畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于AT89C51單片機(jī)的智能溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、【摘要】：本文介紹了一個(gè)由AT89C51為控制芯片、溫度傳感器DS18B20、抽水機(jī)等器件構(gòu)成的一個(gè)智能溫度控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)的功能：1、四位數(shù)碼管輪流顯示溫度一、溫度二以及這兩個(gè)溫度的溫差；2、系統(tǒng)根據(jù)溫差的大小采取相應(yīng)的措施以減小溫差：當(dāng)溫差大于或等于5而小于10時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出黃色警告同時(shí)啟動(dòng)小功率噴水機(jī)向空中噴水；當(dāng)溫差大于10時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出紅色警告同時(shí)啟動(dòng)大功率噴水機(jī)向空中噴水；3、當(dāng)溫度一、溫度二中至少一個(gè)溫度大于30度而小于35度時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出黃色警告同時(shí)啟動(dòng)小功率噴水機(jī)向空中噴水；大于35度時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出紅色警告同時(shí)啟動(dòng)大功率噴水機(jī)向空中噴水。最終達(dá)到減小溫度及溫差對(duì)植物生長(zhǎng)造成的

2、負(fù)面影響的目的，或者使人達(dá)到避暑的目的。目前 言.2 1 總體設(shè)計(jì)方案.4 智能溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證1.2 方案的總體設(shè)計(jì)框圖2 系統(tǒng)電路原理圖.5 3 MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介.63.1 時(shí)鐘電路引腳3.2 控制信號(hào)引腳3.3 I/O(輸入/輸出）接口引腳 3.4 MCS-51單片機(jī)的復(fù)位方式和復(fù)位電路4 溫度顯示的數(shù)碼管簡(jiǎn)介.135 溫度傳感器DS1820簡(jiǎn)介.15 DS1820簡(jiǎn)介5.2 DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖5.3 提高DS1820測(cè)溫精度的途徑5.4 DS1820使用中注意事項(xiàng) 6 軟件編程.246.1 智能溫控系統(tǒng)總流程圖6.2 DS18B20子程序流程圖6.3 根據(jù)溫度一、二

3、的大小使噴水機(jī)動(dòng)作的子程序流程圖6.4 溫差子程序流程圖6.5 根據(jù)溫差的大小使噴水機(jī)動(dòng)作的子程序流程圖7 調(diào)試結(jié)果.25致 謝.34心得體會(huì).35 參考文獻(xiàn).36 附錄（系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序）37前言根據(jù)自然規(guī)律我們?nèi)菀字溃簻囟群蜏夭顚?duì)我們的植被生長(zhǎng)有很大的影響，適合植被生長(zhǎng)的溫度只有一個(gè)很小的范圍，當(dāng)溫度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)給我們的植被生長(zhǎng)帶來(lái)負(fù)面的作用，日夜溫差或根部和空氣之間的溫差過(guò)大同樣會(huì)影響植被的水循環(huán)和光合作用，從而影響生長(zhǎng)。當(dāng)前在我國(guó)很多農(nóng)村，減小溫度和溫差對(duì)農(nóng)作物、果樹(shù)的影響的一些措施和方法都還停留在舊社會(huì)的水平，在這種情況下，一旦氣溫不好，農(nóng)民朋友就得花費(fèi)大量的人力、物力，這樣做不但效

4、果不怎么樣，反而使生產(chǎn)的成本大大提高，降低經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前我國(guó)正大力提倡農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、增加農(nóng)民收入，智能溫控系統(tǒng)的制作無(wú)疑是雪中送炭。1 總體設(shè)計(jì)方案 1.1 智能溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用兩只溫度傳感器DS18B20。通過(guò)此傳感器，單片機(jī)可以很容易讀取被測(cè)溫度值，將溫度進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出，再將兩溫度進(jìn)行相減得出溫差輸出，最后根據(jù)的溫度和溫差的大小，使噴水機(jī)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，即可滿足設(shè)計(jì)要求。 1.2 方案的總體設(shè)計(jì)框圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖（1-1）所示，控制器采用單片機(jī)AT89S51，溫度傳感器采用DS

5、18B20，用4位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度輪流顯示。 單片機(jī)主控制器時(shí)鐘震蕩電路復(fù)位電路DS18B20-1DS18B20-2LED顯示黃色警告和小功率噴水機(jī)驅(qū)動(dòng)電路紅色警告和大功率噴水機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖（1-1） 總體設(shè)計(jì)方框圖2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路圖如圖（21）所示 圖（21） 系統(tǒng)電路圖3 MCS-51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 MCS-51系列單片機(jī)研制于1980年，由Intel公司所開(kāi)發(fā)，其結(jié)構(gòu)是8048的延伸，改進(jìn)了8048的缺點(diǎn)，其ROM、RAM都可擴(kuò)充至64KB，也增添了如乘（MUL）、除（DIV）、減（SUBB）、比較（CJNE）、棧入（PUSH）、棧出（POP）、16位數(shù)據(jù)指針、

6、布爾代數(shù)運(yùn)算等指令，以及串行通信能力和5個(gè)中斷源。8052有6個(gè)中斷源，MCS-51系列單片機(jī)存儲(chǔ)器容量如表（2）所示。MCS-51系列單片機(jī)特點(diǎn)如下： （）、專為控制應(yīng)用所設(shè)計(jì)的八位 （）、具有布爾代數(shù)的運(yùn)算能力 （）、條雙項(xiàng)且可被獨(dú)立尋址的口 （）、芯片內(nèi)有字節(jié)可供存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的（：字節(jié)） （）、內(nèi)部有兩組位定時(shí)器（有個(gè)） （）、具有全多工傳輸信號(hào) （）、個(gè)中斷源，且具有兩級(jí)（高低）優(yōu)先權(quán)順序的中斷結(jié)構(gòu) （）、芯片內(nèi)有（）的程序存儲(chǔ)器（）（）、芯片內(nèi)有時(shí)鐘（）振蕩器電路 （）、程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)展至（） （）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)展至（） 表（2） MCS-51系列單片機(jī)ROM及RAM容量（字節(jié)） 型號(hào)

7、803180518751803280528752 ROM04K008K0RAM128128128256256256EPROM004K008K（）、：工廠燒寫型，內(nèi)含 （）、：一次燒寫型，內(nèi)含 （）、：可重復(fù)燒寫型，內(nèi)含 （）、：省電型（低消耗功率） 3.1、時(shí)鐘電路引腳 單片機(jī)的時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式和外部方式產(chǎn)生，（腳）和（腳）即為單片機(jī)的兩個(gè)時(shí)鐘引腳。 （）內(nèi)時(shí)鐘引腳 單片機(jī)片內(nèi)有振蕩電路，只需在和間外接石英晶體和電容組成的并聯(lián)振蕩電路（晶振器），晶體可以在固有頻率.z的晶振器之間任選晶體，電容可以在p的電容之間任選，通常選擇p的瓷片電容。在單片機(jī)控制的數(shù)字顯示溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)的這個(gè)部分，就是采

8、用內(nèi)時(shí)鐘引腳，其中晶振器為6MHz，兩個(gè)電容均為30pF。 （）外時(shí)鐘方式，接地，接外部振蕩器。由于端的電平不是電平，故接一個(gè)上拉電阻。外部振蕩器的頻率應(yīng)低于z。 3.2、控制信號(hào)引腳 （）pd（腳）：復(fù)位信號(hào)備用電源引腳 當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)個(gè)機(jī)器周期以上，高電平即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。復(fù)位后影響片內(nèi)特殊功能寄存器的狀態(tài)，但不影響片內(nèi)狀態(tài)。 同一引腳的pd是備用電源輸入端（pd接備用電源）。在cc斷電時(shí)，為保證中的信息不丟失，可使此引腳完成掉電保護(hù)功能。 （）非（腳）；地址鎖存允許信號(hào)編程脈沖輸入端 在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，用于控制把口輸出的低位地址送入鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)

9、的分時(shí)傳送。此外由于是以晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外邊時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。 對(duì)片內(nèi)帶有kbyte的編寫固化程序時(shí)，非作為編程脈沖輸入端。 （）非（引腳）：外邊程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 為低電平有效，在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳端輸出負(fù)脈沖作為讀片外程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)外部單元的讀操作。要檢查上電平后能否正常到程序存儲(chǔ)器中讀取指令碼，可以用示波器觀察引腳非有無(wú)脈沖輸出，若有說(shuō)明正常。 （）非pp（腳）：內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào) 當(dāng)引腳接高電平時(shí)，只訪問(wèn)片內(nèi)kbyte的，執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但在程序計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)超過(guò)時(shí)（即地址大于kbyte時(shí)），將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外

10、大于kbyte程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。 若非引腳接低電平時(shí)，只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，而不管片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器。對(duì)于單片機(jī)（片內(nèi)無(wú)）需外擴(kuò)，故必須將非引腳接地。 在對(duì)編寫固化程序時(shí)，需對(duì)此引腳施加的編程電壓。3.3、I/O(輸入/輸出）接口引腳 （1）并行I/O接口的特點(diǎn) MCS-51有4個(gè)8位并行I/O接口P0P3，他們都是雙向端口，可以進(jìn)行輸入或者輸出操作，每個(gè)口都有口鎖存器和口驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。此外，它還有一個(gè)全雙工串行通信口。這4個(gè)端口為MCS-51與外圍器件或外圍設(shè)備進(jìn)行信息（數(shù)據(jù)、地址、控制信號(hào)）交換提供了多功能的輸入/輸出通道，也為MCS-51擴(kuò)展外部功能、構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)提供了必要的條件

11、。 它們的特點(diǎn)如下： a、4個(gè)并行I/O接口都是雙向的。P0口為漏極開(kāi)路，P1、P2、P3口均具有內(nèi)部上拉電阻，它們有時(shí)被稱為準(zhǔn)雙向口。 b、4個(gè)并行口的32條I/O接口線都可以獨(dú)立地用于輸入或輸出操作。c、當(dāng)4個(gè)并行口的I/O接口線有作輸入操作時(shí)，必須對(duì)該口的鎖存器進(jìn)行寫1操作，以保證從I/O接口線輸入數(shù)據(jù)的正確性，這也是4個(gè)并行接口有時(shí)被稱為“準(zhǔn)”雙向的含義。 （2）I/O接口電路功能匯總 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部屬單總線結(jié)構(gòu)，因此使系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上增加了靈活性。通過(guò)總線，用戶可根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行多功能的系統(tǒng)擴(kuò)展，構(gòu)成用戶的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)。MCS-51系列中的8031單片機(jī)，因其內(nèi)部在結(jié)構(gòu)上無(wú)程序存

12、儲(chǔ)器，所以它的應(yīng)用系統(tǒng)必定為一個(gè)擴(kuò)展的系統(tǒng)。因此，MCS-51的4個(gè)并行I/O接口中的P0、P2、P3口基本上都具備有這兩項(xiàng)功能。 a、P0口：P0口的內(nèi)部一位結(jié)構(gòu)如圖（33）所示。P0口是一個(gè)多功能口除可以作為通用的輸入/輸出口外，還具備用于系統(tǒng)擴(kuò)展的第二功能。在MCS-51的進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，它作為地址/數(shù)據(jù)總線口。通過(guò)外接地址鎖存器，MCS-51的內(nèi)部單總線可從P0口被擴(kuò)展成8位的數(shù)據(jù)總線和16位地址總線的低8位。在實(shí)際應(yīng)用中，P0口先送出外部存儲(chǔ)器16位地址中的低8位至地址鎖存器鎖存，然后再由P0口進(jìn)行8位數(shù)據(jù)的輸入或輸出。 b、P1口：P1口作為通用I/O接口，它的每一位都可以別編程為

13、通用I/O接口線。 c、P2口：P2口也是一個(gè)多功能口，與P0口相似，它除可被用作I/O接口外，在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，還可以輸16位地址總線中的高8位，和P0口共同構(gòu)成16位的地址總線。當(dāng)然，在P0口和P2口用作地址/數(shù)據(jù)總線時(shí)，它們都不能再作為通用I/O接口。 d、P3口：P3口也是一個(gè)多功能口，除可以作為通用I/O接口外，還具有多種控制功能，為通用I/O接口時(shí)和MCS-51其他具有控制功能的輸入/輸出引線在一起，共同形成MCS-51的控制總線。P3口在作為第二功能（控制功能）使用時(shí)，它的每一位功能定義如表（32）所示 一個(gè)信號(hào)引腳，既是第一功能又是第二功能，在使用時(shí)也不會(huì)引起混亂和造成錯(cuò)誤，理

14、由如下： a、對(duì)于各種型號(hào)的芯片，其功能的第一功能信號(hào)是相同的，所不同的只在引腳的的第二功能信號(hào)上。 b、對(duì)于9、30和31各引腳，由于第一功能信號(hào)與第二功能信號(hào)是單片機(jī)在不同工作方式下的信號(hào)，因此不會(huì)發(fā)生使用上的矛盾。 c、P3口線的情況卻有所不同，它的第二功能信號(hào)都是單片機(jī)的重要控制信號(hào)。因此在實(shí)際使用時(shí)，總是先按需要優(yōu)先選用它的 二功能，剩下不用的才作為口線使用。 d、引腳表現(xiàn)出的是單片機(jī)的外特性或硬件特性，在硬件方面用戶只能使用引腳，即通過(guò)引腳組建系統(tǒng)。因此熟悉引腳是我們?cè)O(shè)計(jì)數(shù)字顯示溫度計(jì)的重要內(nèi)容。表（32） P3口線的第二功能 口線第二功能信號(hào)名稱RXD串行數(shù)據(jù)接收TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)

15、送INT0外部中斷0申請(qǐng)INT1外部中斷1申請(qǐng)T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入WR外部RAM寫選通RD外部RAM讀選通3.4、MCS-51單片機(jī)的復(fù)位方式和復(fù)位電路 （1）復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或者操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。 （1）復(fù)位操作還對(duì)單片機(jī)的個(gè)別引腳信號(hào)有影響，例如把ALE和PSEN非信號(hào)變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)，即ALE=0，PSEN=1。 （2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生 RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端

16、，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間持續(xù)24個(gè)振蕩脈沖周期（即2個(gè)機(jī)器周期）以上，若使用頻率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)4us才能完成復(fù)位操作。 產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖（34）所示。 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)（RST）送施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣。然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 （3）復(fù)位方式 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在單片機(jī)控制的數(shù)字顯示溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)中的單片機(jī)復(fù)位就是這種方式，其中電容C為22uF，電阻R為1

17、k歐姆，其電路圖如圖（35a）所示。圖（34） 復(fù)位電路邏輯圖 這樣，只要電源Vcc（+5V）的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路圖如圖（3 5b）所示。而按鍵復(fù)位脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 上述電路圖中的電阻電容參數(shù)適宜于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。 圖(35a) 上電復(fù)位 圖( 35b) 按鍵電平復(fù)位4 顯示溫度值的LED顯示器接口介紹LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的廉價(jià)輸出設(shè)

18、備。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)一個(gè)筆畫劃發(fā)光，控制某段發(fā)光二極管導(dǎo)通，就能顯示出某個(gè)數(shù)碼或字符，常用八段LED顯示器有兩種結(jié)構(gòu)，如圖（41）所示。圖（41） 八段LED顯示器的結(jié)構(gòu)數(shù)碼管使用條件：a、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定； 小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流 4-5mA  ；峰值電流 100mA在靜態(tài)顯示系統(tǒng)中，每位顯示器都應(yīng)有各自的鎖存器、譯碼器（若采用軟件譯碼，譯碼器可省去）與驅(qū)動(dòng)器，用以鎖存各自待顯示數(shù)字的BCD碼或字段碼。因此，靜態(tài)顯示系統(tǒng)在每

19、一次顯示輸出后能夠保持顯示不變，僅在待顯示數(shù)字需要改變時(shí)，才更新其數(shù)字顯示鎖存器中的內(nèi)容。這種顯示占用CPU的時(shí)間少，顯示穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)是，當(dāng)顯示的位數(shù)較多時(shí)，占用的I/O口較多。 在動(dòng)態(tài)顯示的系統(tǒng)中，CPU需定時(shí)地對(duì)每位LED顯示器進(jìn)行掃描，每位LED顯示器分時(shí)輪流工作，每次只能使一位LED顯示，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，仍感覺(jué)所有的LED顯示器都在同時(shí)顯示。這種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，占用I/O口少。缺點(diǎn)是占用 CPU時(shí)間長(zhǎng)，只要不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。但隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前已有能自動(dòng)對(duì)顯示器進(jìn)行掃描的專用顯示芯片，使電路既簡(jiǎn)單又占用CPU時(shí)間。在我們所設(shè)計(jì)的溫度計(jì)中數(shù)碼管

20、顯示就是利用的動(dòng)態(tài)顯示。5 溫度傳感器DS1820介紹在傳統(tǒng)的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問(wèn)題、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問(wèn)題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問(wèn)題等技術(shù)問(wèn)題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。我們?cè)跒槟乘娬鹃_(kāi)發(fā)水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，為了克服上面提到的三個(gè)問(wèn)題，采用了新型數(shù)字溫度傳感器DS1820，在對(duì)其測(cè)溫原理進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了提高DS1820測(cè)量精度的方法，使DS1820的測(cè)量精度由提高到以上，取得了良好的測(cè)溫效果。 5.1、 DS1820簡(jiǎn)介 DS1820是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD

21、）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。與其它溫度傳感器相比，DS1820具有以下特性： （1）獨(dú)特的單線接口方式，DS1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS1820的雙向通訊。 （2）DS1820支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 （3）DS1820在使用中不需要任何外圍元件。 （4）溫范圍55125，固有測(cè)溫分辨率。 （5）測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。 5.2、DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖（51）所示64位光刻ROM及串線接口存儲(chǔ)器和控制邏輯I/O溫度傳感器暫存儲(chǔ)器上限寄存器TH 供電力式檢 測(cè)

22、下限寄存器TL Vcc 8位CRC發(fā)生器 GNDDS1820測(cè)溫原理如圖（51）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(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。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。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)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 ，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，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中的斜率累加器用于

23、補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。 在正常測(cè)溫情況下，DS1820的測(cè)溫分辯率為以9位數(shù)據(jù)格式表示，其中最低有效位（LSB）由比較器進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)數(shù)器1中的余值轉(zhuǎn)化成溫度后低于時(shí)，清除溫度寄存器的最低位（LSB），當(dāng)計(jì)數(shù)器1中的余值轉(zhuǎn)化成溫度后高于，置位溫度寄存器的最低位（LSB），如對(duì)應(yīng)的9位數(shù)據(jù)格式如下：5.3、 提高DS1820測(cè)溫精度的途徑 （1）DS1820高精度測(cè)溫的理論依據(jù) DS1820正常使用時(shí)的測(cè)溫分辨率為，這對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦溫度監(jiān)測(cè)來(lái)講略顯不足，在對(duì)DS1820測(cè)溫原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，我們采取直接讀取DS1820內(nèi)部暫存寄存器的方法，將DS

24、1820的測(cè)溫分辨率提高到 DS1820內(nèi)部暫存寄存器的分布如表1所示，其中第7字節(jié)存放的是當(dāng)溫度寄存器 停止增值時(shí)計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，這樣，我們就可以通過(guò)下面的方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果。首先用DS1820提供的讀暫存寄存器指令(BEH)讀出以為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測(cè)實(shí)際溫度整數(shù)部分T整數(shù)，然后再用BEH指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值M剩余和每度計(jì)數(shù)值M每度，考慮到DS1820測(cè)量溫度的整數(shù)部分以、為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度T實(shí)際可用下式計(jì)算得到： T實(shí)際=(T整數(shù))+(M每度M剩余)/M每度 （2）

25、測(cè)量數(shù)據(jù)比較 表2為采用直接讀取測(cè)溫結(jié)果方法和采用計(jì)算方法得到的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)比較，通過(guò)比較可以看出，計(jì)算方法在DS1820測(cè)溫中不僅是可行的，也可以大大的提高DS1820的測(cè)溫分辨率。表1 DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位 0溫度最高數(shù)字位 1高溫限值 2低溫限值 3保留 4保留 5記數(shù)剩余值 6每度記數(shù)值 7 CRC校驗(yàn) 8 5.4、DS1820使用中注意事項(xiàng) DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題： (1) 較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳

26、送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 (2) 在DS1820的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS1820數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。當(dāng)單總線上所掛DS1820超過(guò)8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。 （3）連接DS1820的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，讀取的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正

27、常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹Ｒ虼?，在用DS1820進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問(wèn)題。(4) 在DS1820測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS1820發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 后，程序總要等待DS1820的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS1820接觸不好或 斷線，當(dāng)程序讀該DS1820時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。 6 軟件設(shè)計(jì)6.1、智能溫控系統(tǒng)總流程圖采集并顯示第一個(gè)溫度開(kāi)始延時(shí)根據(jù)溫差的大小使抽水機(jī)做出相應(yīng)

28、的動(dòng)作根據(jù)溫度的大小使抽水機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作根據(jù)溫度的大小使抽水機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作結(jié)束延時(shí)計(jì)算并顯示溫差延時(shí)采集并顯示第二個(gè)溫度 圖（6-1）智能溫控系統(tǒng)總流程圖6.2、DS18B20子程序流程圖 說(shuō)明：不顯示符號(hào)位和百位，只顯示包括一位小數(shù)的溫度大小開(kāi)始溫度零下溫度值取補(bǔ)碼置“”標(biāo)志置“+”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十、個(gè)位和一位小數(shù)顯示；符號(hào)不顯示；百位為1或2結(jié)束YN圖（6-2）DS18B20子程序流程圖6.3、根據(jù)溫度一、二的大小使噴水機(jī)動(dòng)作的子程序流程圖 說(shuō)明：溫度一的如下圖，溫度二的則把R5R6改為R3R4即可，第一位顯示1表示此數(shù)據(jù)為第一個(gè)

29、溫度值，第二三四位則為包含一位小數(shù)的溫度值；第一位顯示2表示此數(shù)據(jù)為第二個(gè)溫度值，第二三四位則為包含一位小數(shù)的溫度值。開(kāi)始R5R635或=35發(fā)出紅色警告并啟動(dòng)大功率抽水機(jī)R5R630或=30發(fā)出黃色警告并啟動(dòng)小功率抽水機(jī)結(jié)束關(guān)閉所有的警告和噴水機(jī)YNNY 圖（6-3）根據(jù)溫度一的大小使噴水機(jī)動(dòng)作的子程序流程圖6.4、溫差子程序流程圖說(shuō)明：溫差為溫度一減溫度二，第一位顯示3表示此數(shù)據(jù)是溫差，第二位顯示0表示溫度一大于溫度二、顯示1表示溫度二大于溫度一，三四位為溫差大小值開(kāi)始R5R6R3R4H或=R3R4R2=3R3=0R4R5=R5R6R3R4R2=3R3=1R4R5=R3R4R5R6結(jié)束圖（

30、6-4）溫差子程序流程圖6.5、根據(jù)溫差的大小使噴水機(jī)動(dòng)作的子程序流程圖說(shuō)明：當(dāng)溫差大于或等于10時(shí)，發(fā)出紅色警告并啟動(dòng)大功率抽水機(jī)；當(dāng)溫差大于或等于5而小于10時(shí)，發(fā)出黃色警告并啟動(dòng)小功率抽水機(jī)。開(kāi)始R3R410或=10發(fā)出紅色警告并啟動(dòng)大功率抽水機(jī)R5R65或=5發(fā)出黃色警告并啟動(dòng)小功率抽水機(jī)結(jié)束關(guān)閉所有的警告和噴水機(jī)YNNY 圖（6-5）根據(jù)溫差的大小使噴水機(jī)動(dòng)作的子程序流程圖7、調(diào)試結(jié)果（1）、溫度一顯示正常，顯示的結(jié)果為1xx.x；過(guò)一秒后顯示第二個(gè)溫度，顯示的結(jié)果為2xx.x；過(guò)一秒后顯示溫差，顯示的結(jié)果為3xxx：當(dāng)溫度一的整數(shù)位大于或等于溫度二的整數(shù)位時(shí)，顯示的結(jié)果為30xx，

31、xx=溫度1溫度2；當(dāng)溫度一的整數(shù)位小于溫度二的整數(shù)位時(shí)，顯示的結(jié)果為31xx，xx=溫度2溫度1；再過(guò)一秒，顯示電路又開(kāi)始顯示第一個(gè)溫度了。系統(tǒng)就這樣不間斷的重復(fù)上述過(guò)程。（2）、警告和噴水機(jī)電路運(yùn)做正常：當(dāng)溫度一或二的整數(shù)部分大于或等于30而小于35時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出黃色警告，同時(shí)啟動(dòng)小功率的噴水機(jī)，當(dāng)溫度降到30以下時(shí)，系統(tǒng)則將其關(guān)閉；當(dāng)溫度一或二的整數(shù)部分大于或等于35時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出紅色警告，同時(shí)啟動(dòng)大功率的噴水機(jī)，當(dāng)溫度降到35以下而又大于或等于30時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出黃色警告，同時(shí)啟動(dòng)小功率的噴水機(jī)，當(dāng)溫度降到30以下時(shí)，系統(tǒng)則將其關(guān)閉。（3）、因?yàn)橄到y(tǒng)的的某些電路有缺損，所以系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定

32、的現(xiàn)象。 綜上所述，系統(tǒng)的工作情況基本正常，各項(xiàng)基本功能都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。致 謝在畢業(yè)論文接近末尾之時(shí)，我要衷心地感謝我們黃朝良老師，在我整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，黃朝良老師給了我很大的幫助和細(xì)心的指導(dǎo)。在一個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)我遇到了困難和問(wèn)題時(shí)，當(dāng)我們需要他的時(shí)候，黃朝良老師總是第一時(shí)間出現(xiàn)在我們面前，他讓我們學(xué)會(huì)了以前在課堂上沒(méi)有的東西。 另外，我還要特別感謝我所有的搭檔，是他們給了我巨大的勇氣和戰(zhàn)勝困難的信心，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們合作的很愉快，當(dāng)我們遇到困難時(shí)我們一起去探討和研究，一起去戰(zhàn)勝它，大家也一起分享排除問(wèn)題和困難后的喜悅。 同時(shí)大家也發(fā)揚(yáng)我們慷慨激揚(yáng)精神：特別能吃苦，特別能攻關(guān)，特別能

33、戰(zhàn)斗，特別能奉獻(xiàn) 。在此我表示真誠(chéng)的感謝！ 心 得 體 會(huì) 經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我覺(jué)得不論從理論知識(shí)還是從實(shí)際操縱中都學(xué)到了不少知識(shí)，我想歸納起來(lái)，主要有以下四個(gè)方面： （1）、經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，它讓我接觸更多平時(shí)沒(méi)有接觸過(guò)的科學(xué)儀器設(shè)備、元器件以及獲得相關(guān)的儀器調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)我也發(fā)現(xiàn)自己在這方面很多不足之處。體會(huì)到理論知識(shí)對(duì)實(shí)踐有很大的指導(dǎo)作用，她讓我知道，只有在正確的理論指引下，才能設(shè)計(jì)出合乎實(shí)際需要的硬件電路。 （2）、學(xué)會(huì)了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶而還會(huì)遇到錯(cuò)誤的資

34、料現(xiàn)象，這就要求我們應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。 （3）、在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)當(dāng)注意重點(diǎn)與細(xì)節(jié)的關(guān)系。 （4）、失敗不可怕，只要不趴下，昂首向前走，希望總會(huì)有。 （5）、同組同學(xué)相互包容，彼此合作，取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能鑄就最后的成功。 可以這樣說(shuō)畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的一次運(yùn)用和檢閱，同時(shí)對(duì)自學(xué)能力提出很高的要求，所以平時(shí)的學(xué)習(xí)離開(kāi)思考，就是嚴(yán)重的錯(cuò)誤，我們學(xué)習(xí)不應(yīng)該有偏科現(xiàn)象，各方面的知識(shí)都應(yīng)該要接觸，這樣做才能為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基石。參考文獻(xiàn) 1 李廣弟等編 單片機(jī)基礎(chǔ) 北京航空航天大學(xué)出版社 2001 2 吳金戌等編 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 2001 3 王洪慶編 微型計(jì)算機(jī)控制技

35、術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 4 付家才編 單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 5 鮑宏亞等編 MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)用技術(shù) 中國(guó)宇航出版社 2005 6 張志良編 單片機(jī)原理與控制技術(shù)（P46-47、P203-224）機(jī)械工業(yè)出版社 20027 付家才編 電子實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐（P29-59） 高等教育出版社 20048 蘇家健等 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)（P249-251）高等教育出版社 20049 魏炳貴編 電力拖動(dòng)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 2002附錄： 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總程序 ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0030H MAIN :MOV SP,#29H MAI

36、N1:LCALL GET_TEMP1 ;開(kāi)始讀取第一個(gè)溫度 LCALL FENLI1 LCALL BCD1 LCALL DIANJI1 LCALL CHANGE_CLEAR1 LCALL SHUCHU1 ;輸出第一個(gè)溫度 LCALL YANSHI ;延時(shí)等待 LCALL YANSHI LCALL YANSHI LCALL GET_TEMP2 ;開(kāi)始讀取第二個(gè)溫度 LCALL FENLI2 LCALL BCD2 LCALL DIANJI2 LCALL CHANGE_CLEAR2 LCALL SHUCHU2 ;輸出第二個(gè)溫度 LCALL YANSHI ;延時(shí)等待 LCALL YANSHI LCAL

37、L YANSHI LCALL WENCHA ;調(diào)用溫差子程序 LCALL DIANJI LCALL CHANGE_CLEAR3 LCALL SHUCHU3 LCALL YANSHI LCALL YANSHI LCALL YANSHI sjmp main1;*;功能：從DS18B20中提取溫度，并把高字節(jié)放在R6中，低字節(jié)放在R7 中;其中R7 中的高四位放整數(shù)部分的低四位，R6中的低四位放整數(shù)部分;的高四位，R7的低四位為小數(shù)部分。;輸出：R6、R7;*GET_TEMP1: CLR EA ;使用ds1820一定要禁止任何中斷產(chǎn)生 LCALL RESET1 ;調(diào)用初使化子程序 MOV A,#0C

38、CH LCALL WRITE1 ;送入跳過(guò)ROM命令 MOV A, #44H ; LCALL WRITE1 ;送入溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL RESET1 ;溫度轉(zhuǎn)換完全,再次初使化ds18b20 MOV A,#0CCH LCALL WRITE1 ;送入跳過(guò)ROM命令 MOV A,#0BEH LCALL WRITE1 ;送入讀溫度暫存器命令 LCALL READ1 MOV R7,A ;讀出溫度值低字節(jié)存入R7 LCALL READ1 MOV R6,A ;讀出謾度值高字節(jié)存入R6 SETB EA RET;-RESET1: ;初始化ds18b20子程序 L01:CLR P1.2 ;復(fù)位： MOV R

39、2,#149 ;4us L11:DJNZ R2,L11 ;596us SETB P1.2 ;釋放ds1820總線： MOV R2,#15 ;4us L41:DJNZ R2,L41 ;60us CLR C ;2us,清存在信號(hào) MOV C,P1.2 ;取存在信號(hào)： JC L01 ;存在嗎?不存在則重新來(lái)-001 MOV R2,#125 ;有存在就拉高 setb p1.2 L51: DJNZ R2,L51 ;500us RET;-WRITE1: MOV r1,#08H ;設(shè)置寫位個(gè)數(shù) WLOP1:RRC A ;把寫的位放到C ACALL WRBIT1 ;調(diào)寫 1位子程序 DJNZ r1,WLOP1

40、 ;8位全寫完? RETWRBIT1: MOV B,#15 ;設(shè)置時(shí)間常數(shù) CLR P1.2 ;寫開(kāi)始 NOP ;2us MOV P1.2,C ;C內(nèi)容到總線,4usWDLT1: DJNZ B,WDLT1 ;60us SETB P1.2 ;釋放總線 RET;-READ1: MOV r1,#8H ;設(shè)置讀位數(shù) RLOP1:ACALL RDBIT1 ;調(diào)讀1位子程序 RRC A ;把讀到位在C中并依次送給A DJNZ r1,RLOP1 ;8位讀完? RETRDBIT1: CLR P1.2 ;讀開(kāi)始圖2255的t0時(shí)刻 NOP ;2us SETB P1.2 ;釋放總線 NOP ;2us內(nèi)容C MOV

41、 B,#13 ;設(shè)置時(shí)間常數(shù)RDDLT1:DJNZ B,RDDLT1 ;等待52us RET;*;作用：把小數(shù)部分同整數(shù)部分分開(kāi)，R6放整數(shù)R7放小數(shù)，F(xiàn)0放符號(hào)位;輸入：R6R7;輸出：R6R7 F0;*FENLI1: MOV A,R6 MOV F0,C ;符號(hào)位 JC FENLI11 SJMP FENLI21FENLI11:MOV A,R6 CPL A MOV R6,A MOV A,R7 CPL A CLR C INC A MOV R7,A MOV A,R6 ADDC A,#00H MOV R6,AFENLI21:MOV 08H,R7 ANL 08H,#0FH ;小數(shù)部分 MOV R0,#

42、12FENLI31:MOV A,R6 RRC A MOV R6,A MOV A,R7 RRC A MOV R7,A MOV A,09H RRC A MOV 09H,A ;整數(shù)部分 DJNZ R0,FENLI31 MOV R6,09H ;整數(shù)部份 MOV R7,08H ;小數(shù)部分 RET;*;作用：將R6R7中的二進(jìn)制數(shù)化作BCD碼的形式;輸入：R6 R7;輸出：R4R5R6 R7;*BCD1: MOV A,R6 ;開(kāi)始處理整數(shù)部分： MOV B,#100 DIV AB MOV R4,A ;存整數(shù)高位 MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV R5,A ;存整數(shù)中位 MOV R6,B ;存整數(shù)低位 MOV A,R7 ;開(kāi)始處理小數(shù)部分： MOV B,#5 MUL AB MOV B,#10 DIV AB MOV 08H,A ;進(jìn)位 MOV A,R7 MOV B,#2 MUL AB ADD A,08H MOV B,#10 DIV AB MOV 08H,A ;進(jìn)位 MOV A,R7 MOV B,#6 MUL AB add A,08H MOV B,#10 DIV AB MOV R7,A ;暫存小數(shù)最高位 MOV A,B CLR C SUBB A,#5 JC BCD11 INC R7 BCD11:RET;*;根據(jù)溫度1的大小使系統(tǒng)做出