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1、摘 要随着社会经济的发展，市场对蔬菜的需求也越来越大，因此越来越多的农民开始种植蔬菜。为了提高产量和收入，人们开始采用大棚来种植蔬菜。温度和湿度是蔬菜生长的重要因素。通过测量大棚内的温湿度，使人们能够控制大棚内蔬菜生长的环境，从而促进蔬菜的生长。因此大棚内温湿度的实时监测就成了蔬菜大棚种植关键。本次设计基于自动控制监测的思想，研究蔬菜大棚温湿度检测与控制方法。根据at89c52单片机为核心设计了一个温湿度检测模块，首先通过DHT11这个温湿集成传感器来对大棚内温湿度进行采集，将采集到的数据信息传给了C52单片机系统进行处理，再将处理好的信号由1602液晶显示出来。当检测得到的温湿度值超过了预定
2、值，单片机驱动蜂鸣器来实现报警。关键词：单片机：传感器：液晶显示：测量：温湿度控制Abstract With the development of society and economy，People on the fresh vegetables needs more and more,there are more and more farmers began to grow vegetables. In order to improve production and income, people began to the canopy to grow vegetables. Tempera
3、ture and humidity is the important factor of vegetable growth,Through the measurement of the temperature and humidity in the shed,To enable people to control the growth of vegetables in the trellis environment, so as to promote the growth of vegetables.So the canopy of the temperature and humidity i
4、n real time monitoring became vegetables planting key trellis.The design is based on the idea of automatic control monitoring, the vegetables canopy temperature and humidity test and control method.According to the at89c52 single chip microcomputer as the core design a temperature and humidity detec
5、tion module, first by DHT11 humidity sensor to the integrated to shed temperature and humidity in the collection, then will the data collected information on to the C52 single chip computer system for processing, and finally to will handle the good signal by 1602 LCD out.If the temperature and humid
6、ity of the detected by value more than the book value, Single chip microcomputer to realize the buzzer drive alarm.Key words: SMC;sensor;liquid crystal display;measurement;temperature and humidity control 目 录1 绪论51.1 蔬菜大棚温湿度测量研究背景与现状51.2 蔬菜大棚温湿度测量的基本原理61.3 蔬菜大棚温湿度测量目的与要求72系统总体方案设计.8 2.1 大棚温湿度总方案选择82
7、.2 单片机芯片选择82.3 显示部分选择102.4 传感器的选择113系统硬件设计123.1 单片机控制主系统模块123.2 采样电路模块153.3 显示电路模块183.4 电路板制作过程193.4.1印制电路版图形.203.4.2腐蚀电路版.213.4.3钻孔与焊接.224 系统软件设计224.1 程序设计思路224.1.1温湿度采集算法224.1.2温湿度理论控制算法224.2 程序模块设计244.2.1DHT11模块程序设计244.2.2液晶模块程序设计264.2.3主程序模块介绍274.3 程序思想分析小结285 调试与心得295.1 硬件调试295.2 软件调试306 总结与展望3
8、06.1 总结306.2 展望31谢 辞33参考文献34附 录351 绪论1.1 蔬菜大棚温湿度测量研究背景与现状 大棚蔬菜生长基本的环境要求要有适宜的光线、无尘、温湿度和二氧化碳等因素。 光线：光线是植物光合作用的基础。一般来说蔬菜光吸收效果最好的是红光，其次是黄光，最差的是蓝紫光。但是受限于科技水平和价格因素，红色光源没有黄色光源更容易实现，所以我们只需在大棚内多安装几盏安白炽灯可以了。 无尘：灰尘对蔬菜的生长有着很大的抑制作用，灰尘堵住了蔬菜叶子上面的呼吸孔，让二氧化碳的吸收和氧气释放的循环减慢，会让蔬菜生长速度减缓甚至枯萎死亡。 温湿度：温湿度是影响蔬菜生长的关键因素。适宜的温湿度能让
9、大棚内蔬菜的生长加快，减少蔬菜生长周期，同时能适当的减少蔬菜得病的几率。 蔬菜大棚内的温湿度范围如下： 温度：白天2535，夜晚1015；湿度：7090%RH。 二氧化碳：二氧化碳是蔬菜生长的催化剂，因此保持合适的二氧化碳浓度是大棚蔬菜种植的关键，我们可以通过燃烧柴火来增加大棚内二氧化碳的浓度，这样既增温又增加了二氧化碳浓度，一举两得。在目前农村生产条件下，这个措施既节约了成本又充分利用了农村大量的剩余秸秆。随着科技的发展与进步，生产自动化智能化成为了一种必然的趋势，而蔬菜大棚的温湿度采集控制就是在这一大背景下而产生的迫切要求。中国是一个发展中的国家，农业生产技术还比较落后，蔬菜大棚种植全自动
10、化智能化还需要较长时间来实现。我们的技术水平和西方发达国家还有着巨大的差距，主要体现在国内的控制技术大部分停留在半自动化的模式上，虽然有部分智能监控技术但也只是运用在一些高端的场所中，而没能广泛的普及。国内目前的温湿度控制技术的欠缺主要体现在： （1）温湿度测控技术无法形成整体上网络化的节点测温布局。没能充分的利用有效地资源空间。 （2）温湿度的测量只能实现半自动化，跟智能化的温湿度控制技术还有一定的距离。 （3）国内目前的采集模块的设计电路过于复杂，制造成本过高。美国及西方国家的物联网智能技术是比较成熟的，他们已经将物联网技术作为一种大力推广的生产形式，并且现在正在不断去完善。物联网是指利用
11、传感器将周围的物体集结到一个总体上，由这个总体来无线的控制着周围的设备。举个简单的例子：冬天的时候，在回到家之前只要一条短信，家里的暖气就会打开。物联网技术包括了智能家居、交通监控、智能环保、智能防盗等。在中国，物联网技术则主要集中运用在比较发达的沿海城市，以及些许内陆大城市，在农业推广方面还刚刚起步。我国的物联网技术已经不在单单是一种新型的技术，它已经上升到了一种国家战略的层次上。物联网技术必须以一种更见广泛、更加智能化的模式来推广到全国各个角落。1.2 蔬菜大棚温湿度测量的基本原理在这个全新的理念下，将一个大棚作为一个整体来考虑，大棚室内需要监控的因素分成多个点来监测。我们将大棚温湿度测量
12、系统的分成温湿度采集监控模块、显示模块、报警模块、调节设备模块等等。将这些模块通过一个协调器连接起来，而这个协调器有与总线服务端连接。这样一来只要有一个监控总站就可以控制大棚内部各个因素了。而本课题的研究设计对象就是其中的温湿度的采集与控制。 物联网模仿图如图1-1所示，上位机通过协调器控制着一系列的系统小模块。每个模块都在固定的区域上运行。上图的设计思路采用了物联网的设计理念，这种设计思想使得各个模块布局形成了一个网络化模式。这样的模式不但便于管理、维护，同时也降低了成本耗材，最主要的是能实现智能控制，提高了生产效率。控制协调器温湿度采集模块显示模块报警模块调节模块上位机图1-1 物联网模仿
13、图首先利用温湿度采集模块在现场端进行采集温湿度数据，并反馈到89C52单片机处理，处理之后的信号通过液晶显示模块显示，当采集到的数据不符合要求，蜂鸣器报警模块就会响应并报警，并且将信号传递给单片机，由单片机驱动温湿度控制设备将温湿度进行调整。上位机可以实时的查看想要查看的区域温湿度。蔬菜大棚长度比较长，长度大概为70米，所以可以在与大棚垂直的方向等距离的分布四条总线。每一个温湿度小模块连接在一条总线上，因此选择了双绞线光缆，双绞线的光缆有传输速度块、抗干扰性强、耐腐蚀等优良特点。一个大棚内安装一台测控单元，每一台测控单元可以接多跟光缆总线。所以把这四条光缆总线接到测控单元。测控单元通过S485
14、将信号传给上位机。在上位机那可以实时查看到任何一个温湿度模块的温湿度。每一块温湿度模块都有属于自己的ID，上位机就通过这个ID查看到相应的温湿度。大棚内温湿度超出了温湿度设置的上下限，单片机就会控制报警模块报警。 西方发达国家的蔬菜种植控制的网络结构图如1-2所示。 图1-2 大棚系统图1.3 蔬菜大棚温湿度测量的目的和要求 随着经济社会的发展，科技发展日新月异，而农村的生产条件还比较落后和原始，蔬菜的种植方面露天种植还占着很大的比重，而为了提高农民收入和缩小农村和城市的差距，国家鼓励科技下乡，文化下乡，让科技带领农民致富奔小康。因而国家大力鼓励大棚蔬菜的推广，而大棚推广必须有合适的温湿度测量
15、设备作为辅助，就是在这个大背景下，开始了对大棚温湿度测量设备的研究。本次设计是基于at89c52单片机设计了一个温湿度测量模块。通过DHT11温湿度传感器来采集蔬菜大棚内温湿度的数据，然后将采集到的数据信息传给了89C52单片机系统进行处理，再将处理好的信号由1602液晶显示出来，如果测量的值超过了预定的范围，就通过报警电路蜂鸣器来报警。用软件对原理图进行仿真，用仪器对作品进行测试和校正，然后对误差进行分析。通过对本次设计的研究和实践，不仅提高了自身的电路设计水平，也对单片机，温湿度测量原理有了更好地理解，对软件和仪器的使用有了更大的掌握。 大棚蔬菜温湿度测量的要求： （1）了解并掌握温度、湿
16、度的常见测量方法。 （2）自学相关的传感器原理，并选用合适的传感器完成相关的测量工作。 （3）温湿度变化时能实时通过LED或LCD显示。 （4）设置温湿度的上下限，当参数超过阈值时实现报警。 本文的设计主要是将硬件和软件结合实现温湿度的测量控制，需要研究设计的内容如下： （1）完成温湿度模块系统的设计 （2）元器件的选择 （3）外围保护电路的设计 （4）温湿度采集与显示以及控制算法设计 （5）硬件功能方面的实现 （6）整个蔬菜大棚内分点测温、控温的布局网络思路设计2 系统总体方案设计2.1系统总方案选择系统总方案设计的核心是at89c52单片机，以单片机最小系统为基础，扩展电路，加上由传感器构
17、成的采集电路，显示电路，报警电路等最终构成了系统总体的方案设计。在时钟晶振的起振下，单片机系统有了运行的能力。温湿度传感器采集周围空间的温湿度，再将信号传递给单片机，由单片机进行处理。等单片机处理好以后就传给显示模块显示出相应的温湿度。在单片机的处理过程中如果检测到温湿度超过了设置的上下极限值，蜂鸣器报警系统就会报警，提醒人们来改变温湿度。大棚蔬菜的种植就会保持在一个适宜温湿的状态下进行。系统硬件框图如下所示AT89C52单片机复位电路液晶显示电路程序烧制电路蜂鸣器报警电路温湿度传感器电路时钟震荡电路 图2-1 总体方案设计框图2.2 单片机芯片的选择 一般来说说，我们做设计基本上都用89C5
18、系列的单片机,89C5系列的单片机是一种现在很普遍的单片机，与其他系列的单片机相比有如下的优势：（1）存储器有片内存储和片外存储两种存储器，控制器的容量都是跟自身芯片面积成比例关系。由于集成度的限制，单片机的存储容量不是很大的。两种存储方式给有限的存储空间带来了优势，并且两种存储方式都容易实现访问，只是在访问的方式上有区别而已。（2）内部的ROM和RAM分工严格，在单片机内部ROM是专门存放程序的，即存储一些程序指令、常数及数据表格。而RAM则为随机的数据存储器。 （3）位处理功能很强，单片机中对于逻辑的控制处理能力强，尤其体现在对位功能的处理，对位处理的同时，单片机的运行速度还是很快的。 所
19、以在这次的课题设计中我选择了at89C52单片机控制芯片，这类单片机是一种微控制器的模型计算机。AT89C52相对于AT89C51单片机来说，多了4K的ROM，同时还多了128RAM和一个中断源、一个定时器。这两种芯片的价格是差不多，自然就选择了性能更全面的AT89C52了。89C52单片机是一种低压的高性能8为控制器芯片。它拥有包括8K的闪存存储器，这样可以反复的读取闪存，同时还有256字节的随机存取器，是一种高密度器件，amtel公司生产了这种非挥发性记忆体技术，该单片机与标准的MCS-51指令兼容，内部设置八位双通道芯片的中央处理器以及flash存储单元功能，功能强大的微控制器AT89C
20、52单片机微控制器可提供更加先进的许多应用程序来控制这些系统。单片机的引脚图以及逻辑符号图如下：图2-2芯片管脚图AT89C52有40根管脚，32个外部双向输入输出控制端口，同时包括两个外部中断口，三个十六位可编程定时计数器和两个全双工串行口。两个写端口线路。AT89C52单片机的编程方法并不是在线编程的。它是将一个共同的处理器和闪存产品系列。尤其是可反复擦除的闪存可以有效地降低了开发该芯片的成本。2.3 显示部分的选择 显示器件一般有液晶显示器和LED发光数码管，由于本次测量要显示温度和湿度，并要显示测量的范围，因此数据比较多，用发光数码管的话，必须要数个才可以，所以我选择了LCD1602液
21、晶显示器作为显示部分。LCD1602显示的容量为2行16个字。1602显示器有如下优点：功耗低、体积小、显示内容较丰富、使用方便等，且相对于数码管而言，显得更专业、美观、大方。其中：第1管脚：接地第2管脚：接正5V电源第3管脚：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，使用时可以用10K的滑动变阻器进行调节。第4管脚：寄存器选择端口，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器第5管脚：R/W读写信号端口，高电平时为读信号，低电平时为写信号。当RS和RW同为低电平时，可以写入指令或者显示地址，当RS为高电平RW为低电平时，可以写入数据，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号
22、。第6管脚：E端为使能端口，当E端有高电平变成低电平时，显示器执行命令第714管脚：D0D7为8位双线数据端口第15管脚：背光电源正极第16管脚：背光电源负极LCD1602的管脚接线图如下图3.5.1所示： 图24 LCD1602显示电路1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符包括：阿拉伯数字、常用的符号、英文字母的大小写和日文假名等。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，我们就能看到字母“A”。 因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII
23、码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。1602通过D0D7的8位数据端传输数据和指令。显示模式设置： (初始化) 0011 0000 0x38设置162显示，57点阵，8位数据接口；显示开关及光标设置： (初始化) 0000 1DCB D显示(1有效)、C光标显示(1有效)、B光标闪烁(1有效 0000 01NS N=1(读或写一个字符后地址指针加1 &光标加1)， N=0(读或写一个字符后地址指针减1 &光标减1)， S=1 且 N=1 (当写一个字符后，整屏显示左移)， S=0 当写一个字符后，整屏显示不移动，数据指针设置： 数据首地址为80H，所以数据地址为80H
24、+地址码(0-27H，40-67H)其他设置： 01H(显示清屏，数据指针=0，所有显示=0)；02H(显示回车，数据指针 =0)。2.4传感器的选择 我们要选择合适的传感器来较好的采集到数据并发送给单片机处理，而主要有两种常见传感器可以供我们选择： （1）DS1820概述 在单片机的测温领域中，DS1820是很常用的温度传感器。这款传感器主要有以下特点： 单总线的数据传送方式，使得数据传送简单化。 没有外围电路，结构简单，设计方便，减少了耗材损失，降低成本。 数字化的数据传输减少了AD数模转换，便于了程序的设计。 温度范围为-55摄氏度到+125摄氏度，固有测分辨率为0.5摄氏度。（2）DH
25、T11概述DHT11是将温度与湿度结合于一身的数字温湿度传感器，这个“数字”还便于单片机处理数据。于此同时这款传感器的设计电路也简单。而量程，精度等都符合了蔬菜大棚测量的要求。对比于DS1820，DHT11不再需要湿度传感器来测量湿度，减少了电路节约了成本，所以我选择了DHT11。 图2-5 DHT11实物图 DHT11是一个校准温湿度同时也是数字化输出数据的一款相对适用的数字化传感器。它利用了专用的数字化模块以及灵敏性极强的一种传感技术设计而成。为了保证该型号的传感器可靠性强以及良好的长期的稳定性，该产品专用了一个电阻原件和湿NTC温度感知设备，同时也配有性能极高的八位微控制中央处理器。只样
26、子，它才能具有良好的可靠性、极强的抗干扰能力以及高效率的采集速率。每个DHT11温湿度传感器都是非常准确的校准室，经过校准后的校准系数就会被保留在传感器的程序存储器里面。在运行检测的过程中，内部传感器就调用这些系数来处理相关的系数。DHT11是只有一条线的串行接口，只有一条线的传感器就会使系统变得更简单。同时又具备体积小，耗能低、的优点。DHT11信号的传递的最大距离为二十米，如此长的距离才能被人广泛使用该类传感器。3 系统硬件设计3.1单片机控制主系统模块 硬件设计以单片机构成的最小系统为核心。单片机最小系统是指能使单片机工作的最少元器件组成的系统。以最小系统为核心，再向周围扩充一些外围电路
27、来控制外围设备，由此我们就完成了单片机控制主系统模块的基本设计。 （1）起振模块 图3-1 起振模块图为了保证单片机能正常工作，在振荡器不起振的情况下，这个单片机系统是不能工作的，再假如这个振荡器的运行不规律的话，系统在执行运行程序的时候在时间上是会出现混乱以及误差的。这种情况在通信行业领域会体现得很明显：整个电路将无法进行通信。这个起振功能模块是由一个晶振以及两个瓷片电容构成的，功能模块上的X1，X2分别接到单片机上的X1，X2端口。这样就将起振模块与单片机连接起来了。（2） 复位电路模块 图3-2 复位电路模块图 当按一下开关按钮，这时候就会给单片机一个复位的信号，这个复位信号是低电平的，
28、并且这个信号将会使单片机的程序从头开始运行。总的来说有两种复位方式：上电复位和手动复位。上电复位就是利用系统在一上电时利用电容两端电压不能突变的原理给最小系统一个短时间的有效低电平。而手动复位就是通过按钮来接通并且给低电平让系统进行复位的，这个时候如果手一直按着按钮，那么这个系统将会一直复位。这样就不能使程序正常进行了。在这里需要注意的是电解电容的正负极，假如这个电解电容的正负极接反了，这个就可能会造成爆炸的危险。 （3）蜂鸣器报警模块 图3-3 蜂鸣器报警模块 这个模块由单片机的FM引脚发出一个信号，再有三极管将信号放大，由这个经过放大的信号来驱动蜂鸣器，使蜂鸣器发出响声。这个模块主要是在当
29、程序里面需要用到报警来提醒人们的时候，这时候的模块就会有用了。 （4）流水灯模块 图3-4 流水灯模块 这个模块由8个LED灯以及1K欧的上拉排阻构成，上拉排阻主要是为了帮LED灯流分担电压，因为led灯的电压一般在0.7V这样子就可以了。这个功能模块最大作用就是在调试程序的时候，如果想知道某些管脚是否有信号，就可以通过那根管脚间接的来控制灯的暗灭，这样的调试比较直观 （5）串口通信模块 串口RS232 图3-5 RS232在计算机通信方式中分为两种，一种是串行通信，另一种是并行通信。并行通信传输速度快、控制简单。但是并行通信线路多，成本高，不支持远距离传输。所以在本次的课题研究中选择了RS2
30、32串行通信。串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。串行通信是现在通信领域普遍使用的通信方式。串行通信的特点是：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。 RS232简介：a RS232串口通信能支持最远的距离是二十米，超过二十米，这个串口通信就会失真。b RS232是双工通道的，能做到双向通信，极限传递速度为二十KBPSc RS232采用的传送方法是负逻辑量化，同时跟地面相对。 从上表中可以看出，RS232主要完成的工作就是信号的转换，即把模拟信号转换成数字信号或者把数字信号转换成模拟信号。还有就是响应问答信号，如果
31、通讯设备准备好了就可以就收信号了。等接收完成后还发送了结束信号。 MAX232 图3-6 MAX232之所以选择MAX232,是因为这个芯片与上面介绍的RS232串口是相配套的，常用作电平转换芯片，一般用于串口通信。由于电脑串口输出电压高达12V，直接与单片机连接会烧坏芯片。所以用MAX232来进行电平转换。MAX232芯片采用单+5V电源供电，仅需几个外接电容即可完成从TTL到RS232电平的转换，共两路。典型电路如图所示。只需要连单片机的RXD（3.0）和TXD（3.1）管脚即可3.2 采样电路模块 图3-7 DHT11温湿度传感器的典型电路图DHT11温湿度传感器的典型电路图如图3-7所
32、示，采用单一引线与单片机连接，同时在这个管脚上还有一个5K的上拉电阻，pin1跟pin4分别接电源的正极和负极。DHT11采用单一传输线的特点，将此根管脚传送数据的同时也在传送着时钟信号。这样的传输方式使得DHT11无需其他的外围器件，电路设计更加的简单。 (1)DHT11时序 电源引脚DHT11温湿度传感器的电源电压一般是3-5.5V，刚开始启动后，要等待不发送任何指令的时间段，这个时间段一般为一秒，在这段时间里DHT11是不稳定的，所以必须等这1秒钟过去之后才能对DHT11进行操作。两个电源的管脚之间有一个100nf的附加滤波电容。 串行接口 (单线双向) DATA管脚是用于单片机与DHT
33、11进行通信的引脚，它是一种单道的信号模式，每4毫秒左右可以进行一次数据沟通。所采集到的数据分为整数部分和小数部分。具体的操作格式如下所述：一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。单片机向DHT11发送一个开始信号，此时传感器就会从低耗能模式转变成高功耗模式，并且启动传感器等待单片机开始信号的结束。DHT11发动响应信号并且发送40位的数据给单片机，并
34、且引发数据采集。如果传感器没有接受到单片机传过来的开始信号，就不发采集和发送40位数据。这是的传感器也会转换到低速模式。通讯过程如图所示 图3-8 温度传感器的时序图 在一般的情况下总线为高电平，如果它为低电平的话就说明传感器在发送响应信号。主机将开始信号拉低必须大于18毫秒以便使传感器能检测到开始信号。传感器接收到启动信号以后，自身也会发出80us的响应低电平。主机发送开始结束信号，就是拉高电平，这个高电平要持续20-40us。延时信号结束后，主机开始读取响应信号。 图3-9 温度传感器的时序图 总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发
35、送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。数字0信号表示方法如下图：数字1信号表示方法.如图所示： 图3-10 温度传感器的时序 图3-11 温度传感器的时序图 .3显示电路模块经过查阅资料得知，1602液晶的功能已经足够了该课题的需要，主要是因为1602的电路结构相对于12864要简单得多，容易学习。对于这个课题来说，1602的性价比比较高。1602液晶显示器分为两种，一
36、种是自带背光的，还有一种是不带背光的。带背光与不带背光的区别只是厚度上和引脚多少的差别，带背光的比较厚，同时也多了两根引脚。这两根引脚就是背光的正极和负极。但在实际的应用中两者是没有差别的， 1602LCD主要技术参数如下： 显示容量:162个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm所谓1602是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符
37、型液晶。基本操作时序如下： A 读状态：从单片机给RS管脚输入一个低电平，同时给RW输入一个高电平，再给功能引脚E一个高电平，这时候就能从液晶显示器的DB0DB7中读出相应的状态字。可以简写为：输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=状态字 B 写指令：从单片机给RS管脚输入一个低电平，同时给RW输入一个低电平，给功能引脚E一个高脉冲，给液晶显示器的DB0DB7输入相关的指令信息，在这个状态下 显示是没有什么输出可言的，这个状态主要是给液晶显示器的命令而已。可以简写为：输入：RS=L，RW=L，E=高脉冲 DB0DB7=指令码输出： 无 C 读数据：从单片机给RS管脚输入一个高电
38、平，同时给RW输入一个高电平，再给功能引脚E一个高电平，这时候就能从液晶显示器的DB0DB7中读出相应的数据，这个主要是读取液晶显示器的里面的信息，然后输出给单片机处理。可以简写为：输入：RS=H，RW=L，E=H 输出：DB0DB7=数据。D 写数据：从单片机给RS管脚输入一个高电平，同时给RW输入一个低电平，再给功能引脚E一个高脉冲，这时候液晶显示器的DB0DB7中输入相应的数据，这个功能最主要的就是向液晶显示器写进数据。可以简写为：输入：RS=H，RW=L，E=高脉冲 DB0DB7=数据 输出： 无 。 显示模块原理图如下： 图12显示模块原理图3.4电路板制作过程制作电路板在整个设计过
39、程是很关键的，印制电路板质量的好坏将会影响硬件调试，所以电路板的制作要比较小心。首先我们要用 Proteus仿真软件来仿真，在用Protel99来绘制PCB图并封装布线，然后就是打印图纸熨烫电路图腐蚀电路板钻孔焊接了。 Proteus是一款功能齐全、应用广泛的仿真软件，其ISIS用来做仿真非常方便，尤其是基于单片机的系统仿真。在制作硬件电路之前，用Proteus对电路原理图和程序进行仿真，不仅能验证电路原理的正确性，还可以进行软件的调试，使测量结果更符合设计要求，并对设计的正确性做出分析。在进行仿真之前，先学习Proteus的基本操作，熟悉使用软件。在Proteus上找好元器件，连接好电路图，
40、将元件的各参数值设计好，接上电源和地。特别注意LCD显示器的8个数据端口需要接上拉电阻。 通过用Proteus仿真过后，初步确定了设计的合理性和可行性，可以对原理图进行绘制和PCB设计。本次绘图使用了Protel99绘制原理图和PCB封装。在进行绘制原理图之前，熟悉和掌握Protel99的使用方法和技巧是必不可少的。元器件的制作、查找和摆放，以及绘制原理图的方法和注意事项；PCB封装的制作和与元器件大小、尺寸的匹配以及布线的方法等。绘制原理图时注意：连线简洁，在同一图纸上元件路线较多时，则使用网路标号表示；连线要清楚的表示连接关系，当连接线路比较多且相对较集中时，可以使用总线来连接它们。绘制完
41、成以后，要对所有元件进行重新编号和封装的修改，必要时可以标注一些元器件的大小，比如：电阻阻值、电容值。绘制完原理图后，仔细检查元件之间是否连接上，标号是否重复，电源线和地线是否接好。确定原理图无误后，即可进行PCB图的封装。 元件的封装必须按照元件的实物来确定其大小，比如焊盘大小、外轮廓的大小等，绘制封装过程中注意焊盘必须设置成多层上，元件的外轮廓绘制在Top Overlay，芯片的第一管脚通常设置成方形。建立之后必须和原理图元件相关联起来。当元器件无法在封装库中找到时，则根据元件实物的大小绘制出此元件的PCB封装图，并将绘制好的封装图导入到库中，然后从库中将元件导出。检查元件是否全部导出到P
42、CB封装图中，元件的连线是否完整、正确，型号、大小与实物是否匹配。检查完后，将元件挪动到合适的位置，即可进行布线。 PCB布线按照布线形式可分成两种布线方式：手动布线和自动布线。两种布线各有优缺点：一般情况下，当原理图较为简单，元器件较少时，可以用手动布线；反之，但原理图较为复杂，元件较多时，可以先用自动布线，自动布线完成以后，用手动布线进行修改，这样既方便、省时，也保证了布线的正确和简洁。本设计采用手动布线，信号线的大小设置为0.8mm，电源线的大小为1.5mm,地线的大小为1.8mm。在确定元件原理图与封装图完全正确后，就可以进行电路板的布局布线了。首先是确定电路板的大小，形状。设置完成后
43、，导入PCB封装，然后进行元件的布局操作，布局操作遵循基本原则是：（1）首先考虑电磁兼容。（2）布局要疏密有序，同时兼顾飞线交叉最少。（3）经常调试的元件应放到合理的位置方便调试。（4）体积比较大的元件必须加支架。（5）干扰比较大的元件需远离敏感元件。（6）发热大的元件需加散热片，且要远离敏感元件。 完成布局之后，开始设置布线规则，信号线一般使用0.8mm左右，电源线一般使用1.5mm，地线在1.5mm2mm之间尽量加宽。 规则设置完成之后，先把最短的线路连接起来，然后观察布线的密度和可行性，并且对元件的布局进行调整，以使布线能成功。反复的布线修改，知道达到要求。 布线时一些比较重要的线可以通过手动布线完成，其余的可以交给计算机的自动布线去完成。部分设计人员不愿意用计算机进行自动布线，所有的线路都通过手动布线完成，其实没有必要，因为现在的计算机越来越强大，已能够满足布线要求。3.4.1硬制电路板图形 将设计好的PCB电路图在打印机上打印出来，用手拿图纸的时候切记乱折。以免图纸上的石墨被刮掉。所以最好是夹在书本里，以保持完整的图形，便于熨烫。 在熨烫电路图纸之前应先将硬制电路板上的那些氧化物用。一般的印制板都会裸露的空气中，长期的裸露会使得硬纸板的表面产生黑色的氧化物。如果没有出去这些氧化物，在熨烫电路图时就不能得到完整的电路图形。所以应该用砂纸抹去那些氧化物。当
