用單片機(jī)開發(fā)一個溫度測量控制系統(tǒng)，顯示用16*2的液晶，實時顯示測量溫度，加熱輸出采用通斷控制，用發(fā)光二極管來模擬，能設(shè)置目標(biāo)溫度，能設(shè)置報警溫度閾值，超過了進(jìn)行報警，報警采用液晶屏幕顯示。
看到設(shè)計任務(wù)的時候，因為主要是進(jìn)行溫度測量，所以必然會用到溫度傳感器。那么什么是溫度傳感器呢。溫度傳感器（temperature transducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。在經(jīng)過一番選擇后，最終確定用DS18B20作為需要的溫度傳感器，原因如下。1.DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，其輸出的是數(shù)字信號，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點。 2.因為之前用過熱敏電阻代替，精度不夠高，也想嘗試下新的傳感器。
其次就是16*2的液晶顯示模塊，因為要求中不需要顯示中文，所有就采用LCD1602模塊為所需的液晶顯示屏。加熱部分用發(fā)光二極管模擬，并采用通斷控制，那么就可以利用定時器中斷發(fā)出PWM波達(dá)到需要的要求即可。其次是設(shè)置目標(biāo)溫度和警報溫度。顯然，需要加至少兩個按鍵來控制。進(jìn)行報警的部分就可以使用簡單的蜂鳴器即可。當(dāng)溫度達(dá)到警報溫度的時候，蜂鳴器就響。
因為是LCD屏，所有發(fā)揮部分加了一個萬年歷的模塊，采用DS1302時鐘模塊。本可以加個計算器模塊，但是估計IO口設(shè)計完上面的一系列模塊后就不夠用了，所以不打算加上計算器模塊。
主要元器件的選擇：MCU 芯片選擇的是AT89C51,LCD顯示屏采用的是LCD1602，在仿真電路中用的是LM016L，和LCD1602性質(zhì)相同。溫度傳感器用的是DS18B20。發(fā)揮部分用的是DS1302時鐘模塊。
模塊設(shè)計
最小系統(tǒng)：這個部分的設(shè)計相對比較簡單，首先是系統(tǒng)時鐘電路，需要一個12M的外部晶振，其次需要兩個30pf電容。搭配起來就是一個系統(tǒng)時鐘了。接下來就是復(fù)位電路了，需要一個10K電阻，一個10μf的電解電容，還有一個開關(guān)。設(shè)計好后的最小系統(tǒng)如圖所示：
液晶顯示：LCD1602
按照LCD1602手冊連接好電路如圖所示：
DS18B20溫度模塊： 單線數(shù)字溫度傳感器，所以操作的要求比較高，讀取數(shù)據(jù)的時候需要控制在微秒量級。
初始化：主機(jī)首先發(fā)出一個480-960微秒的低電平脈沖，然后釋放總線變?yōu)楦唠娖剑⒃陔S后的480微秒時間內(nèi)對總線進(jìn)行檢測，如果有低電平出現(xiàn)說明總線上有器件已做出應(yīng)答。若無低電平出現(xiàn)一直都是高電平說明總線上無器件應(yīng)答。
做為從器件的DS18B20在一上電后就一直在檢測總線上是否有480-960微秒的低電平出現(xiàn)，如果有，在總線轉(zhuǎn)為高電平后等待15-60微秒后將總線電平拉低60-240微秒做出響應(yīng)存在脈沖，告訴主機(jī)本器件已做好準(zhǔn)備。若沒有檢測到就一直在檢測等待。
寫操作：寫周期最少為60微秒，最長不超過120微秒。寫周期一開始做為主機(jī)先把總線拉低1微秒表示寫周期開始。隨后若主機(jī)想寫0，則繼續(xù)拉低電平最少60微秒直至寫周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機(jī)想寫1，在一開始拉低總線電平1微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫周期結(jié)束。而做為從機(jī)的DS18B20則在檢測到總線被拉底后等待15微秒然后從15us到45us開始對總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為0。
讀操作：對于讀數(shù)據(jù)操作時序也分為讀0時序和讀1時序兩個過程。讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在1微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩�上。DS18B20在檢測到總線被拉低1微秒后，便開始送出數(shù)據(jù)，若是要送出0就把總線拉為低電平直到讀周期結(jié)束。若要送出1則釋放總線為高電平。主機(jī)在一開始拉低總線1微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平1微秒在內(nèi)的15微秒時間內(nèi)完成對總線進(jìn)行采樣檢測，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認(rèn)為0。采樣期內(nèi)總線為高電平則確認(rèn)為1。完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。
DS1302模塊：
DS1302的引腳排列，其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端（雙向），后面有詳細(xì)說明。SCLK始終是輸入端。
加熱模塊：用的LED代替，在加熱的時候LED在PWM波的作用下會出現(xiàn)周期為4s的亮滅，代表加熱的進(jìn)行。在停止加熱的時候，會滅掉。
按鍵功能：按鍵1是萬年歷按鍵，按鍵2是設(shè)置目標(biāo)溫度和警報溫度按鍵，按一下進(jìn)入目標(biāo)溫度設(shè)置，按兩下進(jìn)入警報溫度設(shè)置。按鍵3是加溫度按鍵，按鍵4是減溫度按鍵。按鍵5是溫度顯示按鍵。
硬件電路圖：
硬件PCB板圖：
LCD顯示模塊部分代碼編寫：
在LCD硬件部分介紹的時候，介紹了LCD1602讀寫的步驟和時序。按步驟可以編寫出以下的初始化和讀寫代碼。其中的清屏（LcdWriteCom(0x01)）這一步在主函數(shù)里面的用處很多。
DS18B20溫度顯示模塊：
DS18B20對時序的要求很高，要控制在微秒量級之間，初始化、讀、寫中的任何一步有誤差就會顯示不出溫度。按照硬件部分的介紹可以寫出DS18B20部分的代碼如下：
初始化：
寫操作：
讀操作：
DS1302模塊代碼：
根據(jù)硬件部分對DS1302的解釋，也可以寫出如下的代碼
PWM波代碼：通過定時器中斷1輸出周期為4s的方波，實現(xiàn)兩秒亮，兩秒滅。
目標(biāo)溫度和警報溫度設(shè)定：
達(dá)到目標(biāo)溫度后LED滅和未達(dá)到目標(biāo)溫度LED周期性亮滅：
達(dá)到警報溫度后蜂鳴器響：
按下溫度顯示按鍵，顯示當(dāng)前溫度：
按下目標(biāo)溫度設(shè)置鍵，出現(xiàn)Aim_temp設(shè)置。此時按下加和減鍵可以實現(xiàn)目標(biāo)溫度設(shè)置。
繼續(xù)按下溫度設(shè)置鍵，跳轉(zhuǎn)到警報溫度設(shè)置頁面，按下加和減號鍵可以設(shè)置警報溫度。
此時，按下溫度顯示鍵：如果目標(biāo)溫度高于當(dāng)前溫度，LED燈會周期性亮滅，模擬加熱環(huán)節(jié)。如果目標(biāo)溫度低于當(dāng)前溫度，則LED滅。模擬停止加熱環(huán)節(jié)。如果當(dāng)前溫度高于設(shè)定的警報溫度，蜂鳴器響。
目標(biāo)溫度（52）高于當(dāng)前溫度（48），LED亮。
目標(biāo)溫度（52）低于當(dāng)前溫度（55），LED滅：
當(dāng)前溫度高于警報溫度，蜂鳴器響：
按下萬年歷顯示模塊，顯示日期（初始化值）：
通過本次的設(shè)計，讓我學(xué)會了如何通過元器件手冊編寫相應(yīng)的初始化等程序。尤其是DS18B20這個溫度傳感器模塊。稍有延遲誤差就讀不出具體的溫度數(shù)據(jù)，會一直顯示-0.006℃。調(diào)了很久，才把延遲范圍控制在要求的范圍內(nèi)。
此外，對于LCD1602的部分，要是想顯示單獨一個變量數(shù)字，需要在末尾加上’0’。例如：要在LCD上顯示目標(biāo)溫度Aim_temp，需要拆分成高位和地位，分別用Aim_h和Aim_l來表示，那么要顯示出來就需要Aim_h+’0’才可以顯示出來。總之，這次綜合設(shè)計讓我更加意識到了單片機(jī)的強(qiáng)大和有趣，希望未來能在這條路上越走越遠(yuǎn)。
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