單片機(jī)雞雛恒溫孵化器設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：雞雛恒溫孵化器設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目雞雛恒溫孵化器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)該雞雛恒溫孵化器可實(shí)現(xiàn)雞雛孵化過(guò)程恒溫控制，溫度可通過(guò)鍵盤自行設(shè)定。并有溫度上下限報(bào)警功能，利用電熱絲加熱，溫度測(cè)量范圍0～50度。設(shè)計(jì)任務(wù)：1.CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2.溫度傳感器選擇及接口電路設(shè)計(jì)3.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4.程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編編寫技術(shù)參數(shù)：1．溫度測(cè)量范圍：0-50℃2．工作電源220V設(shè)計(jì)要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換器、輸出電路等；2、應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過(guò)程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進(jìn)度計(jì)劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計(jì)方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度傳感器選擇及接口電路設(shè)計(jì)第6天 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)第7天 程序流程圖設(shè)計(jì)第8天 軟件編寫與調(diào)試第9天設(shè)計(jì)說(shuō)明書完成第10天 答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)：論文質(zhì)量：答辯：總成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績(jī)：平時(shí)20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算摘要溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，如家電、汽車、材料、電力電子等，常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同。開發(fā)出性能較好的溫度控制系統(tǒng)對(duì)于測(cè)控技術(shù)的發(fā)展具有很大的意義，隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場(chǎng)合的溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。由于單片機(jī)功能強(qiáng)大，可大大加快系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試速度，并具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等特點(diǎn)，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)和溫度控制。本設(shè)計(jì)所介紹的雞雛恒溫孵化器，硬件電路以AT89C51單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制，具有實(shí)用性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。其輸出溫度采用LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)字顯示，保證了測(cè)量的靈敏度和準(zhǔn)確度。另外系統(tǒng)具有超限自動(dòng)報(bào)警等功能，具有結(jié)構(gòu)新穎、電路簡(jiǎn)單和控制方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：溫度控制；單片機(jī)；數(shù)字溫度傳感器；LED數(shù)碼管目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1智能恒溫箱系統(tǒng)概況 11.2本文研究?jī)?nèi)容 1第2章CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22.1智能恒溫系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 22.2CPU的選擇 22.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 42.4復(fù)位電路設(shè)計(jì) 72.5時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 82.6CPU最小系統(tǒng)圖 8第3章系統(tǒng)硬件輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) 103.1溫度傳感器的選擇 103.2報(bào)警與繼電控制電路設(shè)計(jì) 123.3鍵盤輸入接口電路設(shè)計(jì) 143.4顯示接口電路設(shè)計(jì) 17第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 184.1軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 184.2流程圖設(shè)計(jì) 194.2.1主程序流程圖設(shè)計(jì) 194.2.2模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì) 204.2.3鍵盤管理程序流程圖設(shè)計(jì) 214.3程序清單 22第5章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 315.1系統(tǒng)原理圖 315.2硬件仿真圖 32第6章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 33參考文獻(xiàn) 34緒論智能恒溫箱系統(tǒng)概況智能恒溫箱主要是用來(lái)控制溫度，他為農(nóng)業(yè)研究、生物技術(shù)、測(cè)試提供所需的各種環(huán)境模擬條件，因此可廣泛適用于藥物、紡織、食品加工等無(wú)菌試驗(yàn)、穩(wěn)定性檢查以及工業(yè)產(chǎn)品的原料性能、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品壽命等測(cè)試。智能恒溫箱的溫度是醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)和食品加工等領(lǐng)域的關(guān)鍵，因此對(duì)溫度的測(cè)量及控制始終占據(jù)著重要的地位。市場(chǎng)上常見的溫度傳感器以電壓輸出為主要形式，不同的的傳感器其非線性曲線也各不相同，缺乏一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)具備的通用性和互換性。溫度傳感器應(yīng)用范圍很廣、使用數(shù)量很大，但是在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中由于溫度受其它因素影響較大，而且難以校準(zhǔn)，因此，溫度也是最難準(zhǔn)確測(cè)量的一個(gè)參數(shù)。常規(guī)方法測(cè)量溫度誤差大、準(zhǔn)確度低、測(cè)量滯后的時(shí)間長(zhǎng)。今年來(lái)，國(guó)內(nèi)傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和單片機(jī)的方向發(fā)展，為開發(fā)新一代溫度測(cè)量系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。在智能恒溫箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，用數(shù)字傳感器將溫度信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后的溫度數(shù)值，一方面送LED數(shù)碼管顯示；另一方面與給定值經(jīng)行比較，判斷溫度高低，從而采取相應(yīng)的措施：加熱或者制冷。使溫度達(dá)到設(shè)定值。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)單片機(jī)對(duì)被控制對(duì)象控制日益廣泛，具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，把單片機(jī)應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)中可以起到更好的控溫作用，智能恒溫箱是使用單片機(jī)進(jìn)行溫度控制的典型應(yīng)用，采用單片機(jī)做主控單元可完成對(duì)溫度的采集和控制等的要求。本文研究?jī)?nèi)容本課題采用單片機(jī)為主控制器，通過(guò)數(shù)字傳感器測(cè)得箱內(nèi)溫度，再將溫度信號(hào)送入主控制器，來(lái)完成恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)的硬件。使用時(shí)可以通過(guò)鍵盤自行調(diào)節(jié)預(yù)期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為0~50℃。調(diào)節(jié)好后系統(tǒng)會(huì)將采集來(lái)的實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)溫度比設(shè)定溫度高就開啟制冷設(shè)備，如果實(shí)時(shí)溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。LCD液晶顯示器即時(shí)顯示溫度。

CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能恒溫系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)目的為基于單片機(jī)的雞雛恒溫孵化器，系統(tǒng)中借用單片機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)的智能恒溫箱，包括溫度設(shè)定，溫度采集，溫度調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)溫度顯示和報(bào)警信號(hào)等模塊。溫度控制設(shè)定范圍為0~50°C，上、下限溫度在程序中設(shè)置，實(shí)現(xiàn)控制可以升溫也可以降溫，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值，以及蜂鳴器報(bào)警功能。實(shí)際設(shè)計(jì)中使用熱電偶溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。（采用A/D轉(zhuǎn)換器）單片機(jī)控制，液晶顯示模塊LCD顯示。系統(tǒng)的主要功能模塊方框圖如圖2.1所示：溫度設(shè)定溫度設(shè)定電路溫度顯示報(bào)警電路89C51單片機(jī)繼電器控制A/D轉(zhuǎn)換電路加熱設(shè)備信號(hào)放大溫度傳感器制冷設(shè)備圖2.1溫度控制系統(tǒng)原理圖單片機(jī)是整個(gè)恒溫箱的核心，內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用匯編語(yǔ)言編寫。它完成了溫度參數(shù)設(shè)定，溫度采集計(jì)算，溫度顯示，溫度比較，溫度調(diào)節(jié)等功能。所以采用AT89C51作為電路系統(tǒng)的控制核心。恒溫箱控制器的總體布局如圖2.1所示。通過(guò)鍵盤按鍵將設(shè)置好的溫度值傳給單片機(jī)，通過(guò)溫度顯示模塊顯示出來(lái)。初始溫度設(shè)置好后，單片機(jī)開啟輸出控制模塊，使電熱器開始加熱，同時(shí)將從數(shù)字溫度傳感器DS18B20測(cè)量到的溫度值實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，當(dāng)加熱到設(shè)定溫度值上限時(shí)，單片機(jī)控制聲光報(bào)警模塊，發(fā)出聲光報(bào)警，加熱設(shè)備停止并開啟制冷設(shè)備，冷卻到上限值以下時(shí)制冷設(shè)備也停止。當(dāng)自然冷卻到設(shè)定溫度下限時(shí)，單片機(jī)再次啟動(dòng)加熱器，如此循環(huán)反復(fù)，以達(dá)到恒溫控制的目的。CPU的選擇本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為中心控制器。系統(tǒng)采用美國(guó)Intel公司生產(chǎn)的89C-51型單片機(jī)，由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)并具有4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，使得它應(yīng)用起來(lái)更加方便。89C51單片機(jī)引腳功能：（1）XTAL1：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在89C51片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。當(dāng)采用外部振蕩器是次引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。（2）XTAL2：解外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在89C51片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸出端。在采用外部振蕩器時(shí)此引腳應(yīng)懸浮。通過(guò)示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號(hào)輸出，可以確認(rèn)89C51的振蕩電路是否正常工作。（3）RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期一上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。（4）ALE/：地址鎖存允許信號(hào)。ALE鎖存P0口傳送的低8位地址信號(hào)，實(shí)現(xiàn)低8位地址與數(shù)據(jù)的分離。（5）：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效輸出。（6）/VPP：內(nèi)，外ROM選擇端。當(dāng)端接高電平時(shí)，CPU訪問(wèn)并執(zhí)行內(nèi)部ROM的指令；但當(dāng)PC值超過(guò)4KB時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部ROM中的程序。接低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)外部ROM中的指令。圖2.289C51單片機(jī)的引腳圖（7）P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，可分時(shí)用做低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線。無(wú)上拉電阻，能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門電路。P1口：8位雙向I/O口，用做普通I/O口。有上拉電阻，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門電路。P2口：8位雙向I/O口，做高8位地址線。有上拉電阻，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門電路。P3口：8位雙向I/O口，具有第二功能。有上拉電阻，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門電路。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展89C-51型單片機(jī)片內(nèi)有128B的RAM，在實(shí)際應(yīng)用中僅靠這256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用MCS-51單片機(jī)所具有的擴(kuò)展功能擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。MCS-51系列單片機(jī)最大可擴(kuò)展64KB。6264是8K×8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功率200mW，典型存取時(shí)間200ns，為28線雙列直插式封裝。圖2.36264引腳圖6264的特性及引腳信號(hào)：6264的容量為8KB，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造A12～A0：地址線，可尋址8KB的存儲(chǔ)空間。D7～D0：數(shù)據(jù)線，雙向，三態(tài)。：讀出允許信號(hào)，輸入，低電平有效。：寫允許信號(hào)，輸入，低電平有效。CE1：片選信號(hào)1，輸入，在讀/寫方式時(shí)為低電平。CE2：片選信號(hào)2，輸入，在讀/寫方式時(shí)為高電平。VCC：+5V工作電壓。GND：信號(hào)地。6264的操作方式：6264的操作方式由CE1、CE2的共同作用決定寫入：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫入被選中的存儲(chǔ)單元。讀出：當(dāng)和為低電平，且和CE2為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。保持：當(dāng)為高電平，CE2為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。74LS373是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，其管腳示意圖如下圖所示：圖2.474LS373引腳圖其中D0～D7為8個(gè)輸入端；，Q0～Q7為8個(gè)輸入端；LE為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)LE為“1”時(shí)，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)：當(dāng)LE“0”時(shí)，數(shù)據(jù)打入端鎖存器；為輸出允許端：當(dāng)=0時(shí)，三態(tài)門打開；=1時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，輸出高阻。89C51單片機(jī)與6264的接口，如下圖：圖2.589C51單片機(jī)擴(kuò)展復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位電路，只要在該端加上持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各個(gè)狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖2.6所示。圖2.6中由按鍵以及電容C1、電阻R1、R2構(gòu)成上電復(fù)位及手動(dòng)電路。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以上電復(fù)位時(shí)，接通電源即可，當(dāng)上電后，由于電容C1開始緩緩充電，則圖中電路由5V電源到電容到電阻R1和地之間形成一個(gè)通路，由于在R1上產(chǎn)生電壓降，則單片機(jī)的RST腳上為高電平，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后電容的電充滿，此時(shí)C1處可視為斷路，單片機(jī)RST腳處電壓逐漸降為0V，即處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)完成上電復(fù)位，程序從0000H開始執(zhí)行。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)的9腳RST管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位電路和軟件復(fù)位兩種功能，由上面所述的硬件復(fù)位之后的各狀態(tài)可知，寄存器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟件復(fù)位功能。軟件復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過(guò)一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。圖2.6復(fù)位電路原理圖時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片的工作頻率，時(shí)鐘電路如圖2.7所示：圖2.7時(shí)鐘電路原理圖此電路大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要有石英晶體的頻率確定。單片機(jī)工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期，其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)，時(shí)鐘信號(hào)頻率常用fosc表示。CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。其值在20pF～100pF之間選取，本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。則振蕩周期＝；機(jī)器周期；指令周期＝。CPU最小系統(tǒng)圖本設(shè)計(jì)中的89C51的最小系統(tǒng)包括89C51單片機(jī)，6264可編程I/O接口，晶振電路，按鍵復(fù)位電路.1.復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用10~30uF，容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。2.晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的的晶振，晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大單片機(jī)處理速度越快。本設(shè)計(jì)采用110592MHz，圖中用約等于12MHz。3.起振電容 C2、C3一般采用15~33uF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機(jī)越近越好。本設(shè)計(jì)中C2、C3采用33uF。CPU最小系統(tǒng)圖如圖2.8所示：圖2.8CPU最小系統(tǒng)圖系統(tǒng)硬件輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)溫度傳感器的選擇溫度傳感器是該系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，本次設(shè)計(jì)選用的是美國(guó)溫度監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DSl8B20，它支持系統(tǒng)工作時(shí)先由使用者設(shè)定預(yù)期達(dá)到的兩位溫度值。DS18B20數(shù)字溫度計(jì)是1－Wire器件，即單總線器件。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20可直接將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)，以供單片機(jī)處理，具有連線簡(jiǎn)單、微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有電路簡(jiǎn)單，在一根通信線上可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。目前已被眾多行業(yè)進(jìn)行廣泛的運(yùn)用（鍋爐、溫控表糧庫(kù)、冷庫(kù)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)控、儀器儀表溫度監(jiān)控、農(nóng)業(yè)大棚溫度監(jiān)控等）。DS18B20是智能溫度傳感器，它的輸入/輸出采用數(shù)字量，以單總線技術(shù)接收主機(jī)發(fā)送的命令，根據(jù)DS18B20內(nèi)部的協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理，將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機(jī)。主機(jī)按照通信協(xié)議用一個(gè)I/O口模擬DS18B20的時(shí)序，發(fā)送命令（初始化命令、ROM命令、功能命令）給DS18B20，并讀取溫度值，在內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值處理，用圖形液晶模塊顯示各點(diǎn)的溫度。DS18B20的特性介紹：（1）獨(dú)特的單線接口方式，與單片機(jī)通信只需一個(gè)引腳，DS18B20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DS18B20的雙向通訊。

（2）在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：+3.0～+5.5V。

（4）測(cè)溫范圍為-55～+125℃。在-10～+85℃范圍內(nèi)誤差為0.5℃。

（5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式。

（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。

（7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，通過(guò)識(shí)別芯片各自唯一的產(chǎn)品序列號(hào)從而實(shí)現(xiàn)單線多掛接，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的線上，簡(jiǎn)化了分布式溫度檢測(cè)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

（8）負(fù)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。（9）告警尋找命令可以識(shí)別和尋址那些溫度超出預(yù)設(shè)告警界限的器件。DS18B20的外形見圖3.1，其引腳功能描述見表1，實(shí)測(cè)溫度和數(shù)字輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。圖3.1DS18B20外形序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。表1DS18B20詳細(xì)引腳功能描述溫度數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+125℃000001111101000007D0H+85℃00000101010100000550H+25.0625℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2h+0.5℃00000000000010000008H0℃0000000000000000000H-0.5℃1111111111110000FFF8H-10.125℃1111111101011110FF5EH-25.0625℃1111111001101111FF6FH-55℃1111110010010000FC90H表2溫度值分辨率配置表器件從單線的通信線去得其電源，在信號(hào)線為高電平的時(shí)間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號(hào)線為低電平的時(shí)間期內(nèi)斷開此電源，直到信號(hào)線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娫礊橹埂Ｗ鳛榱硪环N可供選擇的方法，DS18B20也可用外部5V電源供電。DS18B20接線方式如圖3.2：圖3.2DS18B20測(cè)溫電路報(bào)警與繼電控制電路設(shè)計(jì)報(bào)警控制電路用于當(dāng)系統(tǒng)斷電等特殊情況下提醒用戶。在這里報(bào)警電路中未采用蜂鳴器，因?yàn)楫?dāng)未達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生連續(xù)報(bào)警，影響工作環(huán)境。因此，這里采用紅綠燈進(jìn)行指示孵化箱中的環(huán)境狀態(tài)。當(dāng)溫度偏差較大時(shí)，可以人工使系統(tǒng)脫離危險(xiǎn)狀態(tài)，以維護(hù)生產(chǎn)的安全可靠。這里當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，綠燈亮，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度上限時(shí)，紅燈亮。圖3.3報(bào)警指示電路繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。它實(shí)際上是用較小的電流.較低的電壓去控制較大電流.較高的電壓的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。單片機(jī)的Pl.2接DS18820的2號(hào)引腳．P1口送數(shù)P0口掃描，P2.4、P2.5控制加熱設(shè)備和制冷設(shè)備的繼電器。繼電器的工作原理：當(dāng)輸入量(如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器?？煞譃殡姎饬?如電流、電壓、頻率、功率等)繼電器及非電量(如溫度、壓力、速度等)繼電器兩大類。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中。繼電器采用SRD-D6VDC-SL-C型，240AC通斷TA的電流。其直流線圈電阻95歐，三極管Q1采用KTC9012，輸出電流IC為150mA，放大系數(shù)β為60至1000范圍內(nèi)，若取β為200則Ic在5V下為50mA左右，則基極電流為0.25mA。只有P0口在高點(diǎn)位輸出時(shí)才能達(dá)到這樣大的電流值。因此把這兩個(gè)口分別用P0和P01代替。由于P0口屬于三態(tài)輸出輸入口，因此，必須接上拉電阻，其阻值大小可計(jì)算為： 取10千歐的電阻讓Q1在高電平時(shí)飽和導(dǎo)通，此時(shí)，基極電流為。二極管D1主要起保護(hù)作用，在Q1關(guān)斷時(shí)續(xù)流，以免電感線圈斷路時(shí)產(chǎn)生過(guò)壓損壞三極管。圖3.4繼電器控制電路由于DS18B20自帶了存儲(chǔ)器，能夠?qū)⒃O(shè)定的溫度報(bào)警值自動(dòng)存入DS18B20的EEROM中，永久保存，因此每次開機(jī)時(shí)系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)從DS18B20的EEROM讀出溫度報(bào)警值。兩個(gè)繼電器中，K1接的是降溫裝置，K2接的是加熱裝置，當(dāng)實(shí)際溫度大于TH的設(shè)定值時(shí)，指示燈亮起報(bào)警，表示超溫，此時(shí)繼電器K1吸合，接通降溫裝置進(jìn)行降溫；當(dāng)實(shí)際溫度處于TL與TH的設(shè)定值之間時(shí)，繼電器常閉。鍵盤輸入接口電路設(shè)計(jì)8255可編程并行I/O接口設(shè)計(jì)MCS-51系列單片機(jī)共有4個(gè)8位并行I/O口，這些I/O口一般是不能完全提供給用戶使用的，在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，提給用戶使用的I/O口只有P1和P3口的部分口線。因此在大部分的MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中都免不了要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。8255芯片引腳圖如圖3.5所示：圖3.58255芯片引腳圖鍵盤功能說(shuō)明：1號(hào)鍵：上升。2號(hào)鍵：下降。3號(hào)鍵：下限溫度值確定。4號(hào)鍵：上限值確定。5號(hào)鍵：查詢上下限值。使用1號(hào)鍵和2號(hào)鍵，設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的上限值，然后按下4號(hào)鍵，將這個(gè)上限值確定，也就是將上限值保存到專用的寄存器里。在完成設(shè)定上限值的工作后，使用1號(hào)鍵和2號(hào)鍵設(shè)定需要的溫度控制系統(tǒng)的下限值，然后按下3號(hào)鍵，將這個(gè)下限值確定，也就是將這個(gè)下限值保存到專用的寄存器里，然后系統(tǒng)進(jìn)去實(shí)時(shí)的溫度測(cè)量和控制工作中。鍵盤接口電路如圖3.6所示：圖3.6鍵盤接口電路單片機(jī)與8255的接口比較簡(jiǎn)單，如圖3.7所示，8255的片選信號(hào)及口地址選擇線AO、A1分別由單片機(jī)的P0.7和P0.0、P0.1經(jīng)地址鎖存器提供。8255的A、B、C口及控制口地址分別為FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH。8255的D0～D7分別與P0.0到P0.7相連。圖3.7I/O口擴(kuò)展電路顯示接口電路設(shè)計(jì)顯示功能與硬件關(guān)系極大，在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)掃描。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡(jiǎn)單，但占用端口資源多；動(dòng)態(tài)掃描的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定程度沒(méi)有靜態(tài)顯示好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言最大的優(yōu)點(diǎn)是占用端口資源少。由于本設(shè)計(jì)需要較多的端口用于其它的功能因此采用占用端口少的動(dòng)態(tài)掃描顯示的辦法。LED數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。若內(nèi)部8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起接電源正極，就成為共陽(yáng)極數(shù)碼管；若8個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，測(cè)稱為共陰極數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示碼是表述二進(jìn)制數(shù)與數(shù)碼管所顯示字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系的。本設(shè)計(jì)選用的顯示塊是共陰極的LED（共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮）。將單片機(jī)I/O口的8位線與顯示塊的發(fā)光二極管的引出端（a～dp）相連，共陰極低電平有效，選通有效后8位并行輸出口輸出不同的數(shù)據(jù)就點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管，獲得不同的數(shù)字或字符。數(shù)碼管顯示電路如圖3.8所示：圖3.82位LED顯示電路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述一個(gè)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，這里采用51系列單片機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)并進(jìn)行軟件編程。從軟件的功能來(lái)看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量，計(jì)算，顯示，打印，輸出控制和通信等；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，使在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，必須先弄清恒溫控制系統(tǒng)的操作過(guò)程和工作過(guò)程。加熱器開始時(shí)處于停止?fàn)顟B(tài)，首先設(shè)定溫度，顯示器顯示溫度，溫度設(shè)定后則可以啟動(dòng)加熱。溫度檢測(cè)系統(tǒng)不斷檢測(cè)并顯示系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)溫度，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值后停止加熱，當(dāng)溫度下降到下限(小于設(shè)定值3℃)時(shí)再自動(dòng)啟動(dòng)加熱，這樣不斷的循環(huán)，使溫度保持在設(shè)定范圍之內(nèi)。啟動(dòng)加熱以后就不能再設(shè)定溫度，因?yàn)闇囟鹊脑O(shè)定可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求改變。若要改變?cè)O(shè)定的溫度，可以先按復(fù)位／停止鍵再重復(fù)上述過(guò)程。根據(jù)以上對(duì)操作和工作過(guò)程的分析，程序應(yīng)分為兩個(gè)階段：一是通電或復(fù)位后到啟動(dòng)加熱，程序主要是按鍵設(shè)定、顯示器顯示設(shè)定溫度；二是檢測(cè)并顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果控制電熱器，這時(shí)系統(tǒng)不接收鍵盤的輸入。因此，程序可以分為以下幾個(gè)功能模塊：溫度設(shè)定和啟動(dòng)；顯示；溫度檢測(cè)；溫度控制以及報(bào)警。流程圖設(shè)計(jì)主程序流程圖設(shè)計(jì)主控程序系統(tǒng)上電后，AT89S52對(duì)內(nèi)部RAM及接口電路初始化，然后便一直在循環(huán)查詢鍵盤入口是否有鍵按下，若有則轉(zhuǎn)向各功能子程序，相應(yīng)的任務(wù)完成后，再返回主控程序。同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還將完成鍵盤掃描、按鍵溫度設(shè)定、超溫報(bào)警等程序的處理，將處理的溫度信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)定溫度值比較，形成可以控制加熱，散熱兩種工作狀態(tài)。該孵化箱溫度控制系統(tǒng)的工作流程是：開機(jī)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境溫度，并在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示，同時(shí)可根據(jù)需求進(jìn)行溫度上下限控制。然后通過(guò)實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，如果當(dāng)前溫度低于設(shè)定溫度的話，進(jìn)行加熱，；如果當(dāng)前溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，風(fēng)扇啟動(dòng)用以降溫。接下來(lái)通過(guò)DS18B20采集到實(shí)際溫度和設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際溫度小于設(shè)定的溫度的時(shí)候，進(jìn)行加熱，直至溫度達(dá)到設(shè)定值。加熱裝置和降溫裝置都停止運(yùn)行是否否是開始初始化DS18B20設(shè)定溫度上下限顯示當(dāng)前溫度高于溫度上限報(bào)警啟動(dòng)降溫裝置加熱裝置和降溫裝置都停止運(yùn)行是否否是開始初始化DS18B20設(shè)定溫度上下限顯示當(dāng)前溫度高于溫度上限報(bào)警啟動(dòng)降溫裝置啟動(dòng)加熱器低于溫度下限否是否圖4.1程序主流程圖模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)采樣程序初始化輸出通道號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換讀A/D數(shù)據(jù)修改通道及通道號(hào)采樣程序初始化輸出通道號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換讀A/D數(shù)據(jù)修改通道及通道號(hào)重裝定時(shí)器0常數(shù)啟動(dòng)返回NY圖4.2溫度采樣程序流程鍵盤管理程序流程圖設(shè)計(jì)鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定。共三個(gè)按鍵。KEY1（P1.1）:狀態(tài)切換；溫度設(shè)置確認(rèn)；溫度重新設(shè)置。KEY2（P1.2）:設(shè)置溫度“+”。KEY3（P1.3）:設(shè)置溫度“-”。系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按KEY1次數(shù)，決定顯示的狀態(tài)，根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)，利用KEY2、KEY3進(jìn)行加減，當(dāng)溫度設(shè)定好之后，再按KEY1確定，系統(tǒng)開始測(cè)溫，開啟加熱器。鍵盤管理子程序流程如圖4.3所示：圖4.3鍵盤處理程序流程當(dāng)通電或復(fù)位以后，系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤管理狀態(tài)，單片機(jī)只接收設(shè)定溫度和啟動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到有鍵閉合時(shí)先去除抖動(dòng)，這里采用軟件延時(shí)的方法，延時(shí)一段時(shí)間后，再確定是否有鍵閉合，然后將設(shè)定好的值送入預(yù)置溫度數(shù)據(jù)區(qū)，并調(diào)用溫度合法檢測(cè)報(bào)警程序，當(dāng)設(shè)定溫度超過(guò)最大值如50℃時(shí)就會(huì)報(bào)警，最后當(dāng)啟動(dòng)鍵閉合時(shí)啟動(dòng)加熱。程序清單單片機(jī)程序如下：ORG0000HSJMPMAINORG0003HLJMPINTORG0025HMAIN：MOVSP，#60HMOV20H，#00HMOV21H，#08HMOV29H，#0FEHLCALLZIJIANLCALLREADTHTLLCALLTESTRANGELCALLDISPSETBINT0SETBEX0SETBEALOOP:LCALLDELAYLCALLGET_TEMPLCALLTURNLCALLDISPLAYCLRCMOVA，24HCJNEA，2EH，LOOP1SJMPHOTTINGLOOP1:JCHOTTINGMOVA，24HCLRCCJNEA，2DH，LOOP2SJMPSTOPHOTLOOP2:JNCSTOPHOTSJMPKEEPHOTTING:CLRP3.1CLRP1.5SETBP1.6KEEP:SJMPLOOPSTOPHOT:SETBP3.1SETBP1.5CLRP1.6SJMPLOOPZIJIAN:MOV30H，#08HMOV31H，#08HMOV32H，#13HMOV33H，#08HMOV34H，#13HCLRP1.4CLRP1.5CLRP1.6CLRP1.7MOVR3，#0FFHWAIT0:ACALLDISPLAYDJNZR3，WAIT0SETBP1.5SETBP1.6SETBP1.7RETTURNTH:MOV2DH，27HMOV2EH，28HMOV24H，27HACALLTURNMOV2AH，30HMOV2BH，31HMOV2CH，32HMOVA，2CHCLRCSUBBA，#0BHMOV2CH，AMOV33H，#00HMOV34H，#15HRETTESTRANGE:MOVA，2AHCJNEA，#01H，NOMAXMOV22H，#08HSJMPEXITTESTNOMAX:MOVA，2BHCJNEA，#00H，MIDDMOV22H，#02HSJMPEXITTESTMIDD:MOV22H，#04HEXITTEST:RETDISPLAY:MOVR0，#03HDIS:MOVDPTR，#TABMOVA，@R0MOVCA，@A+DPTRMOVDPTR，#7FFFHMOVX@DPTR，AINVR0MOVDPTR，#0BFFFHMOVA，29HMOVX@DPTR，AHERE:DJNZR4，HERESETBCRLCAMOV29H，AJBACC.5，DISMOV29H，#OFEHRETTAB:DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH，00H，OBFHDB86H，0DBH，0CFH，0E6H，0EDH，0FDH，87H，0FFH，0EFH，79HGET_TEMP:CLREAACALLINIMOVA，#0CCHACALLWRITEMOVA，#44HACALLWRITEACALLINIMOVA，@0CCHACALLWRITEACALLREADMOV24H，ASETBEARETSETTHTL:CLREAACALLINIMOVA，#0CCHACALLWRITEMOVA，#4EHACALLWRITEMOVA，2DHACALLWRITEMOVA，2EHACALLWRITEACALLINIMOVA，#0CCHACALLWRITEMOVA，#48HACALLWRITEACALLREADTHTLMOVA，27HCJNEA，2KH，SETTHTLMOVA，28HCJNEA，2EH，SETTHTLSETBEARETREADTHTL:CLREAACALLINIMOVA，@0CCHACALLWRITEMOVA，#0B8HACALLWRITEACALLINIMOVA，#0CCHACALLWRITEMOCA，#0BEHACALLWRITEACALLREADACALLREADACALLREADMOV27H，AACALLREADMOV28H，ASETBEARETINI:CLRP3.0MOVR2，#10011:CLRP3.0DJNZR2，I1SETBP3.0MOVR2，#15I2:DJNZR2，I2CLRCORLC，P3.0JCINIMOVR6，#40HI3:ORLC，P3.OJCI4DJNZR6，I3SJMPINII4:MOVR2，#120I5:DJNZR2，I5RETTEAD:MOVR6，#8WR1:SETBP3.0MOVR4，#4RRCACLRP3.0WR2:DJNZR4，WR2MOVP3.0，CMOVR4，$40WR3:DJNZR4，WR3DJNZR3，WR1SETBP3.0RETREAD:MOVR6，#8RE1:CLRP3.0MOVR4，#2SETBP3.ORE2:DJNZR4，RE2MOVC，P3.0RRCAMOVR5，#15RE3:DJNZR5，RE3DJNZR6，RE1RE5:SETBP3.0RETTURN:CLRCMOVA，24HRRCAMOV25H，AJNCTURN0MOV33H，#05HAJMPTURN1TURN0:MOV33H，#00HTURN1:MOVA，25HACALLBTODRETBTOD:MOVB，#100DIVABMOVT0，#30HMOV@R0，HINCR0MOVA，#10XCHA，BDIVABMOV@R0，AINCR0MOVA，BADDA，#0BHMOV@R0，ARETDIS:LCALLDIRJNBP3.0，LCJNBP3.4，LC0JNBP3.2，LC1JNBP3.5，LC2AJMPDISLC:LCALLDELJBP3.0，DISMOVA，30HCJNEA，#0FFH，XIAMOVA，#5ADDA，