从低位即位0开始.同样,在紧跟8位的限制指令字后的下一个

32、 SCLK脉冲的下降沿读出 DS1302的数据,读出数据时从低位 0位至高位7.DS1302共有12个存放器,其中有7个存放器与日历、时钟相关,存放的数据位为BCD码形式.其日历、时间存放器及其限制字见表3-3.奇存命名命令字取值范围各位内容写操作读操作76543210秒存放器80H81H00-59CH10SECSEC分存放器82H83H00-59010MINMIN时存放器84H85H01-12 或00-2312/24010HRHR日存放器86H87H01-28,29,30,310010DATEDATE月存放器88H89H01-1200010MMONTH周存放器8AH8BH01-0700000

33、DAY年存放器8CH8DH00-9910YEARYEAR表3-3 DS1302的日历、时钟存放器及其限制字此外,DS1302还有年份存放器、限制存放器、充电存放器、时钟突发存放器及与RAM相关的存放器等.时钟突发存放器可一次性顺序读写除充电存放器外的所有存放器的内容.DS1302与RAM相关的存放器分为两类,一类是单个 RAM单元,共31个,每个 单元组态为一个8位的字节,其命令限制字为C0H-FDH ,其中奇数为读操作,偶数为写 操作；再一类为突发方式下的 RAM存放器,此方式下可一次性读写所有的 RAM的31个 字节,命令限制字为FEH 写、FFH 读.3.3温度传感器模块3.3.1温度传

34、感器模块电路基于DS18B20多点温度测量系统以AT89C51为中央器件,以KEIL为系统开发平台, 用C语言进行程序设计,以PROTEUS作为仿真软件设计而成的.DS18B20是智能温度传感器,它的输入/输出采用数字量,以单总线技术,接收主机发送 的命令,根据DS18B20内部的协议进行相应的处理,将转换的温度以申口发送给主机.主机根据通信协议用一个IO 口模拟DS18B20的时序,发送命令初始化命令、ROM命令、功能命令给 DS18B20 ,并读取温度值,在内部进行相应的数值处理,用图形液晶 模块显示各点的温度.在系统启动之时,可以通过 4 %键盘设置各点温度的上限值,当某 点温度超过设置

35、值时,报警器开始报警,从而实现了对各点温度的实时监控.每个DS18B20有自己的序列号,因此本系统可以在一根总线上挂接了 4个DS18B20 , 通过CRC校验,对各个DS18B20的ROM进行寻址,地址符合的DS18B20才作出响应, 接收主机的命令,向主机发送转换的温度.采用这种 DS18B20寻址技术,使系统硬件电路更加简单,图3.4所示'XTAL1PO.OJADOPQ1心P02/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.JI/AD4P0.5JIAD5P0.6/AD6RSTP07/AD7P2J0/A8P2.1 /A9P2 2/A1DPS&IP2-3/A11ALEP2-4/A1

36、2EAP2 5A13P2-6/A14P27/A15P1j0P3jQFXDPI .1P3.1/TXDP1.2P3 珈TOP1.3P3.34MT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5JT1P1.6P3P1.7P3.7/RD"AT89C51-3938373635一二33-32212223242526272829'齐 -J23 4- 5 67-031图3.4系统硬件电路3.3.2温度传感器简介DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1 Wire,即单总线器件,具有线路简 单,体积小的特点.因此用它来组成一个测温系统,具有线路简单,在一根通信线,可以 挂很多这样的数字温度计,

37、十分方便.DS18B20产品的特点：只要求一个端口即可实现通信.在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号.实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温.测量温度范围在55.C到+ 125.C之间.数字温度计的分辨率用户可以从 9位到12位选择内部有温度上、下限告警设置 其引脚功能描述见表3-4丁与名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄生电源时,可向电源提供电源3VDD可选择的VDD引脚,当工作丁寄生电源时,该引脚必须接地表3-4 DS18B20详细引脚功能描述64位ROM存储器件独一无二的序列号.暂存器包含两字节0和1字节的温度寄 存器,用丁

38、存储温度传感器的数字输出.暂存器还提供一字节的上线警报触发TH和下线警报触发TL存放器2和3字节,和一字节的配置存放器4字节,使用者可以 通过配置存放器来设置温度转换的精度.暂存器的5、6和7字节器件内部保存使用.第八字节含有循环冗余码CRC .DS18B20加电后,处在空闲状态.要启动温度测量和模拟到数字的转换,处理器须向 其发出Convert T 44h命令；转换完后,DS18B20回到空闲状态.温度数据是以带符号 位的16-bit补码存储在温度存放器中的.符号位说明温度是正值还是负值,正值时 S=0,负值时S=1.访问DS18B20必须严格遵守这一命令序列,如果丧失任何一步或序列混乱,D

39、S18B20都 不会响应主机除了 Search ROM 和Alarm Search这两个命令,在这两个命令后,主机 都必须返回到第一步.a. 初始化：DS18B20所有的数据交换都由一个初始化序列开始.由主机发出的复位脉冲和跟在其后 的由DS18B20发出的应答脉冲构成.当 DS18B20发出响应主机的应答脉冲时,即向主 机说明它已处在总线上并且准备工作.b. ROM命令：ROM命令通过每个器件64-bit的ROM码,使主机指定某一特定器件如果有多个器件 挂在总线上与之进行通信.DS18B20的ROM如表3-5所示,每个ROM命令都是8 bit 长.指令协议功能读ROM33H读DS18B20中

40、的编码即64位地址符合ROM55H发出此命令后,接着发出64位ROM编码,访1可单总线上与该编码相对应的DS18B20,使之作出响应,为下7对该DS18B20的读写作准 备搜索ROM0F0H用丁确定挂接在同一总线上 DS18B20的个数和识别64位ROM地址,为操作各器件作好准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址,直接向DS18B20V温度转换命令,适用丁单个DS18B20工作告警搜索命令0ECH执行后,只有温度超过庙宇值上限或下限的片子才做出响应温度转换44H启动DS18B20进行温度转换,转换时间最长为500ms典型为200ms,结果丰入内部9字节RAM中读暂存器BEH读内部RAM中9

41、字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的第3、4字节写上、下温度数据命令,紧该温度命令之后,传达两字为的数据复制暂存器48H将RAM中第3、4字内容复制到E2PROM中重调E2PROM0B8H将E2PROM中内容恢复到 RAM中的第3、4字节读供电方式0B4H读DS18B20的供电模式,寄生供电时 DS18B20发送0'；外部供电时DS18B20 发送 1表3-5 ROM命令3.4液晶显示模块3.4.1液晶显示模块电路液晶显示模块以其微功耗、体积小、显示内容丰富、模块化、接口电路简单等诸多优点得到广泛应用.液晶显示模块分字符型和点阵型两种,前者只能显示常用的字符,点阵型液晶显示模块除

42、显示字符外还能显示各种图形和汉字.如图3.5所示,为液晶显示屏与单片机的连接电路图.XTAL1PDIVADDFD.1/AD1XTA13四胃MH曰PDA'ADSPD.a*AD6RSTPD.7W.DTF2.1WBPZAIDPZA11ALE愠材血n.TMWP1.1PIJS'IN IUP1.+P3.4TIOW电IELU3.5液晶显示屏与单片机的连接电路3.4.2液晶显示屏简介12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线申行多种接口方式,内部含有国标一级、 二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块； 其显示分辨率为128 >64,内置8192个16*16 点汉字,和128个16*8

43、点ASCII字符集.该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指 令,可构成全中文人机交互图形界面. 可以显示8%行16X16点阵的汉字.可完成图形显 示.电压低功耗是其乂一显著特点.由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液 晶显示模块相比,不管硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该模块的价格也略低丁 相同点阵的图形液晶模块OE-o-HOOMLrlT_ 0寸 £00一时 , oLn端OOED图3.6 LCD结构尺寸父d去矽xwcj,94根本特性：彳氐电源电压(VDD:+3.0-+5.5V )显示分辨率：128 >64点内置汉字字库,提供8192个16 >16点阵汉字(

44、简繁体可选)内置128个16 >8点阵字符2MHZ时钟频率显示方式：STN、半透、正显驱动方式：1/32DUTY , 1/5BIAS视角方向：6点背光方式：侧部高亮白色LED,功耗仅为普通LED的1/5 1/10通讯方式：申行、并口可选内置DC-DC转换电路,无需外加负压无需片选信号,简化软件设计工作温度：0 C - +55 C,存储温度：-20 C - +60 C限制器接口信号说明：如表3-6,3-7RSR/W功能说明LLMPU写指令到指令暂存器IRLH读出忙标志BF及地址记数器AC的状态HLMPU写入数据到数据暂存器DRHHMPU从数据暂存器DR中读出数据表3-6 RS和R/W的配合

45、选择决定限制界面的4种模式E状态执行动作结果高一一 低I/O缓冲>DR配合/W进行与数据或指令高DR>I/O缓冲配合R进行读数据或指令低/低一一 高无动作表3-7 E信号忙标志:BF.BF标志提供内部工作情况.BF=1表示模块在进行内部操作,此时模块不接 受外部指令和数据.BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据.利用STATUS RD指令,可以将BF读到DB7总线,从而检验模块之工作状态.字型产生ROM CGROM :字型产生ROM CGROM 提供8192个此触发器是用丁模 块屏幕显示开和关的限制.DFF=1为开显示DISPLAY ON,DDRAM 的内容就显示在屏

46、 幕上,DFF=0为关显示DISPLAY OFF.DFF的状态是指令 DISPLAY ON/OFF 和RST 信号限制的.显示数据RAM (DDRAM ):模块内部显示数据RAM提供64 X2个位元组的空间,最多 可限制4行16字(64个字)的中文字型显示,当写入显示数据RAM时,可分别显示CGROM 与CGRAM的字型；此模块可显示三种字型,分别是半角英数字型 (16*8)、CGRAM字型 及CGROM 的中文字型,三种字型的选择,由在 DDRAM 中写入的编码选择,在 0000H 0006H的编码中(其代码分别是 0000、0002、0004、0006共4个)将选择CGRAM 的自定义字型

47、,02H 7FH的编码中将选择半角英数字的字型,至于 A1以上的编码将自 动的结合下一个位元组,组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5(A140 D75F ), GB (A1A0-F7FFH ).字型产生 RAM(CGRAM):字型产生 RAM提供图象定义(造字)功能,可以提供四组16 X6点的自定义图象空间,使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到 CGRAM中,便可和CGROM中的定义一样地通过 DDRAM显示在屏幕中.地址计数器AC:地址计数器是用来贮存 DDRAM/CGRAM 之一的地址,它可由设定指令暂 存器来改变,之后只要读取或是写入 DDRAM/CGRAM的值时,

48、地址计数器的值就会自动 加一,当RS为0时而R/W为1 时,地址计数器的值会被读取到 DB6 DB0中. 光标/闪烁限制电路：此模块提供硬体光标及闪烁限制电路,由地址计数器的值来指定 DDRAM中的光标或闪烁位置.3.5键盘输入模块一般具有人机对话的单片机系统少不了会有键盘.本设计采用三个按键,最正确的接口 方案是独立式接法,即每一个I/O 口上只接一个按键,按键的另一端接地.独立式键盘的实现方法是利用单片机 I/O 口读取口的电平上下来判断是否有键按下.我们 将按键的一端接地,另一端接一个I/O 口,程序开始时将此I/O 口置于高电平,平时无按键按下时I/O 口保护高电平.当有键按下时,此I

49、/O 口与地短路迫使I/O 口为低电平.按 键释放后,与单片机连接的上拉电阻使 I/O 口仍然保持高电平.本设计所要做的就是在程 序中查询此I/O 口的电平状态就可以了解是否有按键动作了.值得注意的是,本设计在用单片机对键盘处理的时候涉及到了一个重要的过程,那就 是键盘的去抖动.这里说的抖动是机械的抖动,是当键盘在未按到按下的临界区产生的电 平不稳定正常现象,并不是我们在按键时通过注意可以防止的.这种抖动一般在10200毫秒之间,这种不稳定电平的抖动时间对丁人来说太快了,而对丁时钟是微秒级的单片机 而言那么是漫长的.为了提升系统的稳定性,必须去除或避开它.此处我采用软件去抖动, 实现方法是先查

50、询按键当有低电平出现时立即延时10200毫秒以避开抖动,延时结束再读一次I/O 口的值.按键分工,从左至右依次为1、2、3号按键,一号键模式键,二号三号键为加减键.A37Ami adiXTAL?叩*口P050$POj&ADSRSTPtlJr 枷 TP2-WPSENP23ft11EAP2SWM3F2J6AUF2.TJW15PlflP30RXDP1.1PJ-I/TODP15P3规亟PI 5阳湖町1P11P3_4JTOPISP3 建P1 盛P3fiWR_P1Jm 丽UT '191827ig221F图3.7键盘接口电路4设计语言及软件介绍4.1汇编语言介绍汇编语言是一种功能很强的程序设

51、计语言,也是利用计算机所有硬件特性并能直接限制 硬件的语言.汇编语言' 作为一门语言对应于高级语舌的编译器,需要一个 汇编器来把 汇编语言'原文件汇编成机器可执行的代码04.2 wave6000软件介绍这个软件是南京伟福公司的单片机开发软件,一般就是用在C51单片机.不需要购置仿真器,使用软件模拟器就可以了,使用很方便的.也支持KEILC ,但最好不要在WAVE 内使用C,如果想用C编写,还是用KEIL C方便.WAVE6000编译软件,采用中文界面. 用户源程序大小不受限制,有丰富的窗口显示方式,能够多方位、动态地展示程序的执行 过程.其工程治理功能强大,可使单片机程序化大为

52、小,化繁为简,便于治理.另外,其 书签、断点治理功能以及外设治理功能等为 51单片机的仿真带来极大的便利.5系统软件设计5.1概述单片机开发中除必要的硬件外,同样离不开软件,本系统的软件编程设计是在Keil软件环境中完成的.我们写的 C语言、汇编语言源程序要变为 CPU可以执行的机器码有两 种方法,一种是手工汇编,另一种是机器汇编,目前已极少使用手工汇编的方法了.机器 汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码,用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51, 随着单片机开发技术的不断开展,从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发,单片机 的开发软件也在不断开展,Keil软件是目前最流行开发51系列单片机的软件,这从近年 来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil即可看出.Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连 接器、库治理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环 境uVision 将这些部份组合在一起.掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的,如果使用C语言编程,那么Keil几乎就是不二之选.即使不使用 C语言而仅用汇编语言编程,其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令人 事半功倍.Keil C51