单片机控制温度实时曲线的显示 毕业论文.doc
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1、I 中文摘要中文摘要 液晶是现在电子产品中使用越来越多的一种显示器件。我们经常会在各种各样的电 子产品和仪器上看到液晶显示器的存在。这些液晶品种繁多,功能不一 ,有的是字符型 ,有 的是点阵型常常用来显示各种参数 ,包括电压、电流、温度及各种电气参数和一些特 定信息。液晶不但用来显示各种文字还可以被设计成各种图案、通过改变里面特定显 示 的内容 ,还还可以动态的显示各种图案及画面。液晶的使用打破了以往单一声光显 示功能 ,为人们提供了更多丰富多彩的显示信息。使显示的内容更加形象化 、生动化。 本设计采用以单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示温度实时曲线的硬 件电路和软件设计方法。整个电
2、路采用模块化设计,由主程序、中断程序、DS18B20 温 度转换的驱动程序、显示子程序等模块组成。DS18B20 温度传感器数字信号经单片机综 合分析处理,实现温度显示以及曲线绘图各种功能。在此基础上设计了系统的总体方 案,最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程 图。 关键词:关键词:AT89S52 单片机;DS18B20 温度传感器;12864 液晶显示模块; II 目录目录 中文摘要 I 第 1 章 前言 .1 1.1 液晶的概述 1 1.2 液晶显示的意义 1 1.3 液晶 LCD 的各类应用 1 1.4 课程设计的任务和要求 2 第 2 章 液晶显示温度
3、曲线方案设计 .3 2.1 总体选型方案.3 2.1.1 温度检测电路选型方案.3 2.1.2 液晶显示模块选型方案 .3 2.1.3 键盘输入模块选型方案 .3 2.2 整体设计思路.3 第 3 章 液晶温度显示硬件设计 .4 3.1 控制模块硬件设计 4 3.1.1 AT89S52 单片机简介 .4 3.1.2 AT89S52 单片机最小系统硬件设计 .5 3.2 液晶显示模块硬件设计.6 3.2.1 LCD12864ZK 液晶模块介绍 6 3.2.2 液晶显示模块硬件设计 .8 3.3 温度模块的硬件设计10 3.3.1 温度传感器 DS18B20 概述 10 3.3.2 温度模块的硬件
4、设计 11 第 4 章 液晶显示系统软件设计 13 4.1 主程序设计13 4.2 液晶显示模块的设计 .13 4.2.1 12864 程序设计 13 4.2.2 12864 程序设计流程图 15 4.3 温度模块软件设计 .17 4.3.1 DS18B20 测温数据的读取程序设计 17 4.3.2 DS18B20 温度读取流程 20 第 5 章 总结 22 参考文献 .23 附录 A:温度实时曲线显示硬件原理图24 附录 B:软件程序25 1 第第 1 1 章章 前言前言 1.11.1 液晶的概述液晶的概述 物质通常分为三种型态 晶体(固体)、液体、气体 。 某些 固体物质在一定条件下会呈现
5、液态晶体状态 。这种状态既不同于各向同性 的液体,也不同于在三维空间分子完全规则排列的固体晶体,但又具有液体的流动性、 连续性和分子排列的有序性。这种处于液体和晶体之间过渡相态的物质称为液晶。 液晶分为热致液晶和溶致液晶。前者是物质在某一温度范围内呈现液晶状态,后者 是物质溶于水或有机溶剂而形成的。用于电子器件的液晶为热致液晶。现在的液晶物 质均为芳香族化合物,已被发现的液晶物质多达 3000 余种 。 液晶分子呈棒状或条状,宽约十几 nm(纳米),长约数 nm 液晶分子有较强的电偶极 矩和容易极化的化学团。由于液晶分子间的作用力比固体弱,所以液晶分子容易呈现各 种状态。液晶分子的介电常数、电
6、导率、折射率、磁化率等具有较大的各向异性 ,在 外加电场作用下会产生各种电光效应,从而可应用于液晶显示器(Liquid Crystal Display Device ,缩写为 LCD) 。 1.21.2 液晶显示的意义液晶显示的意义 随着计算机技术的发展 ,基于微处理器的智能仪表已成为仪表的主体.而越来越多 的智能仪表采用图形点阵液晶模块后 ,提供了丰富灵活的显示内容 ,更符合人性化的 特点.智能仪表的功能是否强大、用户操作性是否方便 ,都必须通过界面友好的外观和 可操作性来体现。可见 ,人机界面是智能仪表开发中的主要环节 ,在开发的工作量中 占了很大的比例.现有技术中智能仪表人机界面一般由液
7、晶显示器和微处理器组成。目 前 ,已有很多文献对液晶显示技术、图形用户界面设计作了研究。 1.31.3 液晶液晶 LCDLCD 的各类应用的各类应用 1)办公自动化(OA) 。如 PC 机、台式计算机、传真机、复印机、文字处理机等 。 2)个人数字助理(PDA) 。如笔记本电脑、袖珍计算机、计算器、电子信笺(备忘) 等。 3)设备自动化(FA) 。如测量设备、提升机、电梯等 。 4)通讯 。如无绳 电话、个人手提 电话系统、多功能电话、手提数据终端、蜂 窝电话等。 2 5)车辆设备。如汽车收音机、汽车音响、汽车 VCD、速度表、汽车导航系统 (GPS)等。 1.41.4 课程设计的任务和要求课
8、程设计的任务和要求 设计温度实时曲线显示测量仪,任务: 温度变化时能及时再现正确的温度数值多大,并且可以看到液晶显屏上描绘的实 时温度曲线。 设计温度测量仪,要求: 1) 设计出温度实时曲线显示测量仪的硬件结构电路。 2) 设计软件流程图并编写程序。 3) 精度等级是 0.5。 3 第第 2 2 章章 液晶显示温度曲线方案设计液晶显示温度曲线方案设计 2.12.1 总体选型方案总体选型方案 2.1.12.1.1 温度检测电路选型方案温度检测电路选型方案 考虑到经济、测温精度与 52 单片机 I/O 口的资源等因素。温度检测电路采用智能 温度传感器 DS18B20,它与单片机相连只需要 3 线,
9、减少了外部的硬件电路。并且温度 传感器 DS18B20 输出的信号为数字信号,可以被单片机直接采集。省去了一般温度传 感器输出信号要经过放大电路,模数转换的环节。 2.1.22.1.2 液晶显示模块选型方案液晶显示模块选型方案 由于要显示温度实时曲线,故传统的小的液晶显示屏 1602 不能满足本课题要求。 故选用更宽,更大点的液晶显示屏 12864ZK。它可以显示半宽字型,显 CGRAM 字型,显 示中文字形。更为重要的是显示实时曲线必须满足打点要求,由于它具有绘图功能故 满足打点要求。 2.1.32.1.3 键盘输入模块选型方案键盘输入模块选型方案 采用独立键盘,它的功能是作为 52 单片机
10、触发外部中断硬件。 2.22.2 整体设计思路整体设计思路 本课题设计的是液晶显示温度实时曲线,首先要达到的最简单想法是可以在液晶 屏上显示温度,要显示温度,必须将温度传感器输出(数字量)信号传送至单片机, 通过程序对信号进行处理,所以在这里我们需要存储器来储存一些必要的信息,之后 是显示这里的显示我们是用 LCD 显示,在这里要提到键盘的作用,键盘在这里是实现 显示界面的切换。设计思路图见图 2.1。 单单 片片 机机 温温度度传传感感器器液液晶晶显显示示模模块块温温度度 独独立立键键盘盘 电电源源模模块块 图 2.1 液晶显示整体方案设计图 4 第第 3 3 章章 液晶温度显示硬件设计液晶
11、温度显示硬件设计 3.13.1 控制模块硬件设计控制模块硬件设计 3.1.13.1.1 AT89S52AT89S52 单片机简介单片机简介 3.1.1.13.1.1.1 硬件结构硬件结构 该系统采用的是 Atmel 公司生产的 AT89S52 单片机为主控器。At89S52 是一种低 功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,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,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧 的 8 位 CPU 和在系统 可编程 Fl
12、ash,使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供 高灵活、超有效的解决方案。 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,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 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、串口、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
13、止。8 位微控制 器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 在单片机的引脚外围固定的引脚,如 VCC(40) ,GND(20)已经正确固定到电源和 地上。X1(18),X2(19)是接晶振的引脚已经外接到 11.0592MHZ 和 30PF 的电容。 RST(9)是单片机的复位引脚,通过 RC 回路,作为单片机的上电复位。 作为 P3 口的第二功能端口,P3.0(10),P3.1(11)为单片机的通信引脚,和 MAX232 芯片连接。方便在下载程序时,只要上电复位即可完成下载的硬件操作。另外, 为了提高 P0 口的驱动能力,在 P0 口的各引脚上接了上拉电阻 5.1K 到电源 V
14、cc=5V。采 用一片 MAX232,为 RS232 与 TTL 电平的转换,使得可以方面使用电脑的 COM 口对单片 机进行程序的烧录。其芯片引脚图如图 3.1 所示。 5 EA/VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3.7(RD) 17 P3.6(WR) 16 P3.2(INT0) 12 P3.3(INT1) 13 P3.4(T0) 14 P3.5(T1) 15 P1.0(T2) 1 P1.1(T2EX) 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5(MOSI) 6 P1.6(MISO) 7 P1.7(SCK) 8 (AD0)P0.0 39 (AD1)P
15、0.1 38 (AD2)P0.2 37 (AD3)P0.3 36 (AD4)P0.4 35 (AD5)P0.5 34 (AD6)P0.6 33 (AD7)P0.7 32 (A8)P2.0 21 (A9)P2.1 22 (A10)P2.2 23 (A11)P2.3 24 (A12)P2.4 25 (A13)P2.5 26 (A14)P2.6 27 (A15)P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 (TXD)P3.1 11 (RXD)P3.0 10 GND 20 VCC 40 U? AT89S52 图 3.1 AT89S52 引脚图 3.1.23.1.2 AT89S52AT89S5
16、2 单片机最小系统硬件设计单片机最小系统硬件设计 1)单片机复位电路硬件设计原理图,如图 3.2 所示。 10K R1 Res2 S1 SW-PB 10uF C2 Cap RST VCC 图 3.2 复位电路原硬件原理图 2)单片机的时钟电路硬件设计原理图,如图 3.3 所示。 12 Y1 11.0592M 100p C 1 100pF C 3 C ap X1 X2 图 3.3 时钟电路硬件原理图 6 3)单片机的电源电路硬件设计原理图,如图 3.4 所示。 0.1uF C4 Cap 100uF CE2 Cap Feed 1K R4 Res2 1 2 3 4 USB POWER DS1 LED
17、0 VCC S6 SW-SPST 图 3.4 电源电路原理图 4)中断按键硬件设计原理图,如图 3.5 所示。 S4 SW-PB S3 SW-PB INT1 INT0 图 3.5 中断按键硬件原理图 3.23.2 液晶显示模块硬件设计液晶显示模块硬件设计 3.2.13.2.1 LCD12864ZKLCD12864ZK 液晶模块介绍液晶模块介绍 3.2.1.13.2.1.1 基本功能基本功能 LCM12864ZK 中文液晶显示模块的屏幕由 128*64 点构成 ,可显示四行、每行 8 个 汉字。其字型 ROM 内含 8192 个 16*16 点的中文字型和 128 个 16* 8 点的半宽字母符
18、号 字型。绘图显示 RAM(GDRAM)提供 64*32BYTE 空间、最多控制 256*64 点的二维绘图缓 冲空间 ,绘图显示画面提供一个 64*256 点的绘图区域。 造字 RAM (CGRAM)提供 4 组软件可编程的 16*16 点阵造字功能。 LCM12864ZK 与单片机等微控器的接口界面灵活 ,有并行、串行两种模式 ,其中并 行模式又有 8 位/4 位两种接法,串行模式又分 3 线 /2 线两种接法。 3.2.1.23.2.1.2 引脚功能引脚功能 (见表 3.1) 7 表 3.1 12864ZK 引脚功能 引脚名称功能 1K 背光源负极 2A 背光源正极 3GND 地 4VC
19、C3V/5V 5NC 未连接 6RS (并行)选择寄存器 (0:指令寄存器 1:数据寄存 器);(串行)片选 (0:禁止 1:允许) 7 RW (并行)读写控制脚 (0:写入 1:读 ) ; (串行 ) 输 入串行数据 8E(SCLK) (并行)写数据启始脚 (串行)输入串行脉冲 916 DB0DB7I/O 数据线 07 17PSB 控制界面 0:串行 1:并行 8 /4 位 18 /RST 复位信号,低有效 19,20VR,V0 LCD 亮度调整,外接电阻端 3.2.1.33.2.1.3 功能指令系统简介功能指令系统简介 LCM12864ZK 以 ST7920 为内核,其指令系统分为基本指令
20、集和扩充指令集。基本指 令集包括清除显示、位地址清零、进入点设定、显示状态开/关、光标或显示移位控制、 功能设定、设定 CGRAM 位址、设定显示数据 RAM (DDRAM)位址、读取忙标志(BF)、写数 据到 RAM(DDRAM/CGRAM /GDRAM)、读出 RAM 的值等指令;扩充指令集包括待命模式、卷 动位址或 RAM 位址、选择睡眠模式、扩充功能设定、设定光标位址(IRAM)或卷动位址、 设定绘图 RAM 地址等指令。 下面介绍本课题中常用的 12864 功能指令,见表 3.2,3.3。 8 1)指令表 3.2(RE=0:基本指令集) 2)指令表 3.3(RE=1:扩展指令集) 指
21、令码 指令 R S R W DB7 DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0说明 0000000001 将 DDRAM 填满“20H” ,并且设定 指令码 指令 R S R W DB 7 DB 6 DB 5 DB 4 DB 3 DB 2 DB 1 DB 0 说明 清除 显示 0000000001 将 DDRAM 填满“20H” ,并且设定 DDRAM 的 地址计数器(AC)到 “00H” 功能 设定 00001DLX0 RE XX DL=1(必须设为 1) RE=1:扩充指令集动 作 RE=0:基本指令集动 作 设定 CGRAM 地址 0001AC 5 AC 4 AC 3 AC 2 AC 1
22、 AC 0 设定 CGRAM 地址到地 址计数器(AC) 设定 DDRAM 地址 001AC 6 AC 5 AC 4 AC 3 AC 2 AC 1 AC 0 设定 DDRAM 地址到地 址计数器(AC) 读取 忙碌 标志 (BF )和 地址 01BFAC 6 AC 5 AC 4 AC 3 AC 2 AC 1 AC 0 读取忙碌标志(BF) 可以确认内部动作是 否完成,同时可以读 出地址计数器(AC) 的值 写资 料到 RAM 10D7D6D5D4D3D2D1D0 写入资料到内部的 RAM(DDRAM/CGRAM/IR AM/GDRAM) 读出 RAM 的 值 11D7D6D5D4D3D2D1D
23、0 从内部 RAM 读取资料 (DDRAM/CGRAM/IRAM/ GDRAM) 9 待命模式DDRAM 的地址计数器 (AC)到“00H” 卷动地址 或 IRAM 地 址 选择 000000001SR SR=1:允许输入垂直卷 动地址 SR=0:允许输入 IRAM 地址 反白选择 00000001R1R0 选择 4 行中的任一行 作反白显示,并可决定 反白与否 睡眠模式 0000001SLXX SL=1:脱离睡眠模式 SL=0:进入睡眠模式 扩充功能 设定 000011X 1 RE G0 RE=1: 扩充指令集动 作 RE=0: 基本指令集动 作 G=1 :绘图显示 ON G=0 :绘图显示
24、 OFF 设定 IRAM 地址或卷 动 地址 0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0 SR=1:AC5AC0 为垂 直卷动地址 SR=0:AC3AC0 为 ICON IRAM 地址 设定绘图 RAM 地址 001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 设定 CGRAM 地址到地 址计数器(AC) 备注: 1、当模块在接受指令前,微处理顺必须先确认模块内部处于非忙碌状态,即读取 BF 标志时 BF 需为 0,方可接受新的指令;如果在送出一个指令前并不检查 BF 标志, 那么在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间,即是等待前一个指令确 实执行完成,指令执行的时间请参考指令表中的
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