基于STC89C52單片機的溫度控制電路設(shè)計

1、. v本科生畢業(yè)論文設(shè)計題目： 基于溫度傳感器的單片機溫控電路設(shè)計基于溫度傳感器的單片機溫控電路設(shè)計 系 部 電子信息工程學(xué)院 學(xué)科門類 工 學(xué) 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號 1008211048 姓 名 X 曉 龍 指導(dǎo)教師 萬 麗 娟 2012 年 5 月 18 日. v基于溫度傳感器的單片機溫控電路設(shè)計摘 要隨著微處理器和大規(guī)模集成電路的開展,及其在測試控制技術(shù)方面的廣泛應(yīng)用，儀器設(shè)備的智能化已成為自動化技術(shù)開展方向，數(shù)據(jù)采集與溫度檢測的自動化將取代傳統(tǒng)的方法。本設(shè)計采用 STC89C52 型號的單片機，數(shù)字溫度傳感器采用美國 DALASS 公司的 1Wire 器件 DS18B20，即單

2、總線器件 DS18B20，與單片機組成一個測溫系統(tǒng)，當系統(tǒng)上電時，溫度傳感器就會讀出當前環(huán)境的溫度，并在 LED 數(shù)碼顯示管上顯示出當前的溫度，該測溫系統(tǒng)的測溫 X 圍為-40110，按此要求設(shè)計硬件和軟件以實現(xiàn)這一功能。關(guān)鍵詞：單片機溫度傳感器 DS18B20 測量電子線路 溫度ABSTRACTABSTRACTAlong with the microprocessor and large scale integrated circuit, and in the test control technology is widely used, and the intelligent instru

3、ment and equipment has bee automation technology development direction, data acquisition and temperature automatic testing would replace the traditional method.This design uses the STC89C52 type of single chip microputer, digital temperature sensor using the American DALASS pany 1-Wire device DS18B2

4、0, namely single bus device DS18B20, and consists of a single chip microputer temperature measurement system, when the system is powered on, temperature sensors will read the current environment temperature, and in display tube LED digital showed on the current temperature, the temperature measureme

5、nt system of measuring temperature range for 40 110 -according to this design requirement for hardware and software to achieve this function.Keywords:Keywords:singlechipmicroputertemperaturesensorDS18B20measurementcircuittemperature. v目 錄一緒論 11.1 課題研究背景及意義 11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3 研究內(nèi)容 2二系統(tǒng)硬件設(shè)計 32.1 總體設(shè)計方案

6、 32.1.1 設(shè)計思路 32.1.2 設(shè)計方框圖 32.2 單片機介紹 32.2.1 STC 單片機構(gòu)造介紹 42.2.2 STC 單片機引腳介紹 62.3 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器介紹 92.3.1 功能介紹 92.3.2 內(nèi)部存儲器介紹 102.4 顯示模塊設(shè)計 132.4.1 LED 數(shù)碼管構(gòu)造 142.4.2 共陽數(shù)碼管數(shù)字編碼 142.5 按鍵電路的設(shè)計 142.5.1 判鍵及其接口電路設(shè)計 152.5.2 鍵盤的工作方式 16. v2.6 報警裝置電路設(shè)計 162.7 系統(tǒng)整體硬件電路 16三系統(tǒng)軟件設(shè)計 183.1 溫度控制系統(tǒng)原理框圖 183.1.1 讀溫度子程序 18

7、3.1.2 溫度轉(zhuǎn)換子程序 193.1.3 計算溫度子程序 203.1.4 溫度顯示子程序 21四總結(jié)與展望 22參考文獻 23附錄 24. v一 緒論1.1 課題研究背景及意義目前溫度控制系統(tǒng)在很多場合都得到廣泛的應(yīng)用，因此在國內(nèi)外開展非常迅速，并在智能化、環(huán)境自適應(yīng)、參數(shù)自動調(diào)整等方面取得顯著成果。當前在工業(yè)上溫度控制系統(tǒng)一般采用智能調(diào)節(jié)，國產(chǎn)調(diào)節(jié)器溫度控制效果不是很理想，分辨率和精度都不高，但性價比高。國外調(diào)節(jié)器雖然價格較貴，但是分辨率和精度較高。 在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用的溫度控制器及儀器儀表，都是由美國、德國等國家生產(chǎn)出來的，性能優(yōu)異。它們主要具有如下的特點：一是在復(fù)雜的溫度控制系統(tǒng)中能夠

8、適應(yīng)于大慣性、大滯后的控制；二是在受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的情況下，得到控制；三是在受控系統(tǒng)中，能夠被控制過程很復(fù)雜且參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)控制；五是溫度控制系統(tǒng)普遍具有參數(shù)自檢功能，借助計算機技術(shù)，能控制對象和參數(shù)，并且具有特性進展自動調(diào)整的功能等特點1。溫度測控包括兩個方面：溫度測量和溫度控制。近年來，在理論上溫度的測量技術(shù)開展比擬完善，但目前仍然有許多問題需要去解決，比方在實際測控中，如何能實時地對溫度進展快速采樣，同時確保采集來的數(shù)據(jù)進展正確的傳輸，并能準確控制所測的溫度場。在溫度的測量技術(shù)中，有一種簡單、可靠、低廉、測量精度較高的測量方法叫做接觸式測溫，它在早期就開展起來，一般能將環(huán)

9、境的真實溫度測量出來。但是難以對運動的物體和熱容量小的物體進展準確測量，主要是因為檢測元件熱慣性的影響，響應(yīng)的時間長。在腐蝕性介質(zhì)中，超高溫度環(huán)境下也不適用。另外還有一種能夠?qū)\動的物體和熱容量小的物體進展測量的方法叫非接觸式測溫，它通過溫度場輻射出來的能量，進展測量。響應(yīng)速度快，對測量的溫度場不產(chǎn)生破壞。但是也存在一些缺點，儀表所顯示的值一般只能代表物體外表的溫度，測溫儀器構(gòu)造復(fù)雜，價格昂貴等2。因此，在溫度測控中，要根據(jù)所需對象選擇恰到好處的測控方法。 . v傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大根底，屬于現(xiàn)代信息技術(shù)前沿的尖端技術(shù)，溫度傳感器使用的數(shù)量高居各類傳感器之首，被應(yīng)用于各種領(lǐng)域中，如工

10、業(yè)生產(chǎn)、高科技研究和日常生活等。溫度傳感器技術(shù)的應(yīng)用與研究，其開展歷程大致經(jīng)過了以下三個階段：(1)常見的分布式溫度傳感器；(2)模擬集成溫度傳感器；(3)智能溫度傳感器。從 20 世紀末以來，國際上推出的智能溫度傳感器精度高、分辨力高，采用的都是912 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可高達 0.50.06253。目前新型的溫度傳感器正由模擬式走向數(shù)字式、分立式走向高集成、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。當前被廣泛應(yīng)用的 DS18B20 型智能溫度傳感器由美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司研制，它能輸出 12 位二進制數(shù)據(jù)，分辨力高，到達 0.0625，測量溫度的精度已經(jīng)到達0.2。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在上個世

11、紀 70 年代，國外的一些國家已經(jīng)開場對溫度測控技術(shù)進展研究了。最早采用的是模擬式組合儀表，將現(xiàn)場采集到的信息進展顯示、加工和控制。直到 80 年代末才出現(xiàn)分立式控制系統(tǒng)。目前溫度測控技術(shù)在一些興旺國家開展非常迅猛，由半自動化向著完全自動化、無人化的方向開展。在上個世紀 80 年代，我國才開場對溫度測控技術(shù)進展研究，起步晚。跟那些興旺國家相比擬，技術(shù)上還有著很大差距。我國的科技人員吸收興旺國家的溫度測控技術(shù)，僅限于控制溫度的單項環(huán)境因子，對一些復(fù)雜的環(huán)境因子控制，還難以實現(xiàn)。多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)目前還不成熟，單參數(shù)單回路的系統(tǒng)只能使用單片機來控制。在實際生產(chǎn)中配套能力差，產(chǎn)業(yè)化程度不高，對環(huán)境水

12、平控制的嚴重滯后等問題仍然在困擾著我們，溫度測控現(xiàn)狀要想到達工廠化的水平，還任重道遠。1.3 研究內(nèi)容本文設(shè)計是以單片機為核心，實現(xiàn)溫度實時測控和顯示。確定電路中的一些主要參. v數(shù)，了解溫度控制電路的構(gòu)造，工作原理，對該控制電路性能進展測試。主要內(nèi)容：(1)硬件局部設(shè)計以 STC89C52 單片機作為處理器來處理數(shù)據(jù)，DS18B20 溫度傳感器進展溫度采集，八段數(shù)碼管作為顯示模塊,利用鍵盤完成對溫度測控。(2)軟件局部設(shè)計軟件局部的設(shè)計采用模塊化思想，主要有五個大的模塊：主控制程序，溫度顯示子程序，讀溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換子程序，計算溫度子程序。二 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 總體設(shè)計方案2.1.1

13、設(shè)計思路(1)本設(shè)計是用來測控溫度的，可以利用熱敏電阻的感溫效應(yīng)，將被測溫度變化的模擬信號，電壓或電流的采集過來，首先進展放大和濾波后，再通過 A/D 轉(zhuǎn)換，將得到的數(shù)字量送往單片機中去處理，用數(shù)碼管將被測得的溫度值顯示出來。但是這種電路的設(shè)計需要用到放大濾波電路，A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路等一系列模擬電路，設(shè)計起來較麻煩。(2)本設(shè)計采用單片機做處理器，可以考慮使用溫度傳感器，采用由達拉斯公司研制的 DS18B20 型溫度傳感器，此傳感器可以將被測的溫度直接讀取出來，并進展轉(zhuǎn)換，這樣就很容易滿足設(shè)計要求。從上面的兩種方案，可以很容易看出來，雖然方案(2)軟件局部設(shè)計復(fù)雜點，但是電路比擬簡單且

14、精度高，故采用方案(2)。單片機最小系統(tǒng)顯示模塊設(shè)置模塊. v圖 2-1 總體方框圖2.1.2 設(shè)計方框圖據(jù)設(shè)計的需求，分析單片機的工作原理,可以大體得出來溫度控制電路設(shè)計的總體方框圖如圖 2-1 所示，主處理器采用 STC89C52 單片機，溫度采集局部采用 DS18B20 型溫度傳感器，用 4 位 LED 顯示數(shù)碼管作為顯示局部，用來將溫度顯示出來。系統(tǒng)硬件電路局部由四大模塊組成：溫度采集模塊、溫度顯示模塊、設(shè)置模塊和單片機最小系統(tǒng)模塊。2.2 單片機介紹單片機是計算機制造技術(shù)開展的產(chǎn)物，其應(yīng)用于很多場合，開展迅猛。1971 年 Intel公司研制出來 4004 的 4 位微處理器不久，在

15、 1974 年 12 月 Fairchild仙童公司立即研制出了 8 位的單片機，即 F8，單片機的門戶就這樣被翻開了。直到上世紀 70 年代末，單片機應(yīng)用技術(shù)才被引入中國，開場被我國的科學(xué)研究人員探索，到 80 年代，單片機終于廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。在 1978 年 Zilog 公司推出了 Z8 單片機，不久我國工業(yè)界的主流就是這種單片機。直到 90 年代初，我國在某些領(lǐng)域使用的單片機開場向 Intel 生產(chǎn)的 MCS-51 系列單片機靠攏，如工業(yè)領(lǐng)域。在短短至今二十幾年的時間里，單片機經(jīng)過了 4 位機、8 位機、16 位機、32 位機幾個大的開展階段，雖然沒有像微處理器那樣不斷突破，但是目前

16、 8 位機仍然是工業(yè)控制領(lǐng)域的主流機型。近幾年單片機的內(nèi)部構(gòu)造變的是愈加完美了，在原有的集成構(gòu)造上不斷創(chuàng)新，越來越多的外圍電路和外設(shè)接口被集成于單片機內(nèi)部構(gòu)造中。硬件電路的設(shè)計變得更加簡單了，微控制器(MicroController)體系構(gòu)造的設(shè)計已逐漸被建立起來，其開展過程大致分為下面的幾個階段：第一階段：單片機的探索階段第二階段：單片機的完善階段采集模塊. v第三階段：單片機的高性能階段第四階段：單片機的全面開展階段單片機就是將微處理器、存儲器和各種輸入輸出接口，放在一塊芯片上集成得來。自問世以來，廣泛應(yīng)用于自動檢測與控制、智能儀表、機電一體化、工業(yè)控制等各個方面。單片機本身就是一種計算機

17、系統(tǒng)，如果在外圍加上一些接口電路，就可以構(gòu)成某些特定的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機的幾種主要應(yīng)用系統(tǒng)分為：(1)最小系統(tǒng)，外圍電路只配有晶振，復(fù)位電路，電源，只能運用于簡單的一些控制。(2)最小功耗系統(tǒng)，在系統(tǒng)正常運行的情況下，使得系統(tǒng)消耗的功耗到達最小。(3)典型應(yīng)用系統(tǒng)，為了使各種系統(tǒng)能夠正常運行，所設(shè)計的必要硬件構(gòu)造系統(tǒng)45。以單片機為核心處理器件構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有著許多優(yōu)點：(1)功能齊全，可靠性好，抗干擾的能力較強。(2)使用起來簡單方便，可以被普及使用。(3)開展迅猛，有著廣闊的前景。(4)比擬容易就能嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中。2.2.1 STC 單片機構(gòu)造介紹STC89C52 單片機是一種 8 位

18、微控制器，特點是低功耗、有高性能 CMOS，同時內(nèi)置8K 字節(jié)可編程 Flash 存儲器。芯片內(nèi)擁有十分靈巧的 8 位微處理器和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 STC89C52 單片機提供為許多較靈活、十分有效的解決方案，主要在工農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中。STC89C52 的標準功能如下：8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 接口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個 6 向量的中斷構(gòu)造，全雙工串行口。另外，STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種工作軟件，用來選擇節(jié)電模式。當工作在空閑模式下，微處理器就會停頓工作，允許隨機存儲器

19、、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。在掉電的時候，隨機存儲器中的內(nèi)容會被保存起來，振蕩器被凍結(jié)，單片機停頓一切內(nèi)外部工作，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T 可選。. v1引腳構(gòu)造，見圖 2-2。圖 2-2 單片機引腳構(gòu)造2內(nèi)部構(gòu)造，見圖 2-3。時鐘電路ROM EPROM Flash 4KBRAM 128BSFR 21 個定時器計數(shù)器CPU總線控制中斷系統(tǒng)5 個中斷源2 個優(yōu)先級串行口全雙工 1 個4 個并行口VssVcc P0 P1 P2 P3RSTEA ALE PSENXTAL1XTAL2圖 2-3 內(nèi)部構(gòu)造2.2.2STC 單片機引腳介紹RST：復(fù)位輸

20、入，在高電平狀態(tài)時有效。當單片機有脈沖信號時，在這個引腳加上持續(xù)時間超過2個機器周期的高電平狀態(tài)時，就可以完成復(fù)位操作。一般在正常運行狀態(tài)時，此引腳應(yīng)該是低電平狀態(tài)。PSEN：片外程序存儲器的讀選通信號。當單片機在讀片外程序存儲器時，這個引腳的讀片外部程序存儲器選通信號應(yīng)該是負跳沿脈沖。此引腳接外部程序存儲的OE端時，訪問外部RAM，PSEN信號是處在無效狀態(tài)。EA/VPP：為訪問外部程序存儲器允許控制端。當EA的引腳接入低電平時，對程序存儲器的操作，只能是讀取外部程序存儲器中的數(shù)據(jù)，所尋地址的X圍是為0000H到FFFFH。如果需要執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接入高電平。. vP0口：8位，漏

21、極開路的雙向I/O口。當89C52擴展外部存儲器及I/O接口芯片時，P0口作為地址總線及數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用端口。P0口也可以作為通用的I/O口使用，但需加上拉電阻，這時為準雙向口。當P0口用來做普通的I/O接口輸入時，應(yīng)該先向該端口的輸出鎖存器寫1。P0口可以用來驅(qū)動8個LS型的TTL負載。P1口：8位，準雙向的輸入輸出接口，它的內(nèi)部中有上拉電阻。P1口是專門為用戶使用的準雙向I/O口，當用來做普通的I/O口輸入時，應(yīng)該首先向端口的輸出鎖存器寫入1。P1口可以用來驅(qū)動4個LS型的TTL負載。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P1.0/T2)和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入

22、(P1.1/T2EX)，具體如下表2-1所示。當單片機進展Flash固化編程時，P1口同時接收低8位地址。P2口：8位，準雙向的輸入輸出接口，它的內(nèi)部中有上拉電阻。當89C52擴展外部存儲器及I/O接口時，P2口可輸出高8位地址。P2口也可作為普通的I/O口使用，當用來做普通的I/O口輸入時，應(yīng)該首先向端口的輸出鎖存器寫入1。P2口也可以用來驅(qū)動4個LS型的TTL負載。表2-1 P1口功能引腳號第二功能說明P1.0T2定時器計速器 T2 的外部計數(shù)輸入，時鐘輸出P1.1T2EX定時器計速器 T2 的捕捉重載觸發(fā)信號和方向控制P1.5MOSI在系統(tǒng)編程用P1.6MISO在系統(tǒng)編程用P1.7SCK

23、在系統(tǒng)編程用P3口：8位，準雙向的輸入輸出接口，它的內(nèi)部中也有上拉電阻。P3口可以用來做為常用的I/O口，當作為通用的I/O口輸入時，應(yīng)該首先向端口的輸出鎖存器寫入1。P3口也可以用來驅(qū)動4個LS型的TTL負載。P3口還能向用戶提供一些第二功能。P3口也可以用來作為STC89C52的一些特殊功能的接口，如下表2-2所示。當單片機進展Flash固化編程時，P3. v口同時也接收一些外部控制信號4。表2-2 P3口功能引腳號第二功能說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入口P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出口P3.2INT0外部中斷 0 輸入P3.3INT1外部中斷 1 輸入P3.4T0定時器 0 外部計數(shù)輸入P3

24、.5T1定時器 1 外部計數(shù)輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出ALE/PROG：在芯片訪問外部存儲器時，有時候需要對地址或者數(shù)據(jù)進展所存操作，該引腳的功能正是與鎖存相對應(yīng)，在軟件編程方面也可以利用該功能進展便捷的操作。當單片機進展Flash固化編程時，此引腳對于輸入編程脈沖有作用。時鐘引腳XTAL1：反向振蕩放大器的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。如圖2-4所示，STC89C52單片機有一個反相放大器，用來構(gòu)成內(nèi)部振蕩器，一般會選石英晶體振蕩器作為外接振蕩源。此電路在加電過后會在XTAL2引腳上產(chǎn)生一個正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由外接的石英

25、晶振的頻率決定。電路中的兩個電容C1、C2的作用有兩個：一是用來幫助振蕩器起振，二是用來微調(diào)晶體振蕩器的頻率。電容C1、C2的典型值為30pF。圖2-4自激振蕩器原理圖定時器0和定時器1在STC89C52單片機中，定時器0和定時器1的定時方式與89C51一樣。. v定時器2：是一個自動恢復(fù)初始值的18位定時/計數(shù)器，既能做定時器，又可以做計數(shù)器。定時器2有2個8位存放器：TH2和TL2。TL2為常數(shù)緩沖器，當TL2計數(shù)發(fā)生溢出時，在溢出標志位TF2置“1的同時，自動將TH2的初始值送到TL2中，使得TL2得以從初始值處重新計數(shù)。中斷STC89C52有5個中斷源：兩個外部中斷(INT0和INT1

26、)，兩個定時中斷和一個串行口中斷。如果外部中斷請求0時，請求信號由引腳INT0輸入，IE0為它的中斷請求標志位。如果外部中斷請求1，請求信號引腳由INT1輸入，IE1為它的中斷請求標志位。定時器計數(shù)器T0計數(shù)溢出中斷請求，中斷請求標志位為TF0。定時器計數(shù)器T1計數(shù)溢出中斷請求，中斷請求標志位為TF1。串行口中斷請求是用來發(fā)送中斷或承受中斷，標志位為TI或RI。上述的中斷請求標志位分別由特殊功能存放器TCON和SCON相應(yīng)的位鎖存，如下表2-3為中斷允許控制存放器功能5。VCC：接+5V電源。GND：接地。表2-3 中斷允許控制存放器符號位地址功能EAIE.7中斷總允許控制位。EA=0，中斷總

27、制止：EA=1，各中斷有各自的控制位設(shè)定-IE.6預(yù)留ET2IE.5定時器 2 中斷允許控制位ESIE.4串行口中斷允許控制位ET1IE.3定時器 1 中斷允許控制位EX1IE.2外部中斷 1 允許控制位ET0IE.1定時器 0 中斷允許控制位EX0IE.0外部中斷 0 允許控制位. v2.3 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器介紹2.3.1 功能介紹DS18B20 這款型號的溫度傳感器是由 DALLAS 半導(dǎo)體公司研制出來的，它是一種在舊的構(gòu)造根底上改良而來的智能溫度傳感器，傳統(tǒng)的溫度傳感器是由熱敏電阻作為主要元件的器件，改良后的傳感器能夠直接讀出被測物體的溫度，并且在實際的的操作中可通過軟件編

28、程來實現(xiàn)其他相對復(fù)雜的功能。DS18B20 提供 9 位溫度讀數(shù)，用來顯示器件的溫度數(shù)值6。特性：與單片機相互通訊時只要一根接口線就行了，實現(xiàn)雙工通訊功能用來測量溫度的X圍是-55+125，分辨率為0.5幾個DS18B20可以掛在一條的總線上，但是數(shù)量不能超過8個工作電源35V/DC 在測量溫度時，不要任何多余的元件，直接測出溫度可以一次讀出9位溫度數(shù)字值 把溫度轉(zhuǎn)化成為數(shù)字量，只需要1秒左右的時間用戶可以自己設(shè)置溫度上下限的告警值2.3.2 內(nèi)部存儲器介紹圖2-5的方框圖表示DS18B20的內(nèi)部構(gòu)造：1)64位激光lasered ROM；2)溫度靈敏元件；3)非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL

29、。. v64位 ROM和單線接口存儲器與控制邏輯高速緩存高溫觸發(fā)器 TH配置存放器低溫觸發(fā)器 TL溫度傳感器8 位 CRC 發(fā)生器CVdd圖 2-5DS18B20 內(nèi)部構(gòu)造如果一根總線上有多個DS18B20器件，那么可以只選出一個DS18B20指定，還可以給連接在總線上的處理器指出存在多少個器件及其類型。在接單個總線的時候，ROM操作在未開場之前，還不可以使用器件內(nèi)部的操作系統(tǒng)，處理器首先必須提供五種ROM操作命令之一：1)Read ROM(讀ROM)，2)Match ROM(符合ROM)，3)Search ROM(搜索ROM)，4)Skip ROM(跳過ROM)，或5)Alarm Searc

30、h告警搜索。上述的命令都是對每一個溫度傳感器器件進展操作，操作的局部是64位激光ROM局部。DS18B20中的溫度傳感局部是用來測量被測物體的溫度，下面用一個測得的12位溫度值轉(zhuǎn)化為例：用2個字節(jié)16位有符號的二進制補碼形式來提供數(shù)值，以0.0625/LSB的形式表達出來，S是用來表示符號位，如下表2-4。表2-4DS18B2021位溫度數(shù)據(jù)bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LSByte232221202-12-22-32-4bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8MSByteSSSSS262524表2-4是將12位溫度值經(jīng)過轉(zhuǎn)

31、換后得到的數(shù)據(jù)，是12位，將轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)存儲在DS18B20的兩個數(shù)據(jù)存儲器中。字節(jié)的前面5位是符號位，用來判斷測到的溫度的正負。. v如果測到被測物體的溫度值大于0，那么高字節(jié)前面的5位都是0，只要將測來的數(shù)值用來與0.0625相乘，就能得到實際的溫度；如果測到被測物體的溫度值小于0，那么高字節(jié)前面的5位都是1，將測到的數(shù)值來取反加1，再與0.0625相乘，就可以能夠得到實際的溫度。如下表2-5為DS18B20的溫度/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系。表 2-5DS18B20 的溫度/數(shù)據(jù)關(guān)系TEMPERATUREDIGITAL OUTPUT(BINARY)DIGITAL OUTPUT(HEX)+12500

32、00 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h+00000 0000 0000 00000000 h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh-551111 1100 1001 0000FC90h溫度傳感局部采集轉(zhuǎn)化后得來的數(shù)

33、據(jù)，一般是放到 DS18B20 的暫存存儲器中。DS18B20 的暫存存儲器有 8 個字節(jié)，字節(jié)的區(qū)域是連續(xù)的。前面兩個字節(jié)是用來保存測來的溫度信息，第一個字節(jié)放入的是 DS18B20 測來的溫度值的低八位內(nèi)容，第二個字節(jié)放入的是 DS18B20 測得的溫度值的高八位局部。第三個和第四個字節(jié)是設(shè)置溫度告警的上限與下限的易失性保存，第五個字節(jié)是構(gòu)造存放器的易失性保存，當這三個字節(jié)在上電復(fù)位狀態(tài)時，字節(jié)中的內(nèi)容都會被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部溫度數(shù)值的計算，第九字節(jié)是用來檢查冗余字節(jié)，如下表 2-6 為暫存存放器的分布。表 2-6 DS18B20 暫存存放器分布存放器內(nèi)容字節(jié)地址. v溫度最

34、低數(shù)字位溫度最低數(shù)字位高溫限值低溫限值保存保存計數(shù)剩余值每度計數(shù)值CRC 校驗012345678ROM操作命令如果處理器檢測到總線掛有溫度傳感器，便發(fā)出傳感器ROM中的的五種操作命令之一，所有的操作命令都是一個字節(jié)。Read ROM(讀ROM)33h此命令是允許連接總線上的處理器讀取DS18B20的8位產(chǎn)品系列編號，唯一的48位產(chǎn)品序列號以及8位的冗余校驗碼。Match ROM(符合ROM)55h在與ROM中的命令匹配后，繼續(xù)以64位的ROM數(shù)據(jù)序列，允許連接在總線上的處理器對多個DS18B20中某個特定的傳感器，進展讀寫。Skip ROM(跳過ROM)CCh此命令是用來尋找與64位ROM中的

35、序列號相匹配的DS18B20地址，這樣才能響應(yīng)后面的操作命令。所有的與64位ROM序列號不匹配的外掛傳感器，都將等待復(fù)位脈沖的到來。earch ROM(搜索ROM) F0h此命令允許總線上的處理器使用一種消去elimination處理命令，來識別總線上所有外掛器件的64位序列號7。. v2.4 顯示模塊設(shè)計LED 顯示數(shù)碼管一般正向壓降的都是 1.52V，額定電流為 10mA，通過最大的電流為 40mA8。根據(jù)各種不同管接線的方式，可將數(shù)碼管分成共陰極型和共陽極型。根據(jù)要求，本設(shè)計采用 4 位共陽 LED 數(shù)碼管，從 P0 口輸出段碼，列掃描用 P0 口來實現(xiàn)。下列圖 2-6 中數(shù)碼管采用的是

36、 8 位七段共陽數(shù)碼管，其中 ADP 段分別接到單片機的 P0 口，由單片機輸出的 P0 口數(shù)據(jù)來決定段碼值，位選碼 1、2、3、4 分別接到單片機的P2.4、P2.5、P2.6、P2.7，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。在圖中還有 8 個電阻，連接在 P0 口上，用作 P0 口的上拉電阻，保證 P0 口沒有數(shù)據(jù)輸出時候處于高電平狀態(tài)。2.4.1 LED 數(shù)碼管構(gòu)造圖 2-6LED 共陽數(shù)碼管構(gòu)造2.4.2 共陽數(shù)碼管數(shù)字編碼共陽數(shù)碼管數(shù)字編碼見下表 2-7。表 2-7 共陽數(shù)碼管數(shù)字編碼顯示數(shù)字共陽極字段碼0C0H1F9H2A4H3B0H499H592H682H7F8H880H990H2

37、.5 按鍵電路的設(shè)計鍵盤實際是就是很多案件的一種組合，按鍵的按下與否形成一個上下電平，主控芯. v片 CPU 通過上下電平來識別所需信號，進而使程序進展下一步的操作。鍵盤操作的軟硬件的設(shè)計有以下幾個方面的問題： 對于此設(shè)計來說我們要準確的顯示我們所要對應(yīng)的信息，每按一次按鍵要顯示所要顯示的信息。這按鍵是主要用來控制溫度而設(shè)計的。這樣比鍵盤操作方便，也比擬實惠。按鍵電路采用中斷模式。當有按鍵按下時，系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，CPU 響應(yīng)中斷后，開場計數(shù)，即查詢鍵號，通過軟件來實現(xiàn)該鍵號所對應(yīng)鍵的功能鍵盤的大體設(shè)置為：K1 為溫度控制的上下限，K2，K3 用來控制溫度的加減。如果 K1 沒按下，那么溫度在上限

38、控制狀態(tài)，如果 K1 按下，那么溫度在下限控制狀態(tài)。其電路圖如下列圖 2-7 所示。圖 2-7 按鍵電路2.5.1 判鍵及其接口電路設(shè)計鍵盤之所以能夠?qū)ο到y(tǒng)進展操作是因為鍵盤的按下會產(chǎn)生一個電平上的變化，電平的變化進而影響整個系統(tǒng)的操作。如果系統(tǒng)規(guī)定高電平表示斷開，反之低電平那么表示閉合，通過芯片對電平的上下狀態(tài)監(jiān)測以及軟件編寫的配合可確認鍵按下與否。 由于按鍵是認為操作，對按鍵的按下與否把我并不是非常準確，有時按鍵信號的傳遞也會受到其他操作的影響使得信號之間產(chǎn)生串擾，所以為了確保按鍵是按下與否的識別情況，我要考慮進展按鍵防抖的操作，對于防抖操作有兩種方式，一種是硬件的防抖，一種是軟件的防抖，

39、硬件消除抖動可采取雙穩(wěn)態(tài)電路或濾波消抖電路；軟件消抖是是指當程序在運行中檢測到按鍵是低電平的時候并不急于向下繼續(xù)運行，而是在軟件延時一定程序后對該引腳的電平再次進展檢測，看是否還處在低電平狀態(tài)，假設(shè)還是，那么判斷為有按鍵按下。軟件消抖的方法效果可以承受，同時也節(jié)省了硬件消抖的開銷。此設(shè)計中由于按鍵較少，我選擇的是軟件消抖。當按鍵較多時，按鍵之間容易產(chǎn)生串擾，采用硬件消抖法會更好一點。 按鍵是要連接到硬件電路上的，其接口設(shè)計也有兩種方法，獨立式按鍵和矩陣式鍵. v盤。獨立式按鍵顧名思義就是每個按鍵式相互獨立，每個按鍵都通過一根線與主控芯片或者硬件電路中的相對應(yīng)引腳進展連接。這種方法在操作上更加簡

40、便，不需要考慮太多的電路設(shè)計因素，對于簡單的電路設(shè)計適用，任何事物有利有弊，弊端就是該方案對 I/O資源比擬浪費。對于大的系統(tǒng)來說，往往會導(dǎo)致引腳的不夠用。矩陣鍵盤就是通過行線與列線的穿插點來安排按鍵的位置，這種方法適用于按鍵數(shù)量較多的電路。通過對行線與列線的分布掃描來判斷是哪一個按鍵按下，根據(jù)掃描的結(jié)果以及之前準備的組合表來判斷具體按下的按鍵8。2.5.2 鍵盤的工作方式鍵盤的工作方式主要有三種：編程掃描、定時掃描和中斷掃描。當 CPU 在忙于各種各樣工作時，如何怎樣去處理鍵盤的輸入，這主要取決于鍵盤的工作方式。鍵盤掃描只是 CPU 的各種工作任務(wù)的一種而已。編程掃描時，CPU 會去反復(fù)掃描

41、鍵盤，當用戶有命令或者數(shù)據(jù)輸入時，響應(yīng)鍵盤的輸入請求。這種掃描方式一般當單片機不工作時，才調(diào)用子程序，直到 CPU 返回重新掃描鍵盤為止。定時掃描工作方式通常是利用單片機內(nèi)的定時器產(chǎn)生 10ms 定時中斷，單片機響應(yīng)定時器溢出中斷后，對鍵盤反復(fù)進展掃描，如果發(fā)現(xiàn)有按鍵按下時，并且能夠識別出這個按下的鍵，就會執(zhí)行與之相對應(yīng)處理程序9。中斷掃描在沒有按鍵按下時，如果有鍵按下時就會產(chǎn)生中斷，由中斷程序識別并執(zhí)行。2.6 報警裝置電路設(shè)計本設(shè)計中的報警裝置電路用到了發(fā)光二級管、三極管、100 歐姆的電阻。將發(fā)光二級管的一端接地，另一端接三極管的發(fā)射極，三極管的基極通過 100 歐姆的電阻接在三極管的

42、P3.7 引腳，三極管的集電極接+5V 的電源。其電路圖如圖 2-8 所示。圖 2-8 報警裝置電路圖. v發(fā) DS18B20 復(fù)位命令發(fā)跳過讀序列號命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開場命令完畢2.7 系統(tǒng)整體硬件電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，單片機主控電路等，通過 Protel99se 可畫出如圖 2-9 所示的電路圖91011三 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 溫度控制系統(tǒng)原理框圖主控制程序的主要是用來實時控制當前所要測控的環(huán)境溫度，并讀出由 DS18B20 測量的經(jīng)過處理的當前環(huán)境的溫度值，同時檢查溫度是否在限度之內(nèi)，否那么報警，同時調(diào)整溫度值。其主控制程序流程圖如 3-1 所示。圖3-

43、1 主程序流程圖圖3-2讀溫度流程圖3.1.1 讀溫度子程序讀溫度子程序的功能主要是用來將隨機存儲器中的 9 個字節(jié)讀出，在讀出字節(jié)時侯，需要進展冗余碼校驗。在校驗到有錯誤的時侯，所測得的溫度數(shù)據(jù)就會不進展改寫。其讀溫度子程序流程圖如 3-2 所示。3.1.2 溫度轉(zhuǎn)換子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序的功能主要是用來發(fā)送溫度開場轉(zhuǎn)換命令，讓溫度轉(zhuǎn)換自動進展，其溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如 3-3 所示。圖 3-3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.1.3 計算溫度子程序計算溫度子程序的功能主要將隨機存儲器中的溫度數(shù)值讀取出來，將取得的溫度數(shù)值的每一位經(jīng)過計算分別取出來，放Y發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā) DS18B20 復(fù)位命令發(fā)跳

44、過讀序列號命令讀取操作，CRC 校驗9 字節(jié)完.CRC 校驗正.確.移入溫度暫存器完畢NNY圖 2-9 溫度控制電路原理開場STC89C52 初始化DS18B20 初始化溫度是否到達設(shè)定限度溫度顯示完畢紅燈亮溫度在顯示 X 圍內(nèi)YNYN. v入指定的字節(jié)中，并進展溫度值數(shù)正負的判定。計算溫度子程序流程圖如 3-4 所示。3.1.4 溫度顯示子程序溫度顯示子程序的功能主要是對顯示數(shù)據(jù)存放器中的數(shù)據(jù)反復(fù)進展刷新操作。如果最高位顯示是 0 時的時候，就將符號顯示位立即移入下一位字節(jié)中。溫度顯示子程序流程圖如 3-5 所示。四 總結(jié)與展望(1)本次基于單片機溫控電路的溫度傳感器的設(shè)計經(jīng)過了整體分析、模

45、塊化分析、整體與模塊的仿真分析這樣三個步驟，實現(xiàn)了溫度的顯示以及報警顯示功能。(2)在寫溫度傳感器的驅(qū)動時一定要處理好時序問題。(3)本次設(shè)計可以說到達了預(yù)期的要求，但尚有需要改良的地方。隨著溫度采集現(xiàn)場的復(fù)雜程度加大，如果依然用一個傳感器來采集溫度，必然反映不了真實的現(xiàn)場情況，這時一個很好的解決方法就是在總線上掛多個傳感器，實行多路采集并且還可以加上時鐘控制電路，實現(xiàn)實時溫度控制。(4)通過本次論文設(shè)計，讓我進一步了解了使用單片機控制溫度的工作原理和作用，也更深一層地懂得了程序模塊化設(shè)計的重要性，同時對單片機學(xué)習(xí)板的操作有了進一步的了解，熟悉掌握了 Keil 的文本編程設(shè)計方法和 Protu

46、es 的仿真。目前，國內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面快速開展?，F(xiàn)如今計算機的高速數(shù)據(jù)處理能力，和它豐富的利用資源，以及強大的邏輯功能，能夠根據(jù)自己設(shè)計的實際需求進展靈活的資源采集分配，適當?shù)脑黾踊蛘邷p少其控制信號，輸出的路數(shù)，這樣就能夠合理的設(shè)置溫度控制的 X 圍與路數(shù)，給以后的實際應(yīng)用提供了可靠的、有力的控制系統(tǒng)解決方案。參考文獻1 X 娟，梁衛(wèi)文，程莉等單片機 C 語言與 Protues 仿真技能實訓(xùn)：中國電力，2021，119-1762 李平，杜濤，羅和平等單片機應(yīng)用開發(fā)與實踐：機械工程，2021，178-188圖 3-4 計算溫度流程圖 圖 3-4 計算溫度流

47、程圖圖 3-5 溫度顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖開場溫度零下溫度值取補碼置“標志取出小數(shù)位的溫度值取出整數(shù)位的溫度值完畢置“+標志NY溫度數(shù)據(jù)移入顯示存放器十位數(shù) 0.百位數(shù) 0.十位數(shù)顯示符號百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)不顯示符號 完畢NNYY. v3 X 阿奇，王綺紅，X 春良等Protel 實用教程：電子工業(yè)，2021，72-1214 常敏，王涵，X 紅波等51 單片機應(yīng)用程序開發(fā)與實踐. ：電子工業(yè),2021，235-2525 X 培仁，孫占輝，X 欣等基于 C 語言編程 MCS-51 單片機原理與應(yīng)用：清華大學(xué)，2002，268-277，296-2996 X 春恰數(shù)字溫度傳感器 DS18B20

48、測溫的應(yīng)用電器時代，2021，10：116-1177 Morrison D.Single ponent Isolates Data And PowerJ.Power Electronics Technology,2006,32(3):54-54.8Takahashi K,etc. Full color LEDdisplay panel fabricated on 8 silicon microreflectorJ.IEEE (Cat. No. 97CH36021).1997:7-8.9 趙福按電子電路設(shè)計與實踐M：XX 科學(xué)，2001，110-11810 陳金平電子系統(tǒng)設(shè)計M：國防工業(yè)，200

49、7，18-3011 康華光電子技術(shù)根底數(shù)字局部 ：高等教育，1998，140-160附 錄仿真結(jié)果設(shè)置溫度上限為 38 度，溫度下限為 6 度。1如下仿真圖 1 所示，此時溫度為 4 度，低于下限溫度，報警燈亮，實現(xiàn)報警。仿真圖 1 下限報警2如下仿真圖 2 所示。此時溫度為 40 度，超過上限溫度，報警燈亮，實現(xiàn)報警。仿真圖 2 上下報警3如下仿真圖 3 所示。此時溫度為 29 度，在所設(shè) X 圍內(nèi)，報警燈沒亮，說明溫度正常。仿真圖 3 正常工作溫度控制系統(tǒng)C語言程序*include *define uint unsigned int*define uchar unsigned char s

50、bit p34=P24;sbit p35=P25;. vsbit p36=P26;sbit dp=P07;sbit p37=P27;sbit DQ=P22; /定義 DS18B20 總線 I/Osbit SET=P31; /定義選擇報調(diào)整警溫度上限和下限1 為上限，0 為下限sbit LING=P20; /定義閃爍signed char m; /溫度值全局變量bit sign=0; /外部中斷狀態(tài)標志signed char shangxian=38; /上限報警溫度，默認值為 38signed char xiaxian=5; /下限報警溫度，默認值為 5ucharcode LEDData=0

51、xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 xff,0 xbf;/*延時子程序*/void Delay(uint i) while( i- );/*初始化 DS18B20*/void Init_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ=1; Delay(8); /稍做延時. v DQ=0; /單片機將 DQ 拉低 Delay(80); /準確延時，大于 480us DQ=1; /拉高總線 Delay(14); x=DQ; /稍做延時后，如果 x=0 那么初始化成功，x=1 那么初始化失敗

52、Delay(20);/*讀一個字節(jié)*/unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0; unsigned char dat=0; for (i=8;i0;i-) DQ=0; / 給脈沖信號 dat=1; DQ=1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0 x80; Delay(4); return(dat);. v/*寫一個字節(jié)*/void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ=0; DQ=dat&0 x01; Delay(5); DQ=1; dat=1; void Tmpchange(void) /發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令 Init_DS18B20(); WriteOneChar(0 xCC); /跳過讀序號列號的