溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作.doc

6.4實(shí)施制作過(guò)程6.4.1硬件設(shè)計(jì)溫度測(cè)量采用最新的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，DS18B20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)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫(xiě)，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。因而，使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。降溫控制系統(tǒng)采用低壓直流電風(fēng)扇。當(dāng)溫度高于設(shè)定最高限溫度時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，當(dāng)溫度降到指定最高限溫度以下后，風(fēng)扇自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。溫控系統(tǒng)的溫度顯示和溫度的設(shè)定直接采用綜合實(shí)訓(xùn)板上的顯示和鍵盤。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定的最低限溫度值時(shí)，也采用綜合實(shí)訓(xùn)板上的蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。用0#、1#鍵作為溫度最高限、最低限的設(shè)定功能鍵；2#、3#鍵作為溫度值設(shè)定的增加和減小功能鍵。0#鍵：作為最高限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進(jìn)入最高限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最高限溫度值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。1#鍵：作為最低限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進(jìn)入最低限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最低限溫度值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。2#鍵：1功能鍵，每按一次將溫度值加1，范圍為199。3#鍵：1功能鍵，每按一次將溫度值減1，范圍為991。圖2.2.1溫控系統(tǒng)硬件接線原理圖6.4.2軟件設(shè)計(jì)(1)溫控系統(tǒng)采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，可以分成以下程序模塊：系統(tǒng)初始化程序：首先完成變量的設(shè)定、中斷入口的設(shè)定、堆棧、輸入輸出口及外部部件的初始化工作。主程序MAIN：完成鍵盤掃描、溫度值采集及轉(zhuǎn)換、溫度值的顯示。當(dāng)溫度值高于設(shè)定最高限時(shí)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作；當(dāng)溫度值低于設(shè)定最低限時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。鍵盤掃描程序KEYSCAN：完成鍵盤的掃描并根據(jù)確定的鍵值執(zhí)行相應(yīng)的功能，主要完成最高溫度、最低溫度的設(shè)定。溫度采集程序GET_TEMPER：完成DS18B20的初始化并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，經(jīng)過(guò)指定時(shí)間后讀取轉(zhuǎn)換的溫度值。根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，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CPU將數(shù)據(jù)線下拉500s，然后釋放。DS18B20收到信號(hào)后等待1660s左右，后發(fā)出60240s的存在低脈沖，CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。溫度轉(zhuǎn)換程序TEMPER_COV：根據(jù)精度要求對(duì)采集到的溫度值進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換成便于顯示的BCD碼值。顯示子程序DISPLAY：顯示實(shí)時(shí)溫度及設(shè)定溫度值。DS18B20初始化子程序INIT_1820：DS18B20在工作之前必須按照指定的要求完成初始化工作，否則無(wú)法正常工作。DS18B20讀寫(xiě)子程序WRITE_1820、READ_1820、READ_1820T完成對(duì)18B20的讀寫(xiě)功能，其中，READ_1820從DS18B20中讀出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，READ_1820T從DS18B20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。圖2.2.2主程序流程圖圖2.2.3DS18B20初始化程序流程圖延時(shí)程序DELAY、DELAY1滿足18B20要求的延時(shí)間隔及程序中的延時(shí)功能。(2)軟件流程框圖分別如圖2.2.2、2.2.3、2.2.4、2.2.5和2.2.6所示。圖2.2.5DS18B20寫(xiě)入子程序圖2.2.6DS18B20讀取子程序(3)下面給出參考程序（部分）；晶振：12MHz；HIG_TMPEQU32H；設(shè)定的最高溫度值LOW_TMPEQU33H；設(shè)定的最低溫度值NUB_VALEQU34H；加1、減1的暫存值TEMPER_HEQU36H；采集到溫度值的低位TEMPER_LEQU35H；采集到溫度值的高位TEMPER_NUMEQU30H；PORTEQU4400H；8155口地址PORTAEQU4401H；8155A口地址PORTBEQU4402H；8155B口地址PORTCEQU4403H；8155C口地址；FLAG1BIT00H；18B20初始化完成標(biāo)志KEY_MKBIT08H；鍵盤按下標(biāo)志KEY_HMKBIT09H；S1鍵按下標(biāo)志KEY_LMKBIT0AH；S2鍵按下標(biāo)志DISP_MKBIT0BH；溫度設(shè)定狀態(tài)標(biāo)志DQBITP1.1；ORG0000HAJMPSTART；ORG0030HSTART：MOVSP,#60H；設(shè)置堆棧值MOVIE,#00HMOVTCON,#00HMOVTMOD,#10HMOVDPTR,#PORT；初始化8155口，A、B輸出C輸入MOVA,#43HMOVXDPTR,ASETBDQSETBP1.2MOVR0,#20HMOVR1,#20HMOVA,#00HSTART_1：MOVR0,AINCR0DJNZR1,START_1START_2：CLRP1.0CLRP1.2MOVHIG_TMP,#30H；初始高溫限值設(shè)為30MOVLOW_TMP,#20H；初始低溫限值設(shè)為20；ACALLRE_CONFIGNOPACALLINIT_1820JNBFLAG1,START_2MAIN：ACALLKEY_SCANJBKEY_LMK,MAIN1JBKEY_HMK,MAIN1ACALLGET_TEMPER；采集溫度值A(chǔ)CALLTEMPER_COV；溫度值轉(zhuǎn)換MAIN1：ACALLDISPLAYMOVA,TEMPER_NUMCJNEA,HIG_TMP,MAIN2CLRCMAIN2：JCMAIN3SETBP1.2；啟動(dòng)風(fēng)扇AJMPMAINMAIN3：CJNEA,LOW_TMP,MAIN4CLRCMAIN4：JNCMAIN5SETBP1.0；啟動(dòng)報(bào)警器AJMPMAINMAIN5：CLRP1.0CLRP1.2AJMPMAINNOP；-讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER：SETBDQ；定時(shí)入口GET_TMP1：LCALLINIT_1820；第一步，完成對(duì)18B20初始化JBFLAG1,GET_TMP2LJMPGET_TMP1；若DS18B20不存在，則繼續(xù)初始化GET_TMP2：LCALLDELAY1；延時(shí)80sMOVA,#0CCH；第二步，ROM命令，跳過(guò)ROM匹配0CCLCALLWRITE_1820MOVA,#44H；第三步，功能命令，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALLWRITE_1820GET_TMP5：NOPLCALLDISP3CLRDQNOPNOPSETBDQ；釋放數(shù)據(jù)線MOVR3,#4；延時(shí)14sDJNZR3,$CLRCMOVC,DQJNCGET_TMP5GET_TMP3：LCALLINIT_1820；第一步，對(duì)18B20初始化JBFLAG1,GET_TMP4LJMPGET_TMP3GET_TMP4：LCALLDELAY1MOVA,#0CCH；第二步，ROM命令，跳過(guò)ROM匹配LCALLWRITE_1820MOVA,#0BEH；第三步，功能命令，發(fā)出讀溫度命令LCALLWRITE_1820；LCALLREAD_1820；READ_1820RET；-寫(xiě)DS18B20的程序WRITE_1820：MOVR2,#8CLRCWRITE1:CLRDQMOVR3,#7；延時(shí)14sDJNZR3,$RRCAMOVDQ,CMOVR3,#21；延時(shí)45sDJNZR3,$SETBDQNOPDJNZR2,WRITE1SETBDQRET6.4.3系統(tǒng)調(diào)試1)輸入源程序輸入源程序時(shí)，應(yīng)以西文方式輸入字母和符號(hào)，且中文注釋前要加分號(hào)。2)對(duì)源程序進(jìn)行匯編和糾錯(cuò)根據(jù)自動(dòng)匯編提供的錯(cuò)誤信息逐條糾正錯(cuò)誤，直至匯編信息提示“錯(cuò)誤(0)”、“匯編結(jié)束”。3)確定調(diào)試方案在調(diào)試程序前一定要認(rèn)真分析源程序，明確各功能程序運(yùn)行的預(yù)期結(jié)果。然后結(jié)合源程序應(yīng)達(dá)到的結(jié)果，確定出如何通過(guò)某些關(guān)鍵參數(shù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象檢驗(yàn)程序運(yùn)行結(jié)果正確與否。例如：程序運(yùn)行過(guò)程中路徑的變化、累加器A內(nèi)容的變化、其他特殊寄存器內(nèi)容的變化等。并針對(duì)具體的分析和觀察對(duì)象選擇較合適的調(diào)試方法。如單步運(yùn)行、跟蹤運(yùn)行、連續(xù)運(yùn)行、快速運(yùn)行至光標(biāo)處、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試方法。4)調(diào)試程序(1)調(diào)試主程序。主程序運(yùn)行后，在無(wú)任何按鍵輸入時(shí)觀察有無(wú)顯示，時(shí)鐘是否工作，其時(shí)、分、秒顯示的變化過(guò)程是否正確。若運(yùn)行結(jié)果不正確，首先應(yīng)根據(jù)程序運(yùn)行的實(shí)際現(xiàn)象分析判斷哪些因素可引起相關(guān)故障，再通過(guò)調(diào)試方法逐一認(rèn)證和排除。例如：若定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化出錯(cuò)，則時(shí)鐘將不能工作；若顯示程序出錯(cuò)，則將不能正確顯示時(shí)鐘單元內(nèi)容；若定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷服務(wù)子程序出錯(cuò)，則其顯示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律將不正常。(2)調(diào)試子程序。在調(diào)試主程序時(shí)，必然要調(diào)用相關(guān)的功能子程序。因此，首先應(yīng)明確子程序的具體功能，通過(guò)對(duì)子程序的分析，確定子程序的入口、出口參數(shù)及相關(guān)標(biāo)識(shí)位的狀態(tài)，然后在滿足入口條件的狀態(tài)下，設(shè)法檢查從主程序進(jìn)入子程序，再由子程序返回到主程序的運(yùn)行過(guò)程?？刹捎酶欉\(yùn)行或運(yùn)行至光標(biāo)處的方法，檢查從主程序進(jìn)入子程序內(nèi)部的運(yùn)行過(guò)程，再通過(guò)單步運(yùn)行等方法檢查子程序內(nèi)部的運(yùn)行情況和返回主程序的過(guò)程。通過(guò)反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并排除軟件與硬件存在的各類問(wèn)題，以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)期目的。5)脫機(jī)運(yùn)行將調(diào)試已通過(guò)的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)內(nèi)部(或外部)程序存儲(chǔ)器中，再將寫(xiě)好程序的單片機(jī)(或存儲(chǔ)器)插入已設(shè)計(jì)好的單片機(jī)用戶板上，把仿真系統(tǒng)與用戶板脫離開(kāi)來(lái)，最后將所設(shè)計(jì)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)立通電運(yùn)行。6.6評(píng)估總結(jié)和提高6.6.1項(xiàng)目總結(jié)(1)該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目主要是以DS18B20為例，訓(xùn)練單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與外圍應(yīng)用系統(tǒng)或部件組合的綜合設(shè)計(jì)、分析與調(diào)試方法。學(xué)會(huì)分析和掌握專用芯片或器件的功能、控制方法和編程技巧，能根據(jù)專用芯片或部件的技術(shù)資料、讀寫(xiě)時(shí)序要求設(shè)計(jì)硬件接口及軟件編程，完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。(2)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中的難點(diǎn)是理解和掌握DS18B20的專用特性和功能，能根據(jù)廠商提供的技術(shù)資料，編制出相應(yīng)的初始化程序、讀寫(xiě)程序。(3)程序仍采用模塊化結(jié)構(gòu)，鍵盤、顯示、延時(shí)子程序可以采用原有子程序，本程序是在原有的子程序基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化而成的。(4)運(yùn)行狀態(tài)采用標(biāo)志化管理可使程序結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化。在上述程序中，對(duì)各按鍵的操作過(guò)程和狀態(tài)都采用標(biāo)識(shí)位來(lái)描述，對(duì)于不應(yīng)具有連動(dòng)功能的按鍵采用標(biāo)志位限制，只有在鍵盤掃描程序確定沒(méi)有任何按鍵按下時(shí)才清除按鍵標(biāo)志。這樣既可以起到按鍵防抖動(dòng)的作用，同時(shí)還可防止由于誤操作或按鍵習(xí)慣問(wèn)題導(dǎo)致的按鍵被多次執(zhí)行的情況。(5)調(diào)試程序時(shí)，重點(diǎn)分析和調(diào)試DS18B20的初始化及讀寫(xiě)程序，嚴(yán)格按照技術(shù)資料提供的時(shí)序要求，檢查時(shí)序的前后次序和延時(shí)時(shí)間，要結(jié)合能反映故障存在與否的參數(shù)變化、運(yùn)行路徑變化、顯示內(nèi)容變化等選擇合適的觀測(cè)點(diǎn)和觀測(cè)對(duì)象，再運(yùn)用適當(dāng)?shù)恼{(diào)試方法，快速地檢驗(yàn)調(diào)試結(jié)果，由此分析和判斷出故障點(diǎn)。(6)為了能在實(shí)訓(xùn)室對(duì)溫度測(cè)量進(jìn)行測(cè)試，可分別設(shè)定溫度的最高位和最低位分別為36和32(當(dāng)時(shí)的室溫)。由于人體的體溫一般高于36，用手指接觸測(cè)溫點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致高溫報(bào)警，從而啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，拿開(kāi)手之后，測(cè)溫點(diǎn)的溫度會(huì)逐步下降。如果此時(shí)的室溫低于設(shè)定的最低溫度，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。調(diào)試程序時(shí)，如果顯示的溫度值與實(shí)際不符或沒(méi)有顯示，可以首先檢查DS18B20的初始化過(guò)程是否成功，然后在讀取溫度值的操作完成后檢查所讀到的值是否正常，確信沒(méi)有問(wèn)題的情況下，檢查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和顯示程序是否存在問(wèn)題。6.6.2提高二DS18B20簡(jiǎn)介(1)獨(dú)特的單線接口方式：當(dāng)DS18B20與微處理器連接時(shí)，僅需要一條數(shù)據(jù)線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。(2)使用中不需要任何外圍元件。(3)可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V。(4)測(cè)溫范圍為55125。固有測(cè)溫分辨率為0.5。(5)通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912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，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的數(shù)據(jù)線上，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。2)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.7DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(1)64位光刻ROM的結(jié)構(gòu)如下：8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8b工廠代碼(10H)MSBLSBMSBLSBMSBLSB開(kāi)始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一序號(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可以采用一線進(jìn)行通信的原因。(2)非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶報(bào)警上下限。(3)高速暫存存儲(chǔ)器。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存SRAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2PROM。后者用于存儲(chǔ)TH，TL值。數(shù)據(jù)先寫(xiě)入SRAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給E2PROM。而配置寄存器為高速暫存器中的第5個(gè)字節(jié)，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下：TMR1R011111低5位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即設(shè)置分辨率，如表2.2.1所示(DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位)。表2.2.1R1和R0模式表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms00110101910111293.75187.5275.00750.00由表2.2.1可見(jiàn)，設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間之間權(quán)衡考慮。高速暫存存儲(chǔ)器除了配置寄存器外，還有其他8個(gè)寄存器，其分配如下所示。其中，第1、2個(gè)寄存器存儲(chǔ)溫度信息，第3、4個(gè)寄存器存儲(chǔ)TH和TL值，第68個(gè)寄存器未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9個(gè)寄存器存儲(chǔ)的是前面所有8個(gè)寄存器內(nèi)容的CRC碼，可用來(lái)保證通信正確。溫度低位溫度高位