基于單片機的溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

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1、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 任務(wù)書 設(shè)計（論文）題目： 基于單片機的溫度控制系統(tǒng) I 摘要 溫度是日常生活中無時不在的物理量，溫度的控制在各個領(lǐng)域都有積極的意義。很多行業(yè)中都有大量的用電加熱設(shè)備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的坩鍋電阻爐及各種不同用途的溫度箱等，采用單片機對它們進行控制不僅具有控制方便、簡單、靈活性大等特點，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，智能化溫度控制技術(shù)正被廣泛地采用。 本溫度設(shè)計采用現(xiàn)在流行的AT89S51單片機，配以DS18B20數(shù)字溫度

2、傳感器，該溫度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進行比較，由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟設(shè)備。 本設(shè)計還加入了常用的數(shù)碼管顯示及狀態(tài)燈顯示燈常用電路，使得整個設(shè)計更加完整，更加靈活。該設(shè)計已應(yīng)用于花房，可對花房溫度進行智能監(jiān)控。 【關(guān)鍵詞】 溫度箱，AT89S51，單片機，控制，模擬 Temperature control system used single chip computer ABSTRACT The temperature is constant

3、ly in the daily life of physical and temperature controls in various fields have a positive meaning. A lot of businesses have a lot of power heating equipment, such as that used for the heat treatment furnace, for melting metal crucible resistance heaters and the various uses of temperature bins, SC

4、M using their right to control not only easy to control, simple, such as the characteristics of flexibility, but can also significantly increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality of the products. Therefore, intelligent temperature contro

5、l technology is being widely adopted. The temperature was designed with the now popular AT89S51 SCM, and with DS18B20 digital temperature sensor, The temperature sensor can set up their own temperature collars. SCM will detect that the temperature of the input signal and temperature, the lower com

6、parisons this judgment whether to activate the relay to open the equipment. The design also includes commonly used digital display and control state lights commonly used circuit, making the whole design more complete, more flexible. The design has been applied to someone, to someone intelligent te

7、mperature control. 【Key word】 Temperature， AT89S51， SCM， Control， Simulation 目 錄 一、引言 1 1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的背景、發(fā)展歷史及意義 1 1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的 1 1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能 2 二、總體設(shè)計方案 2 2.1 方案一 2 2.2 方案二 2 三、DS18B20溫度傳感器簡介 9 3.1 溫度傳感器的歷史及簡介 9 3.2 DS18B20的工作原理 9 3.2.1 DS18B20工作時序 9 3.2.2 ROM操作命

8、令 11 3.3 DS18B20的測溫原理 11 3.3.1 DS18B20的測溫原理: 11 3.3.2 DS18B20的測溫流程 13 四、單片機接口設(shè)計 14 4.1 設(shè)計原則 14 4.2 引腳連接 14 4.2.1 晶振電路 14 4.2.2 串口引腳 14 4.2.3 其它引腳 15 五、系統(tǒng)整體設(shè)計 16 5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 16 5.1.1 主板電路設(shè)計 16 5.1.2 各部分電路 16 5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 18 5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路 18 5.2.2 系統(tǒng)程序流圖 19 5.3 調(diào)試 24 六、結(jié)束語 26 附錄 2

9、7 參考文獻 35 致謝 36 - 4 - 一、引言 1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的背景、發(fā)展歷史及意義 隨著社會的發(fā)展，科技的進步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個方面，但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實際問題。針對這種實際情況，設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實際意義。 溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機械制造、糧食存儲、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域

10、內(nèi)，溫度常常是表征對象和過程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當?shù)臏囟认虏拍苷＿M行；煉油過程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉的儲糧就會變質(zhì)霉爛，酒類的品質(zhì)就沒有保障。因此，各行各業(yè)對溫度控制的要求都越來越高?？梢?，溫度的測量和控制是非常重要的。 單片機在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應(yīng)運而生。 1.2

11、溫度控制系統(tǒng)的目的 本設(shè)計的內(nèi)容是溫度測試控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實在很多場所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對此問題，本系統(tǒng)設(shè)計的目的是實現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實用又廉價的控制系統(tǒng)。 1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能 本設(shè)計是對溫度進行實時監(jiān)測與控制，設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當溫度低于設(shè)定下限溫度時，系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時綠燈亮。當溫度上

12、升到下限溫度以上時，停止加溫；當溫度高于設(shè)定上限溫度時，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時紅燈亮。當溫度下降到上限溫度以下時，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時，執(zhí)行機構(gòu)不執(zhí)行。三個數(shù)碼管即時顯示溫度，精確到小數(shù)點一位。 二、總體設(shè)計方案 2.1 方案一 測溫電路的設(shè)計，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 2.2 方案二 考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機電路設(shè)計，采用一只DS18B20

13、溫度傳感器，直接讀取被測溫度值，之后進行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計要求。 比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計容易實現(xiàn)，故實際設(shè)計中擬采用方案二。 在本系統(tǒng)的電路設(shè)計方框圖如圖2.1所示，它由三部分組成:①控制部分主芯片采用單片機AT89S51；②顯示部分采用3位LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示；③溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器。 加熱繼電器 電風(fēng)扇繼電器 單 片 機 DS18B20 LED顯示 指示燈 圖2－1 溫度計電路總體設(shè)計方案 （1）

14、控制部分 單片機AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。 （2）顯示部分 顯示電路采用3位共陽LED數(shù)碼管，從P0口送數(shù)，P2口掃描。 （3）溫度采集部分 DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫。這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機的P1.0口，單片機接

15、受溫度并存儲。此部分只用到DS18B20和單片機，硬件很簡單 1) DS18B20的性能特點如下[9]： 1) 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 2) 多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； 3) 無須外部器件； 4) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～5.5V； 5) 零待機功耗； 6) 溫度以3位數(shù)字顯示； 7) 用戶可定義報警設(shè)置； 8) 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 9) 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 (2) DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20

16、采用3腳PR－35封裝，如圖2.2所示；DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 圖2－2 DS18B20封裝 (3) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成[5]： 1) 64位光刻ROM。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因[10]。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下. 表2－1 ROM結(jié)構(gòu) 8b檢驗CRC 48b序列號 8b工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB

17、 LSB 圖2－3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2) 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。 3) 高速暫存存儲，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2PRAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)和字

18、節(jié)定義如圖1.3所示。低5位一直為１，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。 表2－2 DS18B20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu) Byte0 溫度測量值LSB（50H） Byte1 溫度測量值MSB（50H） E2PROM Byte2 TH高溫寄存器 ---- TH高溫寄存器 Byte3 TL低溫寄存器 ---- TL 低溫寄存器 Byte4 配位寄存器 ---- 配位寄存器 Byte5 預(yù)留（FFH） Byte6 預(yù)留（0CH） Byte7 預(yù)留（IOH） Byte8 循環(huán)冗余碼校驗（C

19、RC） 5 2) 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。 3) 高速暫存存儲，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。 DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率,如圖1.4。 圖2－3 DS18B20字節(jié)定義 TM R1 R0 1 1 1 1 1 由表1.1可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)

20、衡考慮。 高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃／LSB形式表示。 當符號位S＝0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位S＝1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。 表1.2是一部分溫度值對

21、應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)[6]。 表2－4 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表 R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms 0 0 9 93.75 0 1 10 187.5 1 0 11 375 1 1 12 750 表2－5　一部分溫度對應(yīng)值表 溫度/℃ 二進制表示 十六進制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H +10.125 0000 0000

22、 1010 0001 00A2H +0.5 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H -0.5 1111 1111 1111 0000 FFF8H 續(xù)表2－5 -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H 4) CRC的產(chǎn)生 在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（CRC

23、）。主機根據(jù)ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 37 三、DS18B20溫度傳感器簡介 3.1 溫度傳感器的歷史及簡介 溫度的測量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的

24、計量標準?？墒撬娜秉c是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計和金屬簧片溫度計，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低，只能作為一個概略指示。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中為了配合遠傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測方法，常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢等)的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。 3.2 DS18B20的工作原理 3.2.1 DS18B20工作時序 根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20

25、完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟： 1. 每一次讀寫之前都必須要對DS18B20進行復(fù)位； 2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令； 3. 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。 復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待15～60微秒左右后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，具體工作方法如圖2.1，2.2，2.3所示。 (1) 初始化時序 圖3－1 初始化時序 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機知道，總

26、線上有從機設(shè)備，且準備就緒。主機輸出低電平，保持低電平時間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機釋放總線，4.7KΩ上拉電阻將總線拉高，延時15～60us，并進入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時480us[12]。 (2) 寫時序 圖3－2 寫時序 寫時序包括寫0時序和寫1時序。所有寫時序至少需要60us，且在2次獨立的寫時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間，都是以總線拉低開始。寫1時序，主機輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時60us。寫0時序，主機輸出低電平，延時60us，然后釋放總線，延時2us[8]。 (3) 讀時序 圖3－3 讀時序

27、 總線器件僅在主機發(fā)出讀時序是，才向主機傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要60us，且在2次獨立的讀時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間。每個讀時序都由主機發(fā)起，至少拉低總線1us。主機在讀時序期間必須釋放總線，并且在時序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機輸出低電平延時2us，然后主機轉(zhuǎn)入輸入模式延時12us，然后讀取總線當前電平，然后延時50us[4] 3.2.2 ROM操作命令 當主機收到DSl8B20 的響應(yīng)信號后，便可以發(fā)出ROM 操作命令之一，這些命令如表2.2：ROM操作命令。 3.3 DS18B20的測溫原理

28、 3.3.1 DS18B20的測溫原理: 每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中。主機在進入操作程序前必須用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號讀出。 程序可以先跳過ROM，啟動所有DSl8B20進行溫度變換，之后通過匹配ROM，再逐一地讀回每個DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。 DS18B20的測溫原理如圖2.4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS1

29、8B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 ℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 ℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2.3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線

30、性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值. 表3－1 ROM操作命令 指令 約定代碼 功 能 讀ROM 33H 讀DS18B20 ROM中的編碼 符合ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準備 搜索ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作好準備 跳過ROM 0CCH 忽略64位RO

31、M地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。 續(xù)表3－1 告警搜索 命 令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng) 溫度變換 44H 啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為500MS，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3，4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器 48H 將E2PRAM中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PRAM中 重調(diào)E2PRAM 0BBH 將E2PRAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM

32、中的第3，4字節(jié) 讀 供 電 方 式 0B4H 讀DS18B20的供電模式，寄生供電時DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1” 另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 減法計數(shù)器 斜坡累加器 減到0 減法計數(shù)器 預(yù) 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計數(shù)比較器 預(yù) 置 溫度寄存器 減到0

33、 圖3－4 測溫原理內(nèi)部裝置 3.3.2 DS18B20的測溫流程 初始化 DS18B20 跳過ROM 匹配 溫度變換 延時1S 跳過ROM 匹配 讀暫存器 轉(zhuǎn)換成顯示碼 數(shù)碼管顯示 圖3－5 DS18B20測溫流程 . 四、單片機接口設(shè)計 4.1 設(shè)計原則 DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.1所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。本設(shè)計采用

34、電源供電方式， P1.1口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管和89S51的P1.0來完成對總線的上拉。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10 μs。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟： l 初始化； l ROM操作指令； l 存儲器操作指令。 4.2 引腳連接 4.2.1 晶振電路 單片機XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中間再并個12MHZ的晶振

35、，形成單片機的晶振電路。 4.2.2 串口引腳 P0口接9個2.2K的排阻然后接到顯示電路上。P1.0溫度傳感器DS18B20如圖3.1所示。 18B20 單 片 機 P1.0 VCC GND 圖4－1 DS18B20與單片機的接口電路 P1.1和P1.2引腳接繼電器電路的4.7K電阻上，P1口其他引腳懸空 P2口中P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分別接到顯示電路的4.7K電阻上，P2.5接蜂鳴器電路，其他引腳懸空 P3口中P3.5、P3.6、P3.7接到按鍵電路 4.2.3 其它引腳 A

36、LE引腳懸空，復(fù)位引腳接到復(fù)位電路、VCC接電源、VSS接地、EA接電源 五、系統(tǒng)整體設(shè)計 5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 5.1.1 主板電路設(shè)計 單片機的P1.0接DS18B20的2號引腳，P0口送數(shù)P2口掃描，P1.1、P1.2控制加熱器和電風(fēng)扇的繼電器。如附錄2。 5.1.2 各部分電路 (1) 顯示電路 顯示電路采用了7段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機的輸出端口，便于程序的編寫。 圖5－1 顯示電路圖 (2) 單片機電路 圖5－2 單片機電路引腳圖 (3) DS18B20溫度傳感器電路 圖5-3 溫度傳感器電路引腳圖 (4) 繼電器電路

37、 圖中P1.1引腳控制加熱器繼電器。給.P1.1低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭放下來開始工作. 圖5-4 繼電器電路圖 (5) 晶振控制電路 圖5-5 晶振控制電路圖 (6) 復(fù)位電路 圖5-6復(fù)位電路圖 5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計整體思路 一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應(yīng)設(shè)計合理的軟件的支持，尤其是微機應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充

38、分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與S51系列單片機相對應(yīng)的51匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法進行軟件編程。 程序設(shè)計語言有三種：機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言是機器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機器語言的程序（成為目標程序），計算機才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。 高級語言是面向問題和計算過程的語言，它可通過于各種不同的計算機，用戶編程時不必仔細了解所用的計算機的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強，常常一個語句已相當于很多條計算機指令，于是用高級語言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語言。原因在于，

39、本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機微控制系統(tǒng)，使用匯編語言可以不用像高級語言那樣占用較多的存儲空間，適合于存儲容量較小的系統(tǒng)。同時，本系統(tǒng)對位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問題。 MCS—51指令系統(tǒng)的指令長度較短，它在存儲空間和執(zhí)行時間方面具有較高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合。而且MCS—51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可以形成一個相當完整的位操作指令子集，這是MCS—51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點之一。對于要求反應(yīng)靈敏與控制及時的工控、檢測等實時控制系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語言

40、簡明、整齊、執(zhí)行時間短和易于使用的特點。 本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫入子程序、以及有關(guān)DS18B20的程序（初始化子程序、寫程序和讀程序） 5.2.2 系統(tǒng)程序流圖 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫入子程序等。 1）主程序 主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖19所示。 通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的兩個單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來 圖5-7 主程序流

41、程圖 DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序 跳過ROM匹配命令 寫入子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令 寫入子程序 顯示子程序(延時) DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序 跳過ROM匹配命令 寫入子程序 讀溫度命令子程序 終 止 圖5-8 讀出溫度子程序 2）讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 DS18B20的各個命令對時序的要求特別嚴格，所以必須按照所要求的時序才能達到預(yù)期的目的，同時

42、，要注意讀進來的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號位。 3）復(fù)位、應(yīng)答子程序 P1.0口清0 開始 延時537US P1.0口置1 否 50US是否有低電平 是 標志位置1 P1.0口置1 有234US低電平 標志位置1 終止 圖5-9復(fù)位、應(yīng)答子程序 4）寫入子程序 開始 進位C清0 終止 R2是否為0 P1.0置 0 延時46US 帶進位右移 延時12US P1.0清0

43、 圖5-10寫入子程序 5)系統(tǒng)總的流程圖 開 始 初始化DS18B20 顯示當前溫度 判斷當前溫度值 超過設(shè)定 溫度上限 啟動風(fēng)扇 降低溫度 紅燈亮 設(shè)定溫度上、下限 啟動電熱爐升高溫度 是 否 低于設(shè)定 溫度下限 是 綠燈亮 否 圖5-11系統(tǒng)總的流程圖 5.3 調(diào)試 主程序的功能是：啟動DS18B20測量溫度，將測量值與給定值進行比較，若測得溫度小于設(shè)定值，則進入加熱階段，置P1.1為低電平，這期間繼續(xù)對溫度進行監(jiān)測，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置P1.1為高電平斷開可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動命

44、令。當測得溫度大于設(shè)定值，則進入降溫階段，則置P1.2為低電平，這期間繼續(xù)對溫度進行監(jiān)測，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置P1.2為高電平斷開，關(guān)閉風(fēng)扇，等待下一次的啟動命令。 第一次接電調(diào)試，設(shè)置溫度上限為90攝氏度，溫度下限為20攝氏度。加熱后，溫度有時超過90攝氏度卻不報警，后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)是進位C沒有清0，于是在如下寫入程序中加入進位C清零，便排除了這個異常。 WR1:CLR P1.0 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV P1.0,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB P1.0 NOP DJNZ R2,WR1 RET; 讀DS18

45、B2 再經(jīng)實際接電調(diào)試，一切運行正常。加熱到90攝氏度時，紅燈亮起，自動斷電，而低于20攝氏度時，綠燈亮起，開始加熱。 六、結(jié)束語 經(jīng)過近兩個月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計——基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)基本完成。在設(shè)計過程中，力求系統(tǒng)的實現(xiàn)電路簡單、成本低，系統(tǒng)的功能快捷易用并且完善。但是由于一些條件的限制，所設(shè)計系統(tǒng)仍然存在一些不足，有待改進。 本測量系統(tǒng)溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫準確，具有一定的實際應(yīng)用價值。該智能溫度控制器只是DS18B20在溫度控制領(lǐng)域的一個簡單實例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測得的溫度通過單片機與通訊模塊相連接，以手機短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶

46、能夠隨時對溫度進行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉儲等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可用于多種場合,像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計的用途，其有很強的使用價值。 這是我第一次利用單片機來實現(xiàn)一個應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，通過實踐，我對匯編語言和單片機有了新的認識和理解，并且學(xué)會了Proteus和Keil軟件的使用，掌握了從系統(tǒng)的需求、方案論證、功能模塊的劃分、原理圖的設(shè)計和繪制、電路圖仿真、程序設(shè)計到軟件仿真調(diào)試的設(shè)計流程，積累了硬件設(shè)計的經(jīng)驗?；陔娐返脑O(shè)計方法有利于電子電路初學(xué)者加深對電路原理、器件資料、電路板設(shè)計和電路的硬件調(diào)試認識和理解。 由于初次接

47、觸單片機類的設(shè)計項目，在設(shè)計過程中也出現(xiàn)了一些問題，以前學(xué)習(xí)的專業(yè)知識掌握的不夠好，對電路的理解不是很透徹，設(shè)計的電路布局布線不是很合理，理論聯(lián)系實際的能力還需要進一步的加強。還由于元器件的多樣性和可選型號的廣泛性，在此系統(tǒng)中運用的型號的芯片不一定是最佳的?，F(xiàn)在電子器件發(fā)展日新月異，新的器件如雨后春筍般出現(xiàn)，也不可能一一嘗試，所以還肯定有很多值得改進的地方。在以后的實踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電子電路設(shè)計，力爭取得更大的進步。 附錄 附錄1 電源線插接說明： 所提供的電池盒，紅線為正，黑線為負。板子所留出來的電源插口用VCC（表示電源正）和GND（表示電源負）標明。若沒有

48、標明，我們會刻有記號，刻有+號處為電源正。 附錄2 主板電路圖： 附錄3 程序代碼： ORG 0000H TEMPER_L EQU 29H TEMPER_H EQU 28H FLAG1 EQU 38H;是否檢測到DS18B20標志位 A_BIT EQU 20H ;數(shù)碼管個位數(shù)存放內(nèi)存位置 B_BIT EQU 21H ;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置 XS EQU 30H MOV A,#00H MOV P2,A MAIN:LCALL GET_TEMPER;調(diào)用讀溫度子程序 MOV A,29H MOV B,A CLR C RLC A CLR C RL

49、C A CLR C RLC A CLR C RLC A SWAP A MOV 31H,A MOV A,B MOV C,40H;將28H中的最低位移入C RRC A MOV C,41H RRC A MOV C,42H RRC A MOV C,43H RRC A MOV 29H,A LCALL DISPLAY;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序 AJMP MAIN; 這是DS18B20復(fù)位初始化子程序 INIT_1820:SETB P1.0 NOP CLR P1.0;主機發(fā)出延時537微秒的復(fù)位低脈沖 MOV R1,#3 TSR1:MOV R0,#107 DJNZ

50、 R0,$ DJNZ R1,TSR1 SETB P1.0;然后拉高數(shù)據(jù)線 NOP NOP NOP MOV R0,#25H TSR2:JNB P1.0,TSR3;等待DS18B20回應(yīng) DJNZ R0,TSR2 LJMP TSR4 ; 延時 TSR3:SETB FLAG1 ; 置標志位,表示DS1820存在 LJMP TSR5 TSR4:CLR FLAG1 ; 清標志位,表示DS1820不存在 LJMP TSR7 TSR5:MOV R0,#117 TSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 時序要求延時一段時間 TSR7:SETB P1.0 RET; 讀出轉(zhuǎn)換后的溫

51、度值 GET_TEMPER:SETB P1.0 LCALL INIT_1820;先復(fù)位DS18B20 JB FLAG1,TSS2 RET ; 判斷DS1820是否存在?若DS18B20不存在則返回 TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820;這里通過調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時一段時間,等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束,12位的話750微秒 LCALL DISPLAY LCALL INIT_1820;準備讀溫度前先復(fù)位 MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配 LCAL

52、L WRITE_1820 MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200; 將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35H/36H RET;寫DS18B20的子程序(有具體的時序要求) WRITE_1820:MOV R2,#8;一共8位數(shù)據(jù) CLR C WR1:CLR P1.0 MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV P1.0,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB P1.0 NOP DJNZ R2,WR1 RET; 讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度

53、數(shù)據(jù) READ_18200:MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位從DS18B20中讀出 MOV R1,#29H ; 低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H) RE00:MOV R2,#8;數(shù)據(jù)一共有8位 RE01:CLR C SETB P1.0 NOP NOP CLR P1.0 NOP NOP NOP SETB P1.0 MOV R3,#9 RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C,P1.0 MOV R3,#23 RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV @R1,A

54、DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET DISPLAY:CLR C SUBB A, #30 JNB CY, T1 MOV A, B CLR C SUBB A,#25 JNB CY, XIANSHI CLR P1.1 LJMP XIANSHI T1:CLR P1.2 XIANSHI:MOV A,B MOV B,#10 ;10進制/10=10進制 DIV AB MOV B_BIT,A ;十位在A MOV A_BIT,B ;個位在B MOV R0,#4 CLR C;多加的 DPL1: MOV R1,#250 ;顯示10

55、00次 DPLOP:MOV DPTR,#NUMTAB1 MOV A,A_BIT ;取個位數(shù) MOVC A,@A+DPTR ;查個位數(shù)的7段代碼 MOV P0,A ;送出個位的7段代碼 CLR P2.1 ;開個位顯示 ACALL D1MS ;顯示1MS SETB P2.1 MOV DPTR,#NUMTAB MOV A,B_BIT ;取十位數(shù) MOVC A,@A+DPTR ;查十位數(shù)的7段代碼 MOV P0,A ;送出十位的7段代碼 CLR P2.2 ;開十位顯示 ACALL D1MS ;顯示1MS SETB P2.2 JC XSW;多加的 MOV A,31H

56、MOV B,#160 DIV AB MOV XS,B XSW:MOV A,XS MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A CLR P2.0 ACALL D1MS SETB P2.0 SETB C;多加的 DJNZ R1,DPLOP ;250次沒完循環(huán) DJNZ R0,DPL1 ;4個250次沒完循環(huán) RET;1MS延時(按12MHZ算) D1MS: MOV R7,#80 DJNZ R7,$ RET NUMTAB:DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH，7FH，7FH,7FH,7FH,7FH,7FH

57、NUMTAB1: DB 0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH,87H,0FFH,0EFH END  參考文獻 [1]．李朝青,單片機原理及接口技術(shù)(簡明修訂版)［M］. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社， 1998 [2]．李廣弟.單片機基礎(chǔ)[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1994 [3]．金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用[J].電子技術(shù)與應(yīng)用，2000 [4]．李 鋼.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用.現(xiàn)代電子技術(shù)[J],2005 [5]Steven F.Barrett,Daniel J.Pack.Embed

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