基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫控器

1、基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫控器摘要：近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。關(guān)鍵詞:單片機(jī)數(shù)字控制溫度計(jì)DS18B2074LS1641. 引言隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)在的很多地方都用到了與電有關(guān)的器件，而這些器件又大都與溫度有關(guān)，例如：燒開水的鍋爐需要測(cè)溫度、家庭用的電磁爐需要測(cè)溫度等等；所以數(shù)字溫度計(jì)也普遍存在于人們的生活當(dāng)中，而本電路就是結(jié)合這種思路和參考一些資料所設(shè)計(jì)的電

2、路，這種電路可以和方便的用在我們生活當(dāng)中，給人們的生活帶來很大的方便。2.總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路溫度只要在所設(shè)定的上下溫度界限內(nèi)，就會(huì)在顯示設(shè)備中精確的顯示出來，如果溫度超過了所設(shè)定的溫度界限，就發(fā)出報(bào)警聲。能夠及時(shí)向溫度監(jiān)控人員發(fā)出溫度超限信息。便于溫控人員及時(shí)的調(diào)整與控制。另外此溫度控制器操作簡(jiǎn)單，體積小，靈敏度高，精度高。2.2 總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示 顯示電路報(bào)警電路測(cè)溫電路晶振電路復(fù)位電路鍵盤輸入89C51單片機(jī)圖1 總體設(shè)計(jì)方框圖3.設(shè)計(jì)組成即原理分析3.1 顯示電路 本電路采用串行口顯示，利用74LS164來驅(qū)動(dòng)，數(shù)碼管顯示，74LS164的外圍引腳圖如圖2所示。74LS

3、164是串行輸入并行輸出的移位寄存器，并帶有清除端，其中Q0-Q7為并行輸出端，MR為清除端，當(dāng)它為零電平時(shí)使74LS164清零，A、B為串行輸入端，CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端，在脈沖的上升沿實(shí)現(xiàn)移位。當(dāng)CLK=0、MR=1時(shí)，74LS164保持原來的數(shù)據(jù)狀態(tài)。圖中外接4片74LS164作為4位LED顯示器的靜態(tài)連接口，74LS164的低電平輸出電流為8MA，可直接驅(qū)動(dòng)共陽極LED。采用軟件譯碼向74LS164輸出字型碼，由于顯示器是靜態(tài)的主程序可不必掃描顯示器。從而節(jié)省很多的時(shí)間。圖2 顯示電路3.2 蜂鳴報(bào)警電路圖3 蜂鳴報(bào)警電路圖在圖3中，P3.7接晶體管的基極輸入端，當(dāng)P3.7輸出高電平1

4、時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得+5V的電壓而鳴叫，當(dāng)P3.7輸出低電平0時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)生。在本電路中，當(dāng)所測(cè)試的溫度超過-55110攝氏度是，使P 3.7口為高電平，從而使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的聲音，相反的情況下P3.7口保持低電平，三極管截止，蜂鳴器因沒獲得電壓而不報(bào)警。3.3 溫度傳感器工作原理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(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等感溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信多個(gè)DS18B20可

5、以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能無須外部器件可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5零待機(jī)功耗溫度以或12位數(shù)字用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件，負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。圖4 DS1820外形封裝圖DS18B20采用腳封裝或腳封裝，其外形封裝圖如圖3所示。其各引腳的功能說明如表1所示。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，它有三個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件（1）64 位激光（aseredROM）（2）溫度靈敏元件 （3）非易失性溫度告警觸發(fā)器TH 和TL。器件從單線的通信線取得其電源，在信號(hào)線為高

6、電平的時(shí)間周期內(nèi)，能量貯存在內(nèi)部的電容器中在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間期內(nèi)斷開此電源。直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙蓦娫礊橹棺鳛榱硪环N可供選擇的方法。DS1820 也可用外部5V 電源供電。表1 DS1820各引腳功能說明C64位ROM和單線接口低溫觸發(fā)器TLI/O配置寄存器高溫觸發(fā)器TH存儲(chǔ)器與控制邏輯8位CRC發(fā)生器溫度傳感器VDD高速緩沖圖6 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖表2 RAM的8字節(jié)存儲(chǔ)器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)表2所示。頭個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第和第字節(jié)TH和

7、TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第個(gè)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。高速暫存的第、字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯。第字節(jié)讀出前面所有字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)符號(hào)位時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值勤。DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式。單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MO

8、SFET管來完成對(duì)總線的上拉。由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對(duì)DS18B20芯片的訪問。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令

9、后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。其復(fù)位時(shí)序如圖7所示圖 7DS18B20復(fù)位時(shí)序?qū)τ贒S18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。 讀時(shí)隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要60us才能完成。其讀時(shí)序如圖8所示。圖8DS18B20讀時(shí)序?qū)τ贒S18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。對(duì)于DS18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線

10、上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。其時(shí)序圖如圖9所示。圖9 DS18B20寫時(shí)序4 總結(jié)與體會(huì)經(jīng)過將近三周的單片機(jī)實(shí)習(xí)，在指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下，我確實(shí)學(xué)到了不少平時(shí)在課堂上所學(xué)不到的知識(shí)。這樣的實(shí)習(xí)不論是對(duì)我們的理論知識(shí)還是實(shí)踐能力都有很大的幫助，經(jīng)過這些實(shí)習(xí)可以使我們能更快更準(zhǔn)確的掌握專業(yè)方面的理論知識(shí)。我們這次的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，雖然說我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過單片機(jī)課程，但是對(duì)于單片機(jī)這個(gè)詞還是有些陌生。并不是太清楚單片機(jī)的功能和性能方面的知識(shí)，為了使自己設(shè)計(jì)的題目更加合理，我可以說是在圖書館查閱了很多有關(guān)單片機(jī)和溫度傳感器方面的知識(shí)，

11、也對(duì)別人設(shè)計(jì)的相關(guān)題目進(jìn)行了參考和分析。就拿我們?cè)O(shè)計(jì)中的溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)電路來說，雖然說我們所查閱的資料上有很多關(guān)于檢測(cè)溫的電路，有集成電路的，場(chǎng)效應(yīng)管的，再就是我們本章使用的DS1820。剛開始的時(shí)候看到這些電路覺得這些電路都不錯(cuò)，都挺符合自己所設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)過自己仔細(xì)分析和同學(xué)探討，得到的結(jié)論是，雖然說資料上的驅(qū)動(dòng)電路在理論分析上是行的通的，如果把它拿到實(shí)際的電路中，可以看到它并不一定能起到我們所要達(dá)到的目的。由于這些原因，我們幾個(gè)最終決定用DS1820，用DS1820不僅能滿足測(cè)量溫度方面的需求，同時(shí)還能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。我感覺這次實(shí)習(xí)我們得到更多的是，對(duì)辦任何事情我們都要先經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致

12、的觀察和分析，才能確定我們到底該如何去做它，要不然，只會(huì)是事倍功半，耽誤我們的辦事效率。我覺得這個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)是最寶貴的，也是我們?cè)诋厴I(yè)后，進(jìn)入社會(huì)所必須的能力。我們也只有具備了這個(gè)基本的能力后，才不至于在以后的生活，學(xué)習(xí)和工作中誤入歧途，對(duì)自己和對(duì)他人造成不必要的損失。總之，通過這次實(shí)習(xí)，我真正學(xué)到了很多東西，真正體會(huì)到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。我想如果在平時(shí)多搞幾次這樣的實(shí)習(xí)，那我們的知識(shí)會(huì)掌握的更多，更牢固。最后，衷心感謝輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助！參考文獻(xiàn)：1 周航慈著.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：電子工業(yè)出版社，1997年7月2 朱承高.電工及電子技術(shù)手冊(cè)M.北京：高等教育出版社，19

13、903 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京：高等教育出版社，19894 廖常初.現(xiàn)場(chǎng)總線概述J.電工技術(shù)，1999.65 李廣弟編著.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994年6月附錄一：圖10 程序流程圖附錄二總體電路圖附錄三程序清單：WENDUL EQU 29HWENDUH EQU 28HDQ EQU P3.2XIAOSHU EQU 27HZHENGSHU EQU 26HBIAOZHI BIT 50HORG 0000H AJMP MAINORG 0030HMAIN:MOV SCON,#00H ACALL DUWEN ACALL ZHENGHE ACALL BCD

14、 LCALL DISP ACALL TIME1 AJMP MAINDUWEN:SETB DQ ACALL FUWEI JB BIAOZHI,CUNZAI RETCUNZAI: MOV A,#0CCH ACALL XIE MOV A,#44H ACALL XIE ACALL TIME1 ACALL FUWEI MOV A,#0CCH ACALL XIE MOV A,#0BEH ACALL XIE ACALL DUSHU CLR P3.3;報(bào)警 RETFUWEI:SETB DQ NOP CLR DQ MOV R0,#3INTE: MOV R1,#107KK1:DJNZ R1,KK1DJNZ R0,

15、INTESETB DQNOPNOPNOPMOV R0,#25INTE1:JNB DQ,INTE2DJNZ R0,INTE1AJMP INTE3INTE2:SETB BIAOZHI CLR P1.0 AJMP INTE4INTE3:CLR BIAOZHI AJMP INTE5INTE4:MOV R0,#120KK:DJNZ R0,KKINTE5:SETB DQRETXIE:MOV R2,#8 CLR CLP:CLR DQ MOV R3,#6LL1:DJNZ R3,LL1RRC AMOV DQ,CMOV R3,#23LL:DJNZ R3,LL SETB DQ NOP NOPDJNZ R2,LPSE

16、TB DQRETDUSHU:MOV R4,#2 MOV R1,#WENDULRE:MOV R2,#8RE1:CLR CSETB DQNOPNOPCLR DQNOPNOPNOPSETB DQMOV R3,#9DJNZ R3,$MOV C,DQMOV R3,#23NN:DJNZ R3,NNRRC ADJNZ R2,RE1MOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RERETZHENGHE:MOV A,#0FH ANL A,WENDUL MOV XIAOSHU,A MOV A,WENDUL MOV C,40H RRC A MOV C,41H RRC A MOV C,42H RRC A MOV C,4

17、3H RRC A MOV ZHENGSHU,A RETBCD:MOV A,ZHENGSHUMOV B,#10DIV ABMOV 50H,AMOV 51H,BMOV A,XIAOSHUMOV R0,#52HMOV R2,#4D0:MOV B,#10 MUL AB MOV B,#16 DIV AB MOV R0,A INC R0 MOV A,B DJNZ R2,D0RETDISP:ACALL TIMEMOV R7,#6MOV DPTR,#TABMOV R0,#55HLP1:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR CJNE R7,#2,NE1 ANL A,#07FHNE1:MOV SBUF,A JNB T