畢業(yè)論文恒溫箱溫濕度系統(tǒng)反饋控制電路的設(shè)計(jì).doc

廣州大學(xué)松田學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 恒溫箱溫濕度系統(tǒng)反饋控制電路的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 湯楨文 學(xué) 號(hào) 1107020133 專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化（1） 導(dǎo)師姓名 曾霞 畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：20 年 月 日畢業(yè)論文版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)畢業(yè)論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)論文的復(fù)印件和電子版，允許畢業(yè)論文被查閱和借閱。本人授權(quán)優(yōu)秀畢業(yè)論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。本畢業(yè)論文屬于 1、保密 囗，在10年解密后適用本授權(quán)書2、不保密囗。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名：20 年 月 日導(dǎo)師簽名：20 年 月 日廣州大學(xué)松田學(xué)院 2015 屆畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))任務(wù)書系（部）電氣與汽車工程系 教研室 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 湯楨文 課題名稱恒溫箱溫濕度系統(tǒng)反饋控制電路的設(shè)計(jì)課題任務(wù)及要求課題來(lái)源結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際題目類型設(shè)計(jì)類 基于過程控制的恒溫箱反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以單片機(jī)（AT89C51）為處理系統(tǒng)，采用過程控制和反饋控制的方法，通過單片機(jī)對(duì)采集信號(hào)（用高精度傳感器采集的數(shù)據(jù)信號(hào)），數(shù)據(jù)的處理與計(jì)算，不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較，得出更加精確的控制信號(hào)，從而使恒溫箱的溫濕度更加準(zhǔn)確從而滿足更嚴(yán)格的使用要求。本設(shè)計(jì)是基于AT89C51單片機(jī)的恒溫箱控制系統(tǒng)系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分，其中硬件包括：溫度傳感器、顯示、控制和報(bào)警的設(shè)計(jì)；軟件包括：鍵盤管理程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì)、控制程序設(shè)計(jì)和溫度報(bào)警程序設(shè)計(jì)。編寫程序結(jié)合硬件進(jìn)行調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)置和調(diào)節(jié)初始溫度值，進(jìn)行數(shù)碼管顯示，當(dāng)加熱到設(shè)定值后立刻報(bào)警。另外，本系統(tǒng)通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵誤差、加熱過沖的調(diào)整，以提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)選取了體積小、精度相對(duì)高的數(shù)字式溫度傳感元件DS18B20作為溫度采集器，單片機(jī)AT89C51作為主控芯片，數(shù)碼管作為顯示輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量與恒定控制,對(duì)過程控制理論更加深刻以及更為廣泛的應(yīng)用。 相關(guān)要求：1、認(rèn)真搜集資料，開展相關(guān)的調(diào)查實(shí)習(xí)，認(rèn)真研讀相關(guān)文獻(xiàn)，做好設(shè)計(jì)記錄。2、熟悉軟硬件應(yīng)用，根據(jù)控制要求進(jìn)行編程，流程設(shè)計(jì)。3、選定設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊。參考文獻(xiàn)資料1過程控制及其MATLABM 方康玲 電子工業(yè)出版社2單片機(jī)原理與應(yīng)用M 陳朝夫，李杏彩等主編 化學(xué)工藝出版社3 電機(jī)拖動(dòng)與控制基礎(chǔ)M. 唐介 北京:高等教育出版社,20024 機(jī)電傳動(dòng)控制M 鄧興中 武漢：華中科技大學(xué)出版社5單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)M 電子工業(yè)大學(xué)出版社6反饋控制系統(tǒng)M 科學(xué)出版社7過程控制系統(tǒng)及其應(yīng)用M 機(jī)械工業(yè)出版社8計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)M 電子工業(yè)出版社9傳感器與檢測(cè)技術(shù)M 徐科軍 電子工業(yè)出版社過程控制系統(tǒng)及其應(yīng)用10M.MorrisManoDigitalDesign（ThirdEdition）HigherEducationPress200211StevenF.Barrett DanielJ.Pack.EmbeddedSystemM.北京：電子工業(yè)出版社，2006進(jìn)度安排初期(第七學(xué)期第17周第七學(xué)期第20周) 閱讀文獻(xiàn)，收集資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)方系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)、整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熟悉仿真軟件，完成專業(yè)英文翻譯工作。中期(第八學(xué)期第1周第八學(xué)期第7周) 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能，完成編程，并進(jìn)行仿真調(diào)試，詳細(xì)撰寫設(shè)計(jì)說明書初稿電子版。后期(第八學(xué)期第8周第八學(xué)期第10周) 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交設(shè)計(jì)說明書終稿，畢業(yè)設(shè)計(jì)日志，定稿、打印、裝訂，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日教研室意見：教研室主任（簽名） 年 月 日系（部）意見：系（部）主任（簽名） 年 月 日摘要 本設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量及加熱控制系統(tǒng)以 AT89C52單片機(jī)為核心部件，外加溫度采集電路、鍵盤及顯示電路、加熱控制電路和越限報(bào)警等電路。采用單總線型數(shù)字式的溫度傳感器DS18B20，及行列式鍵盤和動(dòng)態(tài)顯示的方式，以容易控制的固態(tài)繼電器作加熱控制的開關(guān)器件。本作品既可以對(duì)當(dāng)前溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示又可以對(duì)溫度進(jìn)行控制，以使到用戶需要的溫度，并使其恒定在這一溫度。人性化的行列式鍵盤設(shè)計(jì)使設(shè)置溫度簡(jiǎn)單快速，兩位整數(shù)一位小數(shù)的顯示方式具有更高的顯示精度。建立在反饋控制理論上的控制算法，使控制精度完全能滿足一般社會(huì)生產(chǎn)的要求。通過對(duì)系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計(jì)的合理規(guī)劃，發(fā)揮單片機(jī)自身集成眾多系統(tǒng)級(jí)功能單元的優(yōu)勢(shì)，在不減少功能的前提下有效降低了硬件成本，系統(tǒng)操控簡(jiǎn)便。 實(shí)驗(yàn)證明該溫控系統(tǒng)能達(dá)到0.2的靜態(tài)誤差,0.45的控制精度,以及只有0.83%的超調(diào)量,因而本設(shè)計(jì)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：AT89C52單片機(jī), 溫度傳感器DS18B20，反饋控制 摘要部分問題在于：首先格式就不對(duì)，字體大小和行距都存在問題。1、對(duì)背景的說明過于繁瑣，請(qǐng)精簡(jiǎn)。2、沒有寫出你的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，摘要需要體現(xiàn)，現(xiàn)有的課題存在什么問題，你的設(shè)計(jì)改善了什么，設(shè)計(jì)部分做了什么，如何做的，達(dá)到了什么效果。請(qǐng)修改。正文部分格式上請(qǐng)對(duì)照模板的格式進(jìn)行修改，內(nèi)容部分，請(qǐng)盡快完善好。正文部分的軟件設(shè)計(jì)，請(qǐng)對(duì)每個(gè)流程圖做相關(guān)的說明和解釋。增加調(diào)試過程出現(xiàn)的問題和解決方法。采用文檔結(jié)構(gòu)圖，你自己看一下結(jié)果，圖被當(dāng)成了二級(jí)標(biāo)題。修改一下。最后摘要的格式不正確，請(qǐng)對(duì)照任務(wù)書上的參考文獻(xiàn)格式要求書寫。 每一章另起一頁(yè)，請(qǐng)使用分隔符中的分頁(yè)符。頁(yè)碼的編號(hào)你對(duì)照一下模板，這樣弄對(duì)嗎？英文摘要完全是百度出來(lái)的，請(qǐng)自己仔細(xì)看一遍，修改完善好。Abstract The design of temperature measurement and heating control system with AT89C51 single-chip microcomputer as the core components, plus the temperature acquisition circuit, keyboard and display circuit, heating control circuit and the limit of the alarm circuit, etc.With one main line digital temperature sensor DS18B20, and determinant keyboard and dynamic display, with easy control of the solid state relay for heating control switch device.This work can be real-time display the current temperature and the temperature can be controlled, in order to make theTemperature to meet the needs of users, and make its constant in this temperature.Humanized determinant keyboard design makes simple quick set temperatureSpeed, two integer a decimal display method has higher precision.Control based on fuzzy control theoryAlgorithm, the control precision can completely meet the requirements of general social production.Through to the system software and hardware design is reasonablePlanning, integrated single-chip microcomputer itself numerous advantages of system level function units, on the premise of not reduce function effectivelyLow hardware cost, and convenient manipulation of the system.Experiments show that the temperature control system can reach 0.2 of static error, the control precision of 0.45 , and only 0.83% of the amount of overshoot, therefore this design has high reliability and stability.Keywords： AT89C52, the temperature sensor DS18B20, feedback control目 錄引 言6第1章 緒論71.1 課題研究的背景71.2 課題研究的意義81.3 課題研究的內(nèi)容8第2章 智能恒溫箱的系統(tǒng)概述92.1 系統(tǒng)的主要功能92.2 系統(tǒng)需求分析102.3 智能恒溫箱的工作流程102.4 恒溫箱的工作過程122.5 本章小結(jié)12第3章 智能恒溫箱的硬件設(shè)計(jì)133.1 硬件的電路設(shè)計(jì)概述133.2 總體硬件原理133.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)153.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)153.5 顯示電路的設(shè)計(jì)163.5.1 顯示電路概述163.5.2 七段LED數(shù)碼管的原理163.5.3 顯示電路整體設(shè)計(jì)183.6 開關(guān)鍵盤設(shè)計(jì)193.6.1 指撥開關(guān)193.6.2 按鍵開關(guān)193.7 指示燈電路203.8 溫度采集電路213.9 本章小結(jié)24第4章 軟件設(shè)計(jì)254.1 軟件任務(wù)分析254.2 程序流程圖254.3 本章小結(jié)35結(jié)論與展望32參考文獻(xiàn)33引言 溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域 ，如家電、汽車、材料、電力電子等 ，常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 ，在工業(yè)企業(yè)中，如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來(lái)都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問題，開發(fā)出性能較好的溫度控制系統(tǒng)對(duì)于測(cè)控技術(shù)的發(fā)展具有很大的意義。采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行多范圍的溫度檢測(cè)。 由于單片機(jī)功能強(qiáng)大，可大大加快系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試速度，并具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等特點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)硬件電路以80C51單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制，具有實(shí)用性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。把引言部分的內(nèi)容去掉，放到緒論中。正文的格式存在較大問題，行距不對(duì)。第1章 緒論1.1 課題研究的背景二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的信息時(shí)代，電子技術(shù)、微型單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的。由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化。智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。它迅猛的發(fā)展到了各個(gè)領(lǐng)域，人們也越來(lái)越感到應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)的優(yōu)越性，因而單片機(jī)也得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，它也不斷地完善和發(fā)展。智能恒溫箱的溫度是醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)和食品加工等領(lǐng)域的關(guān)鍵，因此對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著重要的地位。市場(chǎng)上常見的溫度傳感器以電壓輸出為主要形式，不同的的傳感器其非線性曲線也各不相同，缺乏一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)具備的通用性和互換性。溫度傳感器應(yīng)用范圍很廣、使用數(shù)量很大，但是在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中由于溫度受其它因素影響較大，而且難以校準(zhǔn)，因此，溫度也是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。常規(guī)方法測(cè)量溫度誤差大、準(zhǔn)確度低、測(cè)量滯后的時(shí)間長(zhǎng)。今年來(lái)，國(guó)內(nèi)傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片機(jī)的方向發(fā)展，為開發(fā)新一代溫度測(cè)量系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。在智能恒溫箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，用數(shù)字傳感器將溫度信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后的溫度數(shù)值，一方面送LED數(shù)碼管顯示；另一方面與給定值經(jīng)行比較，判斷溫度高低，從而采取相應(yīng)的措施：加熱或者制冷。使溫度達(dá)到設(shè)定值。智能恒溫箱主要是用來(lái)控制溫度，他為農(nóng)業(yè)研究、生物技術(shù)、測(cè)試提供所需的各種環(huán)境模擬條件，因此可廣泛適用于藥物、紡織、食品加工等無(wú)菌試驗(yàn)、穩(wěn)定性檢查以及工業(yè)產(chǎn)品的原料性能、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品壽命等測(cè)試。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過單片機(jī)對(duì)被控制對(duì)象控制日益廣泛，具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，把單片機(jī)應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中可以起到更好的控溫作用，智能恒溫箱是使用單片機(jī)進(jìn)行溫度控制的典型應(yīng)用，采用單片機(jī)做主控單元可完成對(duì)溫度的采集和控制等的要求。1.2 課題研究的意義智能恒溫箱的性能在很大程度上取決于對(duì)溫度的控制性能，本課題采用單片機(jī)為主控制器，通過數(shù)字傳感器測(cè)得箱內(nèi)溫度，再將溫度信號(hào)送入主控制器，來(lái)完成恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)的硬件。箱內(nèi)溫度可保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)設(shè)置的溫度低于實(shí)時(shí)溫度時(shí)，單片機(jī)送出加熱信號(hào)；當(dāng)設(shè)置的溫度低于實(shí)時(shí)溫度時(shí)，單片機(jī)送出制冷信號(hào)。1.3 課題研究的內(nèi)容本次課題只設(shè)計(jì)溫度采集，溫度顯示，和溫度控制信號(hào)的送出部分，對(duì)于如何保溫，如何加熱和制冷不在此次設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)智能恒溫箱，系統(tǒng)上電后默認(rèn)設(shè)定的恒溫溫度為20，使用時(shí)可以自行調(diào)節(jié)預(yù)期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為099。調(diào)節(jié)好后系統(tǒng)會(huì)將采集來(lái)的實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)溫度比設(shè)定溫度高就開啟制冷設(shè)備，如果實(shí)時(shí)溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。如果溫度一樣則不開啟加熱或制冷設(shè)備。在顯示電路上通常顯示的是實(shí)時(shí)的溫度，即傳感器采集來(lái)的溫度，如果想要顯示人們?cè)O(shè)定的預(yù)期溫度可以按顯示切換鍵，這時(shí)顯示器上就會(huì)顯示預(yù)期溫度，幾秒鐘后跳回，顯示實(shí)時(shí)溫度。顯示實(shí)時(shí)溫度時(shí)，表示顯示的是實(shí)時(shí)溫度的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。而顯示預(yù)期溫度的時(shí)候，表示顯示的是預(yù)期溫度的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。本論文章節(jié)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下：第1章 ：緒論。簡(jiǎn)要介紹了智能恒溫箱的發(fā)展現(xiàn)狀，說明了課題研究的內(nèi)容。第2章 ：智能恒溫箱的概述。說明了恒溫箱的工作過程和主要功能，介紹了設(shè)計(jì)中需要用的單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，確定了本課題要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)。第3章 ：智能恒溫箱的硬件電路設(shè)計(jì)。詳細(xì)描述了本課題各個(gè)組成電路單元的設(shè)計(jì)。第4章 ：智能恒溫箱的軟件設(shè)計(jì)。編寫程序。（具體說明用什么語(yǔ)言編寫）第5章 ：總結(jié)?？偨Y(jié)本次設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)中的一些問題，提出改善意見，并展望未來(lái)的設(shè)計(jì)。正文中，盡量客觀說明問題，少用“了”的字眼第2章 智能恒溫箱的系統(tǒng)概述2.1 系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)是借用單片機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)的智能恒溫箱，包括溫度設(shè)定按鈕，溫度顯示，溫度調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)溫度顯示和預(yù)定溫度顯示轉(zhuǎn)換按鈕，溫度采集等（根據(jù)需要也可另設(shè)或者多設(shè)相關(guān)功能）。顯示系統(tǒng)除了顯示實(shí)時(shí)的溫度還能顯示設(shè)定的溫度，也就是人們想要保持的溫度。系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如圖2-1所示。時(shí)鐘復(fù)位電路2位七段數(shù)碼管顯示80C51單片機(jī)進(jìn)入溫度設(shè) 定，溫度加、減按鍵輸入電路2個(gè)發(fā)光二極管顯示溫度調(diào)節(jié)電路溫度采集電路顯示切換按鍵電路圖2-1 系統(tǒng)主要功能模塊方框圖本系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計(jì)的智能恒溫箱，在生活中有廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)上電后默認(rèn)設(shè)定的恒溫溫度為20，使用時(shí)可以自行調(diào)節(jié)預(yù)期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為099。調(diào)節(jié)好后系統(tǒng)會(huì)將采集來(lái)的實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)溫度比設(shè)定溫度高就開啟制冷設(shè)備，如果實(shí)時(shí)溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。如果溫度一樣則不開啟加熱或制冷設(shè)備。在顯示電路上通常顯示的是實(shí)時(shí)的溫度，即傳感器采集來(lái)的溫度，如果想要顯示人們?cè)O(shè)定的預(yù)期溫度可以按顯示切換鍵，這是顯示器上就會(huì)顯示預(yù)期溫度，幾秒鐘后跳回，顯示實(shí)時(shí)溫度。顯示實(shí)時(shí)溫度時(shí)，表示顯示的是實(shí)時(shí)溫度的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。而顯示預(yù)期溫度的時(shí)候，表示顯示的是預(yù)期溫度的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。單片機(jī)整個(gè)恒溫箱的核心，內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用匯編語(yǔ)言編寫。它完成了溫度參數(shù)設(shè)定，溫度采集計(jì)算，溫度顯示，溫度比較，溫度調(diào)節(jié)等功能。2.2 系統(tǒng)需求分析1. 在使用中可以將采集來(lái)的溫度數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)換為我們熟悉的攝氏溫度。2. 在099的范圍內(nèi)，人們可以自由調(diào)節(jié)預(yù)期達(dá)到的溫度。3. 可以將實(shí)時(shí)溫度與預(yù)期溫度進(jìn)行比對(duì)，以正常調(diào)節(jié)溫度。4. 將設(shè)定的預(yù)期溫度和實(shí)時(shí)溫度能顯示出來(lái)。5. 通常顯示實(shí)時(shí)溫度，當(dāng)按下顯示切換鍵后能顯示幾秒鐘的預(yù)期溫度。2.3 智能恒溫箱的工作流程智能恒溫箱的基本工作原理：在使用恒溫箱時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將從溫度傳感器采集來(lái)的溫度轉(zhuǎn)化為攝氏度的形式，與事先設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比對(duì)，然后根據(jù)比對(duì)的結(jié)果采取相應(yīng)的措施（加熱，或制冷）來(lái)不斷地接近以至于達(dá)到預(yù)期的溫度。并且系統(tǒng)能夠顯示實(shí)時(shí)的溫度和設(shè)定的預(yù)期溫度。恒溫箱的工作流程如圖2-2所示：加載程序運(yùn)行進(jìn)入溫度設(shè)定不進(jìn)行溫度設(shè)定溫度減溫度加溫度采集與計(jì)算溫度比較并進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)顯示實(shí)時(shí)溫度無(wú)顯示切換顯示切換顯示設(shè)定溫度圖2-2 恒溫箱工作流程2.4 恒溫箱的工作過程1. 設(shè)定預(yù)期溫度。如果想調(diào)節(jié)預(yù)期的溫度，先閉合“溫度設(shè)定”開關(guān)，進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)會(huì)顯示設(shè)定的溫度值，如果想加一攝氏度就按下“加1”鍵，如果想減一攝氏度就按一下“減1”鍵，溫度LED顯示器上會(huì)顯示改變后的溫度，調(diào)整范圍為099。0時(shí)再減1會(huì)跳到99，99時(shí)再加1會(huì)跳到0。要退出調(diào)節(jié)狀態(tài)，斷開“溫度設(shè)定”開關(guān)即可。2. 溫度采集和計(jì)算。單片機(jī)通過與溫度傳感器進(jìn)行通信，獲取實(shí)時(shí)溫度信息，并將所獲取的溫度信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為攝氏溫度的形式存儲(chǔ)起來(lái)。3. 溫度比較和溫度調(diào)節(jié)。將存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)攝氏溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度經(jīng)行比較。如果實(shí)時(shí)溫度高于設(shè)定溫度，則開啟制冷器；如果實(shí)時(shí)溫度低于設(shè)定溫度，則開啟加熱器。4. 實(shí)時(shí)溫度顯示。將存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)溫度顯示在LED數(shù)碼管上。5. 設(shè)定溫度顯示。若想查看設(shè)定的預(yù)期溫度，則需按下“溫度顯示切換”按鍵，然后LED顯示器就會(huì)顯示設(shè)定預(yù)期的溫度，顯示時(shí)間為數(shù)秒，跳出預(yù)期溫度的顯示。若再想查看預(yù)期溫度顯示需再次按下“溫度顯示切換”按鍵。總而言之，本課題利用80C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了恒溫箱，該恒溫箱提高了系統(tǒng)的可靠性，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本，是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)。2.5 本章小結(jié)本章主要講述了恒溫箱的工作原理和本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程。在說明工作原理的過程中，突出了電路的組成單元以及這些單元如何實(shí)現(xiàn)溫度采集和溫度控制等功能。在說明系統(tǒng)流程時(shí)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的內(nèi)容，指出了參數(shù)設(shè)置的方法和意義。第3章 智能恒溫箱的硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件電路設(shè)計(jì)概述本設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，這兩者相互結(jié)合，不可分離：從時(shí)間上看，硬件設(shè)計(jì)的絕大部分工作量是在最初階段，到后期往往還要做一些修改。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計(jì)的大量返工是比較少的，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是貫徹始終的，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路計(jì)數(shù)器的飛速發(fā)展，各種功能很強(qiáng)的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來(lái)越高，硬件設(shè)計(jì)的工作量在整個(gè)項(xiàng)目中所占的比重逐漸下降，為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1. 盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路。功能強(qiáng)的芯片可以代替若干個(gè)普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的價(jià)格在不斷下降，并不一定比若干個(gè)普通芯片價(jià)格總和高。2. 留有設(shè)計(jì)余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來(lái)修改擴(kuò)展的方便。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來(lái)可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。3. 程序空間。選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用80C51單片機(jī)。4. RAM空間，80C51單片機(jī)內(nèi)部RAM不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部RAM，則建議多留一些空間。如果選用8155作I/O接口，就可以增強(qiáng)256字節(jié)RAM。如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的RAM，如6264、62256等。隨著軟件設(shè)計(jì)水平提高，往往只要改變或者增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級(jí)換代。只要在硬件電路設(shè)計(jì)初期考慮到這一點(diǎn)，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來(lái)升級(jí)留有足夠的RAM空間，哪怕多設(shè)計(jì)一個(gè)RAM插座，暫時(shí)不插芯片也好。I/O端口，在樣機(jī)研制出來(lái)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來(lái)解決的。如果有些新的信號(hào)需要采集，就必須增加輸入檢測(cè)端：有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些I/O端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒用，那么要用的時(shí)候就能派上用場(chǎng)了。3.2 總體硬件原理圖 總體硬件原理圖如圖3-1所示，圖中主要部分U1芯片為80C51單片機(jī)，U2為溫度傳感器DS18B20。溫度傳感器接到單片機(jī)的P1.2口。兩個(gè)發(fā)光二極管“HEAT”和“COOL”分別表示傳送給加熱器和制冷器的啟動(dòng)信號(hào)，分別接到單片機(jī)的P1.0，P1.1口。如果“HEAT”燈點(diǎn)亮表示加熱器在工作；如果“COOL”燈點(diǎn)亮表示制冷器在工作。按鍵“溫度顯示切換”是用于切換顯示預(yù)設(shè)的溫度的按鍵，接單片機(jī)的P2.7口。還有兩個(gè)發(fā)光二極管分別是“實(shí)時(shí)溫度”和“設(shè)定溫度”，表示當(dāng)前數(shù)碼管顯示的是實(shí)時(shí)溫度還是設(shè)定溫度，若“實(shí)時(shí)溫度”的發(fā)光二極管點(diǎn)亮表示數(shù)碼管顯示的實(shí)時(shí)溫度，若“設(shè)定溫度”的發(fā)光二極管點(diǎn)亮則圖3-1 總體硬件原理圖則表示數(shù)碼管當(dāng)前顯示的是設(shè)定溫度。兩個(gè)數(shù)碼管分別接單片機(jī)的P2.6，P2.5口。圖中有兩個(gè)七段共陰數(shù)碼管，它的字段碼信號(hào)端口接到單片機(jī)的P0.0P0.6口，公共端接單片機(jī)的P2.0和P2.1口。開關(guān)“溫度設(shè)定”接單片機(jī)的P2.2口，按鈕“加1”和“減1”分別接單片機(jī)的P2.3和P2.4口。按閉合“溫度設(shè)定”開關(guān)進(jìn)入預(yù)期溫度的設(shè)定，按“加1”，“減1”按鈕來(lái)加減溫度。3.3 時(shí)鐘頻率電路設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片的工作頻率，時(shí)鐘電路如圖3-2 所示。圖3-2 外部振蕩電路 一般選用石英晶體振蕩器。此電路大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要有石英晶體的頻率確定。電路中兩個(gè)電容C1、C2的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1、C2的典型值為30pF。單片機(jī)工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期，其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)，時(shí)鐘信號(hào)頻率常用fosc表示。圖中時(shí)鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為1/12s。3.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位電路，只要在該端加上持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各個(gè)狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖3-3所示。圖3-3中由按鍵以及電容C1、電阻R1、R2構(gòu)成上電復(fù)位及手動(dòng)電路。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以上電復(fù)位時(shí)，接通電源即可，當(dāng)上電后，由于電容C1開始緩緩充電，則圖中電路由5V電源到電容到電阻R1和地之間形成一個(gè)通路，由于在R1上產(chǎn)生電壓降，則單片機(jī)的RST腳上為高電平，經(jīng)過一段時(shí)間后電容的電充滿，此時(shí)C1處可視為斷路，單片機(jī)RST腳處電壓逐漸降為0V，即處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)完成上電復(fù)位，程序從0000H開始執(zhí)行。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)的9腳RST管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位電路和軟件復(fù)位兩種功能，由上面所述的硬件復(fù)位之后的各狀態(tài)可知，寄存器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟件復(fù)位功能。軟件復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。 圖3-3 硬件復(fù)位電路3.5 顯示電路的設(shè)計(jì)3.5.1 顯示電路概述示功能與硬件關(guān)系極大，在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)掃描。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡(jiǎn)單，但占用端口資源多；動(dòng)態(tài)掃描的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定程度沒有靜態(tài)顯示好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言最大的優(yōu)點(diǎn)是占用端口資源少。由于本設(shè)計(jì)需要較多的端口用于其它的功能因此采用占用端口少的動(dòng)態(tài)掃描顯示的辦法。以下將對(duì)顯示電路的各個(gè)部件及整體設(shè)計(jì)做詳細(xì)的介紹。3.5.2 七段LED數(shù)碼管的原理LED數(shù)碼管顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管中的7個(gè)長(zhǎng)條發(fā)光二極管（稱七筆段）按a、b、c、d、e、f、g順序組成“8”字形，另一個(gè)點(diǎn)形的發(fā)光二極管放在右下方，用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。若內(nèi)部8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起接電源正極，就成為共陽(yáng)極數(shù)碼管；若8個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，測(cè)稱為共陰極數(shù)碼管。本次設(shè)計(jì)所用的到的共陰極數(shù)碼管的引腳如圖3-4所示，外部有10個(gè)引腳，其中1和6引腳連通，作為公共端接地。圖3-4 一位共陰極數(shù)碼管引腳圖從LED數(shù)碼的結(jié)構(gòu)可以看出，不同筆段的組合就何以構(gòu)成不同的字符，例如筆段b、c被點(diǎn)亮?xí)r，就可以顯示數(shù)字1：當(dāng)筆段a、b、c被點(diǎn)亮?xí)r，就可以顯示數(shù)字7；只要控制7個(gè)發(fā)光二極管按一定要求亮與滅，就能顯示出十六進(jìn)制字符0F。將控制數(shù)碼管顯示字符的各字段代碼稱為顯示代碼或字段碼。數(shù)碼管顯示碼是表述二進(jìn)制數(shù)與數(shù)碼管所顯示字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系的，如表3-1所示。對(duì)于共陰極數(shù)碼管，由于8個(gè)發(fā)光二極管的陰極已連在一起接地，所以，只要控制各字段的正極，就可以控制發(fā)光二極管的亮與滅。表3-1 七段顯示譯碼器的真值表及段碼表字 符h g f e d c b a字段碼01 1 0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 1 1 1共陽(yáng)字碼段C0H共陰字碼段3FH11 1 1 1 1 0 0 10 0 0 0 0 1 1 0共陽(yáng)字碼段F9H共陰字碼段06H21 0 1 0 0 1 0 00 1 0 1 1 0 1 1共陽(yáng)字碼段A4H共陰字碼段5BH31 0 1 1 0 0 0 00 1 0 0 1 1 1 1共陽(yáng)字碼段B0H共陰字碼段4FH41 0 0 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 1 0共陽(yáng)字碼段99H共陰字碼段66H51 0 0 1 0 0 1 00 1 1 0 1 1 0 1共陽(yáng)字碼段92H共陰字碼段6DH61 0 0 0 0 0 1 00 1 1 1 1 1 0 1共陽(yáng)字碼段82H共陰字碼段7DH71 1 1 1 1 0 0 00 0 0 0 0 1 1 1共陽(yáng)字碼段F8H共陰字碼段07H81 0 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 1共陽(yáng)字碼段80H共陰字碼段7FH91 0 0 1 0 0 0 00 1 1 0 1 1 1 1共陽(yáng)字碼段90H共陰字碼段6FHA1 0 0 0 1 0 0 00 1 1 1 0 1 1 1共陽(yáng)字碼段88H共陰字碼段77HB1 0 0 0 0 0 1 10 1 1 1 1 1 0 0 共陽(yáng)字碼段83H共陰字碼段7CHC1 1 0 0 0 1 1 00 0 1 1 1 0 0 1共陽(yáng)字碼段C6H共陰字碼段39HD1 0 1 0 0 0 0 10 1 0 1 1 1 1 1共陽(yáng)字碼段A1H共陰字碼段5EHE1 0 0 0 0 1 1 00 1 1 1 1 0 0 1共陽(yáng)字碼段86H共陰字碼段79HF1 0 0 0 1 1 1 00 1 1 1 0 0 0 1共陽(yáng)字碼段8EH共陰字碼段71H3.5.3 顯示電路整體設(shè)計(jì)顯示電路如圖3-5 所示：圖3-5 顯示電路圖中RP1為電阻盒，相當(dāng)于8個(gè)獨(dú)立的電阻的一端接在一起并接電源，另外一端分別接出引線，在顯示電路中作為上拉電阻。圖中有2個(gè)七段LED數(shù)碼管，它們的公共端1、2分別接到單片機(jī)的P2.0、P2.1口，單片機(jī)的這2個(gè)I/O口輸出位選信號(hào)用于動(dòng)態(tài)掃描。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的公共端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。而單片機(jī)的P0.0P0.6口則負(fù)責(zé)將字段碼數(shù)據(jù)傳送給LED數(shù)碼管。3.6 開關(guān)鍵盤設(shè)計(jì)3.6.1 指撥開關(guān)指撥開關(guān)面板上通常會(huì)標(biāo)有“ON”或其他記號(hào)，若將開關(guān)撥到“ON”的一邊，則接點(diǎn)接通（on），撥到另一邊則為斷開（off）。若要以開關(guān)作為輸入電路，通常會(huì)接一個(gè)電阻到Vcc或GND，做上拉電阻或下拉電阻，如圖3-6所示有兩種開關(guān)電路可供選擇。 a) b)圖3-6 開關(guān)電路本設(shè)計(jì)的溫度設(shè)定允許和退出按鍵是選用如圖3-6中a)所示的設(shè)計(jì)，低電平為進(jìn)入溫度設(shè)定，高電平為退出溫度設(shè)定。3.6.2 按鍵開關(guān) 按鍵開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)按下鍵帽時(shí)，按鍵內(nèi)的復(fù)位彈簧片被壓縮，動(dòng)片觸電與靜片觸電相連，鍵盤的兩個(gè)引腳被接通；松手后，復(fù)位彈簧將動(dòng)片彈開，使動(dòng)片與靜片脫離接觸，鍵盤的兩個(gè)引腳被斷開。由于機(jī)械接觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵從開始接上至接觸穩(wěn)定要經(jīng)過510ms的抖動(dòng)時(shí)間，在此期間，有抖動(dòng)發(fā)生。按鍵抖動(dòng)波形如圖3-7所示。 圖3-7按鍵抖動(dòng)電壓波形按鍵開關(guān)輸入需要解決的兩個(gè)主要問題是判斷是否有按鍵按下和消除按鍵抖動(dòng)的影響。按鍵的確認(rèn)反映在電壓上，就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。消除按鍵的抖動(dòng)通常有硬件、軟件兩種消除方法。一般在按鍵較多時(shí)，采用軟件的方法消除抖動(dòng)，即在第一次檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)1215ms的子程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否任保持為閉合狀態(tài)電平，如果保持為閉合狀態(tài)電平就可以確認(rèn)真有按鍵按下，從而消除抖動(dòng)的影響。一般電子裝置中都設(shè)計(jì)有按鍵輸入，用以控制程序執(zhí)行時(shí)數(shù)據(jù)的輸入或是特殊功能的設(shè)置及操作。在控制電路中，如果按鍵數(shù)不多是可以使用一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一條輸入位線控制，即獨(dú)立式按鍵。這種接法，一根輸入線上的按鍵是否被按下，不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷哪個(gè)鍵按下了。獨(dú)立式按鍵可以用單穩(wěn)態(tài)鎖存器消除抖動(dòng)。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺(tái)程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時(shí)子程序便可直接插入讀鍵過程中。如果讀鍵過程安排在定時(shí)中斷子程序中，就可省去專門的延時(shí)子程序，利用兩次定時(shí)中斷的時(shí)間間隔來(lái)完成抖動(dòng)處理。3.7 指示燈電路在實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度切換時(shí)，為了明白LED數(shù)碼管顯示的是哪種溫度，可以用兩個(gè)發(fā)光二極管來(lái)指示，如果標(biāo)有“實(shí)時(shí)溫度”標(biāo)記的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則表示數(shù)碼管顯示的是實(shí)時(shí)溫度，如果標(biāo)有“設(shè)定溫度”標(biāo)記的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則表示數(shù)碼管顯示的是設(shè)定溫度。這樣就不至于混淆了。如圖3-9所示為溫度指示燈電路。圖3-9 溫度指示燈電路圖中兩個(gè)發(fā)光二極管分別與單片機(jī)的P2.6，P2.5口相連，單片機(jī)把顯示何種溫度的信號(hào)送給這兩個(gè)口，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)點(diǎn)亮，信號(hào)為低電平有效。3.8 溫度采集電路溫度采集電路如圖3-10所示：圖3-10 溫度采集電路圖中U2為溫度采集電路的核心部件，溫度傳感器DS18B20，下面將詳細(xì)介紹它的參數(shù)和用法。DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率對(duì)溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成-55，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1，這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行，直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)便停止。初始時(shí)，計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與-55相對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)置值。以后計(jì)數(shù)器1每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加1計(jì)數(shù)器所需要的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。DS18B20內(nèi)部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計(jì)數(shù)器2停止計(jì)數(shù)后，比較器將計(jì)數(shù)器1中的計(jì)數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與0.25進(jìn)行比較，若低于0.25，溫度寄存器的最低位就置0；若高于0.25，最低位就置1；若高于0.75時(shí)，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位然后置0。這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最后位代表0.5，四舍五入最大量化誤差為1/2LSB，即0.25。溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號(hào)位，其余8位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。測(cè)溫結(jié)束時(shí)，這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲(chǔ)器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號(hào)位占用第一字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。DS18B20測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)。DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)該為9位，但因符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，所以最后以16位補(bǔ)碼形式讀出。DS18B20工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化ROM操作命令存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù) 初始化單總線上的所有處理均從初始化序列開始。初始化序列包括總線主機(jī)發(fā)出一復(fù)位脈沖，接著由從屬器件送出存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道DS1820 在總線上且已準(zhǔn)備好操作。 ROM操作命令一旦總線主機(jī)檢測(cè)到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件ROM操作命令之一。所有ROM操作命令均為8位長(zhǎng)。這些命令列表如下：Read ROM(讀ROM)33H此命令允許總線主機(jī)讀DS18B20的8位產(chǎn)品系列編碼，唯一的48位序列號(hào)，以及8位的CRC。此命令只能在總線上僅有一個(gè)DS18B20的情況下可以使用。如果總線上存在多于一個(gè)的從屬器件，那么當(dāng)所有從片企圖同時(shí)發(fā)送時(shí)將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象（漏極開路會(huì)產(chǎn)生線與的結(jié)果）。Match ROM( 符合ROM)55H此命令后繼以64位的ROM數(shù)據(jù)序列，允許總線主機(jī)對(duì)多點(diǎn)總線上特定的DS18B20尋址。只有與64位ROM序列嚴(yán)格相符的DS18B20才能對(duì)后繼的存貯器操作命令作出響應(yīng)。所有與64位ROM序列不符的從片將等待復(fù)位脈沖。此命令在總線上有單個(gè)或多個(gè)器件的情況下均可使用。Skip ROM( 跳過ROM )CCH在單點(diǎn)總線系統(tǒng)中，此命令通過允許總線主機(jī)不提供64位ROM編碼而訪問存儲(chǔ)器操作來(lái)節(jié)省時(shí)間。如果在總線上存在多于一個(gè)的從屬器件而且在Skip ROM命令之后發(fā)出讀命令，那么由于多個(gè)從片同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉會(huì)產(chǎn)生線與的效果）。Search ROM( 搜索ROM)F0H當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，總線主機(jī)可能不知道單線總線上的器件個(gè)數(shù)或者不知道其64位ROM編碼。搜索ROM命令允許總線控制器用排除法識(shí)別總線上的所有從機(jī)的64位編碼。Alarm Search(告警搜索)ECH此命令的流程與搜索ROM命令相同。但是，僅在最近一次溫度測(cè)量出現(xiàn)告警的情況下，DS18B20才對(duì)此命令作出響應(yīng)。告警的條件定義為溫度高于TH 或低于TL。只要DS18B20一上電，告警條件就保持在設(shè)置狀態(tài)，直到另一次溫度測(cè)量顯示出非告警值或者改變TH或TL的設(shè)置，使得測(cè)量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)。貯存在EEPROM內(nèi)的觸發(fā)器值用于告警。 存儲(chǔ)器操作命令Write Scratchpad（寫暫存存儲(chǔ)器）4EH這個(gè)命令向DS18B20的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址2。接下來(lái)寫入的兩個(gè)字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置2和3?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令來(lái)中止寫入。Read Scratchpad（讀暫存存儲(chǔ)器）BEH這個(gè)命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié)0開始，一直進(jìn)行下去，直到第9（字節(jié)8，CRC）字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來(lái)中止讀取。Copy Scratchpad（復(fù)制暫存存儲(chǔ)器）48H這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到DS18B20的E2存儲(chǔ)器里，即把溫度報(bào)警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲(chǔ)器里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時(shí)間隙，而DS18B20又正在忙于把暫存器拷貝到E2存儲(chǔ)器，DS18B20就會(huì)輸出一個(gè)“0”，如果拷貝結(jié)束的話，DS18B20 則輸出“1”。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這