基于單片機(jī)的智能水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

1、摘 要本設(shè)計(jì)以 89c52 單片機(jī)為核心，采用了溫度傳感器 ds18b20,可控硅bt138-600e 及 pid 算法對(duì)溫度進(jìn)行控制。該水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的檢測(cè)、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測(cè)、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算到輸出控制電爐加熱功率以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過(guò)程。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及多機(jī)通訊接口，系統(tǒng)由前向通道模塊（即溫度采樣模塊） 、后向控制模塊、系統(tǒng)主模塊及鍵盤(pán)顯示摸塊等四大模塊組成。本系統(tǒng)的特點(diǎn)在于采用 pc 機(jī)及普通鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)了多機(jī)通信。該水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的檢測(cè)、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測(cè)、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算到輸出控制

2、電爐加熱功率以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過(guò)程，并且，控制分為手動(dòng)和聲控兩種途徑。因此，應(yīng)以單片微型計(jì)算機(jī)為核心組成一個(gè)專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足檢測(cè)、控制應(yīng)用類型的功能要求。另外，單片機(jī)的使用也為實(shí)現(xiàn)水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及多機(jī)通訊接口提供了可能，而這些功能在常規(guī)數(shù)字邏輯道路中往往是難以實(shí)現(xiàn)或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。所以，本例采用以單片機(jī)為核心的直接數(shù)字控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度傳感器；可控硅；pid 算法。 abstractthis design in which 89c52 single chip computer as the core, the temperature sensor

3、ds18b20 sampling chip, silicon controlled bt138-600eand pid algorithm for temperature control. the water temperature control system is a typical inspection, control type application system, it requires system completion from water temperature detection and signal processing, input, computing to outp

4、ut control of electric heating power in order to realize the whole process of temperature control. this design realize the intellectualized control temperature and providing perfect man-machine interface and multi-motor communication interface system to channel module by former (i.e. temperature sam

5、pling module), to control module, system after the main module and keyboard display touch block and so on four modules. this system features of pc and normal keyboard realized the multicomputer communication.the water temperature control system is a typical inspection, control type application syste

6、m, it requires system completion from water temperature detection and signal processing, input, computing to output control of electric heating power in order to realize the whole process of temperature control, and control divided into manual and sonic two kind of way. therefore, should be with sin

7、gle chip microcomputer as the core component a special computer application system, to satisfy the inspection, control application type of function requirement. in addition, for the realization of single chip water use of intelligent control and provide perfect man-machine interface and multi-motor

8、communication interface, which offers the potential function in conventional digital logic path is often difficult to implement or unable to realize. so, in this case using based on singlechip direct numerical control system.keywords: scm； temperature sensors； scr； pid algorithm in very body microph

9、one 目 錄第一章 緒 論.11.1 系統(tǒng)概述 .11.2 本章小結(jié) .2第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).32.1 總體方案論證.32.2 模塊方案論證.32.2.1 控制方法論證.42.2.2 系統(tǒng)組成論證.52.2.3 單片機(jī)系統(tǒng)選擇.52.2.4 溫度控制方案論證.52.2.5 lcd1602 顯示電路論證 .62.3 本章小結(jié) .6第三章 總體設(shè)計(jì).73.1 總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖.73.2 pid 控制的原理和特點(diǎn) .73.3 ds18b20 溫度傳感器 .83.4 lcm1602 液晶 .133.5 at89c52 單片機(jī) .173.6 本章小結(jié) .20第四章 硬件電路設(shè)計(jì)與計(jì)算.214.1 主機(jī)

10、控制部分.214.2 系統(tǒng)電源電路.214.3 溫度采樣電路.214.4 溫度控制電路.224.5 遙控與數(shù)字顯示部分.224.6 系統(tǒng)原理圖 .234.7 系統(tǒng) pcb 圖 .244.8 實(shí)物圖 .244.9 本章小結(jié) .25第五章 軟件設(shè)計(jì).265.1 鍵盤(pán)顯示程序流程：.265.2 主程序流程圖：.275.3 本章小結(jié) .28第六章 測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果.296.1 系統(tǒng)測(cè)試儀器：.296.2 測(cè)試方法：.296.3 測(cè)試結(jié)果.296.4 本章小結(jié) .30第七章 設(shè)計(jì)總結(jié).31參考文獻(xiàn).32致 謝.33第一章 緒 論1.1 系統(tǒng)概述單片微型計(jì)算機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的，由

11、于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化、智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。本文主要介紹單片機(jī)在溫度控制中的應(yīng)用。 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開(kāi)關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用 mcs-51 單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，

12、從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動(dòng)化的重要任務(wù)。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，工業(yè)發(fā)展對(duì)是否能掌握溫度有著絕對(duì)的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說(shuō)幾乎 80%的工業(yè)部門(mén)都不得不考慮著溫度的因素。該水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的檢

13、測(cè)、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測(cè)、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算到輸出控制電爐加熱功率以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過(guò)程，并且，控制分為手動(dòng)和聲控兩種途徑。因此，應(yīng)以單片微型計(jì)算機(jī)為核心組成一個(gè)專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足檢測(cè)、控制應(yīng)用類型的功能要求。另外，單片機(jī)的使用也為實(shí)現(xiàn)水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及多機(jī)通訊接口提供了可能，而這些功能在常規(guī)數(shù)字邏輯道路中往往是難以實(shí)現(xiàn)或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。所以，本例采用以單片機(jī)為核心的直接數(shù)字控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求為一升水由 1kw 的電爐加熱，要求水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。主要性能指標(biāo)a

14、.控制精度：溫度控制的靜態(tài)誤差3。b. 用十進(jìn)制數(shù)碼顯示實(shí)際水溫。c.溫度設(shè)定范圍：00-90，最小區(qū)分度為 1。d. 能打印實(shí)測(cè)水溫值。擴(kuò)展功能a. 具有通信能力，可接受其他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來(lái)的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。b. 采用適當(dāng)?shù)目刂品椒▽?shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定溫度與環(huán)境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。c. 溫度控制的靜態(tài)誤差1。1.2 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的工作模塊，工作方式，基本的性能要求和需要的一些主要器件，通過(guò)本章的介紹，大概可以對(duì)系統(tǒng)有個(gè)初步模型。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 總體方案論證（1） 、方案一：此方案是采用傳統(tǒng)的模擬控制方法（方案框圖如圖 2-1-1） ，選用模擬

15、電路，用電位器設(shè)定給定值，反饋的溫度值與給定的溫度值比較后，決定加熱或者不加熱。器特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高并且調(diào)節(jié)動(dòng)作頻繁，系統(tǒng)靜差大，不穩(wěn)定。系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，而且不易實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制及對(duì)溫度的顯示，人機(jī)交換性能差。溫度預(yù)置信號(hào)放大單片機(jī)lcd顯示控制開(kāi)關(guān)圖 2-1-2 模擬控制框圖（2）方案二：采用單片機(jī) 89c52 為核心。采用了溫度傳感器 ds18b20 采集溫度變化信號(hào)，數(shù)字采樣芯片 ds18b20 將數(shù)字信號(hào)并通過(guò)單片機(jī)處理后去控制溫度，使其達(dá)到穩(wěn)定。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示，并

16、且通過(guò)軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點(diǎn)。該水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的檢測(cè)、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測(cè)、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算到輸出控制電爐加熱功率以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過(guò)程。以單片微型計(jì)算機(jī)為核心組成一個(gè)專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足檢測(cè)、控制應(yīng)用類型的功能要求。另外，單片機(jī)的使用也為實(shí)現(xiàn)水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及多機(jī)通訊接口提供了可能，而這些功能在常規(guī)數(shù)字邏輯道路中往往是難以實(shí)現(xiàn)或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。所以，本例采用以單片機(jī)為核心的直接數(shù)字控制系統(tǒng)。比較兩種方案，方案二明顯的改善了方案一的不足及缺點(diǎn)，并具有控制簡(jiǎn)單、控制溫度精度高的特點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)電路采用方案

17、二。2.2 模塊方案論證本電路以單片機(jī)為基礎(chǔ)核心，系統(tǒng)由前向通道模塊、后向控制模塊、系統(tǒng)主模塊及鍵盤(pán)顯示摸塊等四大模塊組成。現(xiàn)將各部分主要元件及電路做以下的論證：數(shù)據(jù)采集2.2.1 控制方法論證由于水溫控制系統(tǒng)的控制對(duì)象具有熱存儲(chǔ)能力大，慣性也較大的特點(diǎn)。水在容器內(nèi)的流動(dòng)或熱量傳遞都存在一定的阻力，因而可以歸于具有純滯后的一階大慣性環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，熱過(guò)程大多具有較大的滯后，它對(duì)任何信號(hào)的響應(yīng)都會(huì)推遲一段時(shí)間，使輸出與輸入之間產(chǎn)生相移。對(duì)于這樣一些存在大的滯后特性的過(guò)渡過(guò)程控制，一般來(lái)說(shuō)可以采用以下幾種控制方案：（1）輸出開(kāi)關(guān)量控制對(duì)于慣性較大的過(guò)程可以簡(jiǎn)單地采用輸出開(kāi)關(guān)量控制的方法。這種方法通

18、過(guò)比較給定值與被控參數(shù)的偏差來(lái)控制輸出的狀態(tài)：開(kāi)關(guān)或者通斷，因此控制過(guò)程十分簡(jiǎn)單，也容易實(shí)現(xiàn)。但由于輸出控制量只有兩種狀態(tài)，使被控參數(shù)在兩個(gè)方向上變化的速率均為最大，因此容易硬氣反饋回路產(chǎn)生振蕩，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生十分不利的影響，甚至?xí)驗(yàn)檩敵鲩_(kāi)關(guān)的頻繁動(dòng)作而不能滿足系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求。因此，這種控制方案一般在大慣性系統(tǒng)對(duì)控制精度和動(dòng)態(tài)特性要求不高的情況下采用。（2）比例控制（p 控制）比例控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差成比例，輸出量的大小與偏差之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)，過(guò)渡時(shí)間短，但過(guò)程終了存在余差。因此它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、允許被控量在一定范圍內(nèi)變化

19、的系統(tǒng)。使用時(shí)還應(yīng)注意經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后需將累積誤差消除。（3）比例積分控制（pi 控制）由于比例積分控制的特點(diǎn)是控制器的輸出與偏差的積分成比例，積分的作用使得過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)無(wú)余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然加大比例度可以使穩(wěn)定性提高，但又使過(guò)渡時(shí)間加長(zhǎng)。因此，pi 控制適用于滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，它是工程上使用最多、應(yīng)用最廣的一種控制方法。（4）比例積分加微分控制（pid 控制）比例積分加微分控制的特點(diǎn)是微分的作用使控制器的輸出與偏差變化的速度成正比例,它對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有顯著的效果。在比例基礎(chǔ)上加上微分作用，使穩(wěn)定性提高，再加上積分作用，可以消除余差。因此，p

20、id 控制適用于負(fù)荷變化大、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。 結(jié)合本例題設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，由于水溫系統(tǒng)的傳遞函數(shù)事先難以精確獲得，因而很難判斷哪一種控制方法能夠滿足系統(tǒng)對(duì)控制品質(zhì)的要求。但從以上對(duì)控制方法的分析來(lái)看，pid 控制方法最適合本例采用。另一方面，由于可以采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程，無(wú)論采用上述哪一種控制方法都不會(huì)增加系統(tǒng)硬件成本，而只需對(duì)軟件作相應(yīng)改變即可實(shí)現(xiàn)不同的控制方案。因此本系統(tǒng)可以采用 pid 的控制方式，以最大限度地滿足系統(tǒng)對(duì)諸如控制精度、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量等控制品質(zhì)的要求。2.2.2 系統(tǒng)組成論證就控制器本身而言，控制電路可以采用急經(jīng)典控制理論和常規(guī)模擬控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

21、水溫的自動(dòng)團(tuán)結(jié)。但隨著計(jì)算機(jī)與超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，以現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，采用數(shù)字控制、顯示、遙控技術(shù)，配額后執(zhí)行器與控制閥構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在過(guò)程控制過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由于本例是一個(gè)典型的檢測(cè)、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測(cè)、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算到輸出控制電爐加熱功率以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過(guò)程。因此，應(yīng)以單片微型計(jì)算機(jī)為核心組成一個(gè)專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足檢測(cè)、控制應(yīng)用類型的功能要求。另外，單片機(jī)的使用也為實(shí)現(xiàn)水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及多機(jī)通訊接口提供了可能，而這些功能在常規(guī)數(shù)字邏輯道路中往往是難以實(shí)現(xiàn)或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。所以，本例采用以單片機(jī)

22、為核心的直接數(shù)字控制系統(tǒng)（ddc） 。2.2.3 單片機(jī)系統(tǒng)選擇at89c52 單片機(jī)是最常用的單片機(jī)，是一種低損耗、高性能、cmos 八位微處理器。at89c52 與 mcs-51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，而且能使系統(tǒng)具有許多 mcs-51 系列產(chǎn)品沒(méi)有的功能，功能強(qiáng)、靈活性高而且價(jià)格低廉。at89c52 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)成本。只要程序長(zhǎng)度小于 8k，四個(gè) i/o 口全部提供給擁護(hù)。系統(tǒng)運(yùn)行中需要存放的中間變量較少，可不必再擴(kuò)充外部 ram。2.2.4 溫度控制方案論證方案一：用熱敏電阻：通過(guò)電阻的變化來(lái)獲得電壓的變化

23、，起價(jià)格雖然便宜但是精度不是很高。對(duì)于一個(gè)精度要求高的系統(tǒng)不宜采用方案二：用 ds18b20：遙控輸入一個(gè)需要控制的溫度，把數(shù)據(jù)傳送到at89c52，at89c52 通過(guò)數(shù)據(jù)比較，pid 分析，t0，t1 產(chǎn)生 pwm 波來(lái)控制電爐是否繼續(xù)加熱還是停止加熱。通過(guò) ds18b20 溫度傳感器采集溫度，由于ds18b20 是數(shù)字溫度傳感器，直接誒輸出數(shù)字信號(hào)。經(jīng)比較，我們選擇方案二（1）傳感器的選取目前市場(chǎng)上溫度傳感器繁多就此我們提出了以下兩重選取方案：方案一：選用鉑電阻溫度傳感器，此類溫度傳感器在各方面特性都比較優(yōu)秀，但其成本較高。方案二：采用熱敏電阻，選用此類元器件有價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，但由于熱敏

24、電阻的非線性特性會(huì)影響系統(tǒng)的精度。方案三：選用美國(guó)達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器 ds18b20，此器件具有體積小、質(zhì)量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。其測(cè)量范圍在-50-+150，滿刻度范圍誤差為0.3，當(dāng)電源電壓在 510v 之間，穩(wěn)定度為1時(shí)，誤差只有0.01，其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。比較以上三種方案，方案三具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此此次設(shè)計(jì)選用方案三。（2）cpu 模塊的選擇 方案一：采用 8031 芯片，其內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，需要進(jìn)行外部擴(kuò)展，這給電路增加了復(fù)雜度。方案二：本方案的 cpu 模塊采用 2051 芯片，其內(nèi)部有 2kb 單元的程序存儲(chǔ)器，不需外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。但由

25、于系統(tǒng)用到較多的 i/o 口，因此此芯片資源不夠用。方案三：采用 89c52 單片機(jī)，其內(nèi)部有 8kb 單元的程序存儲(chǔ)器。而且具有三個(gè)定時(shí)器，正好滿足系統(tǒng)多機(jī)通信時(shí)所用。比較以上三種方案，綜合考慮單片機(jī)的各部分資源，因此此次設(shè)計(jì)選用方案三。2.2.5 lcd1602 顯示電路論證控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分，所以此部分電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響到電路的好壞。方案一：采用可編程控制器 8279 與數(shù)碼管及地址譯碼器 74ls138 組成，可編程/顯示器件 8279 實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的掃描、消除抖動(dòng)、提供 led 的顯示信號(hào)，并對(duì) led 顯示控制。用 8279 和鍵盤(pán)組成的人機(jī)控制平臺(tái)，

26、能夠方便的進(jìn)行控制單片機(jī)的輸出。方案二：采用單片機(jī) at89c52 組成控制和掃描系統(tǒng)，這種方案既能很好的控制及顯示又為主單片機(jī)大大的減少了程序的復(fù)雜性，而且具有體積小，價(jià)格便宜的特點(diǎn)。方案一雖然也能很好的實(shí)現(xiàn)電路的要求，但考慮到電路設(shè)計(jì)的成本和電路整體的性能，我們采用方案二。2.3 本章小結(jié)本章首先對(duì)系統(tǒng)的總體方案給予論證，拋棄傳統(tǒng)溫控辦法，選擇基于單片機(jī)的溫控方案。接著對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了論證，溫控算法（pid） ，單片機(jī)選型，鍵盤(pán)人機(jī)交互等等進(jìn)行了一系列的論證，更加進(jìn)一步的細(xì)化了每一個(gè)功能模塊，有助于系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作。第三章 總體設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖本設(shè)計(jì)以 89c52 單片機(jī)

27、為核心，采用了溫度傳感器 ds18b20，可控硅bt138-600e 及 pid 算法對(duì)溫度進(jìn)行控制。該水溫控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的檢測(cè)、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從水溫檢測(cè)、信號(hào)處理、輸入、運(yùn)算到輸出控制電爐加熱功率以實(shí)現(xiàn)水溫控制的全過(guò)程。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了水溫的智能化控制以及提供完善的人機(jī)交互界面及多機(jī)通訊接口，系統(tǒng)由前向通道模塊（即溫度采樣模塊） 、后向控制模塊、系統(tǒng)主模塊及 lcd1602 顯示摸塊等四大模塊組成。本系統(tǒng)的特點(diǎn)在于采用 pc 機(jī)及遙控實(shí)現(xiàn)了多機(jī)通信。系統(tǒng)框圖如圖 3-1溫 度傳感器功率放大電路開(kāi)關(guān)控制電路電爐lcd 顯示電路遙控控制系統(tǒng)89c52 控制系統(tǒng)圖 3-1 系統(tǒng)框圖

28、3.2 pid 控制的原理和特點(diǎn)在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 pid 控制，又稱 pid 調(diào)節(jié)。pid 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 pid 控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或 不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 pid 控制技術(shù)。pid 控制，實(shí)際中也有 pi 和 pd 控制。p

29、id 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。（1）比例（p）控制 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（steady-state error） 。（2）積分（i）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（system with steady-state error） 。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)” 。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)

30、增大。這樣，即便誤差很小，積 分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(pi)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn) 態(tài)誤差。（3）微分（d）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，

31、比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(pd)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。3.3 ds18b20 溫度傳感器ds18b20 是 dallas 公司的 1-wire(單總線)數(shù)字溫度計(jì)芯片，溫度測(cè)量范圍從-55至+125。ds18b20 使用方便，單片機(jī)和 ds18b20 僅需連接一條數(shù)據(jù)線，在寄生供電方式下可以不接電源線，ds18b20 工作所需的電源可以從數(shù)據(jù)線獲得。與傳統(tǒng)的溫

32、度測(cè)量方式不同，ds18b20 的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接從數(shù)據(jù)線讀出，在-10至+85測(cè)量精度可達(dá) 0.5。鑒于以上優(yōu)點(diǎn) ds18b20 自問(wèn)世以來(lái)就廣泛的應(yīng)用于恒溫控制系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，電子溫度計(jì)以及數(shù)字環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。ds18b20 是 dallas 公司生產(chǎn)的 1-wire 數(shù)字溫度傳感器，具有 3 引腳to92 小體積封裝形式，如圖 3-3-1 所示，dq 為數(shù)字信號(hào)輸入輸出端；gnd 為電源地；vdd 為外接供電電源輸入端，在寄生電源方式時(shí) vdd 接地；溫度測(cè)量范圍為55125,可編程為 9 位12 位 a/d 轉(zhuǎn)換精度，分辨率可達(dá) 0.0625，溫度測(cè)量結(jié)果以 16 位數(shù)字量方式串行輸

33、出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可從數(shù)據(jù)口線“竊取”；多個(gè) ds18b20 可以并聯(lián)到同一數(shù)據(jù)線上，cpu 只需一根端口線就能與多個(gè) s18b20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使 ds18b20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。圖 3-3-1 ds18b20 外觀圖圖 3-3-2 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3-2所示，主要由五部分組成：電源控制單元，若 vdd接地 ds18b20工作在寄生供電方式；1-wire 接口單元，包括1-wire 接口電路和64位序列號(hào)，這64位序列號(hào)是生產(chǎn)的時(shí)候光刻在 ds18b20的 rom中，

34、并且唯一不重復(fù)，在有多個(gè) ds18b20共用同一條數(shù)據(jù)線的系統(tǒng)中 cpu 就是通過(guò)這個(gè)64位的序列號(hào)來(lái)選擇需要訪問(wèn)的芯片；暫存器單元，幾乎ds18b20所有的操作都和暫存器有關(guān)，包括測(cè)量到的溫度值，用于報(bào)警的溫度上限、下限以及溫度測(cè)量的精度等，后面會(huì)對(duì)暫存器做詳細(xì)的說(shuō)明；eeprom 單元，包括溫度轉(zhuǎn)換精度配置字、報(bào)警溫度上限和報(bào)警溫度下限；溫度傳感器單元，溫度測(cè)量完成后會(huì)把結(jié)果存到暫存器。如圖 3-3-3 所示，ds18b20 存儲(chǔ)空間由 eeprom 和暫存器兩部分構(gòu)成。eeprom 大小為 3 個(gè)字節(jié)，分別存放報(bào)警溫度上限、報(bào)警溫度下限以及配置字這 3 個(gè)參數(shù)。在不需要溫度超限報(bào)警的應(yīng)用

35、中，eeprom 的報(bào)警溫度上限、下限這兩個(gè)字節(jié)可以根據(jù)需要自定義使用。圖 3-3-3 ds18b20 暫存器結(jié)構(gòu)暫存器的 byte0 和 byte1 兩字節(jié)用于存放溫度測(cè)量結(jié)果，byte0 存放低 8位，byte1 存放高 8 位，上電后缺省值為 0 x0550（85） ，這 2 個(gè)字節(jié)只能進(jìn)行讀操作。暫存器的 byte2、byte3、byte4 與 eeprom 的三個(gè)字節(jié)一一對(duì)應(yīng)，每次上電后 ds18b20 會(huì)自動(dòng)從 eeprom 中讀出這 3 個(gè)參數(shù)，并寫(xiě)入暫存器的 byte2、byte3、byte4，因此沒(méi)必要每次上電后都對(duì) ds18b20 進(jìn)行配置操作。byte5、byte6、by

36、te7 未用。byte8 作為 crc 校驗(yàn)寄存器，可以用于查驗(yàn)總線讀寫(xiě)正確與否。ds18b20 的命令序列及操作時(shí)序1.命令序列典型的單總線命令序列如下：第一步：初始化；第二步：rom 命令；第三步：功能命令。每次訪問(wèn)單總線器件，必須嚴(yán)格遵守這個(gè)命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會(huì)響應(yīng)主機(jī)。但是，這個(gè)準(zhǔn)則對(duì)于搜索 rom 命令和報(bào)警搜索命令列外，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，主機(jī)不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。(1)初始化基于單總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開(kāi)始的，初始化過(guò)程中由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。

37、復(fù)位和應(yīng)答脈沖詳見(jiàn)單總線時(shí)序部分。(2)rom 命令rom 命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一 64 位 rom 代碼相關(guān)，在多從機(jī)系統(tǒng)中可指定操作某個(gè)從機(jī)設(shè)備，可以檢測(cè)和識(shí)別單總線上從機(jī)設(shè)備的數(shù)量和類型。在有多個(gè)從機(jī)設(shè)備的系統(tǒng)中 64 位 rom 代碼非常重要。搜索 rom0xf0該命令可以找出總線上所有從機(jī)設(shè)備，獲得所有從設(shè)備的 64 位 rom 代碼。單總線的搜索命令時(shí)序非常復(fù)雜，限于篇幅讀者可以查閱相關(guān)資料。讀 rom0x33如果總線上只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備，主機(jī)可以通過(guò)指令讀出從機(jī)的 64 位 rom代碼，而無(wú)須執(zhí)行搜索 rom 命令；如果在多從機(jī)系統(tǒng)中使用該指令，總線上會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突。匹配 rom

38、0x55匹配 rom 命令跟隨 64 位 rom 代碼，從而允許主機(jī)訪問(wèn)多從機(jī)系統(tǒng)中某個(gè)指定的從機(jī)設(shè)備。僅當(dāng)從機(jī)完全匹配 64 位 rom 代碼時(shí)，才會(huì)響應(yīng)主機(jī)隨后發(fā)出的功能命令；其它設(shè)備將處于等待復(fù)位脈沖狀態(tài)。忽略 rom0xcc主機(jī)能夠使用該指令同時(shí)訪問(wèn)總線上所有從機(jī)設(shè)備，無(wú)須發(fā)出任何 rom 代碼信息。例如總線掛機(jī)多個(gè) ds18b20 時(shí)，該指令后跟隨溫度轉(zhuǎn)換命令就可以讓所有的 ds18b20 開(kāi)始轉(zhuǎn)換溫度，這樣大大節(jié)省了主機(jī)時(shí)間，需要注意該指令后如果跟隨其他功能命令，總線上會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。如果總線上只有一個(gè)從設(shè)備時(shí)，該指令使用不受限制。報(bào)警搜索0xec僅有少數(shù) 1-wire 支持該指令

39、，報(bào)警搜索命令類似搜索 rom 命令，只有設(shè)置了報(bào)警標(biāo)志的從器件才會(huì)響應(yīng)該報(bào)警搜索命令。(3)功能命令主機(jī)發(fā)出 rom 指令以訪問(wèn)某個(gè)指定 ds18b20，接著就可以發(fā)送 ds18b20 支持的某功能命令。這些命令允許主機(jī)寫(xiě)入或讀出 ds18b20 暫存器、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換以及判斷從機(jī)的供電方式，ds18b20 的功能命令如下。轉(zhuǎn)換溫度0x44發(fā)送完 rom 命令后，ds18b20 接收到主機(jī)發(fā)出的該命令就開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間和設(shè)置有關(guān)。讀暫存器0xbe該指令用于讀全部暫存器內(nèi)容，包括 crc 字節(jié)，該命令發(fā)送完成后，ds18b20 將傳輸包含溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果的 9 個(gè)字節(jié)到主機(jī)。寫(xiě)暫存器0x

40、4e主機(jī)寫(xiě)入該命令后，緊接著寫(xiě)入溫度上限、溫度下限和配置字這 3 個(gè)字節(jié)給 ds18b20。復(fù)制暫存器0x48該命令將 ds18b20 暫存器中的溫度上限、溫度下限和配置字復(fù)制到eeprom 中?；刈x eeprom0xb8將溫度上限、溫度下限和配置字從 eeprom 讀出至?xí)捍嫫髦?，通常上電后?zhí)行該命令。2.讀寫(xiě)時(shí)序(1)初始化時(shí)序主機(jī)通過(guò)拉低 1-wire 總線至少 480us,以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著，主機(jī)釋放總線，等待從機(jī)返回應(yīng)答脈沖。當(dāng)總線被釋放后，上拉電阻會(huì)把 1-wire 總線拉高。從機(jī)檢測(cè)到總線的上升沿后，延時(shí) 15-60us，接著通過(guò)拉低總線 60-240us，以產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)

41、檢測(cè)到總線拉低，初始化完成。圖 3-3-4 初始化時(shí)序(2)讀/寫(xiě)時(shí)隙寫(xiě)時(shí)隙1-wire 總線的寫(xiě)時(shí)隙至少需要 60us，兩次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)隙之間至少需要1us 的恢復(fù)時(shí)間。寫(xiě) 1 時(shí)主機(jī)通過(guò)拉低總線開(kāi)始一個(gè)寫(xiě)時(shí)隙，總線拉低后主機(jī)必須在 15us 內(nèi)釋放總線，由上拉電阻將總線拉至高電平；寫(xiě) 0 時(shí)主機(jī)拉低總線，并保持 60us。從機(jī)在寫(xiě)時(shí)隙開(kāi)始后 15-60us 期間采樣總線電平狀態(tài)。采樣為高電平則 1 被寫(xiě)入器件；如果為低電平則 0 被寫(xiě)入器件。讀時(shí)隙1-wire 器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙。所有的讀時(shí)隙至少需要 60us，且兩次獨(dú)立的

42、讀時(shí)隙之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間。主機(jī)拉低總線至少 1us 后釋放總線，讀時(shí)隙開(kāi)始。從機(jī)在檢測(cè)到讀時(shí)隙開(kāi)始后才向總線發(fā)送 0 和 1，若發(fā)送 1，從機(jī)置總線為高電平，保持 15us；若發(fā)送 0，則拉低總線，保持 15us。主機(jī)在讀時(shí)隙開(kāi)始后應(yīng)在 15us 內(nèi)采樣總線狀態(tài)。圖 3-3-5 ds18b20 讀寫(xiě)時(shí)序3.4 lcm1602 液晶（1）lcm1602 外觀及功能lcm1602 是最常見(jiàn)的點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊，由液晶板、控制器hd44780、驅(qū)動(dòng)器 hd44100 及若干電阻電容組成。其液晶板上分 2 行，每行排列著 16 個(gè) 57 的點(diǎn)陣，專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字以及符號(hào)。它可與

43、 8 位或4 位微處理器連接；內(nèi)建 cgrom 可提供 160 種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)字符，包括全部大小寫(xiě)字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、日文假名以及 32 個(gè)特殊字符或符號(hào)的顯示；內(nèi)建 cgram可根據(jù)用戶需要，由用戶自行設(shè)計(jì)定義 8 個(gè)字符或符號(hào)；+5v 單電源供電，無(wú)需外接復(fù)位電路。圖 3-4-1 lcm1602圖 3-4-1 是帶背光的 lcm1602 的實(shí)物圖，左起為 1 腳，各引腳功能如下：1 腳：vss 為模塊電源地，接地；2 腳：vdd 為模塊電源正，接+5v；3 腳：vee 為對(duì)比度調(diào)節(jié)引腳，接電源正時(shí)對(duì)比度最差，接電源地時(shí)對(duì)比度最高，通常接一個(gè) 10k 電位器到地調(diào)節(jié)顯示對(duì)比度；4 腳：rs 為寄存

44、器選擇位，輸入腳， “1”數(shù)據(jù)寄存器， “0”命令寄存器；5 腳：rw 為讀寫(xiě)操作選擇位，輸入腳， “1”讀操作， “0”寫(xiě)操作；6 腳：e 為使能信號(hào)，輸入腳，讀操作時(shí)上升沿有效，寫(xiě)操作時(shí)下降沿有效；714 腳：db0db7 雙向數(shù)據(jù)線，db7 還做忙閑標(biāo)志位使用，4 線工作方式下僅 db4db7 有效；15 腳：bl1 背光電源正，接+5v；16 腳：bl2 背光電源地，接地。lcm1602 讀寫(xiě)操作要正確操作 lcm1602，就必須滿足它的時(shí)序要求，內(nèi)嵌 hd44780 控制器的液晶顯示模塊的讀、寫(xiě)操作時(shí)序如圖 3-4-2 所示，圖中各時(shí)間值見(jiàn)表 12-1。圖 3-4-2 讀、寫(xiě)操作時(shí)序

45、圖表 3- 4序號(hào)描述最小值最大值單位t1地址建立時(shí)間140nst2使能信號(hào)上升/下降時(shí)間25nst3使能信號(hào)周期1000nst4有效數(shù)據(jù)延遲時(shí)間320nst5使能信號(hào)高電平寬度450nst6數(shù)據(jù)保持時(shí)間10ns從時(shí)序圖中可以獲得豐富的信息，依據(jù)這些信息可以畫(huà)出讀、寫(xiě)操作的流程圖從而編寫(xiě)程序代碼。在讀圖的過(guò)程中要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵要素：一是判斷各個(gè)信號(hào)對(duì)于單片機(jī)而言是輸出還是輸入；二是讀圖的時(shí)候從左往右，遇見(jiàn)有信號(hào)發(fā)生變化就作為一段；三是要找到信號(hào)發(fā)生變化的原因或功能。圖 3-4-2 底部標(biāo)出了讀寫(xiě)時(shí)序圖中信號(hào)發(fā)生變化時(shí)的節(jié)點(diǎn)，下面以讀時(shí)序?yàn)槔龤w納出讀操作的流程：節(jié)點(diǎn) 1：rs、rw 變化，輸出

46、信號(hào)，讀操作開(kāi)始；節(jié)點(diǎn) 2：e 變化，輸出信號(hào)，讀操作使能信號(hào)，通知 lcm1602 按要求輸出；節(jié)點(diǎn) 3：db0-db7 變化，輸入信號(hào)，節(jié)點(diǎn) 2 中 e 的上升沿引起的變化，兩節(jié)點(diǎn)時(shí)間間隔為 t4，此時(shí)單片機(jī)可以從 db0-db7 讀回“有效數(shù)據(jù)” ；節(jié)點(diǎn) 4：e 變化，輸出信號(hào)，單片機(jī)讀完“有效數(shù)據(jù)”后通知 lcm1602“有效數(shù)據(jù)”已讀?。还?jié)點(diǎn) 5：對(duì)于讀操作該節(jié)點(diǎn)有可能不存在；節(jié)點(diǎn) 6：db0-db7 變化，輸入信號(hào)，節(jié)點(diǎn) 4 中 e 的下降沿引起的變化；節(jié)點(diǎn) 7：下一次讀寫(xiě)操作。讀操作流程圖如圖 12-8 所示，寫(xiě)操作流程就不再贅述。流程圖（2）lcm1602 指令表 12-2 所

47、示為 lcm1602 的指令集，其實(shí)該指令集適合于所有內(nèi)含hd44780 的液晶顯示模塊。表 12- 1 lcm1602 指令集控制信號(hào)指令代碼rsrwd7d6d5d4d3d2d1d0功能0000000001清屏000000001*軟復(fù)位00000001i/ds內(nèi)部方式設(shè)置0000001dcb顯示開(kāi)關(guān)控制000001s/cr/l*位移控制00001dlnf*系統(tǒng)方式設(shè)置0001acgcgram 地址設(shè)置001add顯示地址設(shè)置01bfac忙狀態(tài)檢查10寫(xiě)數(shù)據(jù)mcu-lcd11讀數(shù)據(jù)lcd-mcu在介紹 lcm1602 的指令之前需要先了解以下幾個(gè)概念：cgrom、cgram、ddram 和 a

48、c。cgrom 是只讀字符發(fā)生器，存放 192 個(gè)字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，每個(gè)字符都有一個(gè)唯一的代碼，在 0 x200 x7f 區(qū)間代碼值就是該字符的 ascii 碼,圖 12-9 為 lcm1602 的內(nèi)置字符集。cgram 是自定義字符發(fā)生器，可用于存放用戶自定義字符的點(diǎn)陣，只有 64 個(gè)字節(jié)最多能定義 8 個(gè)字符，這8 個(gè)字符也有對(duì)應(yīng)的代碼，0 x00 對(duì)應(yīng)第一個(gè)自定義字符，0 x07 對(duì)應(yīng)最后一個(gè)自定義字符，0 x080 x0f 與 0 x000 x07 指向相同的字符。ddram 是顯示存儲(chǔ)器，有 80 個(gè)字節(jié)，內(nèi)部存放的是顯示內(nèi)容的代碼。ac 是 ddram 和 cgram 共用的地址指針

49、計(jì)數(shù)器，另外 ac 也作為光標(biāo)和閃爍位置指針。圖圖 12-912-9 lcm1602lcm1602 內(nèi)置字符集內(nèi)置字符集各指令功能介紹如下：清屏指令清屏指令使 ddram 的內(nèi)容全部清除，光標(biāo)回到左上角的原點(diǎn)，地址計(jì)數(shù)器 ac=0。軟復(fù)位指令本指令使光標(biāo)和光標(biāo)所在的字符回到原點(diǎn)，但 ddram 單元的內(nèi)容不變。設(shè)置輸入輸出模式指令其中 i/d 位是控制當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入 ddram（cgram）或從 ddram（cgram）讀出數(shù)據(jù)時(shí)，ac 自動(dòng)加 1 或自動(dòng)減 1。i/d=1 時(shí)，自動(dòng)加 1；i/d=0 時(shí)，自動(dòng)減1。s 位控制顯示內(nèi)容左移或右移，當(dāng) s=1 且數(shù)據(jù)寫(xiě)入 ddram 時(shí)，顯示將全部左

50、移（i/d=1）或右移（i/d=0） ，此時(shí)光標(biāo)看上去不動(dòng)，僅僅顯示內(nèi)容移動(dòng)；但讀出數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)動(dòng)。當(dāng) s=0 時(shí)，顯示不動(dòng)，光標(biāo)左移或右移。i/d=1，s=0 和 i/d=1，s=1 是比較常用的設(shè)置，前者類似打字機(jī)后者類似計(jì)算器；顯示開(kāi)關(guān)控制指令其中 d 位是顯示控制位。d=1 時(shí)，開(kāi)顯示；d=0 時(shí)，關(guān)顯示，僅僅是不輸出 ddram 的內(nèi)容不變。c 位是光標(biāo)控制位。c=1 時(shí)，開(kāi)光標(biāo)顯示；c=0 時(shí)，關(guān)光標(biāo)顯示。b 位是閃爍控制位。b=1 時(shí)，光標(biāo)和光標(biāo)指向的字符閃爍；b=0 時(shí)，光標(biāo)不閃爍。位移控制指令該指令控制光標(biāo)或者顯示內(nèi)容在沒(méi)有對(duì) ddram 進(jìn)行讀、寫(xiě)操作時(shí)被左移或右移。s/c=

51、0、r/l=0 時(shí)，光標(biāo)左移；s/c=0、r/l=1 時(shí)，光標(biāo)右移；s/c=1、r/l=0 時(shí)，畫(huà)面左移；s/c=1、r/l=1 時(shí)，畫(huà)面右移；系統(tǒng)工作方式設(shè)置指令dl 位是總線寬度選擇位。dl=1 時(shí)，8 位數(shù)據(jù)總線，使用 db0-db7；dl=0時(shí)，4 位數(shù)據(jù)總線，使用 db4-db7，此方式下數(shù)據(jù)操作需要 2 次。n 位用于設(shè)置顯示行數(shù)。n=1 時(shí)，2 行顯示；n=0 時(shí)，1 行顯示。f=0 時(shí)，57 點(diǎn)陣；f=1時(shí)，510 點(diǎn)陣。cgram 地址設(shè)置指令設(shè)置 cgram 地址指針，地址碼范圍 063。ddram 地址指針設(shè)置設(shè)置 ddram 地址指針，地址碼范圍 0127。忙狀態(tài)檢查指

52、令bf 位是忙標(biāo)志位。bf=1 時(shí)，忙狀態(tài)，此時(shí) lcm1602 不能接收命令或數(shù)據(jù)；bf=0 時(shí)，空閑狀態(tài)，可接收命令或數(shù)據(jù)。寫(xiě)數(shù)據(jù)指令向 gcram 或 ddram 寫(xiě)數(shù)據(jù)，寫(xiě)入地址由 ac 控制。讀數(shù)據(jù)指令從 gcram 或 ddram 讀數(shù)據(jù)，讀出地址由 ac 控制。3.5 at89c52 單片機(jī)at89c52 是美國(guó) atmel 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8kb 的可反復(fù)檫寫(xiě)的程序存儲(chǔ)器和 12b 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram） ，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8 位中央處理器

53、（cpu）和 flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 at89c52 單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。at89c52 單片機(jī)屬于 at89c51單片機(jī)的增強(qiáng)型，與 intel 公司的 80c52 在引腳排列、硬件組成、工作特點(diǎn)和指令系統(tǒng)等方面兼容。（1）其主要工作特性是：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含 8kb 的 flash 程序存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)壽命為 1000 次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含 256 字節(jié)的 ram；具有 32 根可編程 i/o 口線；具有 3 個(gè)可編程定時(shí)器；中斷系統(tǒng)是具有 8 個(gè)中斷源、6 個(gè)中斷矢量、2 個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針 dptr；低

54、功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；具有可編程的 3 級(jí)程序鎖定位；at89c52 工作電源電壓為 5（1+0.2）v，且典型值為 5v；at89c52 最高工作頻率為 24mhz。單片機(jī)正常工作時(shí)，都需要有一個(gè)時(shí)鐘電路和一個(gè)復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)中選擇了內(nèi)部時(shí)鐘方式和按鍵電平復(fù)位電路，來(lái)構(gòu)成單片機(jī)的最小電路。如圖 3.1所示。（2）功能特性描述 at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲(chǔ)器。使用 atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)

55、編程器。 在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng)可編程 flash，使得at89s52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) flash，256 字節(jié) ram，32 位 i/o 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。at89c52 是一個(gè)低電壓，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram） ，器件采用 atmel 公司的

56、高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 at89c52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。at89c52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時(shí)內(nèi)含2 個(gè)外中斷口，3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫(xiě)口線，at89c52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。概述：at89c52p 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理

57、器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 c51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主 ic 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) ram 及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào) ir 的接收解碼及與主板 cpu 通信等。主要管腳有：xtal1（19 腳）和xtal2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12mhz 晶振。rst/vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。vcc（40 腳）和 vss（20 腳）為供電端口，分別接+5v 電源的正負(fù)端。p0p3 為可編程通用 i/o 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)

58、中，p0 端口（3239 腳）被定義為 n1 功能控制端口，分別與 n1 的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為 ir 輸入端，10 腳和 11 腳定義為 i2c 總線控制端口，分別連接 n1 的 sdas（18 腳）和scls（19 腳）端口，12 腳、27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 cpu 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog： 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ale

59、 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ale 脈沖。對(duì) flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog） 。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的 8eh 單元的 d0 位置位，可禁止 ale 操作。該位置位后，只有一條 movx 和 movc 指令才能將 ale 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ale 禁止位無(wú)效。psen：程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) at89c52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)

60、器周期兩次 psen 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次psen 信號(hào)。ea/vpp：外部訪問(wèn)允許。欲使 cpu 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000hffffh） ，ea 端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位lb1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 ea 端狀態(tài)。如 ea 端為高電平（接 vcc 端） ，cpu 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v 的編程允許電源 vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12v 編程電壓 vpp。at89c52 除了與 at89c51 所有的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 和定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外，還增加了