家用数控煤气热水器控制设计

东莞理工学院城市学院本 科 毕 业 论 文毕业论文题目：家用数控煤气热水器控制 器软件设计 学生姓名： 钟浪清_ _学 号：_200548073337_系 别：_计算机与信息科学系_ _专业班级：_电子信息工程(3)班_指导教师姓名及职称：刘林泉 高级工程师 起止时间: 2009年 3月 2009年 6 月摘要随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展，在现代自动控制领域中，应用了越来越多的先进测量控制技术、设备和方法。其中，由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。因此，如何将单片微处理器应用到燃气热水器水温自动控制领域，为越来越多的燃气热水器生产厂家所重视。 本论文的研究正是适应了这种发展趋势，将单片机应用于燃气热水器水温自动控制系统中。 论文首先简要介绍了燃气热水器的有关情况,对燃气热水器温度控制系统软件功能进行了需求分析；然后,根据系统所要实现的功能进行了PID控制算法的研究；接下来，阐明了系统应用软件所要达到的技术要求,重点研究了系统软件的可靠性问题，并且按照这些要求对基于单片机的燃气热水器温度控制系统软件进行了设计,最后编程实现并调试. 本论文软件的设计成功地实现了燃气热水器水温的单片机智能调节，具有很高的实用价值。关键词：温度控制 软件设计 PID算法 ABSTRACTWith the highly speedy development of computer technology, measurement apparatus, and control technology, more and more advanced technology, equipments and methods for measurement and control are applied in modern automation control realm. In all of these, because of the enhanced performance and reduced price of single chip microcomputer, making the advantage that its ratio of performance to price been obvious. Therefore, how to apply the single chip microcomputer to the temperature control of gas water heater , more and more producers of gas water heater concerned attach importance to it. The work of this monograph adapts to the development tendency, applying the single chip microcomputer to the temperature control of gas water heater. First of all, the monograph talks something about the gas water heater， analyzes the function demand of all modules of the control system; then , confirms the choice of the software arithmetic of PID according to the system function; finally, this monograph specifies the technique request., discusses about the reliability of the control system and list the main programs of the ware. In this monograph, we successfully take automation control of the temperature of gas water heater realm based on the single chip microcomputer into truth. It has a wide development space.Key Words：Temperature control Single chip microcomputer Software design PID 目录1 绪论11.1 课题研究的背景11.2课题研究的目的意义11.3系统设置要求21.4本领域技术水品比较32、系统设计技术基础32.1 RCM5700功能模块42.2传感器的选择性能的介绍72.3关键器件选择与性能介绍123 数字温湿度计的软件设计183.1 Dynamic C程序设计183.2 RCM5700功能模块的编程控制193.3系统主控软件设计193.4 I/O接口及通信软件设计204系统调试214.1 RCM5700功能模块的测试214.2系统各软件功能模块的测试224.3系统软硬件综合测试 29 5 系统总结与展望 30参考文献32致谢33附录34家用数控煤气热水器控制器软件设计钟浪清1 绪论1.1 课题研究的背景针对家庭煤气热水器水温调节控制不方便的问题，结合温度传感器、单片机、电磁阀等器件，设计水温调节自动控制器软件，通过检测水温、控制供气量，实现对水温的设定和自动控制。用单片机模块分路控制继电器、发光二极管，可分别控制三路发光二极管，能设定温度和时间。主要由温度传感器、电磁阀、温度设定机构和冷热切换装置组成。其控制原理是设置某个温度数值，用温度传感器测量水温，当出水阀的水温高于用户选择的温度时，经过温度控制系统的比较，输出一个高电平信号控制多个出气阀，降低煤气管的出气孔大小，从而使出水阀的水温降低，当出水阀的水温低于用户选择的温度时，经过温度控制系统的比较，输出一个低电平信号控制出气阀，升高煤气管的总出气孔大小，从而使出水阀的水温升高，通过触摸键和液晶显示屏实现人机交互界面，冷热切换自动完成，运算放大电路和开关电路实现双位调节。这类智能空调温控器产品改善了人机交互界面，解决了“用户调节水温不方便”等问题。111.2课题研究的目的意义针对家庭煤气热水器水温调节控制不方便的问题，拟采用温度传感器和单片机控制系统的多个电磁阀，控制供气量的大小，实现水温控制，温度调节。数字式温度传感器能把温度物理量，通过温度敏感元件和相应电路转换成方便计算机、plc、智能仪表等数据采集设备直接读取得数字量的传感器。这样就方便我们选择适合的水温。所以这个方案有很好的实际运用方面，在家庭使用中，往往由于出水冷热不均而导致很多麻烦，也带给人们很多烦恼，在冲凉过程中，水压是随着周围家庭用水量而起伏变化的，周围家庭用水少，自来水管的压强就大，反之，自来水管压强就小，但现在的家用热水器却是手动调整。当冷热不均时，会导致用户感冒生病，在这基础下，我们研究的课题有着很大意义。家用数控煤气热水器控制器设计，它能直接控制水温的变化，用户可以选择适合的水温，温度将在屏幕显示出来，当水压小时，系统会自动调节煤气的出气量，使温度控制在用户选择的温度中。 通过硬件电路设计和软件程序设计的数字式温度计具有智能化、高精度、高可靠性等优势。温度传感器由相对温度传感器，单片机，电磁阀，信号放大器和总线接口构成。设计水温调节自动控制器软件，通过检测水温、控制供气量，实现对水温的设定和自动控制。用单片机模块分路控制继电器、发光二极管，可分别控制三路发光二极管，能设定温度和时间。1.3系统设置要求针对家庭煤气热水器水温调节控制不方便的问题，结合温度传感器、单片机、电磁阀等器件，设计水温调节自动控制器电路，通过检测水温、控制供气量，实现对水温的设定和自动控制。用单片机模块分路控制继电器、发光二极管，可分别控制三路发光二极管，能设定温度和时间。电磁阀交流电源温度传感器DS18B20控制RCM57001602显示设定温度继电器直流电源图2.1系统结构框图1.4本领域技术水品比较 智能化已成为热水器发展的主导趋势之一。智能控制燃气热水器控制器采用智能控制思想，将智能控制技术与微电脑控制技术有机的结合，构成一个高智能的机电一体化产品。该产品涉及到多种控制因素，它将水、电、气和火融为一体。形成了智能控制燃气热水器的新概念，它具有以下特点：(1)自动恒温 根据水气状态控制器可自动调节水阀和气阀的开度使出水温度保持在设定的温度上。(2)超低水压启动 本控制器的水气阀仅存有逻辑关系而无物理制约，因而有效地解决了高楼层低水压用户使用一般全自动热水器不能正常洗浴的困难。(3)数码显示鸣响提示 采用两位LED数码管显示器，可显示设定温度、出水温度、工作状态（如无水、无气、打火、火灭等），同时，有声音提示。(4)自动记忆 可自动记忆上次的洗浴温度（与断电无关）。(5)安全程度高 采用两套电磁阀与多种安全保护措施，可防干烧，无火漏气现象。 (6)操作方便 只需供电、供水、供气、设定洗浴温度即可正常工作。市场前景及效益分析精确恒温。根据国家对燃气热水器恒温标准的有关规定：恒温效果关键看采用什么样的“燃气比例阀”及其反应的速度。当水压发生波动的时候，其出水温度的波动范围不能超过3C。新型恒温燃气热水器可以将水温的波动范围控制在1C，这样会让您在沐浴的过程中更舒适。 高效节能。在节能方面不仅仅体现在节约用气上，而且还要节约用水。 操作智能化。一款好的新型恒温燃气热水器还得操作简单方便，设计人性化。应具备以下基本功能：1）遥控技术，2）定水流量提示和定时功能；3）宽频调温功能；4）CALL（呼叫）功能等等。该控制器适用于各种容量的天然气热水器，是新一代热水器的主流产品，具有极大的市场前景。62、系统设计技术基础2.1 RCM5700功能模块2.1.1 简介 小型微处理器模块 RCM5700 兼具微型 PCI Express 插卡的外形尺寸和带有 10/100 Base-T 以太网功能和 128KB 静态随机存储器的高性能 Rabbit 5000 微处理器。RCM5700 同样配备了1MB 的板载闪存。Rabbit 5000 微处理器特性包括硬件 DMA,能与至多六个串行口共享的输入/ 输出线并具备四级其它引脚功能 -其中包括可变相位 PWM, 外部输入/ 输出总线, 正交解码器, 输入捕获。这使其成为一款快速，高效，适用于各种不同嵌入式应用的理想的核心模块。7RCM5700 配有一个工作频率可达 50MHz 的 Rabbit 5000 微处理器, 闪存, 双时钟( 主振荡器和实时时钟), 以及一个复位和管理 Rabbit 5000 所必须的电路。一个板边接插件将RCM5700 用户接口连接到装有 RCM5700 的主板的 52- 脚微型 PCI Express 插槽上。RCM5700 从其安装的主板上接受其 +3.3 V 的电压。RCM5700 可通过主板与其它与CMOS 相容的数字设备连接。2.1.2优点 RCM5700 的优点：（1）使用完整设计和生产的，具有“ 运行就绪/ 编程就绪” 的微处理器模块，能使您快速完成产品开发并投入市场。（2）比购买和组装单独组件更具竞争力的价格。（3）简单的 C 语言程序开发和调试。用于下载经编译的 Dynamic C.bin 文件的Rabbit Field Utility。（4）能容纳数万行代码大型程序并存储丰富数据的大容量存储器。（5）参考设计使集成的以太网能利用无需特许权的 TCP/IP 软件实现网络连接。2.1.3 硬件组成RCM5700 标准开发包包含了您使用 RCM5700 模块所必须的必备硬件。下述物品在开发包的标准版本中提供。（1）RCM5700 模块。（2）配有支架/ 接头的接口板。（3）配有支架/ 接头的应用电路开发板。（4）能通过接口板对 RCM5700 进行编程的 USB 线。（5） 手册。（6）用于某些示例程序的数字输入/ 输出及串行通讯附件板。2.1.4 软件系统RCM5700 以 Dynamic C 的 10.44 或更高版本得到编程。开发包的 CD-ROM 内含了Dynamic C 的兼容版本。该版本的 Dynamic C 包含了著名的C/OS-II 实时操作系统,端对端协议 (PPP), FAT 文件系统, RabbitWeb, 以及其它可选库。82.1.5 RCM5700 数字输入和输出RCM5700引脚说明如图5.1所示： 图5.1 RCM5700 引脚说明图RCM5700 模块中 Rabbit 5000 微型处理器的端口图如图6.1所示：图6.1 Rabbit 5000 微型处理器端口图2.1.6 存储器输入/ 输出接口Rabbit 5000 地址线 (A0A19) 和数据线 (D0D7) 从内部连接到板载闪存芯片。I/0 写入(/IOWR) 和 I/0 读出(/IORD) 能用于连接外部设备。并行口 A 也能用作外部输入/ 输出数据总线将外部输入/ 输出和主数据总线隔离。并行口 B 的引脚 PB2PB7 也能用于外部地址总线。在把外部输入/ 输出总线用于以太网或应用电路开发板上的 LCD/ 小键盘模块时,或者为了任何其他理由, 您必须在程序的开始部分添加以下指令行。#define PORTA_AUX_IO / 以便启用外部输入/ 输出总线2.1.7 其它输入和输出Status, /RESET_IN 和 SMODE 输入/ 输出通常都是和编程口相关联的。由于当某个程序被下载并在运行的时候系统并不会使用Status 引脚, Status 引脚引能用于一般目的的 CMOS 输出。在第 4.2.3 节内有对于编程口的更详细说明。RESET_IN 是一个外部输入, 可以用于Rabbit 5000 微处理器和 RCM5700存储器的复位。/ RESET 是一个来自复位电路的输出, 能够用于其它外围设备的复位。两个 SMODE 引脚, SMODE0 和 SMODE1 被结合在一起, 当 RCM5700 在运行模式工作时可以用作特别输入。这两个引脚的逻辑状态能决定复位以后的启动程序。2.1.8 串行口 共有被指定为串行口 A, B, C, D, E 和 F 的六个串行口。所有六个串行口都能以高达系统时钟 1/8波特率的异步模式工作。一个异步端口能够处理 7 或 8 个数据位。该端口也支持第九数据位地址方案, 其中会发送一个额外的数据以便标识讯息内的第一个字节。串行口 A 通常被用作编程口, 但是在应用程序的开发完成以后以及当 RCM5700 在运行模式工作的时候也可以用作异步或时钟串行口。串行口 B, C 和 D 也能够以时钟模式工作。在这种模式工作时, 有一个时钟线路能够为数据的输入和输出同步计时。两种通讯设备中的任何一种都能提供时钟功能。串行口 E 和 F 也能被配置为 SDLC/HDLC 串行口。这两个端口也支持 SDLC 格式的 IrDA 协议。在使用之前必须首先配置串行口 E 和 F。以下的宏指令就是达到#define SERE_TXPORT PEDR#define SERE_RXPORT PEDR#define SERF_TXPORT PFDR#define SERF_RXPORT PFDR2.1.9存储器 静态存储器 RCM5700 的电路板具有 Rabbit 5000 微处理器上 128KB 的芯片内置静态随机存储器。2.2传感器的选择性能的介绍2.2.1 数字温度传感器DS18B20DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介新的“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、 DS1822 “一线总线”数字化温度传感器 同DS1820一样，DS18B20也 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。DS1822的精度较差为 2C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20、 DS1822 的特性 DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！ DS1822与 DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为2C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。 继“一线总线”的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。92.2.2 DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图8.1所示：图8.1 DS18B20的管脚排列图DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。图9.1传感器换算图这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。表9.1 数值转换表TEMPERATUREDIGITAL OUTPUT（Binary）DIGITAL OUTPUT(Hex)+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010190h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh-551111 1100 1001 0000FC90h2.2.3 DS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。10表9.2 DS18B20暂存寄存器分布寄存器内容字节地址温度最低数字位0温度最高数字位1高温限值2低温限值3保留4保留5计数剩余值6每度计数值7CRC校验8该字节各位的意义如下TM R1 R0 1 1 1 1 1：低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）表10.1 分辨率设置表R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。表10.2温度传感器控制指令表指令约定代码功能读ROM33H读DS18B20中的编码符合ROM55H发出命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单线总线上与该编码相对的DS18B20使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读写做准备搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上的DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件做好准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令，适用于单片工作告警搜索命令0ECH执行后，只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应温度变换44H启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500ms（典型为200ms）,结果读暂存器0BEH存入内部9字节RAM中写暂存器4EH发出向内部RAM的第3.4字节写上，下限温度命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据复制暂存器48H将RAM中3.4字内容复制到E2PRAM重调E2PRAM0B8H将E2PRAM中内容恢复到RAM中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”，外接电源供电DS18B20发送“1”2.2.4 DS1820使用中注意事项DS1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题： (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分最好采用汇编语言实现。 (2)在DS1820的有关资料中均未提及单总线上所挂DS1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个DS1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂DS1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 (3)连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 (4)在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。2.3 关键器件选择与性能介绍2.3.1 电磁阀两位三通电磁阀通常与单作用气动执行机构配套使用，两位是两个位置可控：开-关，三通是有三个通道通气，一般情况下1个通道与气源连接，另外两个通道1个与执行机构的进气口连接，1个与执行机构排气口连接，具体的工作原理可以参照单作用气动执行机构的工作原理图如图12.1所示：图12.1 电磁阀工作原理图在气路(或液路)上来说，两位三通电磁阀具有1个进气孔(接进气气源)、1个出气孔(提供给目标设备气源)、1个排气孔(一般安装一个消声器，如果不怕噪音的话也可以不装_)。 两位五通电磁阀具有1个进气孔(接进气气源)、1个正动作出气孔和1个反动作出气孔(分别提供给目标设备的一正一反动作的气源)、1个正动作排气孔和1个反动作排气孔(安装消声器)。3 PVC电动调节三通球阀是阀与电动执行器组成，由调节电动执行器接受420mA信號啟動旋转带动阀体转角为090从而打开和关闭阀门，电动执行器可搭配大部份之阀门，安裝配套容易。产品广泛应用于化工、石油、轻工、轻纺、矿山、电力、船舶、锅炉、供水、交通、冶金、生化、食品制药、制冷、造纸行业的系统控制等项目工程建设的理想配套产品。球阀是意大利进口FIP球阀，球阀密封性能优良,流量系数大,流阻系数小,结构简单,使用寿命长,便于维修。电动执行器是台湾山野的电动执行器其优越性能，可适用于流体管道开关控制。4消费电力: AC10W300W 关闭时间: 8sec / 58sec 090 外壳材质：铝合金粉体涂装及塑料外兩種可供選擇。最大扭力: 353500N-M 防水等级: IP67 , NEMA 4X 周围温度: -30 +65周围湿度: 35%95%RH以下执行器电压：AC:1110V、1220V、3220V、3380V、3440V、24V; DC24V 马达：标准震动频率电磁马达。H等级：OM-1、OM-A； F等级BM-2、OM-2OM-12.内建温控保护装置 (135) 防止马达烧毁。开度指示器：所有的型号在外壳上盖正上方都具有连续机械装置开度指示器。手动操作：无离合器设计，在电力中断时，手动操作可以在没有板手、离合器、以及煞车之下运转。当电动马达正在运转时，不会因为人为操作手轮而影响它的转动。齿轮组：高级合金钢齿轮为了避免阀回转具有自动闭锁的功能。齿轮组在厂内已涂抹足够的抗高温润滑油。工作条件：四周温度：-30oC +65oC.湿度：30% 95%.2.3.2 LED点阵显示屏1602采用标准的16脚接口，其中: 第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第1516脚：空脚字符型液晶显示模块的基本特点：（1）液晶显示屏是以若干个58或511点阵块组成的显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。（2）主控制驱动电路为HD44780（HITACHI）及其他公司全兼容电路，如SED1278（SEIKO EPSON）、KS0066（SAMSUNG）、NJU6408（NER JAPAN RADIO）。（3）具有字符发生器ROM可显示192种字符（160个57点阵字符和32个510点阵字符，见附录一）（4）具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个58点阵字符或四个511点阵字符。（5）具有80个字节的RAM。（6）标准的接口特性，适配M6800系列MPU的操作时序。（7）模块结构紧凑、轻巧、装配容易。（8）单+5V电源供电。（9）低功耗、长寿命、高可靠性1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，如表1所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，HY系列接口特性及时序如表15.1所示：表15.1 HY系列接口特性及时序 项 目符号最小值最大值单位使能周期tcycE1000-ns使能脉冲宽度Pweh450 -ns使能升、降时间Ter,Tef-25ns地址建立时间Tas140-ns地址保持时间Tah10-ns数据建立时间Tdsw195-ns数据保持时间Th10-ns项 目符号最小值最大值单位使能周期tcycE1000-ns使能脉冲宽度Pweh450 -ns使能升、降时间Ter,Tef-25ns地址建立时间Tas140-ns地址保持时间Tah10-ns数据延迟时间Tddr-320ns数据保持时间Tdhr10-ns表15.2信号真值表RSR/WE功能00下降沿写指令代码01高电平读忙标志和AC码10下降沿写数据11高电平读数据表15.3 CGROM和CGRAM中字符代码与字符图形对应关系表0000001000110100010101100111101010111100110111101111XXXX0000CGRAM（1）0Pp一三PXXXX0001（2）!1AQaq乄qXXXX0010（3）“2BRbrXXXX0011（4）#3CScsXXXX0100（5）$4DTdt0XXXX0101（6）%5EUeuPXXXX0110（7）&6FVfvgXXXX0111（8）7GWgwXXXXX1000（1）(8HXhx-1XXXXX1001（2）)9IYiyjyXXXX1010（3）”;JZjzj千XXXX1011（4）+:Kkx万XXXX1100（5）Nn.XXXX1111（8）/?Oo1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表16.1所示表16.1 1602液晶模块内部的控制器指令表指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1 D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移动000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生器地址0001字符发生存储器地址8置数据存储器地址001显示数据存储器地址（ADD）9读忙标志或地址01BF记数器地址10读数到CGRAM或DDRAM10要写的数11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符指令7：字符发生器RAM地址设置指令8：DDRAM地址设置指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据指令11：读数据 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符， DM-162的内部显示地址如表17.1所示：.表17.1 DM-162的内部显示地址表12345678910111213141516000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F（1）液晶显示屏是以若干个58或511点阵块组成的显示字符群。每个点阵块为一个字符位，字符间距和行距都为一个点的宽度。（2）主控制驱动电路为HD44780（HITACHI）及其他公司全兼容电路，如SED1278（SEIKO EPSON）、KS0066（SAMSUNG）、NJU6408（NER JAPAN RADIO）。（3）具有字符发生器ROM可显示192种字符（160个57点阵字符和32个510点阵字符，见附录一）（4）具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个58点阵字符或四个511点阵字符。（5）具有80个字节的RAM。（6）标准的接口特性，适配M6800系列MPU的操作时序。（7）模块结构紧凑、轻巧、装配容易。（8）单+5V电源供电。3 数字温湿度计的软件设计3.1 Dynamic C程序设计系统硬件电路的总体设计主要包括了RCM5700模块电路设计、电磁阀控制电路、温度传感器电路设计、液晶显示电路以及通信接口电路设计如图18.1所示：图18.1 通信接口电路图3.2 RCM5700功能模块的编程控制RCM5700功能模块的编程主要针对系统功能分为以下几部分：温湿度传感器模块控制、LCD显示模块控制、串口通信模块控制、键盘以及电磁阀控制等。其中温度传感器根据硬件电路设计与连接关系，该传感器输出数据采用串行接口方式，与RCM5700模块的PB3和PB5相连，其中PB3作为时钟SCLK，PB5作为数据DATA。8热水经过传感器转化为数字信号，数据采用串行方式与RCM5700模块连接，其中RCM5700模块中PD2、PE2、PD1、PE2分别与AD转换器的CLK、DIN、DOUT、CS相连，以此实现数字温度传感器和RCM5700模块的相连，将热水温度数字化输出送入RCM5700模块中处理。LCD显示模块控制根据硬件电路设计与RCM5700模块连接关系，主要由RCM5700模块的PA端口实现数据线连接，利用RCM5700模块完成对LCD显示模块的控制。LCD显示模块控制信号由RCM5700模块中的PD0-PD3实现控制。串口通信主要利用RCM5700模块端口PC0和PC1作为串口通信端口，分别定义为TXD和RXD。3.3系统主控软件设计本系统主控软件主要借助Dynamic C实现编程与控制，主要包括了温度检测、显示子程序，电磁阀控制、响应与显示子程序，液晶显示屏驱动程序以及系统串口通信程序。系统的软件流程图如图20.1所示：传感器DS18B20（读取信号）温度数字Y主控制器RCM5700（比较X，Y）用户需要温度X1602LCD显示高电平低电平XYXY电磁阀X=Y按键图20.1系统软件流程图3.4 I/O接口及通信软件设计根据RCM5700串口通信RS-232连接关系，本设计中硬件电路设计I/O接口选择了端口PC0和PC1作为串口通信端口，分别定义为TXD和RXD。串口通信调试主要借助串口调试助手实现RCM5700与PC机之间的通信。在编写程序之前，制定其双方通信协议是十分重要的，否则将无法保证通信数据的可靠性，从而失去通信的意义。现约定其通信协议如下： （1）串行通信波特率为1200b p s； （2）帧格式为：一位起始位，八位数据位，一位可编程的第九位 ( 此位为发送和接收的地址/数据的标志位) ，一位停止位； （3）设定地址码为F 1 H。在传送数据前先联络地址码。如地址码正确则传送数据，否则继续联络地址码； （4）无奇偶校验位。数据的通信采用累加和校验的方法，即每传送一组数据 (个数自定，设为100个) ，校验一次累加和是否正确。正确则回送00H，否则回送FFH； （5）通信可以有中断传送方式和查询方式； （6）P C机采用 C O M2通信。本设计采用直接访问方式接口电路，RCM5700与1602显示屏的接口电路图如图21.1所示：图21.1 RCM5700与1602显示屏的接口电路图4系统调试4.1 RCM5700功能模块的测试1.安装Dynamic C2在电脑上连接RCM5700进行接口调试3.在Dynamic C上打开范例一，灯亮，输入以下程序：main() / Initialize DS1 LED (PDO) to outputBitWrPortI(PDDDR, &PDDDRShadow, 1, 0); / Make sure PD0 not set to alternate function BitWrPortI(PDFR, &PDFRShadow, 0, 0);while (1)costateWrPortI(PDDR, NULL, 0);waitfor(DelayMs(50); / On for 50 ms. WrPortI(PDDR, NULL, 1);waitfor(DelayMs(100); / Off for 100 ms.演示结果：LED灯闪烁.将各个端口进行调试，外接一个发光二级管，控制每个端口的连接。直到一个接口灯亮，连通性调试结束。114.2系统各软件功能模块的测试4.2.1主控制器RCM5700与温度传感器的接口设计数字温度传感器DS18B20，可直接与单片机的1位I/O相接，电路结构简单。由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能指令发存储器操作RAM指令处理数据。根据DS18B20的通讯协议，单片机控制DS18B20完成温度转换。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。4.2.1.1 DS18B20的读时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。4.2.1.2 DS18B20的写时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。RCM5700与DS18B20连接电路如图23.1所示：图23.1 RCM5700与DS18B20连接电路图4.2.2 主控制器与1602显示屏的接口设计1602接口引脚功能如表24.1所示：表24.1 1602接口引脚功能引脚号符号状态功 能1Vss电源地2Vdd+5V逻辑电源3V0液晶驱动电源4RS输入寄存器选择1：数据；0：指令5R/W输入读、写操作选择1：读；0：写6E输入使能信号7DB0三态数据总线（LSB）8DB1三态数据总线9DB2三态数据总线10DB3三态数据总线11DB4三态数据总线12DB5三态数据总线13DB6三态数据总线14DB7三态数据总线（MSB）15LEDA输入背光+5V16LEDK输入背光地设计的接口电路采用直接访问方式，RCM5700与1602接口如图24.1所示：PE0PE1PE2PE3PD0PE5PE6PE7PC0PC2PC4RCM5700D7D6D5D4D3D2D1D0ER/WRS1602图24.1 RCM5700与1602显示屏的接口电路图RCM5700与1602显示屏的通信，有固定指令集：清屏：RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 0 0 0 0 1运行时间（250Khz）:1.64ms;功能：清DDRAM和AC值。归位：RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4