AT89C51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）論文題目： at89c51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng) 所屬系部： 指導(dǎo)老師： 職稱： 講師 學(xué)生姓名： 學(xué)號: 專 業(yè)： 年 月 日陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目： at89c51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)任務(wù)與要求：1、設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能夠控制1kw電爐的溫度控制系統(tǒng)，控制溫度恒定在37-38度之間。2、本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，它由三部分組成:控制部分主芯片采用單片機(jī)at89c51；顯示部分采用3位led數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；溫度采集部分采用ds18b20溫度傳感器。3、系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫入子程序等。時(shí)間

2、： 年 月 日 至 年 月 日 所屬系部：電 子 工 程 系學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)： 指導(dǎo)單位或教研室： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 2011年 10月10日摘要本畢業(yè)設(shè)計(jì)以at89c51單片機(jī)為核心部件，進(jìn)行溫度采集和控制。本設(shè)計(jì)用數(shù)字溫度傳感器ds18b20來采集溫度，通過按鍵設(shè)置溫度并將設(shè)置的溫度送led數(shù)碼管顯示。將采集的溫度值一方面送控制電路進(jìn)行比較和控制，另一方面將實(shí)際溫度送顯示器顯示，形成一套智能化控制系統(tǒng)。溫控系統(tǒng)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。本文首先介紹了單片機(jī)溫度控制在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用，然后介紹了單片機(jī)at89c51各個(gè)引腳的接口連接；ds18b20功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、測溫原理；然后

3、進(jìn)行編譯程序，輸入程序進(jìn)行板子調(diào)試，如果測得的溫度低于設(shè)置的下限溫度時(shí)，就啟動繼電器進(jìn)行加熱，如高于設(shè)置的上限溫度時(shí)，板子上的一個(gè)紅燈就會亮起來，然后采取降溫措施，使得溫度始終控制在3738度之間。關(guān)鍵詞 at89c51單片機(jī) 溫度傳感器 ds18b20 溫度控制； 目錄1引言11.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義11.2 溫度控制系統(tǒng)的目的11.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能12 總體設(shè)計(jì)方案22.1 方案一22.2 方案二23 ds18b20溫度傳感器簡介63.1 溫度傳感器的歷史及簡介63.2 ds18b20的工作原理6 3.2.1 ds18b20工作時(shí)序6 3.2.2 rom操作

4、命令83.3 ds18b20的測溫原理83.3.1 ds18b20的測溫原理:83.3.2 ds18b20的測溫流程104 單片機(jī)接口設(shè)計(jì)104.1 設(shè)計(jì)原則10 4.2 引腳連接114.2.1 晶振電路114.2.2 串口引腳114.2.3 其它引腳115 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)115.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)11 5.1.1 主板電路設(shè)計(jì)125.1.2 各部分電路125.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14 5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路14 5.2.2 系統(tǒng)程序流圖155.3 調(diào)試196 結(jié)束語217謝辭228參考文獻(xiàn)239附錄24附錄124附錄2261引言1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 隨著社會的

5、發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但溫度控制一直是一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問題。針對這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，溫度常常是表征對象和過程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)

6、行；煉油過程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉的儲糧就會變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障。因此，各行各業(yè)對溫度控制的要求都越來越高?？梢姡瑴囟鹊臏y量和控制是非常重要的。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測試控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制。而以往溫

7、度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實(shí)在很多場所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對此問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計(jì)是對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個(gè)數(shù)

8、碼管即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1 方案一測溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到a/d轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。2.2 方案二考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只ds18b20溫度傳感器，直接讀取被測溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖2-1所示，它由三部分組成:控

9、制部分主芯片采用單片機(jī)at89c51；顯示部分采用3位led數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；溫度采集部分采用ds18b20溫度傳感器。加熱繼電器單 片 機(jī)ds18b20led顯示指示燈圖21 at89c51單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì)方案1. 控制部分單片機(jī)at89c51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。2. 顯示部分顯示電路采用3位共陽led數(shù)碼管，從p20口送數(shù)，p27口掃描。3. 溫度采集部分ds18b20溫度傳感器是美國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

10、熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫。這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作，由ds18b20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器ds18b20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的p32口，單片機(jī)接受溫度并存儲。此部分只用到ds18b20和單片機(jī)，硬件很簡單(1) ds18b20的性能特點(diǎn)如下：1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；2) 多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；3) 無須外部器件；4) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5v；5) 零待機(jī)功耗；6) 溫度以3位數(shù)字顯示；7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置；8) 報(bào)警搜索命令

11、識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；9) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 (2) ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20采用3腳pr35封裝，ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如2-2所示； 圖22 ds18b20的封裝圖(3) ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：1) 64位光刻rom。開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個(gè)器件的惟一的序號，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10。64位閃速rom的結(jié)構(gòu)如下.表21 rom結(jié)構(gòu)8b檢驗(yàn)crc48b序列號8b工廠代碼（10h） msb l

12、sb msb lsb msb lsb圖23ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。3) 高速暫存存儲，可以設(shè)置ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的精度。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個(gè)高速暫存ram和一個(gè)非易失性的可電擦除的e2pram。高速暫存ram的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)th和tl的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定

13、義如圖1.3所示。低5位一直為，tm是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式。 表22 ds18b20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)byte0溫度測量值lsb（50h）byte1溫度測量值msb（50h）e2prombyte2th高溫寄存器-th高溫寄存器byte3tl低溫寄存器-tl 低溫寄存器byte4配位寄存器-配位寄存器byte5預(yù)留（ffh）byte6預(yù)留（0ch）byte7預(yù)留（ioh）byte8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（crc）2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。3) 高速暫存存儲，可以設(shè)置ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的精度。ds18b20出廠時(shí)該位被設(shè)置

14、為0，用戶要去改動，r1和r0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率,如圖1.4。圖24ds18b20字節(jié)定義tm r1r0 1 1 1 1 1由表1.1可見，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存ram的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的crc碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以

15、0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號位s0時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位s1時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。 表1.2是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)6。表23 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表r1r0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750表24一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1

16、250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h續(xù)表24-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h4) crc的產(chǎn)生 在64 b rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc）。主機(jī)根據(jù)rom的前56位來計(jì)算crc值，并和存入ds18b20中的crc值做比較，以判斷主機(jī)收到的rom數(shù)據(jù)是否

17、正確。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。3 ds18b20溫度傳感器簡介3.1 溫度傳感器的歷史及簡介溫度的測量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低，只能作為一個(gè)概略指示。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示

18、，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測方法，常用的有電阻式、熱電偶式、pn結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢等)的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。3.2 ds18b20的工作原理3.2.1 ds18b20工作時(shí)序根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：1. 每一次讀寫之前都必須要對ds18b20進(jìn)行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條rom指令；3. 最后發(fā)送ram指令，這樣才能對ds18b20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主cpu將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，ds18b20

19、收到信號后等待1560微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖2.1，2.2，2.3所示。(1) 初始化時(shí)序 圖31 初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7k上拉電阻將總線拉高，延時(shí)1560us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us。(2) 寫時(shí)序圖32 寫時(shí)序?qū)憰r(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要6

20、0us，且在2次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us8。(3) 讀時(shí)序 圖33 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入

21、模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us43.2.2 rom操作命令當(dāng)主機(jī)收到dsl8b20 的響應(yīng)信號后，便可以發(fā)出rom 操作命令之一，這些命令如表2.2：rom操作命令。3.3 ds18b20的測溫原理3.3.1 ds18b20的測溫原理:每一片dsl8b20在其rom中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)rom 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀rom(33h)命令將該dsl8b20的序列號讀出。程序可以先跳過rom，啟動所有dsl8b20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配rom，再逐一地讀回每個(gè)dsl8b20的溫度數(shù)據(jù)。ds18b20的測溫原理如圖2.4所示，圖中低溫

22、度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(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，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法

23、計(jì)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(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(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)值即為所測溫度。圖2.3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值. 表31 rom操作命令指令約定代碼功 能讀rom33h讀ds18b20 rom中的編碼符合rom55h發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位rom編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的ds18b20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該ds18b20的讀寫作準(zhǔn)備搜索rom0f0h用于確定掛接在同一總線上ds1

24、8b20的個(gè)數(shù)和識別64位rom地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過rom0cch忽略64位rom地址，直接向ds18b20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。續(xù)表31告警搜索命 令0ech執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng)溫度變換44h啟動ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長為500ms，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ram中讀暫存器0beh讀內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的第3，4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48h將e2pram中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到e2pram中重調(diào)e2pram0bbh將e2pram中內(nèi)容恢復(fù)到ram

25、中的第3，4字節(jié)讀 供 電方 式0b4h讀ds18b20的供電模式，寄生供電時(shí)ds18b20發(fā)送“0”，外接電源供電ds18b20發(fā)送“1” 另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。減法計(jì)數(shù)器斜坡累加器減到0減法計(jì)數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0圖34 測溫原理內(nèi)部裝置3.3.2 ds18b20的測溫流程初始化ds18b20跳過rom匹配溫度變換延時(shí)1s跳過rom

26、匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖35 ds18b20測溫流程4 單片機(jī)接口設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)原則ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3.1所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)mosfet管來完成對總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式， p1.1口接單線總線為保證在有效的ds18b20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)mosfet管和89s51的p1.0來完成對總線的上拉。當(dāng)ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d變換操作時(shí)，總線上

27、必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10 s。采用寄生電源供電方式是vdd和gnd端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟：l 初始化；l rom操作指令；l 存儲器操作指令。4.2 引腳連接4.2.1 晶振電路單片機(jī)xial1和xial2分別接30pf的電容，中間再并個(gè)12mhz的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路。4.2.2 串口引腳 p0口接9個(gè)2.2k的排阻然后接到顯示電路上。p1.0溫度傳感器ds18b20如圖3.1所示。18b20單 片 機(jī)p1.0vccgnd 圖41 ds18b20與單片機(jī)的接口電路p1.1和p1.2引

28、腳接繼電器電路的4.7k電阻上，p1口其他引腳懸空p2口中p2.0、p2.1、p2.2、p2.3分別接到顯示電路的4.7k電阻上，p2.5接蜂鳴器電路，其他引腳懸空p3口中p3.5、p3.6、p3.7接到按鍵電路4.2.3 其它引腳 ale引腳懸空，復(fù)位引腳接到復(fù)位電路、vcc接電源、vss接地、ea接電源5 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 5.1.1 主板電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的p1.0接ds18b20的2號引腳，p0口送數(shù)p2口掃描，p1.1、p1.2控制加熱器和電風(fēng)扇的繼電器。如附錄2。 5.1.2 各部分電路(1) 顯示電路顯示電路采用了7段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便

29、于程序的編寫。圖51 顯示電路圖(2) 單片機(jī)電路圖52 單片機(jī)電路引腳圖 (3) ds18b20溫度傳感器電路圖5-3 溫度傳感器電路引腳圖(4) 繼電器電路圖中p1.1引腳控制加熱器繼電器。給.p1.1低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭放下來開始工作. 圖5-4 繼電器電路圖(5) 晶振控制電路圖5-5 晶振控制電路圖 (6) 復(fù)位電路圖5-6復(fù)位電路圖5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路一個(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)還必須得到相應(yīng)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，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很

30、復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與s51系列單片機(jī)相對應(yīng)的51匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。程序設(shè)計(jì)語言有三種：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。機(jī)器語言是機(jī)器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。高級語言是面向問題和計(jì)算過程的語言，它可通過于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級語

31、言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語言可以不用像高級語言那樣占用較多的存儲空間，適合于存儲容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問題。mcs51指令系統(tǒng)的指令長度較短，它在存儲空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合。而且mcs51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可以形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是mcs51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對于要求反應(yīng)靈敏與控制及時(shí)的工控、檢測等實(shí)時(shí)控制

32、系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語言簡明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫入子程序、以及有關(guān)ds18b20的程序（初始化子程序、寫程序和讀程序）5.2.2 系統(tǒng)程序流圖系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫入子程序等。1）主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理ds18b20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖19所示。通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的兩個(gè)單元中，然后通過調(diào)

33、用顯示子程序顯示出來圖5-7 主程序流程圖ds18b20復(fù)位、應(yīng)答子程序跳過rom匹配命令寫入子程序溫度轉(zhuǎn)換命令寫入子程序顯示子程序(延時(shí))ds18b20復(fù)位、應(yīng)答子程序跳過rom匹配命令寫入子程序讀溫度命令子程序終 止 圖5-8 讀出溫度子程序2）讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 ds18b20的各個(gè)命令對時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號位。3）復(fù)位、應(yīng)答子程序p1.0口清0開始延時(shí)53

34、7usp1.0口置1否50us是否有低電平是標(biāo)志位置1p1.0口置1有234us低電平標(biāo)志位置1終止圖5-9復(fù)位、應(yīng)答子程序4）寫入子程序開始進(jìn)位c清0終止r2是否為0p1.0置 0延時(shí)46us帶進(jìn)位右移延時(shí)12usp1.0清0圖5-10寫入子程序5)系統(tǒng)總的流程圖開 始初始化ds18b20顯示當(dāng)前溫度判斷當(dāng)前溫度值超過設(shè)定溫度上限降低溫度紅燈亮設(shè)定溫度上、下限啟動電熱爐升高溫度是否低于設(shè)定溫度下限是綠燈亮否圖5-11系統(tǒng)總的流程圖5.3 調(diào)試主程序的功能是：啟動ds18b20測量溫度，將測量值與給定值進(jìn)行比較，若測得溫度小于設(shè)定值，則進(jìn)入加熱階段，置p1.1為低電平，這期間繼續(xù)對溫度進(jìn)行監(jiān)測

35、，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置p1.1為高電平斷開可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動命令。當(dāng)測得溫度大于設(shè)定值，則進(jìn)入降溫階段，則置p1.2為低電平，這期間繼續(xù)對溫度進(jìn)行監(jiān)測，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置p1.2為高電平斷開，關(guān)閉風(fēng)扇，等待下一次的啟動命令。第一次接電調(diào)試，設(shè)置溫度上限為38攝氏度，溫度下限為37攝氏度。加熱后，溫度有時(shí)超過90攝氏度卻不報(bào)警，后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)是進(jìn)位c沒有清0，于是在如下寫入程序中加入進(jìn)位c清零，便排除了這個(gè)異常。wr1:clr p1.0mov r3,#6djnz r3,$rrc amov p1.0,cmov r3,#23djnz r3,$setb p1.0nopdjn

36、z r2,wr1ret; 讀ds18b2再經(jīng)實(shí)際接電調(diào)試，一切運(yùn)行正常。加熱到38攝氏度時(shí)，紅燈亮起，自動斷電，而低于37攝氏度時(shí)，綠燈亮起，開始加熱。6 結(jié)束語本設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該智能溫度控制器只是ds18b20在溫度控制領(lǐng)域的一個(gè)簡單實(shí)例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測得的溫度通過單片機(jī)與通訊模塊相連接，以手機(jī)短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時(shí)對溫度進(jìn)行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉儲等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場合，像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。7謝辭在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，首先要衷心感謝的是我的指導(dǎo)教師老師！在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則。這些都將使我終生受益。無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無不得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和幫助。我愿借此機(jī)會向?qū)煴硎局孕牡母兄x！其次要感謝所有教育過我的老師！你們傳授給我的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉，也是完成本論文的基礎(chǔ)。我還要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關(guān)心、關(guān)注和支持！ 大學(xué)的生活讓我有了堅(jiān)強(qiáng)的性格，冷靜的頭腦和永遠(yuǎn)樂觀的態(tài)度。