基于proteus的溫控報警設(shè)計與實現(xiàn)word轉(zhuǎn)換

1、畢業(yè)設(shè)計(論文) 題目: 基于Proteus的溫控報警器設(shè)計與實現(xiàn) 作 者 - 屆 別 2014 屆 院 別 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè) 自動化 指導(dǎo)教師 - 職 稱 講 師 完成時間 2014年05月 10日  摘 要   在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進行準(zhǔn)確檢測，以對溫度進行準(zhǔn)確控制的目的。然而目前溫度檢測和溫控報警裝置總是存在不少缺陷，不能滿足實際應(yīng)用要求，為此需要對溫控報警系統(tǒng)進行重新設(shè)計。文中提出了基于Proteus的溫控報警系統(tǒng)設(shè)計方案，設(shè)計了以AT89S51單片機為核心器件的溫度控制和報警電路。并且對硬件系統(tǒng)和模塊進

2、行了設(shè)計和規(guī)劃，其中系統(tǒng)硬件設(shè)計模塊主要包含單片機系統(tǒng)、溫度采集、溫度顯示、溫度報警、溫度控制和負載等六大主要模塊。同時還進行系統(tǒng)軟件設(shè)計，對主要功能模塊進行了分析。最后還進行了系統(tǒng)仿真實驗，并對仿真結(jié)果進行了分析和評價。文中設(shè)計的系統(tǒng)能夠?qū)崟r存儲相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)并可設(shè)置溫度上下限值，可實現(xiàn)對環(huán)境溫度測量，并在超出溫度上下限值一定范圍的情況下發(fā)出警告，因此具有一定的使用價值和社會價值。 關(guān)鍵詞：溫度控制；Proteus；AT89S51；DS18B20；超溫報警 Abstract   In daily life and 

3、;industrial production, often need to accurately detect the ambient temperature, the temperature accurately be controlled to reach the purposes. However, the temperature detection and&#

4、160;temperature control alarm device always has many defects, the requirement can not to be meet of practical application, so we need to re design temperature alarm syste

5、m. This paper presents the Proteus temperature alarm system design based on the design of the temperature control, AT89S51 micro controller to be used as the core de

6、vice and alarm circuit. And the hardware system and the modules be designed and planned, included system hardware design module comprises a single chip system, temperature

7、0;acquisition, temperature display, temperature alarm, temperature control and load six major module. Also on the system software design, the main function module is analyzed. Fina

8、lly, the simulation experiment has been carried out, and the simulation results are analyzed and evaluated. The system designed in the paper can store related temperature 

9、;data real-time and can set the upper and lower temperature, the ambient temperature measurement, and issued a warning in excess of the upper and lower temperature range&

10、#160;of circumstances, so it has certain use value and social value.   Key words： Temperature control Proteus; AT89S51; DS18B20; Over temperature alarm 目   錄 摘 

11、要 . I Abstract . II 第1章 緒 論 . 1 1.1 課題研究背景 . 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 1 1.3 課題研究重點和思路 . 2 第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 . 3 2.1功能要求 . 3 2.2系統(tǒng)總體框架設(shè)計搭配 . 3 第3章

12、0;系統(tǒng)硬件設(shè)計 . 4 3.1電路硬件電路總體設(shè)計概述 . 4 3.2 單片機系統(tǒng)模塊 . 4 3.2.1 AT89S51介紹 . 5 3.2.2 AT89S51系列引腳功能 . 5 3.2.3 AT89S51最小系統(tǒng) . 8 3.3 溫度采集模塊 . 8 3.3.1 DS18B20與單片機接口電路 . 8

13、 3.4 溫度顯示模塊 . 11 3.4.1 LCD1602的外形介紹 . 11 3.4.2 LCD1602的引腳功能介紹 . 12 3.4.3 LCD1602與單片機連接圖 . 13 3.5 溫度報警模塊 . 13 3.5.1報警電路原理 . 13 3.5.2報警電路與單片機連接圖 . 13 3.6 溫度控制模塊&#

14、160;. 14 3.6.1 溫度控制原理 . 14 3.6.2 溫度控制電路連接圖 . 14 3.7 負載模塊 . 15 3.7.1 負載模塊的原理 . 15 3.7.2 負載模塊的電路圖 . 15 第4章 溫控報警系統(tǒng)軟件設(shè)計 . 17 4.1 軟件語言的選擇 . 17 4.2程序流程圖

15、0;. 17 4.2.1主程序流程圖 . 17 4.2.2按鍵處理子程序 . 18 4.2.3讀出溫度子程序 . 19 4.3主要程序分析 . 20 第5章 系統(tǒng)仿真與功能實現(xiàn) . 22 5.1 Proteus軟件介紹 . 22 5.1.1 Proteus功能特點 . 22 5.1.2 Proteus功能模塊 .

16、60;22 5.2 系統(tǒng)仿真 . 22 5.2.1 電路功能仿真 . 22 5.2.2 原理圖仿真 . 22 5.3仿真電路原理圖及結(jié)果 . 23 5.4 仿真結(jié)果分析 . 24 第6章 總 結(jié) . 25 6.1所做主要工作 . 25 6.2不足與展望 . 25 參考文獻 .&#

17、160;27 致 謝 . 29 附錄 . 30 1：電路系統(tǒng)原理圖 . 30 2：系統(tǒng)相關(guān)程序 . 30  第1章 緒 論 1.1 課題研究背景 在人們的日常生活，工業(yè)制造，制冷等領(lǐng)域，溫度作為當(dāng)前環(huán)境的重要因素之一，具有相當(dāng)重要的意義。例如火災(zāi)報警，溫室獲糧倉中溫度的實時監(jiān)測，冷庫的溫度調(diào)節(jié)等，因為此以溫度參數(shù)為基礎(chǔ)而設(shè)計的溫度系統(tǒng)被廣泛開發(fā)和使用。使用傳統(tǒng)意義上的溫度計采集溫度信息，不但采集精度底，實時性差，而且操作人員的勞動強度高，不利于廣泛推廣。此

18、外由于環(huán)境因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以采集的問題，特別是在工廠，火災(zāi)的那個的現(xiàn)場，工作人員不能長時間停留在現(xiàn)場觀察和采集溫度，就需要實現(xiàn)能夠?qū)?shù)據(jù)采集并將其傳送到一個地方集中進行處理，以節(jié)省人力物力，提高效率，但這樣也會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，由于廠房大，需要傳輸數(shù)據(jù)多，使傳統(tǒng)方法容易造成資源浪費且可操作性差，精度不高，這都在不同程度上限制了工作的進行和展開。因此，高精度，底成本，實時性好的溫控制系統(tǒng)筮待人們?nèi)ラ_發(fā)。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也有了不斷的進步。溫度的測量主要分成兩個部分，一個部分就是傳感器，它是溫度信號被轉(zhuǎn)換為電信號。另一個部分就是電子裝置，它主要是對信號

19、進行接收、處理、顯示等功能。不同的溫度段以及測量的精度要求的不同，測量裝置也會不盡相同，從傳感器方面看，己出現(xiàn)有各種金屬的材料、非金屬的材料、半導(dǎo)體的材料所制成的傳感器，也有紅外傳感器等。儀器的本身也逐漸趨與向小型化，成度較高的芯片或者元件組所成電路。對于測點較多，并具有報警、巡測、控制等多功能測溫裝置，一般采用單片機電路。目前的溫度檢測技術(shù)原理很多，大致包括以下幾種：物體熱脹冷縮原理；熱電效應(yīng)；熱阻效應(yīng)；利熱輻射原理等。 有著各自的不可替代優(yōu)點的傳統(tǒng)溫度傳感器,由于自身的自熱效應(yīng)從而了測量的精度,從而制約它們應(yīng)用微型化的高端的電子產(chǎn)品中。與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比較,半導(dǎo)的體溫度傳感器具有功耗低

20、、體積小、靈敏度高等諸多的優(yōu)點,無論是從電壓方面、還是從電流方面頻率的輸出,都與溫度成線性關(guān)系 ,半導(dǎo)體的溫度傳感器適合在集成的電路系統(tǒng)中的應(yīng)用。目前,半導(dǎo)體的溫度傳感器的工作的溫度范圍還限于只在- 50150 。未來主要的研究方向?qū)⑹侨绾螖U大它的溫度適用范圍,以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面。 近年來，在溫度的檢測的技術(shù)的領(lǐng)域中，新的檢測原理技術(shù)有實用性的重大進展。新 的溫度的檢測元件正在不斷涌現(xiàn)現(xiàn)以及完善化，主要包括以下幾種。晶體管的溫度檢測的元件;集成電路的溫度檢測的元件;核磁共振的溫度的檢測器;熱噪聲的溫度的檢測器;石英晶體的溫度的檢測器;光纖的溫度的檢測器激光的溫度檢的測器等。 目前國內(nèi)外的

21、溫度控制方式越來越趨向于智能化，通過溫度傳感器來實現(xiàn)測量溫度的。溫度傳感器以及信號處理構(gòu)成了測溫儀器的兩部分。溫度測量就是通過溫度傳感器將要測量的對象的溫度的數(shù)值值轉(zhuǎn)換成電的或者其它形式信號,通過信號的處理以及處理轉(zhuǎn)換成溫度的數(shù)值顯示出來的過程。溫度的傳感器隨著溫度的變化而受影響的方面有電容、電動勢和磁性能、頻率、以及光學(xué)特性等等。隨著科學(xué)的發(fā)展,更好的溫度的傳感器還會不斷的出現(xiàn)。 1.3 課題研究重點和思路 隨著單片機技術(shù)的日益成熟，應(yīng)用范圍的逐漸擴大，以單片機為核心的控制系統(tǒng)，逐漸應(yīng)用到生活中的很多方面，這不僅克服了系統(tǒng)中存在的嚴重延時，節(jié)省了人力，提高了采樣頻率，而且很大程度上提高了控制

22、效果和控制精度。而以單片機為核心的溫控報警器集中了其中的特點。單片機溫控報警控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、發(fā)出警報并控制溫度，從而達到各種需求。因此，單片機溫控報警器則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機械制造、冶金工業(yè)、無線控制等重要工業(yè)領(lǐng)域中，扮演著重要角色。在日常生活中，也可廣泛實用于空調(diào)器、電加熱器等各種家居電器。 本文設(shè)計以AT89S51單片機為核心的溫度控制和報警電路。實現(xiàn)溫度的智能控制，使負載能夠在溫度的工作環(huán)境下正常工作。在了解和研究溫度智能控制的原理后，能夠得到溫度檢測及控制報警電路相應(yīng)模塊的實現(xiàn)思路，設(shè)計出相應(yīng)的電路圖并能

23、夠?qū)㈦娐穲D仿真，最終實現(xiàn)設(shè)計的功能。重點研究內(nèi)容該系統(tǒng)中各核心模塊的的詳細設(shè)計方案，得出結(jié)論和分析。 第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 2.1功能要求 本設(shè)計以AT89S51為核心，控制整個系統(tǒng)。適合在一定溫度條件的環(huán)境下，電路中用到了繼電器，通過單片機的弱點系統(tǒng)來控制與繼電器項鏈的強電系統(tǒng)，從而保證強點系統(tǒng)控制的安全性。 系統(tǒng)的利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集數(shù)據(jù)并送給單片機，單片機處理之后將采集的數(shù)據(jù)送給LCD1602顯示一邊操作人員直觀的了解當(dāng)前溫度。我們給系統(tǒng)正常工作設(shè)定為0-50，如果當(dāng)前溫度在這個溫度設(shè)定范圍內(nèi)，則單片機控制繼電器閉合，使繼電器控制的負載回路導(dǎo)通，是系統(tǒng)正常工作；若當(dāng)前

24、溫度不在這個范圍內(nèi)，則說明當(dāng)前溫度不滿足工作需求。，此時單片機控制蜂鳴器發(fā)出警報，并且控制繼電器使負載停止工作。并根據(jù)當(dāng)前溫度，若溫度小于0，則啟動加熱裝置，若溫度高于50，則啟動降溫裝置，直到達到系統(tǒng)溫度，蜂鳴器停止報警，負載回路導(dǎo)通，重新開始工作。從而達到一個自動控制的作用，整個系統(tǒng)形成一個閉環(huán)溫度值，系統(tǒng)變化參數(shù)為溫度的值，負載的工作取決于環(huán)境溫度的變化，通過單片機弱電控制與繼電器相連的強電系統(tǒng)，從而解決了強電系統(tǒng)直接控制對操作人員有一定危險性的特點。 2.2系統(tǒng)總體框架設(shè)計搭配 單片機為主控制單元，以DS18B20為溫度傳感器的溫度控制報警系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以實時存儲相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)。其

25、主要包括：電源電路、溫度采集電路、按鍵處理電路、LCD顯示電路、報警電路以及單片機基本電路。 電路功能總框架圖如圖2.1所示： 2.1 總框架圖它們的主要功能分別是： (1)溫度采集功能：由溫度傳感器檢測當(dāng)前環(huán)境溫度，并將溫度傳給單片機AT89S51。 (2)溫度顯示功能：采集到的溫度，能夠直接顯示在LCD1602上，便于使用者的操作和觀測。 (3)溫度報警功能：對采集到的溫度自動判斷并進行聲音和光報警，起到提示的作用。 (4)溫度控制功能：由兩部分組成，分別是加熱和降溫裝置，實現(xiàn)智能全自動操作。 溫度采集電路 電源電路 顯示電路 報警電路 溫度控制電路 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1電路硬件電

26、路總體設(shè)計概述 溫度自動控制系統(tǒng)實際上是對溫度參數(shù)的采集而根據(jù)采集的溫度來自動進行控制。目的是使負載能夠工作，通過單片機只能控制而改變溫度，使環(huán)境溫度達到設(shè)定范圍。主要應(yīng)用于一些需要特殊溫度需求的地方，比如機房等，通過實時只能監(jiān)控。某些重要實驗也需要溫度在一定范圍內(nèi)進行，都可以通過本系統(tǒng)來控制。 本設(shè)計是一個閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。弱電控制強電，單片機控制繼電器的開合，再控制負載的工作狀態(tài)。避免了使用人員直接接觸強點系統(tǒng)導(dǎo)致的危險性。 本設(shè)計的硬件部分分為六個模塊：單片機系統(tǒng)模塊、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度報警模塊、溫度控制模塊、負載模塊。 3.2 單片機系統(tǒng)模塊 3.2.1單片機歷史 通過單

27、片機的基本操作處理的二進制位數(shù)進行分類，單片機主要分為：4位的單片機、8位的單片機、16位的單片機和32位的單片機。 單片機的發(fā)展史可大致分為4個階段。 （1）第一階段（1974年-1976年）：早期級階段。因為初期的技術(shù)和經(jīng)驗比較貧乏，單片機采用的是雙片形式。例如，在1974年的12月，日本的一家公司開發(fā)出的8位的F8單片機，就只包括了簡單的8位CPU、64 和2個并行口。 （2）第二階段（1976年-1978年）：低性能階段。在1976年，MCS-48（8位單片機）被Intel公司推出，它極大地促進了世界各個公司的單片機的變革和發(fā)展；在1977年，GI公司雖然推出了PIC1650，可是這個

28、時期各個公司的單片機還是處于性能低的階段。 （3）第三階段（1978年-1983年）：高性能階段。例如，1978年，Z8單片機被Zilog公司推出 ；1980年，Intel公司以MCS-48單片機為基礎(chǔ)使MCS-51系列被推出 ，6801單片機被Motorola公司推出等，讓單片機的綜合能力躍上了一個新的臺階。從此，世界各公司的這種高性能單片機迅速發(fā)展起來。這個階段推出的單片機普遍帶有串行I/O口、多級中斷系統(tǒng)、16位定時器/定時器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，且尋址范圍可達64KB,有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。由于這類單片機的性能價格比高，因而被廣泛應(yīng)用，是目前應(yīng)用數(shù)量最多的單片機。 （4）

29、第四階段（1983年-現(xiàn)在）：8位單片機的鞏固、發(fā)展以及16位單片機和32位單片機的推出階段。16位單片機的典型產(chǎn)品為Intel公司生產(chǎn)的MCS-96系列單片機。而32位單片機的優(yōu)勢不僅具有更高的集成度，其數(shù)據(jù)處理速度還比16位單片機也提高許多，性能與此同時也比8位、16位單片機更加優(yōu)越。在單片機制造業(yè)蓬勃發(fā)展的20世紀(jì)90年代，Motorola、Intel、ATMEL、德州儀器（TI）、Philips、LG等公司中大量的性能優(yōu)越的單片機被發(fā)展起來，極大地促進了單片機的應(yīng)用。近年，不少新型的高集成度的單片機產(chǎn)品的涌現(xiàn)，使單片機出現(xiàn)的局面更加豐富多彩。目前，不僅8位單片機被得到廣泛的應(yīng)用，16位

30、單片機和32位單片機也得到廣大用戶的青睞。專家認為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51可能是最終形成事實上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。 3.2.1 AT89S51介紹 AT89S51是帶低電壓的4K字節(jié)的閃爍的可編程的能擦除的只讀存儲器性能高的CMOS8位微處理器，就是我們所說的單片機。對于單片機內(nèi)的可擦除的只讀的存儲器在正常情況下能夠反復(fù)擦除上百次。這種器件是采用高密度的不容易丟失的存儲器制造技術(shù)來制造的，同工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的MCS-51指令以及輸出的管腳相互兼容的。AT89S51單片機給大多數(shù)的嵌入式的控制系統(tǒng)提供了一種劃算

31、的方案。          AT89S51具有的特點：   （1）4K字節(jié)的可編程的閃爍的存儲器    （2）正常壽命是1000寫/擦循環(huán)   （3）信息數(shù)據(jù)的保留時間是10年   （4）全靜態(tài)的工作范圍是0Hz至24Hz   （5）擁有三級程序的存儲器的鎖定   （6）128*8位的內(nèi)部RAM &

32、#160; （7）32位I/O線   （8）擁有兩個1十六位的定時器/計數(shù)器   （9）擁有中斷源 五個   （10）可編程的串行的通道   （11）閑置時低功耗以及掉電模式   （12）擁有片內(nèi)的振蕩器以及時鐘電路  3.2.2 AT89S51系列引腳功能 AT89S51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其邏輯引腳圖如圖3.1所示。各引腳功能敘述如下： (1)電源和晶振

33、60;VCC（40腳）接+5V的電源 GND（20腳）接數(shù)字地 XTAL1（19腳）片內(nèi)震蕩器反相放大器以及時鐘發(fā)生器電路的輸入端 XTAL2（18腳）片內(nèi)震蕩器反相放大器的輸出端 (2)I/O（4個口，32根） P0口P0口擁有一個8位漏級開路的雙向I/O口，每腳能夠吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口P1口是一個內(nèi)

34、部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。      P2口P2口為一個是內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口中的緩沖器可以接收以及輸出4個TTL門的電流，如果當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳會被內(nèi)部的上拉的電阻拉高，并且會作為輸入。因此當(dāng)其被作為輸入時，P2口的管腳會被外部的電壓拉低，將輸出電流。這是由于P2口內(nèi)部電壓上拉的緣故。如果當(dāng)外部的程

35、序存儲器或者是16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取選用且在P2口時，在P2口從其輸出的地址的高八位，其給出地址為“1”時，它會利用內(nèi)部的上拉的優(yōu)勢，當(dāng)其要對外部存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器內(nèi)的內(nèi)容。在FLASH編程以及校驗時的地址信號和控制信號會傳輸給P2口。  P3口P3口管腳有8個雙向I/O口內(nèi)部電阻上拉，可接并且可以收輸出4個TTL的門電流。如果當(dāng)P3口寫入“1”后，I/O會上拉為高電平，并且用作于輸入。如果當(dāng)它作為輸入時，由于被下拉的為低電平，所以P3口將輸出電流（ILL）這原因也是由于它上拉的緣故。    &#

36、160;同時，P3口也能夠可作為AT89CS1的所應(yīng)用的一些特殊的功能口，如表3.1所示：（3）控制線(共4根) RST是復(fù)位的輸入。如果當(dāng)振蕩器要立即復(fù)位，這時要確保RST的腳在它的兩個的機器周期中的高電平的時間。 ALE/PROG：當(dāng)要訪問外部的存儲器，這時地址鎖存會允許它的輸出的電平能夠用于鎖存的地址的地位字節(jié)。如果在用于FLASH編程的期間，這時此引腳需用于輸入的編程脈沖中。如果在平時，ALE端必須以不變的且穩(wěn)定的頻率周期輸出它的正脈沖信號，這時它的頻率為振蕩器頻率的1/6。因而它可以用于向外部輸出的脈沖或者要用作于的目的為定時。我們必須要注意的問題是：每當(dāng)其要用作

37、于外部數(shù)據(jù)的存儲器時，它將會要跳過的是一個ALE脈沖。如果想要禁止ALE產(chǎn)生的輸出則可以讓SFR8EH的地址的上位置置0。與此同時，ALE如果正在在執(zhí)行MOVX，則MOVC的指令是ALE才能起作用。除此之外，該引腳會被略微拉高。假如微處理器在外部的執(zhí)行狀態(tài)時ALE禁止，則置位會無效。     /PSEN：外部的程序的存儲器所存儲的選通信號。每個機器的周期的兩次/PSEN有效，是在由外部的程序的存儲器取指期間。但是它在訪問外部的數(shù)據(jù)的存儲器時，這兩次的有效的/PSEN信號將會不出現(xiàn)。    /EA/VPP：

38、當(dāng)/EA要保持低電平時，這時在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH）， 無論是否有內(nèi)部的程序的存儲器。當(dāng)注意加密方式為1時，/EA將內(nèi)部的鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持在高電平時，此間內(nèi)部的程序的存儲器。如果在FLASH的編程期間，這時此引腳也能用于施加12V的編程的電源（VPP）。 3.2.3 AT89S51最小系統(tǒng)  單片機的工作工程是：取一條指令、譯碼、進行微操作，再取一條指令，譯碼再進行操作，這樣自動的、一步步的有微操縱依次完成相應(yīng)的指令規(guī)定功能。這些指令在微操作的時間上有嚴格的次序，稱為時序。  89S5

39、1單片機的時鐘信號通常由兩種方式產(chǎn)生，內(nèi)部時鐘和外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式。在單片機XTAL1和XTAL2引腳外接晶振。其中的電容起到穩(wěn)定頻率和快速起振的作用。典型值微30PF.晶振CYS的震蕩頻率要小于12MHZ，典型值6MHZ、12MHZ或者11.059MHZ。外部時鐘方式是吧外面已經(jīng)有的時鐘信號引入到單片機中，要求各的那片及同步運行的場合。  實際中通常采用外界晶振的內(nèi)部時鐘方式，晶振頻率高一些的時候可以提高指令的執(zhí)行速度，但相應(yīng)的功耗和噪聲也會增加，在滿足系統(tǒng)的功能下，應(yīng)該盡量選擇低一些的晶振頻率。我們這兒選擇的是12MHZ的晶振。  復(fù)位是使單

40、片機中的各個部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機的工作都是從復(fù)位開始。當(dāng)89S51的RST引腳加高電平復(fù)位信號,保持兩個以上機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位信號變低時，單片機變開始執(zhí)行程序。  實際操作中，復(fù)位也有兩種形式：一種是上電復(fù)位，一種是上電復(fù)位與按鍵復(fù)位都有效。上電復(fù)位要求接通電源后單片機自動復(fù)位。通常上電復(fù)位電路的上電瞬間RST引腳的高電平只要能保持足夠時間，兩個機器周期，單片機就可以進行復(fù)位操作。我們選取的元器件參數(shù)為：晶振：12MHZ；電容：30uf；電阻：與按鍵相連的是1K，另外一個10K。我們還可以在電阻上加一個放電二極管，這樣有效提高了若單片機

41、斷電后，短時間內(nèi)再加電復(fù)位的可能性。 3.3 溫度采集模塊 3.3.1 DS18B20與單片機接口電路 DS18B20 有方便的接線方式，封裝后多種場合可以適用，封裝后的DS18B20可適用于潔凈室的測溫，電纜溝的測溫，高爐水循環(huán)的測溫，農(nóng)業(yè)大棚的測溫，鍋爐的測溫， 彈藥庫的測溫等非極限的溫度場合。使用方便，耐磨耐碰， 封裝的形式各種各樣，適用于各種狹小的的數(shù)字測溫以及控制領(lǐng)域。 DS18B20溫度傳感器是美國達拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A

42、/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。超小的體積，超低的硬件開銷，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20更受歡迎，DS18B20的優(yōu)勢更是我們學(xué)習(xí)單片機技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)小制作不二的選擇，其技術(shù)性能有： （1） 擁有的單線的接口方式獨特，在DS18B20和微處理器被連接時，僅僅只一條口線就可以實現(xiàn)微處理器和DS18B20雙向的通訊正常的運行。 （2）DS18B20的測溫范圍是 55+125，它的固有的測試溫分辨率能夠精確到0.5。    （3）多點組網(wǎng)功能能夠被DS18B20支持，多個DS18B20能夠并聯(lián)在

43、同一條三線上，最多只能并聯(lián)8個,多點測溫能夠被實現(xiàn)，只是如果測溫數(shù)量過多，就會導(dǎo)致供電電源的電壓過低，因此會造成造成不穩(wěn)定的信號傳輸 。    （4)工作電源: 35V/DC   （5）在使過程中不需要任何外圍元件   （6）測量結(jié)果則以912位數(shù)字量方式串行傳送    （7)溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間200ms(典型值）   （8) 用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置   溫

44、度傳感器外形如圖3.2所示。 圖3.2  傳感器外形圖 本設(shè)計采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器信號經(jīng)4.7K的上拉電阻直接接到單片機管腳上。 DS18B20溫度傳感器只有三根外接線：一是單線數(shù)據(jù)傳輸總線DQ ，二是外供電源線VDD，三是共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：其中一種為數(shù)據(jù)線供電方式，供電時VDD接地，它是通過內(nèi)部電容的能量是空閑時從數(shù)據(jù)線獲取，來完成溫度的轉(zhuǎn)換，因而相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換所需時間也較長。在這種情況下，需要用單片機的一個I/O口來完成對DS18B20總線的上拉。另外一種方式是外部供電

45、方式(VDD接+5V)，相應(yīng)的完成溫度測量的時間會較短。 工作原理及其應(yīng)用：DS18B20溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸集成于一個芯片之上。其工作一個周期可以分為二個部分，溫度檢測以及數(shù)據(jù)處理。DS18B20有三種形態(tài)的存儲資源，分別是ROM，RAM，EEPROM。 ROM 是屬于只讀存儲器，共64位，用于存放DS18B20ID中的編碼，它的前八位是屬于單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），它的唯一的序列號是后面48位的芯片，最后的八位是以上56位的CRC。其數(shù)據(jù)在出廠時設(shè)置，不能由用戶更改。 RAM是屬于數(shù)據(jù)的暫存器，能夠用于數(shù)據(jù)計算以及數(shù)據(jù)的存取，

46、數(shù)據(jù)會在掉電后全部消失，DS18B20擁有共9個字節(jié)的RAM，它的每個字節(jié)是為八位，轉(zhuǎn)換溫度后的數(shù)據(jù)值信息是第1，2字節(jié)，它的第3，4字節(jié)是用戶EEPROM的鏡像。當(dāng)其在復(fù)位被上電時，它的數(shù)值就將會被刷新。它的第3個EEPROM的鏡像是第五個字節(jié)。它的第6，7，8個字節(jié)則是用來做計數(shù)寄存器，是為了讓用戶能夠得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元，第9個字節(jié)是前八個字節(jié)的CRC碼。 EEPROM是屬于非易失性記憶體，它用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，以及上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)。DS18B20擁有共3位EEPROM，并在RAM上都存在鏡像，能夠方便用戶操作。

47、60;我們在讀溫度之前都必須進行復(fù)雜的且精準(zhǔn)的時序處理，因為DS18B20硬件簡單，從而導(dǎo)致軟件的巨大開銷，也是盡力減少有形資產(chǎn)化為無形資產(chǎn)的投入。     控制器對DS18B20的操作流程如下所示： （1)首先我們必須對DS18B20進行相應(yīng)的復(fù)位，復(fù)位過程就是DS18B20被控制器給予單總線至少480us的低電平的信號，當(dāng)DS18B20接到這個復(fù)位信號后，就回發(fā)一個芯片的存在的脈沖。 （2)當(dāng)我們在復(fù)位的電平的結(jié)束之后，它的控制器應(yīng)該在這之后數(shù)據(jù)的單總線被拉高，因而方便在15-60us后接受存在的脈沖，存在的脈沖是一個6

48、0-240us的低電平的信號。當(dāng)它的通信雙方基本的協(xié)議已被達成，那么接下來就將會是控制器與DS18B20的數(shù)據(jù)通信，如果單總線斷路或者復(fù)位的低電平的時間的不足都不會接收到存在的脈沖。 (3)雙方打完招呼后就要進行交流了，ROM的指令共5條，在它每一個的工作周期都只能發(fā)送一條，ROM的指令分別是讀ROM的數(shù)據(jù)，和指定的匹配的芯片，跳躍ROM，芯片的搜索，以及報警芯片的搜索等。ROM的指令為八位長度，它的功能就是使芯片內(nèi)的64位得光刻ROM進行操作。它的首要的目的是為了讓分別總線上掛接的多個器件并做處理，一般情況下，直掛一個DS18B20的就跳過ROM指令，此處并不是不發(fā)送ROM指令，而

49、是用一條特有的一條“跳過指令”。 (4)在發(fā)送ROM指令之后，接著存儲器的操作指令就要被發(fā)送。操作的指令與前面的同樣為八位，共六條，首先寫RAM的數(shù)據(jù)，然后讀RAM的數(shù)據(jù)，和EEPROM將復(fù)制RAM的數(shù)據(jù)，溫度轉(zhuǎn)換，RAM將被EEPROM的報警值復(fù)制，以及切換工作方式等?？刂菩酒闹匾糠质?#160;DS18B20被存儲器操作指令命令做什么樣的工作。 (5)執(zhí)行或者數(shù)據(jù)的讀寫：這個操作主要要視存儲器的操作指令而定。 DS28B20與單片機的連接圖如圖3.3所示:3.4 溫度顯示模塊 3.4.1 LCD1602的外形介紹 L

50、CD模塊是一種專門用于顯示數(shù)字、字母符號、 字母等點陣式的 LCD，目前常用40*2 ，120*2，26*2以及16*1行等的模塊。一般1602LCD實物如圖3.5：1602LCD分為帶背光以及不帶背光兩種，160LCD基控制器大多數(shù)是為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否背光沒有什么應(yīng)用差別，兩者尺寸差別如下圖3-7所示：3.4.2 LCD1602的引腳功能介紹   1602LCD主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量:16×2個字符 芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5

51、.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm 引腳功能說明 1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）的接口，它的引腳接口說明如表3-5所示:  表3.2引腳接口說明表3.4.3 LCD1602與單片機連接圖 LCD1602與單片機的連接圖如圖3.6所示3.5 溫度報警模塊 3.5.1報警電路原理 當(dāng)環(huán)境溫度不在設(shè)置溫度范圍內(nèi)，需要發(fā)出警報，報警電路由PNP三極管和揚聲器組成。電路中剛才用PNP三極管，選用低功率三

52、極管9012，當(dāng)P1.0低電平，三極管集電極正偏，發(fā)射級反偏，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動蜂鳴器報警。 3.5.2報警電路與單片機連接圖 報警電路為蜂鳴器，當(dāng)溫度處于不正常范圍時，經(jīng)過單片機處理可以傳來一股電流。這股電流經(jīng)過三極管的放大，可以帶動蜂鳴器，以達到報警的目的。報警電路與單片機的連接圖如圖3.7所示。 圖3.7  報警電路與單片機連接圖 3.6 溫度控制模塊 3.6.1 溫度控制原理 在各種自動控制設(shè)備中，都存在一個低壓的自動控制電路與高壓電氣電路的互相連接問題，一方面要使低壓的電子電路的控制信號

53、能夠控制高壓電氣的執(zhí)行元件，如電動機、電磁鐵、電燈等；另一方面為電子線路的電氣電路提供良好的電隔離，以保護電子電路的人身安全，電磁式繼電器便能完成這一橋梁作用。電磁繼電器是在輸入電路內(nèi)電流的作用下，由機械部件的相對運動產(chǎn)生預(yù)定相應(yīng)的一種繼電器，它包括直流電磁繼電器，交流電磁繼電器、磁保持繼電器、極化繼電器、舌簧繼電器、節(jié)能功率繼電器。 電磁式繼電器一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸電簧片等組成，控制線圈和節(jié)點組之間是相互絕緣的，因此，能夠為控制電路起到良好的電氣隔離作用。當(dāng)我們在繼電器的線圈兩頭加上其線圈的額定電壓時，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用

54、下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的接通，切斷開關(guān)的目的。 本設(shè)計中主要將溫度控制在系統(tǒng)設(shè)定的0-50。當(dāng)高于50時，單片機弱電通過繼電器控制強電系統(tǒng)加熱；當(dāng)環(huán)境溫度低于0時，單片機的弱電通過繼電器控制強電系統(tǒng)降溫。 3.6.2 溫度控制電路連接圖本設(shè)計中，采用NPN三極管驅(qū)動繼電器，并且?guī)в幸话l(fā)光二極管作為指示燈，系統(tǒng)中由于仿真的方便采用了12V的燈泡代替強電系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)接

55、在單片機P1.2口上，降溫系統(tǒng)接到單片機P1.3口上。溫度控制模塊的電路圖如圖3.8所示。  圖3.8  溫度控制電路連接圖 3.7 負載模塊 3.7.1 負載模塊的原理 電路的負載也是通過繼電器用單片機的弱電控制強電。本設(shè)計中采用NPN三極管驅(qū)動繼電器，并且?guī)в幸回撦d工作的指示燈，系統(tǒng)中負載由于仿真方便采用了12V燈泡代替強電系統(tǒng)。電路和單片機的P1.7腳相連，當(dāng)高電平時，三極管飽和導(dǎo)通，+5V電源分壓加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點亮，繼電器的常開觸點閉合，相當(dāng)于開關(guān)閉合。

56、當(dāng)單片機的P1.7腳為低電平時，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點釋放，相當(dāng)于開關(guān)斷開。在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱悖^電器線圈兩端會產(chǎn)生一個較高電壓的感應(yīng)電動勢，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢則可以通過二極管釋放，從而保護了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管的保護作用。 3.7.2 負載模塊的電路圖  負載模塊可以根據(jù)單片機傳來電流信號的大小來調(diào)節(jié)負載電路中的電流，從而達到控溫的 目的。負載模塊的電路圖如圖3.9所示。第4章 溫控報警系

57、統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 軟件語言的選擇 單片機開發(fā)過程中往往使用匯編和C語言兩種語言，就本設(shè)計而言我們要擇優(yōu)選擇一種，下面是兩種語言的優(yōu)缺點對比： 1. 匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，是最接近機器碼的一種語言。其主要優(yōu)點是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。但是不同的CPU，其匯編語言可能有所差異，所以不易移植。匯編語言，一條指令就對應(yīng)一個機器碼，每一步執(zhí)行什幺動作都很清楚，并且程序大小和堆棧調(diào)用情況都容易控制，調(diào)試起來也比較方便。 2. C語言是一種計算機程序設(shè)計語言。它的應(yīng)用范圍廣泛。C語言在很多方面都可以用，

58、不僅僅是在軟件開發(fā)上，各類科研都是需要用到C語言的。具體應(yīng)用比如我是學(xué)硬件的，單片機以及嵌入式系統(tǒng)都可以用C來開發(fā)。C 語言發(fā)展如此迅速, 而且成為最受歡迎的語言之一,主要因為它具有強大的功能。許多著名的系統(tǒng)軟件, 如DBASE  PLUS、DBASE  都是由C 語言編寫的。用C語言加上一些匯編語言子程序, 就更能顯示C 語言的優(yōu)勢了, 像PC- DOS 、WORDSTAR等就是用這種方法編寫的。 簡單來說，C語言對匯編語言進行了抽象，具有如下優(yōu)點：&#

59、160;更符合人類思維習(xí)慣，開發(fā)效率高、時間短。  模塊化。  可移植性好。  提供數(shù)學(xué)函數(shù)并支持浮點運算。  程序可讀性和可維護性強。  總之，C語言既有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點；既是一個成功的系統(tǒng)設(shè)計語言，又是一個使用的程序設(shè)計語言；既能用來編寫不依賴計算機硬件的應(yīng)用程序，又能用來編寫各種系統(tǒng)程序。綜上所述，選擇C語言作為軟件設(shè)計的語言。 4.2程序流程圖 4.2.1主程序流程圖 設(shè)計采用C語言來編程，主程序?qū)δK進行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度

60、、顯示、鍵盤，報警等模塊。用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和調(diào)節(jié)溫度，主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理DS18B20的測量的當(dāng)前溫度值并負責(zé)調(diào)用各子程序,其程序流程如圖4.1系統(tǒng)程序流程圖。4.2.2按鍵處理子程序 設(shè)計采用C語言來編程，主程序?qū)δK進行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤，報警等模塊。按鍵處理子程序主要是負責(zé)參數(shù)的設(shè)置，主程序每循環(huán)一次都要對按鍵進行掃描,判斷是否有輸入鍵按下則進行一系列的按鍵輸入操作。其程序流程框圖如圖4.2所示。          

61、;                      圖4.2溫度轉(zhuǎn)換流程圖 4.2.3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)，在讀出時需進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖4.3示                 4.3主要程序分析 主要代碼如下： 溫度讀取代碼。 uchar read_t()     &#