單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、論文設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)院 系：電子信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電子信息工程11-01學(xué)生姓名：張戰(zhàn)鋒指導(dǎo)教師：耿鑫鄭州輕工業(yè)學(xué)院二0一四年十月二十日基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)摘要溫度是日常生活中無(wú)時(shí)不在的物理量，溫度的控制在各個(gè)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(jī)對(duì)它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活性 大等特點(diǎn)，而且還可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，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(jì)采用現(xiàn)在流行的AT89S51單片機(jī)

2、，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫 度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信號(hào)與輸入的溫度上、下限進(jìn)行 比較，由此作出判斷是否啟動(dòng)繼電器以開(kāi)啟設(shè)備。本設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)更加完 整，更加靈活。該設(shè)計(jì)已應(yīng)用于花房，可對(duì)花房溫度進(jìn)行智能監(jiān)控?！娟P(guān)鍵詞】 溫度箱，AT89S51,單片機(jī)，控制，模擬目錄1引言31.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義31.2 溫度控制系統(tǒng)的目的41.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能42總體設(shè)計(jì)方案43口518320溫度傳感器簡(jiǎn)介113.1 溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介113.2 口518320的工作原理113.2

3、.1 口518320工作時(shí)序113.2.2 ROM操作命令143.3 DS18B20的測(cè)溫原理143.3.1 DS18B20 的測(cè)溫原理:143.3.2 DS18B20的測(cè)溫流程164.1 設(shè)計(jì)原則164.2 引腳連接174.2.1 晶振電路174.2.2 串口弓|腳175系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)185.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)185.1.1 主板電路設(shè)計(jì)185.1.2 各部分電路185.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)205.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路205.2.2 系統(tǒng)程序流圖215.3調(diào)試26六、結(jié)束語(yǔ)27參考文獻(xiàn)28致謝291引言1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測(cè)溫儀器

4、在各個(gè)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(lái)，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面， 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(kāi)溫度，溫度常 常是表征對(duì)象和過(guò)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(guò)程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行；煉油過(guò)程中， 原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。沒(méi)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(cāng)的儲(chǔ)糧就會(huì)變質(zhì)霉?fàn)€，酒類(lèi)的品質(zhì)就 沒(méi)有保障。因此，各行各業(yè)對(duì)溫度控制的要求都越來(lái)越高?？梢?jiàn)，溫度的測(cè)量和控制是非 常

5、重要的。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)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(chǎng)合的智能溫 度控制器應(yīng)運(yùn)而生。1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測(cè)試控制系統(tǒng)，控制對(duì)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(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場(chǎng)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(shí)在很多場(chǎng)所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對(duì)此問(wèn) 題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)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(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。1.3 溫度控制系統(tǒng)完

6、成的功能本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功 能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)綠燈 亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟 動(dòng)風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度 在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個(gè)數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。 2總體設(shè)計(jì)方案在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1所示，它由三部分組成:控制部分主芯片采用單 片機(jī)AT89S51 ；顯示部分采用3位LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；溫度采 集部分采用口518

7、320溫度傳感器。圖2.1溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案（1）控制部分單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電 路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(yáng)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(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器， 與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào) 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(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫 度傳感器口518320把采集到的溫度通

8、過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P1.0 ，單片機(jī)接受溫度 并存儲(chǔ)。此部分只用到DS18B20和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單。1） DS18B20的性能特點(diǎn)如下：1）獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；2）多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；3）無(wú)須外部器件；4）可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V;5）零待機(jī)功耗；6）溫度以3位數(shù)字顯示；7）用戶可定義報(bào)警設(shè)置；8）報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；9）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。（2） DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)口518320采用3腳PR-35封裝，如圖2.2

9、所示；DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，地?cái)?shù)據(jù)線可選圖 2.2 口518820封裝（3） DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：1） 64位光刻ROM。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行LSB通信的原因。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下.表2-1 ROM結(jié)構(gòu)8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8巳工廠代碼（10H）MSBLSB MSBLSB MSB存存儲(chǔ)器和控制邏輯暫存器A溫 溫度傳感器上限觸發(fā)H號(hào)下限觸發(fā)L位八: 產(chǎn)生器圖2.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2)非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和口，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警

10、上下限值。3)高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置口518320溫度轉(zhuǎn)換的精度。口518320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E2PRAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如表2.2所示。頭2個(gè) 字節(jié)包含測(cè)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(shí) 被刷新。第5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。DS18B20 工作時(shí)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(chǔ)器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如 圖2.4所示。低5位一直為1,丁乂是工作模式位，用于設(shè)置口518320在工作模式還是在 測(cè)試模式。表2-2 DS1

11、8B20內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)Byte0溫度測(cè)量值LSB (50H)Byte1溫度測(cè)量值MSB (50H)E2PROMByte2TH高溫寄存器03TH高溫寄存器Byte3TL低溫寄存器03TL低溫寄存器Byte4配位寄存器03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(yàn)（CRC）DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0,用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率，如圖2.4。由表2.3可見(jiàn)，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中 要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為

12、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(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位 帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單 線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625/LSB形式表示。當(dāng)符號(hào)位3 = 0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S=1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)制數(shù)值。表2.4是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。表2-3 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1R0分辨率/位溫

13、度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750表2-4 一部分溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十八進(jìn)制表示+ 1250000 01111101 000007D0H+850000 01010101 00000550H+25.06250000 00011001 00000191H+ 10.1250000 00001010 000100A2H+0.50000 00000000 00100008H00000 00000000 10000000H-0.51111 11111111 0000FFF8H-10.1251111 11110101 1110FF5EH-25.062

14、51111 11100110 1111FE6FH-551111 11001001 0000FC90H4） CRC的產(chǎn)生在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的 前56位來(lái)計(jì)算CRC值,并和存入DS18B20中的CRC值做比較,以判斷主機(jī)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(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念, 因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20 （發(fā)復(fù)位脈沖）f發(fā)ROM功能命令f發(fā)存儲(chǔ)器操作命令f處理數(shù)據(jù)。.I3 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介3.1 溫度傳感器的歷史及

15、簡(jiǎn)介溫度的測(cè)量是從金屬（物質(zhì)）的熱脹冷縮開(kāi)始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測(cè)量的計(jì) 量標(biāo)準(zhǔn)?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測(cè)，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒 精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒(méi)有毒性，但測(cè)量精度很低，只能作為一個(gè)概略指 示。不過(guò)在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指 示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測(cè)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(shì)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 口$18320的工作原理3.2.

16、1 DS18B20H作時(shí)序根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：1 .每一次讀寫(xiě)之前都必須要對(duì)DS18B20進(jìn)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(duì)DS18B20進(jìn)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(hào)后等待15 60微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工 作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖3.1, 3.2, 3.3所示。（1）初始化時(shí)序I 一 I 等待15-60U主機(jī)口最小480萬(wàn)主機(jī)復(fù)位脈沖乙 一

17、上 L -;1二Tx響應(yīng)脈 一最小480US -M 沖60240、二圖3-1初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開(kāi)始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知 道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us,以 產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7KQ上拉電阻將總線拉高，延時(shí)1560us,并進(jìn)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(shí)480us。(2)寫(xiě)時(shí)序主機(jī)寫(xiě)0時(shí)序主機(jī)寫(xiě)1時(shí)序I - I 采 樣1545U：-I - I 采 樣1545U .圖3-2寫(xiě)時(shí)序?qū)憰r(shí)序包括寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序。所有寫(xiě)時(shí)序至少需要60us,且在2次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí) 序之間至少需

18、要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開(kāi)始。寫(xiě)1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延 時(shí)2us,然后釋放總線，延時(shí)60us。寫(xiě)0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us,然后釋放 總線，延時(shí)2us。(3)讀時(shí)序主機(jī)寫(xiě)0時(shí)序主機(jī)寫(xiě)1時(shí)序耳圖3-3讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us,且在2次 獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。 主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出 低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)

19、12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us3.2.2 ROM操作命令當(dāng)主機(jī)收到DSl8B20的響應(yīng)信號(hào)后，便可以發(fā)出ROM操作命令之一。3.3 DS18B20的測(cè)溫原理3.3.1 DS18B20的測(cè)溫原理：每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號(hào)，在出廠前已寫(xiě)入片內(nèi)ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過(guò)ROM，啟動(dòng)所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換，之后通過(guò)匹配ROM，再逐 一地讀回每個(gè)DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20的測(cè)溫原理如圖3.4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

20、固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)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(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì) 數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度 測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng) 的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng) 減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝 入，減法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)

21、生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減 法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)至0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫 度。圖2.3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值.表3-1 ROM操作命令指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20 ROM中的編碼符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單線 總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20使之作出響應(yīng)，為下 一步對(duì)該DS18B20的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位RO

22、M地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)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(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)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(xiě)暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3, 4字節(jié)寫(xiě)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)皤存器48H將E2PRAM中第3,4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PRAM中重調(diào)E2PRAM0BBH將E2PRAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3, 4字節(jié)讀供電方式0B4H讀D

23、S18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”,外接電源供電DS18B20發(fā)送 T系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20 （發(fā)復(fù)位脈沖）f發(fā)ROM功能命令f發(fā)存儲(chǔ)器操作命令f處理數(shù)據(jù)。圖3-4測(cè)溫原理內(nèi)部裝置3.3.2 DS18B20的測(cè)溫流程圖3-5 口518820測(cè)溫流程4單片機(jī)接口設(shè)計(jì).4.1 設(shè)計(jì)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(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，如圖3.1所示單片機(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

24、，可用一個(gè) MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式，P1.1 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)MOSFET管和89S51的P1.0 來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必 須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為103。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(jī)控制DS18B20完 成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：初始化；ROM操作指令；存儲(chǔ)器操作指令。4.2 引腳連接4.2.1 晶振電路單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中

25、間再并個(gè)12MHz的晶振，形成單片 機(jī)的晶振電路。4.2.2 串口引腳P0 口接9個(gè)2.2K的排阻然后接到顯示電路上。P1.0溫度傳感器DS18B20如圖4.1所示。圖4-1 DS18B20與單片機(jī)的接口電路P1.1和1.2引腳接繼電器電路的4.7K電阻上，P1 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ALE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.I5系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5.1.1 主板電

26、路設(shè)計(jì)單片機(jī)的P1.0接DS18B20的2號(hào)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1。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(jī)的輸出端口，便于程序的編 寫(xiě)。234DS3DS2DS16圖5-1顯示電路圖口518320溫度傳感器電路U2 VCCVCC DQ GND2P1.01DS18B20 圖5-2溫度傳感器電路引腳圖(3)單片機(jī)電路(4)繼電器電路UI ATS9S51VCCPlfl LPIOVCCPllPOOP12P01P13P02P14PD3Pl 5P04Pl5PQ5prP06RESET也P50EAP

27、31_ALEP32PSENP33P27PJ-IP26P35P25P56P24P37P23XTALLP22?CTAL2P21VSSP2Q401Pll 239 TOOPI2 338 PtJlPIS 43： P01P14 536 P05p技巧35 P04P16 73； F05PI? 8打POS3 T 932 MFPJ01031PSI 1130PSI 1229 VC!CPJ31328 prPM 1427 PMPJ5H26 P2525 P24PS7171 PISIB23 F!219a m2021 1a2。圖5-3單片機(jī)電路引腳圖圖中Pl/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

28、來(lái)開(kāi)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SL圖5-6復(fù)位電路圖5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相 應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)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(guò)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(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和 軟件資源，采用與S51系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的51匯編語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件 編程。MCS51指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短，它

29、在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)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MCS51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱(chēng)位處理）指令，可以形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是MCS51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對(duì)于要求反應(yīng)靈敏與控制及時(shí)的工控、 檢測(cè)等實(shí)時(shí)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(yǔ)言簡(jiǎn)明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。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(xiě)入子程序、以及有 關(guān)DS18B20的程序（初始化子程序、寫(xiě)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

30、應(yīng)答子程序，寫(xiě)入子程序等。1）主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度 值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖 5-7所示。通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開(kāi)存放在不同的兩個(gè) 單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)什玷中 T才用比.盤(pán)度了程叱I數(shù)字變換程序，顯示子程序，T圖5-7主程序流程圖DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序4r -跳過(guò)ROM匹配命令寫(xiě)入子程序溫度轉(zhuǎn)換命令 寫(xiě)入子程序I顯示子程序（延時(shí)）.r .跳過(guò)ROM匹配命令DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序圖5-8讀出溫度子程序2）讀出溫度

31、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(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn), 校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。DS18B20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)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(hào)位。3）復(fù)位、應(yīng)答子程序4）寫(xiě)入子程序5）系統(tǒng)總的流程圖圖5-10寫(xiě)入子程序圖5-11系統(tǒng)總的流程圖5.3調(diào)試主程序的功能是：?jiǎn)?dòng)DS18B20測(cè)量溫度，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，若測(cè)得溫 度小于設(shè)定值，則進(jìn)入加熱階段，置P1.1為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到 溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置P1.1為高電平

32、斷開(kāi)可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動(dòng)命令。 當(dāng)測(cè)得溫度大于設(shè)定值，則進(jìn)入降溫階段，則置P1.2為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行 監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置P1.2為高電平斷開(kāi)，關(guān)閉風(fēng)扇，等待下一次的啟動(dòng)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(shí)超過(guò)90攝氏度卻不報(bào)警，后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)是進(jìn)位0沒(méi)有清0，于是在如下寫(xiě)入程序 中加入進(jìn)位C清零，便排除了這個(gè)異常。WR1:CLR P1.0MOV R3,#6DJNZ R3,$RRC AMOV P1.0,CMOV R3,#23DJNZ R3,$SETB P1.0NOPDJNZ R2,WR1RET;讀 DS

33、18B2再經(jīng)實(shí)際接電調(diào)試，一切運(yùn)行正常。加熱到90攝氏度時(shí)，紅燈亮起，自動(dòng)斷電，而 低于20攝氏度時(shí)，綠燈亮起，開(kāi)始加熱。六、結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)近一周的努力，我的論文設(shè)計(jì)一一基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng) 基本完成。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)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(jì)系統(tǒng)仍然存在一些不足，有待 改進(jìn)。本測(cè)量系統(tǒng)溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該 智能溫度控制器只是口518320在溫度控制領(lǐng)域的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，還有許多需要 完善的地方，例如可以將測(cè)得的溫度通過(guò)單片機(jī)與通訊模塊相連接，以手機(jī)短消 息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時(shí)

34、對(duì)溫度進(jìn)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(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可用于多種場(chǎng) 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(jì)的用途，其 有很強(qiáng)的使用價(jià)值。這是我第一次利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)踐，我對(duì)匯編 語(yǔ)言和單片機(jī)有了新的認(rèn)識(shí)和理解，并且學(xué)會(huì)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(jì)和繪制、電路 圖仿真、程序設(shè)計(jì)到軟件仿真調(diào)試的設(shè)計(jì)流程，積累了硬件設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。基于電 路的設(shè)計(jì)方法有利于電子電路初學(xué)者加深對(duì)電路原理、器件資料、電路板設(shè)計(jì)和 電路的硬件調(diào)試認(rèn)識(shí)和理解。由于初次

35、接觸單片機(jī)類(lèi)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，以前 學(xué)習(xí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握的不夠好，對(duì)電路的理解不是很透徹，設(shè)計(jì)的電路布局布線 不是很合理，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)。還由于元器件的多樣性 和可選型號(hào)的廣泛性，在此系統(tǒng)中運(yùn)用的型號(hào)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(jìn)的地方。在以后的實(shí)踐中，我將繼續(xù)努力學(xué)習(xí)電子電路設(shè)計(jì)， 力爭(zhēng)取得更大的進(jìn)步。參考文獻(xiàn)1李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）M.:北京航空航天大學(xué)出版社， 1998李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.:北京航空航天大學(xué)出版社，1994金偉正.單線數(shù)

36、字溫度傳感器的原理與應(yīng)用J.電子技術(shù)與應(yīng)用，20004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,20055Steven F.Barrett,Daniel J.Pack.Embedded SystemM.:電子工業(yè)出版 社，20066陳躍東.DS18B20集成溫度傳感器原理與應(yīng)用J.安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào),20027閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.:高等教育出版社，1989致謝首先要衷心感謝的是我的指導(dǎo)教師耿鑫老師！在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問(wèn)的秘 訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則。這些都將使我終生受益。我愿借此機(jī)會(huì)向?qū)煴硎局孕牡母兄x!其次要感謝所有教育過(guò)我的老師！

37、你們傳授給我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)是我不斷成長(zhǎng)的源泉，也 是完成本論文的基礎(chǔ)。我還要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對(duì) 我的關(guān)心、關(guān)注和支持！大學(xué)的生活讓我有了堅(jiān)強(qiáng)的性格，冷靜的頭腦和永遠(yuǎn)樂(lè)觀的態(tài)度。最重要的是讓我有 了責(zé)任感，對(duì)自己、對(duì)家人和對(duì)社會(huì)。我愿在未來(lái)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，以更加豐厚的成果來(lái)答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過(guò)我的所 有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友。附錄附錄1主板電路圖:Y桀npqFFQqqpRPFFQQqqp ifiTJ ktf Irr kv IrrWkvIrr k-m 5H 7 D. 5 口LvrJ- U 71n 5XlLvrJ- U，匚。卬 Emm 1 nl 3 t Ws-附錄2

38、程序代碼：ORG 0000HTEMPER_L EQU 29HTEMPER_H EQU 28HFLAG1 EQU 38H;是否檢測(cè)到DS18B20標(biāo)志位A_BIT EQU 20H ;數(shù)碼管個(gè)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 30HMOV A,#00HMOV P2,AMAIN:LCALL GET_TEMPER;調(diào)用讀溫度子程序MOV A,29HMOV B,ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ASWAP AMOV 31H,AMOV A,BMOV C,40H；W 28H中的最低位移入CRRC AMOV C,4

39、1HRRC AMOV C,42HRRC AMOV C,43HRRC AMOV 29H,ALCALL 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 P1.0NOPCLR P1.0;主機(jī)發(fā)出延時(shí)537微秒的復(fù)位低脈沖MOV R1,#3TSR1:MOV R0,#107DJNZ R0,$DJNZ R1,TSR1SETB P1.0;然后拉高數(shù)據(jù)線NOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB P1.0,TSR3;等待 DS18B20 回應(yīng)DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ;延時(shí)TSR3:SETB FLAG1 ;

40、置標(biāo)志位，表示DS1820存在LJMP TSR5TSR4:CLR FLAG1 ;清標(biāo)志位，表示DS1820不存在LJMP TSR7TSR5:MOV R0,#117TSR6:DJNZ R0,TSR6 ;時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間TSR7:SETB P1.0RET;讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER:SETB P1.0LCALL INIT_1820冼復(fù)位 DS18B20JB FLAG1,TSS2RET ;判斷DS1820是否存在？若DS18B20不存在則返回TSS2:MOV A,#0CCH ;跳過(guò) ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALL WRITE_1820;這里通過(guò)調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)一段時(shí)間，等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束,12位的話750微秒LCALL DISPLAYLCALL INIT_1820;準(zhǔn)備讀溫度前先復(fù)位MOV A,#0CCH ;跳過(guò) ROM 匹配LCALL WRITE_1820MOV