溫度控制器的設(shè)計與制作.doc

6.4實施制作過程6.4.1硬件設(shè)計溫度測量采用最新的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，DS18B20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)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源。因而，使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。降溫控制系統(tǒng)采用低壓直流電風扇。當溫度高于設(shè)定最高限溫度時，啟動風扇降溫，當溫度降到指定最高限溫度以下后，風扇自動停止運轉(zhuǎn)。溫控系統(tǒng)的溫度顯示和溫度的設(shè)定直接采用綜合實訓板上的顯示和鍵盤。當環(huán)境溫度低于設(shè)定的最低限溫度值時，也采用綜合實訓板上的蜂鳴器進行報警。用0#、1#鍵作為溫度最高限、最低限的設(shè)定功能鍵；2#、3#鍵作為溫度值設(shè)定的增加和減小功能鍵。0#鍵：作為最高限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進入最高限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最高限溫度值后，再按一次確認設(shè)定完成。1#鍵：作為最低限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進入最低限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最低限溫度值后，再按一次確認設(shè)定完成。2#鍵：1功能鍵，每按一次將溫度值加1，范圍為199。3#鍵：1功能鍵，每按一次將溫度值減1，范圍為991。圖2.2.1溫控系統(tǒng)硬件接線原理圖6.4.2軟件設(shè)計(1)溫控系統(tǒng)采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，可以分成以下程序模塊：系統(tǒng)初始化程序：首先完成變量的設(shè)定、中斷入口的設(shè)定、堆棧、輸入輸出口及外部部件的初始化工作。主程序MAIN：完成鍵盤掃描、溫度值采集及轉(zhuǎn)換、溫度值的顯示。當溫度值高于設(shè)定最高限時，驅(qū)動風扇工作；當溫度值低于設(shè)定最低限時，驅(qū)動蜂鳴器報警。鍵盤掃描程序KEYSCAN：完成鍵盤的掃描并根據(jù)確定的鍵值執(zhí)行相應(yīng)的功能，主要完成最高溫度、最低溫度的設(shè)定。溫度采集程序GET_TEMPER：完成DS18B20的初始化并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，經(jīng)過指定時間后讀取轉(zhuǎn)換的溫度值。根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，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CPU將數(shù)據(jù)線下拉500s，然后釋放。DS18B20收到信號后等待1660s左右，后發(fā)出60240s的存在低脈沖，CPU收到此信號表示復(fù)位成功。溫度轉(zhuǎn)換程序TEMPER_COV：根據(jù)精度要求對采集到的溫度值進行處理并轉(zhuǎn)換成便于顯示的BCD碼值。顯示子程序DISPLAY：顯示實時溫度及設(shè)定溫度值。DS18B20初始化子程序INIT_1820：DS18B20在工作之前必須按照指定的要求完成初始化工作，否則無法正常工作。DS18B20讀寫子程序WRITE_1820、READ_1820、READ_1820T完成對18B20的讀寫功能，其中，READ_1820從DS18B20中讀出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，READ_1820T從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。圖2.2.2主程序流程圖圖2.2.3DS18B20初始化程序流程圖延時程序DELAY、DELAY1滿足18B20要求的延時間隔及程序中的延時功能。(2)軟件流程框圖分別如圖2.2.2、2.2.3、2.2.4、2.2.5和2.2.6所示。圖2.2.5DS18B20寫入子程序圖2.2.6DS18B20讀取子程序(3)下面給出參考程序（部分）；晶振：12MHz；HIG_TMPEQU32H；設(shè)定的最高溫度值LOW_TMPEQU33H；設(shè)定的最低溫度值NUB_VALEQU34H；加1、減1的暫存值TEMPER_HEQU36H；采集到溫度值的低位TEMPER_LEQU35H；采集到溫度值的高位TEMPER_NUMEQU30H；PORTEQU4400H；8155口地址PORTAEQU4401H；8155A口地址PORTBEQU4402H；8155B口地址PORTCEQU4403H；8155C口地址；FLAG1BIT00H；18B20初始化完成標志KEY_MKBIT08H；鍵盤按下標志KEY_HMKBIT09H；S1鍵按下標志KEY_LMKBIT0AH；S2鍵按下標志DISP_MKBIT0BH；溫度設(shè)定狀態(tài)標志DQBITP1.1；ORG0000HAJMPSTART；ORG0030HSTART：MOVSP,#60H；設(shè)置堆棧值MOVIE,#00HMOVTCON,#00HMOVTMOD,#10HMOVDPTR,#PORT；初始化8155口，A、B輸出C輸入MOVA,#43HMOVXDPTR,ASETBDQSETBP1.2MOVR0,#20HMOVR1,#20HMOVA,#00HSTART_1：MOVR0,AINCR0DJNZR1,START_1START_2：CLRP1.0CLRP1.2MOVHIG_TMP,#30H；初始高溫限值設(shè)為30MOVLOW_TMP,#20H；初始低溫限值設(shè)為20；ACALLRE_CONFIGNOPACALLINIT_1820JNBFLAG1,START_2MAIN：ACALLKEY_SCANJBKEY_LMK,MAIN1JBKEY_HMK,MAIN1ACALLGET_TEMPER；采集溫度值A(chǔ)CALLTEMPER_COV；溫度值轉(zhuǎn)換MAIN1：ACALLDISPLAYMOVA,TEMPER_NUMCJNEA,HIG_TMP,MAIN2CLRCMAIN2：JCMAIN3SETBP1.2；啟動風扇AJMPMAINMAIN3：CJNEA,LOW_TMP,MAIN4CLRCMAIN4：JNCMAIN5SETBP1.0；啟動報警器AJMPMAINMAIN5：CLRP1.0CLRP1.2AJMPMAINNOP；-讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER：SETBDQ；定時入口GET_TMP1：LCALLINIT_1820；第一步，完成對18B20初始化JBFLAG1,GET_TMP2LJMPGET_TMP1；若DS18B20不存在，則繼續(xù)初始化GET_TMP2：LCALLDELAY1；延時80sMOVA,#0CCH；第二步，ROM命令，跳過ROM匹配0CCLCALLWRITE_1820MOVA,#44H；第三步，功能命令，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALLWRITE_1820GET_TMP5：NOPLCALLDISP3CLRDQNOPNOPSETBDQ；釋放數(shù)據(jù)線MOVR3,#4；延時14sDJNZR3,$CLRCMOVC,DQJNCGET_TMP5GET_TMP3：LCALLINIT_1820；第一步，對18B20初始化JBFLAG1,GET_TMP4LJMPGET_TMP3GET_TMP4：LCALLDELAY1MOVA,#0CCH；第二步，ROM命令，跳過ROM匹配LCALLWRITE_1820MOVA,#0BEH；第三步，功能命令，發(fā)出讀溫度命令LCALLWRITE_1820；LCALLREAD_1820；READ_1820RET；-寫DS18B20的程序WRITE_1820：MOVR2,#8CLRCWRITE1:CLRDQMOVR3,#7；延時14sDJNZR3,$RRCAMOVDQ,CMOVR3,#21；延時45sDJNZR3,$SETBDQNOPDJNZR2,WRITE1SETBDQRET6.4.3系統(tǒng)調(diào)試1)輸入源程序輸入源程序時，應(yīng)以西文方式輸入字母和符號，且中文注釋前要加分號。2)對源程序進行匯編和糾錯根據(jù)自動匯編提供的錯誤信息逐條糾正錯誤，直至匯編信息提示“錯誤(0)”、“匯編結(jié)束”。3)確定調(diào)試方案在調(diào)試程序前一定要認真分析源程序，明確各功能程序運行的預(yù)期結(jié)果。然后結(jié)合源程序應(yīng)達到的結(jié)果，確定出如何通過某些關(guān)鍵參數(shù)和實驗現(xiàn)象檢驗程序運行結(jié)果正確與否。例如：程序運行過程中路徑的變化、累加器A內(nèi)容的變化、其他特殊寄存器內(nèi)容的變化等。并針對具體的分析和觀察對象選擇較合適的調(diào)試方法。如單步運行、跟蹤運行、連續(xù)運行、快速運行至光標處、設(shè)置斷點等調(diào)試方法。4)調(diào)試程序(1)調(diào)試主程序。主程序運行后，在無任何按鍵輸入時觀察有無顯示，時鐘是否工作，其時、分、秒顯示的變化過程是否正確。若運行結(jié)果不正確，首先應(yīng)根據(jù)程序運行的實際現(xiàn)象分析判斷哪些因素可引起相關(guān)故障，再通過調(diào)試方法逐一認證和排除。例如：若定時/計數(shù)器的初始化出錯，則時鐘將不能工作；若顯示程序出錯，則將不能正確顯示時鐘單元內(nèi)容；若定時/計數(shù)器中斷服務(wù)子程序出錯，則其顯示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律將不正常。(2)調(diào)試子程序。在調(diào)試主程序時，必然要調(diào)用相關(guān)的功能子程序。因此，首先應(yīng)明確子程序的具體功能，通過對子程序的分析，確定子程序的入口、出口參數(shù)及相關(guān)標識位的狀態(tài)，然后在滿足入口條件的狀態(tài)下，設(shè)法檢查從主程序進入子程序，再由子程序返回到主程序的運行過程。可采用跟蹤運行或運行至光標處的方法，檢查從主程序進入子程序內(nèi)部的運行過程，再通過單步運行等方法檢查子程序內(nèi)部的運行情況和返回主程序的過程。通過反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并排除軟件與硬件存在的各類問題，以滿足系統(tǒng)設(shè)計的預(yù)期目的。5)脫機運行將調(diào)試已通過的程序?qū)懭雴纹瑱C內(nèi)部(或外部)程序存儲器中，再將寫好程序的單片機(或存儲器)插入已設(shè)計好的單片機用戶板上，把仿真系統(tǒng)與用戶板脫離開來，最后將所設(shè)計的單片機應(yīng)用系統(tǒng)獨立通電運行。6.6評估總結(jié)和提高6.6.1項目總結(jié)(1)該實訓項目主要是以DS18B20為例，訓練單片機應(yīng)用系統(tǒng)與外圍應(yīng)用系統(tǒng)或部件組合的綜合設(shè)計、分析與調(diào)試方法。學會分析和掌握專用芯片或器件的功能、控制方法和編程技巧，能根據(jù)專用芯片或部件的技術(shù)資料、讀寫時序要求設(shè)計硬件接口及軟件編程，完成單片機應(yīng)用系統(tǒng)的整個開發(fā)過程。(2)實訓項目中的難點是理解和掌握DS18B20的專用特性和功能，能根據(jù)廠商提供的技術(shù)資料，編制出相應(yīng)的初始化程序、讀寫程序。(3)程序仍采用模塊化結(jié)構(gòu)，鍵盤、顯示、延時子程序可以采用原有子程序，本程序是在原有的子程序基礎(chǔ)上進行簡化而成的。(4)運行狀態(tài)采用標志化管理可使程序結(jié)構(gòu)更加簡化。在上述程序中，對各按鍵的操作過程和狀態(tài)都采用標識位來描述，對于不應(yīng)具有連動功能的按鍵采用標志位限制，只有在鍵盤掃描程序確定沒有任何按鍵按下時才清除按鍵標志。這樣既可以起到按鍵防抖動的作用，同時還可防止由于誤操作或按鍵習慣問題導(dǎo)致的按鍵被多次執(zhí)行的情況。(5)調(diào)試程序時，重點分析和調(diào)試DS18B20的初始化及讀寫程序，嚴格按照技術(shù)資料提供的時序要求，檢查時序的前后次序和延時時間，要結(jié)合能反映故障存在與否的參數(shù)變化、運行路徑變化、顯示內(nèi)容變化等選擇合適的觀測點和觀測對象，再運用適當?shù)恼{(diào)試方法，快速地檢驗調(diào)試結(jié)果，由此分析和判斷出故障點。(6)為了能在實訓室對溫度測量進行測試，可分別設(shè)定溫度的最高位和最低位分別為36和32(當時的室溫)。由于人體的體溫一般高于36，用手指接觸測溫點，會導(dǎo)致高溫報警，從而啟動風扇降溫，拿開手之后，測溫點的溫度會逐步下降。如果此時的室溫低于設(shè)定的最低溫度，系統(tǒng)會啟動蜂鳴器報警。調(diào)試程序時，如果顯示的溫度值與實際不符或沒有顯示，可以首先檢查DS18B20的初始化過程是否成功，然后在讀取溫度值的操作完成后檢查所讀到的值是否正常，確信沒有問題的情況下，檢查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和顯示程序是否存在問題。6.6.2提高二DS18B20簡介(1)獨特的單線接口方式：當DS18B20與微處理器連接時，僅需要一條數(shù)據(jù)線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。(2)使用中不需要任何外圍元件。(3)可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V。(4)測溫范圍為55125。固有測溫分辨率為0.5。(5)通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。(6)用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。(7)支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的數(shù)據(jù)線上，實現(xiàn)多點測溫。(8)負壓特性，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)圖2.2.7DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(1)64位光刻ROM的結(jié)構(gòu)如下：8b檢驗CRC48b序列號8b工廠代碼(10H)MSBLSBMSBLSBMSBLSB開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一序號，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。(2)非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限。(3)高速暫存存儲器。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存SRAM和一個非易失性的可電擦除的E2PROM。后者用于存儲TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫入SRAM，經(jīng)校驗后再傳給E2PROM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個字節(jié)，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下：TMR1R011111低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即設(shè)置分辨率，如表2.2.1所示(DS18B20出廠時被設(shè)置為12位)。表2.2.1R1和R0模式表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms00110101910111293.75187.5275.00750.00由表2.2.1可見，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長。因此，在實際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時間之間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個寄存器，其分配如下所示。其中，第1、2個寄存器存儲溫度信息，第3、4個寄存器存儲TH和TL值，第68個寄存器未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9個寄存器存儲的是前面所有8個寄存器內(nèi)容的CRC碼，可用來保證通信正確。溫度低位溫度高位