电气工程及其自动化毕业论文--基于单片机的全自动太阳能热水器的控制器的设计

电气工程及其自动化毕业论文--基于单片机的全自动太阳能热水器的控制器的设计内容摘要：

以通过 4 4 键盘设置各点温度的上限值，当某点温度超过设置值时，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 .4 所示。 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，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－ 到＋ 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 4。 表 34 DS18B20 详细引脚功能描述 序号 名称 引脚功能描述 1 GND 地信号 2 DQ 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 3 VDD 可选择的 VDD 引脚 ,当工作于寄生电源时 ,该引脚必须接地 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，用于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）寄存器（ 2 和 3 字节），和一字节的配置寄存器（ 4 字节），使用者可以通过配置寄 存器来设置温度转换的精度。 暂存器的 6 和 7 字节器件内部保留使用。 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 16bit 补码存储在温度寄存器中的。 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，如果丢失任何一步或序列混乱，DS18B20 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，即向主机表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 64bit 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 5 所示，每个 ROM命令都是 8 bit 长。 表 35 ROM 命令 指令 协议 功能 读 ROM 33H 读 DS18B20 中的编码 即 64 位地址 符合 ROM 55H 发出此命令后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总线上与该编码相对应的 DS18B20,使之作出响应，为下一步对该 DS18B20 的读写作准备 搜索 ROM 0F0H 用于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 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20V 温度转换命令，适用于单个 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 字节的内容 写暂存器 4EH 发出向内部 RAM 的第 4 字节写上、下温度数据命令，紧该温度命令之后，传达两字节的数据 复制暂存器 48H 将 RAM 中第 4 字内容复制到 E2PROM 中 重调 E2PROM 0B8H 将 E2PROM 中内容恢复到RAM 中的第 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” 液晶显示模块 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显示字符外还能显示各种图形和汉字。 如图 .5 所示，为液晶显示屏与单片机的连接电路图。 12864 是一种具有 4 位 /8 位并行、 2 线或 3 线串行多种接口方式，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 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 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 4 行 16 16 点阵的汉字。 可完成图形显示。 电压低功耗是其又一显著特点。 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，不论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于相同点阵的图形液晶模块。 图基本特性 : 低电源电压（ VDD:++） 显示分辨率 :128 64 点 内置汉字字库 ，提供 8192 个 16 16 点阵汉字 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：串行、并口可选 内置 DCDC 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℃ +55℃ ,存储温度 : 20℃ +60℃ 控制器接口信号说明：如表 6,37 表 36 RS 和 R/W 的配合选择决定控制界面的 4 种 模式 RS R/W 功能说明 L L MPU 写指令到指令暂存器（ IR） L H 读出忙标志（ BF）及地址记数器（ AC）的状态 H L MPU 写入数据到数据暂存器（ DR） H H MPU 从数据暂存器（ DR）中读出数据 表 37 E 信号 E 状态 执行动作 结果 高―― 低 I/O 缓冲―― DR 配合 /W 进行写数据或指令 高 DR―― I/O 缓冲 配合 R 进行读数据或指令 低 /低―― 高 无动作 ? 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 个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。 DFF 1 为开显示（ DISPLAY ON ,DDRAM 的内容就显示在屏幕上， DFF 0为关显示（ DISPLAY OFF。 DFF 的状态是指令 DISPLAY ON/OFF和 RST 信号控制的。 显示数据 RAM（ DDRAM）：模块内部显示数据 RAM 提供 64 2 个位元组的空间，最多可控制 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、 000 000 0006共 4 个）将选择 CGRAM 的自定义字型， 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（ A1A0F7FFH）。 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 16 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，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 /闪烁控制电路：此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定 DDRAM 中的光标或闪烁位置。 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，最佳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，的另一端接地。 独立式键盘的实现方法是利用单片机 I/O 口读取口的电平高低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/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避免的。 这种抖动一般在 10~200 毫秒 之间，这种不稳定电平的抖动时间对于人来说太快了，而对于时钟是微秒级的单片机而言则是漫长的。 为了提高系统的稳定性，必须去除或避开它。 此处我采用软件去抖动，实现方法是先查询按键当有低电平出现时立即延时 10~200 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 3 号按键，一号键模式键，二号三号键为加减键。 4 太阳能热水器控制系统软件设计 KEIL uVISION 3 软件环境 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MCS51 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发展，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发展，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、库管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 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows 界面。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成的。