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1、( 此文檔為 word 格式,下載后您可任意編輯修改!)畢業(yè)設計(論文)任務書設計(論文)題目:基于單片機的溫度控制系統(tǒng)下達日期:X年 X月 X 日開始日期:X年X月X日完成日期:X年 X月 X 日專業(yè):X學生姓名:*、* 、*指導教師:*XXXXXXI基于單片機的溫度控制系統(tǒng)摘要溫度是日常生活中無時不在的物理量,溫度的控制在各個領域都有積極的意義。很多行業(yè)中都有大量的用電加熱設備,如用于熱處理的加熱爐,用于融化金屬的坩鍋電阻爐及各種不同用途的溫度箱等,采用單片機對它們進行控制不僅具有控制方便、簡單、靈活性大等特點,而且還可以大幅度提高被控溫度的技術指標,從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此,智能
2、化溫度控制技術正被廣泛地采用。本溫度設計采用現(xiàn)在流行的 AT89S51單片機,配以 DS18B20數(shù)字溫度傳感器,該溫度傳感器可自行設置溫度上下限。單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進行比較,由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟設備。本設計還加入了常用的數(shù)碼管顯示及狀態(tài)燈顯示燈常用電路,使得整個設計更加完整,更加靈活。該設計已應用于花房,可對花房溫度進行智能監(jiān)控。【關鍵詞】溫度箱, AT89S51,單片機,控制,模擬Temperature control systemused single chip computerABSTRACTThe temperature is constantl
3、y inthe daily life of physical and temperaturecontrols in various fields also significantly increase the temperature wascharged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality ofthe products. Therefore, intelligent temperature control technology is beingwidely adopted.The temper
4、ature was designed with the now popular AT89S51 SCM, and withDS18B20 digital temperature sensor, The temperature sensor can set up their owntemperaturecollars.SCMwilldetectthatthe temperatureof the inputsignalandtemperature, the lower comparisons this judgment whether to activate the relayto open th
5、e equipment.The design also includescommonly used digitaldisplayand controlstatelightscommonly used circuit,making the whole design more complete,more flexible.Thedesign applied to someone, to someone intelligent temperature control.【 Key word 】 Temperature, AT89S51, SCM, Control, Simulation目錄一、引言 .
6、11.1溫度控制系統(tǒng)設計的背景、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 .2二、總體設計方案 .22.1方案一 .22.2方案二 .2三、 DS18B20溫度傳感器簡介 .93.1溫度傳感器的歷史及簡介 .93.2 DS18B20 的工作原理 .93.2.1 DS18B20 工作時序 .93.2.2 ROM 操作命令 .113.3 DS18B20 的測溫原理 .113.3.1 DS18B20 的測溫原理 : .113.3.2 DS18B20 的測溫流程 .13四、單片機接口設計 .144.1設計原則 .144.2引腳連接 .144.2.1晶振電路 .14
7、4.2.2串口引腳 .144.2.3其它引腳 .15五、系統(tǒng)整體設計 .165.1系統(tǒng)硬件電路設計 .165.1.1主板電路設計 .165.1.2各部分電路 .165.2系統(tǒng)軟件設計 .185.2.1系統(tǒng)軟件設計整體思路 .185.2.2系統(tǒng)程序流圖 .195.3 調(diào)試 .24六、結束語. 26附錄 .27參考文獻 .35致謝 .36一、引言1.1 溫度控制系統(tǒng)設計的背景、發(fā)展歷史及意義隨著社會的發(fā)展,科技的進步,以及測溫儀器在各個領域的應用,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)已應用到人們生活的各個方面,但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領域,卻又是與人們息息相關
8、的一個實際問題。針對這種實際情況,設計一個溫度控制系統(tǒng),具有廣泛的應用前景與實際意義。溫度是科學技術中最基本的物理量之一,物理、化學、生物等學科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中,像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機械制造、糧食存儲、酒類生產(chǎn)等領域內(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); 許多化學反應的工藝過程必須在適當?shù)臏囟认虏拍苷_M行;煉油過程中,原油必須在不同的溫度和壓力條件下進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,許多電子設備就不能正常工作,糧倉的儲糧就會變質(zhì)霉爛,酒類的品質(zhì)就沒有保障。因此,各行各業(yè)
9、對溫度控制的要求都越來越高。可見,溫度的測量和控制是非常重要的。單片機在電子產(chǎn)品中的應用已經(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運而生。1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的本設計的內(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)領域應用相當廣泛,比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視,其實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)設計的目的是實現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng),它應用廣泛,功能強大,小巧美觀,便于攜帶,是一
10、款既實用又廉價的控制系統(tǒng)。1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能本設計是對溫度進行實時監(jiān)測與控制,設計的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的溫度控制功能:當溫度低于設定下限溫度時,系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫,使溫度上升,同時綠燈亮。當溫度上升到下限溫度以上時,停止加溫;當溫度高于設定上限溫度時,系統(tǒng)自動啟動風扇降溫,使溫度下降,同時紅燈亮。當溫度下降到上限溫度以下時,停止降溫。溫度在上下限溫度之間時,執(zhí)行機構不執(zhí)行。三個數(shù)碼管即時顯示溫度,精確到小數(shù)點一位。二、總體設計方案2.1 方案一測溫電路的設計, 可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應, 在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來,進行 AD 轉換后,就可以
11、用單片機進行數(shù)據(jù)的處理,在顯示電路上,就可以將被測溫度顯示出來,這種設計需要用到AD轉換電路,感溫電路比較麻煩。2.2 方案二考慮使用溫度傳感器,結合單片機電路設計,采用一只DS18B20溫度傳感器,直接讀取被測溫度值,之后進行轉換,依次完成設計要求。比較以上兩種方案,很容易看出,采用方案二,電路比較簡單,軟件設計容易實現(xiàn),故實際設計中擬采用方案二。在本系統(tǒng)的電路設計方框圖如圖2.1 所示,它由三部分組成: 控制部分主芯片采用單片機 AT89S51;顯示部分采用3 位 LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示;溫度采集部分采用 DS18B20溫度傳感器。圖 2 1 溫度計電路總體設計方案(1)控
12、制部分單片機 AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點,四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要,很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用,系統(tǒng)應用三節(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 P0 口送數(shù), P2 口掃描。(3)溫度采集部分DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的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換工作,由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機的P1.0 口,單片機接受
13、溫度并存儲。此部分只用到DS18B20和單片機,硬件很簡單1) DS18B20 的性能特點如下 9 :1) 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信;2) 多個 DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上,實現(xiàn)多點組網(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3.0 5.5V ;5) 零待機功耗;6) 溫度以 3 位數(shù)字顯示;7) 用戶可定義報警設置;8) 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度(溫度報警條件)的器件;9) 負電壓特性,電源極性接反時,溫度計不會因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。(2) DS18B20 的內(nèi)部結構DS18B20采用 3 腳 PR 35 封裝,如圖 2.2
14、 所示; DS18B20的內(nèi)部結構,引地數(shù)據(jù)線可選圖 22 DS18B20 封裝(3) DS18B20 內(nèi)部結構主要由四部分組成 5 :1) 64 位光刻 ROM。開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號,接著是每個器件的惟一的序號,共有 48 位,最后 8 位是前 56 位的 CRC校驗碼,這也是多個 DS18B20可以采用一線進行通信的原因 10 。 64 位閃速 ROM的結構如下 .表 21 ROM結構8b 檢驗CRC48b 序列號8b 工廠代碼(10H)MSBLSB MSBLSB MSBLSB存儲器和控制邏輯位和內(nèi)部單線端口溫度傳感器暫存器上限觸發(fā)電源探測下限觸發(fā)位產(chǎn)生器圖 23 DS18B20
15、內(nèi)部結構2) 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL,可通過軟件寫入用戶報警上下限值。3) 高速暫存存儲, 可以設置 DS18B20溫度轉換的精度。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的 E2PRAM。高速暫存 RAM的結構為 8 字節(jié)的存儲器,結構如圖1.3 所示。頭 2 個字節(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,每次上電復位時被刷新。第 5 個字節(jié),為配置寄存器,它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲器結構和字節(jié)定義如圖1.3
16、所示。低 5 位一直為, TM是工作模式位,用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。表 22 DS18B20 內(nèi)部存儲器結構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預留( FFH )Byte6預留( 0CH )Byte7預留( IOH )Byte8循環(huán)冗余碼校驗( CRC )2) 非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL,可通過軟件寫入用戶報警上下限值。3) 高速暫存存儲, 可以設置 DS18B20溫度轉換的
17、精度。DS18B20出廠時該位被設置為0,用戶要去改動, R1 和 R0決定溫度轉換的精度位數(shù),來設置分辨率 , 如圖 1.4 。圖 23 DS18B20 字節(jié)定義TRRM1011111由表 1.1 可見,分辨率越高,所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間越長。因此,在實際應用中要將分辨率和轉換時間權衡考慮。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,可用來檢驗數(shù)據(jù),從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當 DS18B20接收到溫度轉換命令后,開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、 2 字節(jié)
18、。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù),讀數(shù)據(jù)時低位在先,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.0625 LSB形式表示。當符號位S 0 時,表示測得的溫度值為正值,可以直接將二進制位轉換為十進制;當符號位 S 1 時,表示測得的溫度值為負值,要先將補碼變成原碼,再計算十進制數(shù)值。表 1.2 是一部分溫度值對應的二進制溫度數(shù)據(jù)6 。表 24 DS18B20 溫度轉換時間表R1R0分辨率位溫度最大轉向時間 ms00993.750110187.510113751112750表 25一部分溫度對應值表溫度二進制表示十六進制表示+1250000 01111101 000007D0H+850000 01010101 00
19、000550H+25.06250000 00011001 00000191H+10.1250000 00001010 000100A2H+0.50000 00000000 00100008H00000 00000000 10000000H-0.51111 11111111 0000FFF8H續(xù)表 25-10.1251111 11110101 1110FF5EH-25.06251111 11100110 1111FE6FH-551111 11001001 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)冗余校驗碼(CRC)。主機根據(jù)ROM的前 56 位來計算 C
20、RC值,并和存入 DS18B20中的 CRC值做比較,以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。另外,由于DS18B20單線通信功能是分時完成的,它有嚴格的時隙概念,因此讀寫時序很重要。 系統(tǒng)對 DS18B20的各種操作按協(xié)議進行。 操作協(xié)議為:初使化 DS18B20(發(fā)復位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。三、 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。 水銀溫度計至今仍是各種溫度測量的計量標準??墒撬娜秉c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和金屬簧片溫度計,它們雖然沒有毒性,但測量精度
21、很低,只能作為一個概略指示。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中為了配合遠傳儀表指示,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 工作時序根據(jù) DS18B20的通訊協(xié)議,主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟:1. 每一次讀寫之前都必須要對 DS18B20進行復位;2. 復位成功后發(fā)送一條 ROM指令;3. 最后發(fā)
22、送 RAM指令,這樣才能對 DS18B20進行預定的操作。復位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒,然后釋放, DS18B20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收到此信號表示復位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序,具體工作方法如圖2.1 , 2.2 ,2.3 所示。(1) 初始化時序等待 15-60主機最小 480主機復位脈沖響應脈最小 480US沖60240圖 3 1 初始化時序總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的,主機響應應答脈沖。應答脈沖使主機知道,總線上有從機設備,且準備就緒。主機輸出低電平,保持低電平時間至少480us,以產(chǎn)生
23、復位脈沖。接著主機釋放總線,4.7K 上拉電阻將總線拉高,延時15 60us,并進入接受模式,以產(chǎn)生低電平應答脈沖,若為低電平,再延時480us12 。(2) 寫時序主機寫 0 時序主機寫 1 時序11采采樣1545樣1545圖 32 寫時序?qū)憰r序包括寫 0 時序和寫 1 時序。所有寫時序至少需要 60us,且在 2 次獨立的寫時序之間至少需要 1us 的恢復時間,都是以總線拉低開始。寫 1 時序,主機輸出低電平,延時2us,然后釋放總線, 延時 60us。寫 0 時序,主機輸出低電平,延時 60us,然后釋放總線,8延時 2us。(3) 讀時序主機寫 0 時序主機寫 1 時序11主機采樣主機
24、采樣4545圖 33 讀時序總線器件僅在主機發(fā)出讀時序是,才向主機傳輸數(shù)據(jù),所以,在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,必須馬上產(chǎn)生讀時序,以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要60us,且在 2次獨立的讀時序之間至少需要1us的恢復時間。每個讀時序都由主機發(fā)起, 至少拉低總線 1us。主機在讀時序期間必須釋放總線,并且在時序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機輸出低電平延時 2us,然后主機轉入輸入模式延時12us,然后讀取總線當前電平,然后延時450us3.2.2 ROM操作命令當主機收到 DSl8B20 的響應信號后,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 D
25、S18B20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。主機在進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 進行溫度變換,之后通過匹配ROM,再逐一地讀回每個 DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20的測溫原理如圖2.4 所示,圖中低溫度系數(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數(shù)器 2 的脈沖輸入,圖中還
26、隱含著計數(shù)門,當計數(shù)門打開時, DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù),進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定,每次測量前,首先將 - 55 所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器中,減法計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預置在 - 55 所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù),當減法計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1,減法計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入,減法計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度
27、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償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值,只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程,直至溫度寄存器值達到被測溫度值.表 31 ROM 操作命令指令讀 ROM約定代碼33H功讀 DS18B20 ROM中的編碼能發(fā)出此命令之后,接著發(fā)出64 位 ROM編碼,訪問單線總符合 ROM55H線上與該編碼相對應的DS18B20 使之作出響應,為下一步對該 DS18B20的讀寫作準備搜索 ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別 64 位ROM地址,為操作各器件作好準備跳過 ROM0CCH忽略 64 位 ROM地
28、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0ECH執(zhí)行后,只有溫度超過設定值上限或者下限的片子才做命令出響應溫度變換44H啟動 DS18B20進行溫度轉換, 轉換時間最長為 500MS,結果存入內(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)復制暫存器48H將 E2 PRAM中第 3, 4 字節(jié)內(nèi)容復制到 E2PRAM中重調(diào) E2PRAM0BBH將 E2 PRAM中內(nèi)容恢復到 RAM中的第 3,4 字節(jié)讀 供 電0B4H讀 DS1
29、8B20的供電模式,寄生供電時 DS18B20發(fā)送“ 0”,方式外接電源供電 DS18B20發(fā)送“ 1”另外,由于 DS18B20單線通信功能是分時完成的,他有嚴格的時隙概念,因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。 操作協(xié)議為:初始化 DS18B20(發(fā)復位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖 3 4 測溫原理內(nèi)部裝置3.3.2 DS18B20 的測溫流程圖 3 5 DS18B20 測溫流程.四、單片機接口設計4.1 設計原則DS18B20可以采用兩種方式供電,一種是采用電源供電方式,此時DS18B20的1 腳接地, 2腳作為信號線,3 腳接電源。另
30、一種是寄生電源供電方式,如圖3.1 所示單片機端口接單線總線,為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。本設計采用電源供電方式,P1.1 口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流,可用一個 MOSFET管和 89S51 的 P1.0 來完成對總線的上拉。當 DS18B20處于寫存儲器操作和溫度 AD變換操作時,總線上必須有強的上拉,上拉開啟時間最大為 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。主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過3 個步驟:初
31、始化;ROM操作指令;存儲器操作指令。4.2 引腳連接4.2.1晶振電路單片機 XIAL1 和 XIAL2 分別接 30PF 的電容,中間再并個12MHZ 的晶振,形成單片機的晶振電路。4.2.2串口引腳P0 口接 9 個 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。圖 4 1 DS18B20 與單片機的接口電路P1.1 和 P1.2 引腳接繼電器電路的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、 P
32、3.6、P3.7 接到按鍵電路4.2.3其它引腳ALE 引腳懸空,復位引腳接到復位電路、VCC 接電源、 VSS 接地、 EA 接電源五、系統(tǒng)整體設計5.1 系統(tǒng)硬件電路設計5.1.1主板電路設計單片機的 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)約了單片機的輸出端口,便于程序的編寫。圖5 1 顯示電路圖(2) 單片機電路圖5 2 單片機電路引腳圖(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
33、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) 復位電路圖5-6 復位電路圖5.2 系統(tǒng)軟件設計5.2.1系統(tǒng)軟件設計整體思路一個應用系統(tǒng)要完成各項功能,首先必須有較完善的硬件作保證。同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持,尤其是微機應用高速發(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復雜的硬件電路才能完成的工作,用軟件編程有時會變得很簡單,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 系列單片機相對
34、應的 51 匯編語言和結構化程序設計方法進行軟件編程。程序設計語言有三種:機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言是機器唯一能 “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器語言的程序(成為目標程序) ,計算機才能“看懂” ,然后逐一執(zhí)行。高級語言是面向問題和計算過程的語言,它可通過于各種不同的計算機,用戶編程時不必仔細了解所用的計算機的具體性能與指令系統(tǒng),而且語句的功能強,常常一個語句已相當于很多條計算機指令,于是用高級語言編制程序的速度比較快,也便于學習和交流,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)模較小的單片機微控制系統(tǒng),使用匯
35、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,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。MCS 51 指令系統(tǒng)的指令長度較短,它在存儲空間和執(zhí)行時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)的應用要求很適合。 而且 MCS 51 指令系統(tǒng)有豐富的位操作 (或稱位處理) 指令,可以形成一個相當完整的位操作指令子集,這是 MCS 51 指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點之一。對于要求反應靈敏與控制及時的工控、檢測等實時控制系統(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)行時間短和易于使用的特點。本裝置
36、的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復位應答子程序、寫入子程序、以及有關 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,復位應答子程序,寫入子程序等。1)主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20的測量的當前溫度值,溫度測量每 1s 進行一次。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單元中,然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來圖 5-7 主程序流程圖圖 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
37、能是讀出RAM中的 9 字節(jié),在讀出時需進行CRC校驗,校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。DS18B20的各個命令對時序的要求特別嚴格, 所以必須按照所要求的時序才能達到預期的目的,同時,要注意讀進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)復位、應答子程序圖 5-9 復位、應答子程序4)寫入子程序圖 5-10 寫入子程序5) 系統(tǒng)總的流程圖圖 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行比較,若測得溫度小于設定值,則進入加熱階段,置P1.1 為低電平,這期間繼續(xù)對溫度進行監(jiān)測,直到溫度在設定范
38、圍內(nèi),置P1.1 為高電平斷開可控硅,關閉加熱器,等待下一次的啟動命令。當測得溫度大于設定值,則進入降溫階段,則置P1.2 為低電平,這期間繼續(xù)對溫度進行監(jiān)測,直到溫度在設定范圍內(nèi),置P1.2 為高電平斷開,關閉風扇,等待下一次的啟動命令。第一次接電調(diào)試,設置溫度上限為90 攝氏度,溫度下限為20 攝氏度。加熱后,溫度有時超過90 攝氏度卻不報警,后經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)是進位C 沒有清0, 于是在如下寫入程序中加入進位 C 清零,便排除了這個異常。WR1:CLR P1.0MOV R3,#6DJNZ R3,$RRC AMOV P1.0,CMOV R3,#23DJNZ R3,$SETB P1.0NOPDJ
39、NZ R2,WR1RET; 讀 DS18B2再經(jīng)實際接電調(diào)試,一切運行正常。加熱到90 攝氏度時,紅燈亮起,自動斷電,而低于 20 攝氏度時,綠燈亮起,開始加熱。六、結束語經(jīng)過近兩個月的努力, 我的畢業(yè)設計基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計已經(jīng)基本完成。在設計過程中,力求系統(tǒng)的實現(xiàn)電路簡單、成本低,系統(tǒng)的功能快捷易用并且完善。但是由于一些條件的限制,所設計系統(tǒng)仍然存在一些不足,有待改進。本測量系統(tǒng)溫度控制器結構簡單、測溫準確,具有一定的實際應用價值。該智能溫度控制器只是 DS18B20在溫度控制領域的一個簡單實例,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與通訊模塊相連接,以手機短消息的
40、方式發(fā)送給用戶,使用戶能夠隨時對溫度進行監(jiān)控。此外,還能廣泛地應用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領域,如建筑,倉儲等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可用于多種場合 , 像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設計的用途,其有很強的使用價值。這是我第一次利用單片機來實現(xiàn)一個應用系統(tǒng)的設計,通過實踐,我對匯編語言和單片機有了新的認識和理解, 并且學會了 Proteus和 Keil 軟件的使用,掌握了從系統(tǒng)的需求、方案論證、功能模塊的劃分、原理圖的設計和繪制、電路圖仿真、程序設計到軟件仿真調(diào)試的設計流程,積累了硬件設計的經(jīng)驗?;陔娐返脑O計方法有利于電子電路初學者加深對電路原理、器件資料、電路板設計和電路的硬件
41、調(diào)試認識和理解。由于初次接觸單片機類的設計項目,在設計過程中也出現(xiàn)了一些問題,以前學習的專業(yè)知識掌握的不夠好,對電路的理解不是很透徹,設計的電路布局布線不是很合理,理論聯(lián)系實際的能力還需要進一步的加強。還由于元器件的多樣性和可選型號的廣泛性,在此系統(tǒng)中運用的型號的芯片不一定是最佳的?,F(xiàn)在電子器件發(fā)展日新月異,新的器件如雨后春筍般出現(xiàn),也不可能一一嘗試,所以還肯定有很多值得改進的地方。在以后的實踐中,我將繼續(xù)努力學習電子電路設計,力爭取得更大的進步。附錄附錄 1電源線插接說明 :所提供的電池盒,紅線為正,黑線為負。板子所留出來的電源插口用VCC(表示電源正)和 GND(表示電源負)標明。若沒有標
42、明,我們會刻有記號,刻有+號處為電源正。附錄 2主板電路圖:附錄 3程序代碼:ORG 0000HTEMPER_L EQU 29HTEMPER_H EQU 28HFLAG1 EQU 38H;是否檢測到 DS18B20標志位A_BIT EQU 20H ; 數(shù)碼管個位數(shù)存放內(nèi)存位置B_BIT EQU 21H ; 數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置XSEQU 30HMOV A,#00HMOV P2,AMAIN:LCALL GET_TEMPER;調(diào)用讀溫度子程序MOV A,29HMOV B,ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ASWAP AMOV 31H,AMOV A,BMOV C,40H;將 28H中的最低位移入CRRC AMOV C,41HRRC AMOV C,42HRRC AMOV C,43HRRC AMOV 29H,ALCALL DISPLAY;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序AJMP MAIN; 這是 DS18B20復位初始化子程序INIT_1820:SETB P1.0NOPCLR P1.0; 主機發(fā)出延時537 微秒的復位低脈沖MOV R1,#3TSR1:MOV R0,#107DJNZ R0,$DJNZ R1,TSR1SETB P1.0; 然后拉高數(shù)據(jù)線NOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB P1.0,TSR3; 等待 DS18B20回應
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