基于單片機的飲水機溫度控制系統(tǒng)--畢業(yè)設(shè)計

1、基于單片機的飲水機溫度控制系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計基于單片機的飲水機溫度控制系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計*本科畢業(yè)論文題目:基于單片機的飲水機溫度控制系統(tǒng)院（系、部）名 稱：機電工程學(xué)院專業(yè)名稱:電子信息工程 學(xué)生 姓名：* 學(xué)生學(xué)號：0414080215指導(dǎo)教師：郭秀梅2012年4月5曰* 教務(wù)處制學(xué)術(shù)聲明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做由貢獻的其他個人和集體, 均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于河北科技師范學(xué)院。本人簽名

2、：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：摘要 單片機在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在許多 電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和控制，目前廣泛使用的飲水 機具有飲水時尚、結(jié)構(gòu)簡單等特點，但隨著用戶的長時間使 用，這些飲水機功能單一能耗較大長時間使用飲水機的水對 健康不利等缺點逐漸暴露由來。因此，此課題的主要目的是設(shè)計由一個基于單片機的飲水 機溫度控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)要可以實時檢測飲水機水箱的水 溫，并且可以通過數(shù)碼管顯示水箱水溫度數(shù)，可以通過鍵盤 或開關(guān)選擇制冷或加熱，可以任意設(shè)置水溫的上下限，如加 熱，當(dāng)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)時正常工作，當(dāng)?shù)陀谒疁叵孪迺r 控制加熱器加熱；如制冷，當(dāng)溫度高于水溫上限時控制壓縮 機制冷。

3、溫度檢測范圍 0950C,精確度-1+1 C,當(dāng)溫度超過設(shè)定 值時具有示警功能。掌握好對飲水機水溫的智能控制，能夠在一定程度上把 我們身邊的水資源充分利用起來，防止了每次加熱都使水沸 騰，既節(jié)能又可以更好的滿足人們的更高的需求。關(guān)鍵詞：飲水機；單片機；溫度傳感器Abstract SCM electronicproducts has become increasingly widespread, and is also used in many electronic products, temperature measurement and control. Currently widely u

4、sed in drinking fountains with drinking water fashion, simple structure and so on. But with the prolonged use of these water fountains, function of single large energy consumption in the prolonged use of drinking fountains on the adverse health and other shortcomings were gradually exposed. Therefor

5、e, the main purpose of this subject is to design a microcontroller - based drinking fountains temperature control system. This system can real-time detect of water dispenser tank water temperature. This system can real-time detection of water dispenser tank water temperature , and digital display wa

6、ter temperature in degrees cooling or heating , you can select via the keyboard or switch , you can set the water temperature in the upper and lower limits. When the temperature within the limits set by the drinking fountains will work properly. Such as heating, When the water temperature is lower t

7、han limit, it controls heater; such as refrigeration compressor cooling, when the temperature is higher than the water temperature limit control. Temperature detection range of 0 95 o C, accuracy of -1 to +1 C, has a warning function when the temperature exceeds the set value. To master the intellig

8、ent control of water dispenser water temperature, can be in to a certain degree of water around us to make full use of it.,prevent heat to boil water all every time.already energy-saving and can better satisfy people s higher demand. Keywords: drinking fountain ;SCM ;sensor.目錄 摘要1 Abstract 1 1.前言4 2

9、.方案論證52.1概論5 2.1.1題目來源52.1.2題目任務(wù)52.1.3設(shè)計分析52.2系統(tǒng)方案設(shè)計63.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計83.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計8 3.1.1單片機選擇83.1.2時鐘電路1 13.1.3復(fù)位電路1 2 3.2溫度采集電路設(shè)計1 23.3 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計1 3 3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器選擇1 43.4顯示電路設(shè)計1 73.5鍵盤電路設(shè)計1 83.6報警電路設(shè)計2 03.7控制電路設(shè)計2 14.系統(tǒng)軟件設(shè)計2 24.1主程序流程圖及簡要說明2 34.2 A/D 轉(zhuǎn)換子程序2 44.3鍵盤子程序2 44.4控制子程序2 54.5顯示子程序2 75.結(jié)論2 86.參考文獻

10、2 97.致謝3 0 附錄1:系統(tǒng)硬件原理圖3 1附錄2:軟件程序清單3 21.前言 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著及其重要的角色。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展與是否能掌握溫度有 著密切的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說 幾乎80%的工業(yè)部門都得考慮著溫度的因素。溫度控制是無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中 都起著非常重要的作用，如電熱水器、自動飲水機等，都要 用到水溫控制系統(tǒng)。高校的發(fā)展同樣要求用現(xiàn)代化手段提升現(xiàn)有的實驗設(shè)備，為學(xué)生提供更多更好更現(xiàn)代化的實驗條件。因此我們應(yīng)該應(yīng)用電子專業(yè)知識，實現(xiàn)溫度控制的自動 化，提高工業(yè)企業(yè)自動化水平。目前的水溫控制系統(tǒng)

11、大多采用由模擬溫度傳感器、多路 模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器及單片機組成的傳輸系統(tǒng)。這種系統(tǒng)需要布置大量的測溫電纜，才能把現(xiàn)場傳感器的 信號送到采集卡上，安裝和拆卸復(fù)雜，成本也高。同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤 差也比較大，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時做由決定。在這樣的形式下，開發(fā)一種實時性高、精度高，能夠綜合 處理多點溫度信息的系統(tǒng)就很有必要。近年來，單片機以其功能強、體積小、使用方便、性能 價格比較高等優(yōu)點，在實時控制、自動測試、智能儀表、計算 機終端、遙測通訊、家用電器等許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。用單片機對溫度進行實時檢測和控制來解決工業(yè)及日常 生活中對溫度的及時自動控制，

12、是現(xiàn)代溫控系統(tǒng)發(fā)展的趨 勢。2.方案論證2.1概論2.1.1題目來源 隨著電子技術(shù)的發(fā) 展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根 本性的變化，如果說微型計算機的由現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得 到了質(zhì)的飛躍，那么單片機技術(shù)的由現(xiàn)則給現(xiàn)代工業(yè)控制測 控領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的C51系列單片機的由現(xiàn)，由于它具有極好的 穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運算精度。因此，它的生現(xiàn)不但推動了工業(yè)的生產(chǎn)，也影響著人們的 工作和學(xué)習(xí)。溫度控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計、工程建設(shè)及日常生活中 的應(yīng)用越來越廣泛，早起的溫度控制主要應(yīng)用于工廠中，例 如鋼鐵的水溶溫度控制，不同等級的鋼鐵要通過不同溫度的 鐵水來實現(xiàn)，這

13、樣就可能有效的利用溫度控制來掌握所需要 的產(chǎn)品了。在日常人們的生活中，溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用和作用也體 現(xiàn)到了各個方面，隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家 庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù) 于社會。2.1.2 題目任務(wù) 設(shè)計一個基于單片機的飲水機溫度控制 系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時檢測飲水機水箱的水溫，并且可以通 過數(shù)碼管顯示飲水機水箱水溫度數(shù)，可以通過鍵盤或開關(guān)選 擇制冷或加熱，可以人為設(shè)置水的溫度的上下限，如加熱， 當(dāng)溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)時正常工作，當(dāng)?shù)陀谒疁叵孪迺r控制 加熱器加熱；如制冷，當(dāng)溫度高于水溫上限時控制壓縮機制 冷，溫度檢測范圍 095°C,精度-1+1&#

14、176;C,當(dāng)溫度超過設(shè) 定值時具有示警功能。2.1.3 設(shè)計分析 該系統(tǒng)要完成飲水機水箱的水溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計要達到題目設(shè)計的要求，設(shè)計時需要解決以下幾個方面的問題：一、如何實現(xiàn)095°C的溫度檢測范圍和精度為 1°C的溫度 測量；二、如何將水箱的溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi)；三、如 何選擇器件及設(shè)計電路使整個系統(tǒng)穩(wěn)定、有效的工作。2.2系統(tǒng)方案設(shè)計方案一：傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，方案原理框圖如圖2.1所示。其選用的是模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，和反饋的溫 度值比較后，決定加熱或不加熱。其特點是電路簡單，易于實現(xiàn)，但是系統(tǒng)所測得的結(jié)果精 度不高，并且調(diào)節(jié)動作頻繁，系統(tǒng)誤差大

15、，不穩(wěn)定。系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實現(xiàn)繁雜的控制算法，不能用 數(shù)碼管顯示，不能用鍵盤設(shè)定。傳感器信號放大溫度設(shè)置比較器信號放大固態(tài)繼 電器 負載 圖2.1方案一原理框圖 方案二：傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，方案原理框圖如圖2.2所示。其基本思想與方案一相同，但是由于采用上下限比較電 路，所以控制精度有所提高，這種方法還是模擬控制方式， 因此也不能實現(xiàn)繁雜的控制算法，而且仍不能用數(shù)碼管顯示 和鍵盤設(shè)定。傳感器 信號放大與設(shè)置的溫度上限比較與設(shè)置的溫度下限比較 信號處理 固態(tài)繼電器 負載 圖2.2方案二原理 框圖方案三：以單片機為核心的控制方案，其原理圖如圖2.3所示。本方案通過溫度傳感器將溫度信號

16、轉(zhuǎn)換為電流信號，信號 放大后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將進來的模擬信號轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號，然后送到單片機處理，并將采集的溫度與鍵盤 設(shè)定的溫度值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，單片機輸由相應(yīng) 的信號來控制外部設(shè)施，達到控制加熱器加熱或壓縮機制冷 的目的。還具有顯示、報警等功能。負載傳感器A/D轉(zhuǎn)換信號放大單片機顯示鍵盤報 警加熱或制冷繼電器受控對象2.3方案三原理框圖方案 一和方案二是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬控制系統(tǒng)是難以 實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，控制方案的修改也較麻煩。而方案三是采用以單片機為核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度 控制，它可達到模擬控制所打不到的控制效果，并且可實現(xiàn) 顯示，鍵盤設(shè)定，報警等功

17、能，大大提高了系統(tǒng)的智能化， 也使得系統(tǒng)的測量結(jié)果精度大大提高。同時，以單片機為核心的控制系統(tǒng)，它的軟件編程比較靈 活，易于實現(xiàn)。根據(jù)本論文的要求，經(jīng)過對三種方案的比較分析，本論文 米用方案二3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 3.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 本論文 設(shè)計最小系統(tǒng)如圖 3.1所示，由主控器 AT89C51、時鐘電路 和復(fù)位電路三部分組成。單片機AT89C51作為核心控制器控制著整個系統(tǒng)的工作， 而始終電路負責(zé)產(chǎn)生單片機工作所必須的時鐘信號，復(fù)位電 路使得單片機能夠正常、有序、穩(wěn)定地工作。圖3.1單片機最小系統(tǒng) 3.1.1單片機選擇 AT89C51單片 機是ATMEL公司的AT89系列中的一種，該系

18、列是當(dāng)今世 界上最新型的電擦寫八位單片機之一，和51系列完全兼容，低電壓、低電流、低功耗，價格低廉，很受到用戶歡迎。其管腳圖如圖3.2所示。圖3.2 AT89C51管腳圖 AT89C51的引腳功能說明：Vcc :電源電壓 GND :地 P0 口：P0 口是一組8位漏極開路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總 線復(fù)用。作為輸由口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1句作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn) 換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上 拉電阻。在Flash編程時，P0 口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時, 輸由指令字節(jié)，

19、校驗時，要求外接上拉電阻。P1 口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1的輸由緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸由電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1：通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，莫個引腳被外部信號拉低時會輸由一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間， P1接受低8位地址。P2 口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2的輸由緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸由電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1：通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，莫個引腳被外部信號拉低

20、時會輸由一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位四肢的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時，P2 口送由高8位地址數(shù)據(jù)，在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX RI指令）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能 寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變Flash編程和程序校驗時，P2也接收高位地址和其他控制 信號。P3 口：P3是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P3的輸由 緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸由電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1：通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，莫

21、個引腳被 外部信號拉低時會輸由一個電流（IIL）。P3 口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳由現(xiàn)兩個機器周期以上高電平 將使單片機復(fù)位。ALE/PROG :當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE （地址鎖存允許）輸由脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸 由固定的正脈沖信號，因此它可對外輸由時鐘或用于定時目 的。要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器 （SFR

22、）區(qū)中的8EH單 元D0位置位，可禁止 ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX 和MOVC 指令A(yù)LE才會 被激活。止匕外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN:程序存儲允許輸由是外部程序存儲器的讀選通型號，當(dāng)89C51由外部存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩 次PSEN有效，即輸由兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不由現(xiàn)。EA/VPP :外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H FFFFH）, EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA

23、端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存 儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上 +12v的編程允許電源 Vpp ,當(dāng)然這必須是該器件使用12v編程電壓Vpp oXTAL1 :振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2 :振蕩器反相放大器的輸由端。鑒于AT89C51單片機所具有的特性及本論文設(shè)計控制的 復(fù)雜性和兼顧顯示、報警、鍵盤控制等較高要求，本論文設(shè) 計選用AT89C51單片機作為中心控制器。3.1.2 時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生 AT89C51單片機工作 時所必需的時鐘信號。其電路與AT89C51的連接如圖3.1所示。AT89C51單片機本身就是一個復(fù)雜的同步

24、時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，AT89C51單片機應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴格按時序執(zhí)行指令進行工作，而時序所研究 的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。在執(zhí)行指令時，CPU首先要到指令存儲器中取由需要執(zhí)行 的指令操作碼，然后譯碼，并由時序電路產(chǎn)生一系列控制信 號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)生的時序信號有兩種， 一是用于片內(nèi)對各個功能部件的控制另一種是對片外存儲器或 I/O 口的控制，這種時序?qū)τ诜?析、設(shè)計硬件接口電路至關(guān)重要。這也是單片機應(yīng)用設(shè)計者最關(guān)心的問題。時鐘是單片機的心臟，單片機各個功能部件的運行都是 以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘

25、電路的質(zhì)量 也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳X1 ,輸由引腳X2O這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個 穩(wěn)定的自激振蕩器。雖然AT89C51有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件。外接晶體以及 X1和X2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。除使用晶體振蕩器外，如對時鐘頻率要求不高，還可以用 陶瓷振蕩器來代替。電路中的電容容值通常選擇為30PF左右，本電路選擇的是20PF,這并不影響系統(tǒng)的工作和控制的結(jié)果。晶體的振蕩的頻率

26、的范圍通常是在1.2MH Z到12MH Z之問。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率就越高，單片機的運 行速度也就越快。但反過來運行速度越快對存儲器的速度要求就越高，對印 刷電路板的工藝要求也高。AT89C51單片機常選擇振蕩頻率 6MHz或12MHz的石 英晶體，隨著集成電路制造工藝技術(shù)的發(fā)展，單片機的時鐘 頻率也在逐步提高，現(xiàn)在的高速單片機芯片的時鐘頻率已經(jīng) 達至U 40MH Zo考慮到本設(shè)計所用的各種器件對時鐘頻率的要求及整體 電路的簡潔性，本課題選用的是振蕩頻率為6MH Z的石英晶體。3.1.3 復(fù)位電路 AT89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來 實現(xiàn)的。單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響

27、到整個系統(tǒng)工作的 可靠性。許多用戶在設(shè)計完單片機系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后， 在現(xiàn)場卻生現(xiàn)了 死機”、程序走飛”等現(xiàn)象，這主要是單片 機的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。因此選用一個適合本系統(tǒng)的復(fù)位電路極其重要。常用的復(fù)位電路有四種方式：(1)上電復(fù)位電路(2)按鍵復(fù)位電路(3)脈沖復(fù)位電路(4)兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路。由于考慮到結(jié)構(gòu)和成本等原因，在很多設(shè)計里面，復(fù)位電路通常采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種。根據(jù)本系統(tǒng)的特性，決定選用最簡單的上電復(fù)位電路。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過 10ms,就可以實現(xiàn)自動上電 復(fù)位。當(dāng)時鐘頻率選用 6MH Z,電容C選

28、用22mF,電阻R選用 1KW。該復(fù)位電路工作原理為：在通電瞬間，在 RC電路充電過程中，RST端由現(xiàn)正脈沖， 保證RST引腳由現(xiàn)10 ms以上穩(wěn)定的高電平，從而使單片機 復(fù)位。3.2 溫度采集電路設(shè)計本設(shè)計中的溫度采集系統(tǒng)由DS18B20傳感器負責(zé)。其型號如圖3.2.1所示：圖3.2.1 DS18B20工作原理為 DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。DS18B20測溫原理如圖3.2.2所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨

29、溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生 的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在- 55 c所對應(yīng)的一個基數(shù) 值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計 數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加 1, 計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1重新開始對低溫 度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器 中的數(shù)值即為所測溫度。圖3.2.2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非 線性，其輸由用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。停止斜率累加器 比較預(yù)置計數(shù)器1計數(shù)器2溫度寄 存器 低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預(yù)

30、置=0 =0 LSB置 位/清除 力口 1圖3.2.2 DS18B20測溫原理圖 DS18B20內(nèi)部結(jié) 構(gòu)圖如圖3.2.3所示：64位ROM和單線接口高速緩沖存儲器存儲器和 控制器8位CRC生成器電源檢測溫度靈敏元件低溫觸發(fā) 器TL高溫觸發(fā)器TH配置寄存器 3.2.3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換部分電路的功能主要是將采集部分采集來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后輸送到單片機進行數(shù)據(jù)處理主要器件有 ADC0809、74LS02、74LS74 等。ADC0809與AT89C51連接電路如圖 3.3所示。圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809共有八路模擬

31、 輸入端，由于溫度采集只有兩路，因此只用到兩路模擬輸入 端，其輸入通道為IN0、IN1。這兩個通道的數(shù)據(jù)分別是溫度采集電路的輸由信號V01、V02,也就是轉(zhuǎn)換為電壓值的飲水機兩個水箱水的溫度值。選擇這兩個通道需要通過設(shè)置ADC0809的ADDA、B、C的值，因為它對應(yīng)的是八路模擬信號，而本系統(tǒng)只有兩路模 擬信號輸入，因此，只需要將低位ADDA連到AT89C51的P2.2 口，并根據(jù)P2.2 口的電壓是低電平或高電平來選擇要檢 測哪個通道，當(dāng)ADDA值為0時選的是IN0通道，當(dāng)ADDA 為1時選的是IN1通道。而ADDB、ADDC只需接地即可。3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器選擇 A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將

32、連續(xù)變化的 模擬量轉(zhuǎn)換成一個離散的數(shù)字量。每一個數(shù)字量都是數(shù)字代碼的按位組合，每一位數(shù)字代碼 都是一定的 權(quán)工對應(yīng)一定大小的模擬量。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量應(yīng)該將其每一位都轉(zhuǎn)換成響 應(yīng)的模擬量，然后求和即可得到與數(shù)字量成正比的模擬量。目前，市面上有很多類型的 A/D轉(zhuǎn)換器，如：ADC0804、ADC0809、AD574等，根據(jù)本控制的特點，選用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809八位逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器是一種單片 CMOS 器件，包括8位的模/數(shù)轉(zhuǎn)化器，8通道多路轉(zhuǎn)換器和與微處 理器兼容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通8個單端模擬信號中的任何一個。片內(nèi)帶有鎖存功能的 8路模

33、擬多路開關(guān)，可以對8路0 5V的輸入模擬電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換，片內(nèi)具有多路開關(guān) 的地址譯碼和鎖存電路、比較器、256RT型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器 SAR、控制與時序電路等。輸由具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可以直接連接到單片機數(shù) 據(jù)總線上。1. ADC0809功能如下：(1)分辨率為8位。(2)最大不可調(diào)誤差小于 1LSB o(3)單一 +5V供電，模擬輸入范圍 05V (4)具有鎖 存控制的8路模擬開關(guān)。(5)可鎖存三態(tài)輸由，輸由與 TTL兼容。(6)功耗為15mW。(7)不必進行零點和滿度調(diào)整。(8)轉(zhuǎn)換速度取決于芯片的時鐘頻率。時鐘頻率范圍:101280KHZ,當(dāng) CLK=500

34、kHZ 時，轉(zhuǎn)換速度為 128mS。2. ADC0809管腳及功能 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的引腳圖 如圖3.3.1所示。圖 3.3.1 ADC0809 引腳圖 IN0 IN7 :8路輸入通道的模擬量輸入端口。2-1 2-8:8位數(shù)字量輸由端口。START, ALE :START為啟動控制輸入端口，ALE為鎖存控制信號端口。這兩個信號端可連接在一起，當(dāng)通過軟件輸入一個正脈沖，便立即啟動模/數(shù)轉(zhuǎn)換。EOC, OE:EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號脈沖輸由端口，OE為輸由允許控制端口。這兩個信號也可連接在一起表示模 /數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE端的電平由低變高，打開三態(tài)輸由鎖存器，將轉(zhuǎn)換結(jié) 果的數(shù)字量輸由到數(shù)據(jù)總線上

35、。REF (+), REF (-), Vcc, GND :REF (+)和REF (-)為參考電壓輸入端，Vcc為主電源輸入端，GND為接地端。一般 REF (+)與 Vcc連接在一起，REF (-)與 GND連CLK : 時鐘輸入端口。ADDA , B, C:8路模擬開關(guān)的三位地址選通輸入端，以選擇對應(yīng)的輸入通 道。其地址碼與對應(yīng)通道關(guān)系如表3.3所示。表3.3地址碼與輸入通道對應(yīng)關(guān)系表 強調(diào)說明一點： ADC0809雖然有八路模擬通道可以同時輸入八路模擬信號， 但每一個瞬間只能轉(zhuǎn)換一路模擬信號，各路之間的切換由軟 件變換通道地址實現(xiàn)。A/D轉(zhuǎn)換器采用的轉(zhuǎn)換方法主要有逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換、雙

36、積分型A/D轉(zhuǎn)換、并行A/D轉(zhuǎn)換、串-并行A/D轉(zhuǎn)換等， 其中逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換既照顧了轉(zhuǎn)換的速度， 又具有一定 的精度，本系統(tǒng)中，傳輸數(shù)據(jù)的頻率不高，對精度的要求也 不是很高，因此，我們選用了常用的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換ADC0809。3.4顯示電路設(shè)計 大多數(shù)的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，都要配置 輸入設(shè)備和輸生設(shè)備。本系統(tǒng)的輸生設(shè)備是顯示器，根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計特點，采 用七段LED數(shù)碼管作為顯示器。而本系統(tǒng)設(shè)計要求溫度檢測范圍0c95C,精度ddCo數(shù)碼管只需顯示兩位即可達到要求，因此，顯示部分電路采用兩個一位的LED數(shù)碼管來組成顯示器，沒有要求顯示小 數(shù)點，LED數(shù)碼管的dp腳懸空。本設(shè)計顯示電路

37、的應(yīng)用有兩點，一是實時顯示引水機水箱的水溫值，另一個是顯示鍵盤設(shè)定的溫度上、下限值。其電路連接如圖3.4所示。圖3.4顯示部分電路 通過一個74LS47連接7個100歐姆 的電阻來驅(qū)動數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管的VCC腳分別連接到兩個三極管的共射極，而三極管的共基極連到一起接到 +5V電源上。共集極分別連接兩個 4.7K的電阻接到單片機 AT89C51的P1.4、P1.5 管腳。LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍，通常使用的是七段LED,這種顯示器有共陽極和共陰極兩種，本設(shè)計選用的是共陽極。共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓

38、 5VO當(dāng)莫個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。使用LED顯示器時，為了顯示數(shù)字或符號，要為 LED顯示器提供代碼，因為這些代碼是通過各段亮與滅來為顯示不 同字型的。7段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計 8段。因此提供給LED顯示器的段碼正好一個字節(jié)。各字節(jié)中對應(yīng)關(guān)系如表 3.4,1所示。表3.4.1各段與字節(jié)中各位的對應(yīng)關(guān)系表代碼位D7 D6D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp G f e d c b a 將單片機 I/O 口 的8位線與顯示塊的發(fā)光二極管的引由端（adp）相連，共陽極高電平有效，選通有效后8位并行輸由口輸由不同的數(shù)據(jù)就點亮相應(yīng)的發(fā)

39、光二極管，獲得不同的數(shù)字或字符。共陽極7段顯示器顯示數(shù)字對應(yīng)的段碼關(guān)系如表3.4.2所示。表3.4,2 7段LED數(shù)字與段碼對應(yīng)關(guān)系表顯示數(shù)字0 1 23 4 5 6 7 8 9 共陽極段碼 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H 3.5鍵盤電路設(shè)計 鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中 能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令功能，是人工干預(yù)單片 機的主要手段。鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)集合。通常鍵盤所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，均利用了機械觸點的 合、斷作用。鍵的閉合與否，反映在輸由電壓是呈現(xiàn)高電平或低電平， 如果高電平表示斷開的話，那么低電平則表示鍵閉合，所以 通過對電平高低狀

40、態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。為了確保CPU對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除 抖動的影響，這樣才能使鍵盤在單片機系統(tǒng)中的使用得更加 穩(wěn)定。常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計特點及要求，鍵盤的功能主要是用來設(shè) 置溫度上下限，因此本設(shè)計采用獨立式鍵盤來完成這一功能 要求。其電路連接如圖3.5.1所示。圖3.5.1獨立式鍵盤與 AT89C51連接圖1、鍵盤電路及 其說明獨立式按鍵就是各個按鍵相互獨立，每個按鍵各接 一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸 入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷由 是哪一個按鍵按下了。獨立

41、式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每一個按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時學(xué) 要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用與按鍵 較少或操作速度較高的場合。本設(shè)計，采用四按鍵鍵盤，所以在四個I/O 口上接四個按 鍵組成一個四按鍵的簡易式鍵盤。各線通過電阻接+5V,當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的線 斷開，呈高電平狀態(tài)。當(dāng)鍵盤上莫一個鍵閉合時，該鍵所對應(yīng)的線與連接單片機 的線短路。例如：當(dāng)S1號按鍵閉合時，它所在的線與連接線短路，使 P3.2 口 為低電平，通過軟件里對 P3 口查尋，如果只有 P3.2 口為低 電平，那么就可以確定是 S1鍵按下了，通過在軟件里的設(shè) 定，行使S1鍵的功能。如果同時有