(完整版)單片機(jī)智能溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文.doc

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)下達(dá)日期：X年 X月 X 日開(kāi)始日期：X年X月X日完成日期：X年 X月 X 日專(zhuān)業(yè)：X學(xué)生姓名：*、* 、*指導(dǎo)教師：*XXXXXX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AT

2、89S51 單片機(jī)，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。【關(guān)鍵詞】溫度箱， AT89S51，單片機(jī)，控制，模擬Temperaturecontrolsystemused single chip computerABSTRACTThe temperatureisconstantlyin the dailylifeof physicaland t

3、emperature controls in various fields also significantlyincrease the temperature was charged with the technicalindicators,which can greatlyenhance the qualityof the products.Therefore, intelligent temperature control technology is being widely adopted.The temperature was designed with the now popula

4、r AT89S51SCM,and with DS18B20digitaltemperaturesensor,The temperaturesensor can setup theirown temperature collars.SCM will detectthat the temperature of the input signal and temperature, thelower comparisons thisjudgment whether to activatethe relaytoopen the equipment.The design also includes comm

5、only used digital display and control state lights commonly used circuit, making the whole design more complete, more flexible. The design applied to someone, to someone intelligent temperature control.【 Key word】 Temperature， AT89S51， SCM， Control， Simulation目錄一、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 .1.2溫度控制系

6、統(tǒng)的目的 .1.3溫度控制系統(tǒng)完成的功能 .二、總體設(shè)計(jì)方案 .2.1方案一 .2.2方案二 .三、 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介 .3.1溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介 .3.2 DS18B20 的工作原理 .3.2.1DS18B20 工作時(shí)序 .3.2.2 ROM 操作命令 .3.3 DS18B20 的測(cè)溫原理 .3.3.1DS18B20 的測(cè)溫原理 : .3.3.2DS18B20 的測(cè)溫流程 .四、單片機(jī)接口設(shè)計(jì) .4.1設(shè)計(jì)原則 .4.2引腳連接 .4.2.1晶振電路 .4.2.2串口引腳 .4.2.3其它引腳 .五、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主板電路設(shè)計(jì) .5.1.

7、2各部分電路 .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 .5.2.2系統(tǒng)程序流圖 .5.3 調(diào)試 .六、結(jié)束語(yǔ) .附錄 .參考文獻(xiàn) .致謝 .一、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，但溫度控制一直是一個(gè)未開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)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(kāi)溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，

8、像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲(chǔ)、酒類(lèi)生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，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(chǎng)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

9、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(guān)，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

10、，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。二、總體設(shè)計(jì)方案2.1方案一測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)， 可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到AD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(jī)電路設(shè)計(jì)， 采用一只 DS18B2

11、0溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)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(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。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DS18B20溫度傳感器。圖 21 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(mǎn)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

12、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DS18B20把采集到的溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P1.0 口，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 9 ：1) 獨(dú)特的單線(xiàn)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(xiàn)上

13、，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(xiàn)供電，電壓范圍為3.0 5.5V；5) 零待機(jī)功耗；6) 溫度以 3 位數(shù)字顯示；7) 用戶(hù)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)DS18B20采用 3 腳 PR35 封裝，如圖 2.2 所示； DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引地?cái)?shù)據(jù)線(xiàn)可選圖 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(kāi)始 8 位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是

14、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(xiàn)進(jìn)行通信的原因10 。64 位閃速 ROM的結(jié)構(gòu)如下 .表 21 ROM結(jié)構(gòu)8b 檢驗(yàn) CRC48b 序列號(hào)8b 工廠(chǎng)代碼（ 10H）MSBLSBMSBLSB MSBLSB存儲(chǔ)器和控制邏輯位和內(nèi)部單線(xiàn)端口溫度傳感器暫存器上限觸發(fā)電源探測(cè)下限觸發(fā)位產(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 TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下限值。3) 高速暫存存儲(chǔ)， 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(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存

15、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)如圖 1.3 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 1.3 所示。低 5 位一直為， TM是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。表 22 DS18B20 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

16、（ 50H）E2PROMByte2TH 高溫寄存器-TH 高溫寄存器Byte3TL 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(yàn)（ CRC ）2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下限值。3) 高速暫存存儲(chǔ)， 可以設(shè)置 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。DS18B20出廠(chǎng)時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶(hù)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 1.4 。圖 2 3 DS18B20 字節(jié)定義TMR1R011111由表 1.1

17、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(xiàn)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S0 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

18、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1.2是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)6。表 2 4 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1R0分辨率位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間ms00993.750110187.510113751112750表 2 5 一部分溫度對(duì)應(yīng)值表溫度二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 01111101 000007D0H+850000 01010101 00000550H+25.06250000 00011001 00000191H+10.1250000 00001010 000100A2H+0.50000 00000000 00100008H00000 00

19、000000 10000000H-0.51111 11111111 0000FFF8H續(xù)表 25-10.1251111 11110101 1110FF5EH-25.06251111 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(xiàn)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)DS18B2

20、0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）發(fā) ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。三、 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介3.1溫度傳感器的歷史及簡(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)。 可是它的缺點(diǎn)是只能近距離觀(guān)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(mǎn)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

21、。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 DS18B20的工作原理3.2.1 DS18B20 工作時(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(xiàn)下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20收到信號(hào)后等待 1560 微秒左右后發(fā)出60240 微秒的存在低脈沖，

22、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2.1 ，2.2 ，2.3 所示。(1) 初始化時(shí)序等待 15-60主機(jī)最小 480主機(jī)復(fù)位脈沖響應(yīng)脈最小 480US沖60240圖 3 1 初始化時(shí)序總線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)，4.7K 上拉電阻將總線(xiàn)拉高，延時(shí)15 60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平12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1

23、1采采樣1545樣1545圖 32 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)序之間至少需要1us 的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)，延時(shí)2us8 。(3) 讀時(shí)序主機(jī)寫(xiě) 0 時(shí)序主機(jī)寫(xiě) 1 時(shí)序11主機(jī)采樣主機(jī)采樣4545圖 33 讀時(shí)序總線(xiàn)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 1

24、us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(xiàn) 1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線(xiàn)，并且在時(shí)序起始后的 15us之內(nèi)采樣總線(xiàn)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) 12us，然后讀取總線(xiàn)當(dāng)前電平，4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，這些命令如表 2.2 ：ROM 操作命令。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(chǎng)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

25、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(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

26、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)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)到 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(xiàn)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功能碼讀 R

27、OM33H讀 DS18B20 ROM中的編碼發(fā)出此命令之后， 接著發(fā)出 64 位 ROM編碼，訪(fǎng)問(wèn)單符合55H線(xiàn)總線(xiàn)上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20 使之作出響ROM應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備搜索0F0H用于確定掛接在同一總線(xiàn)上DS18B20的個(gè)數(shù)和識(shí)別ROM64 位 ROM地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)0CCH忽略 64 位 ROM地址，直接向 DS18B20發(fā)溫度變換命ROM令，適用于單片工作。續(xù)表 31告警搜索0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或者下限的片命令子才做出響應(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)

28、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)制暫存48H將 E2PRAM中第 3，4 字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到 E2PRAM中器重調(diào)0BBH將 E2PRAM中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM中的第 3， 4 字節(jié)E2PRAM讀 供 電0B4H讀 DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí) DS18B20發(fā)方式送“ 0”，外接電源供電 DS18B20發(fā)送“ 1”另外，由于 DS18B20單線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(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的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作

29、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(chǔ)器操作命令處理數(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 35 DS18B20 測(cè)溫流程.四、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(xiàn)， 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(xiàn)總線(xiàn)，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管來(lái)完成對(duì)總線(xiàn)的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式，P1.1口接單線(xiàn)總線(xiàn)為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供

30、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(xiàn)的上拉。當(dāng) DS18B20處于寫(xiě)存儲(chǔ)器操作和溫度 AD 變換操作時(shí)，總線(xiàn)上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開(kāi)啟時(shí)間最大為 10 s。采用寄生電源供電方式是 VDD和 GND端均接地。由于單線(xiàn)制只有一根線(xiàn)， 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

31、接到顯示電路上。P1.0 溫度傳感器DS18B20 如圖 3.1 所示。圖 4 1 DS18B20 與單片機(jī)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 接電源五、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主板電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的 P1.0 接 DS18B20的 2 號(hào)引腳， P0

32、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(jī)的輸出端口，便于程序的編寫(xiě)。圖 5 1 顯示電路圖(2) 單片機(jī)電路圖52 單片機(jī)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(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)

33、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。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂”的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序（稱(chēng)為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序（成為目標(biāo)程序） ，計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后

34、逐一執(zhí)行。高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶(hù)編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)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(yǔ)言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語(yǔ)言可以不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問(wèn)題。MCS 51 指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短， 它在存儲(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

35、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(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MCS 51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

36、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19 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)圖 5-7 主程序流程圖圖 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(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。

37、3）復(fù)位、應(yīng)答子程序圖 5-9 復(fù)位、應(yīng)答子程序4）寫(xiě)入子程序圖 5-10 寫(xiě)入子程序5) 系統(tǒng)總的流程圖圖 5-11 系統(tǒng)總的流程圖5.3調(diào)試主程序的功能是： 啟動(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

38、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 C 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 DS18B2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)近兩個(gè)月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)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)

39、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 DS18B20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(hù)，使用戶(hù)能夠隨時(shí)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(hù)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

40、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)?；陔娐返脑O(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(xiàn)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

41、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。附錄附錄 1電源線(xiàn)插接說(shuō)明 ：所提供的電池盒，紅線(xiàn)為正，黑線(xiàn)為負(fù)。板子所留出來(lái)的電源插口用VCC（表示電源正）和GND（表示電源負(fù)）標(biāo)明。若沒(méi)有標(biāo)明，我們會(huì)刻有記號(hào)，刻有 +號(hào)處為電源正。附錄 2主板電路圖：附錄 3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)

42、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XSEQU 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;將 28H中的最低位移入CRRC AMOV C,41HRRC 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(xiàn)NOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB P1.0,TSR3; 等待 DS18B20回應(yīng) DJNZ R0,TSR2