溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對溫度的檢測及控制時常顯得極其重要。因此，對數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計有著實際意義和廣泛的應(yīng)用。本文介紹一種利用單片機(jī)實現(xiàn)對溫度只能控制及顯示方案。本畢業(yè)設(shè)計主要研究的是對高精度的數(shù)字溫度計的設(shè)計，繼而實現(xiàn)對對象的測溫。測溫系數(shù)主要包括供電電源，數(shù)字溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集電路，LED顯示電路，蜂鳴報警電路，繼電器控制，按鍵電路，單片機(jī)主板電路。高精度數(shù)字溫度計的測溫過程，由數(shù)字溫度傳感器采集所測對象的溫度，并將溫度傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，最終由液晶顯示器顯示溫度值。該數(shù)字溫度計測溫范圍在-55+125，精度誤差在0.5以內(nèi)，然后通過LED數(shù)碼管直接顯示出

2、溫度值。數(shù)字溫度計完全可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水銀溫度計，可以在家庭以及工業(yè)中都可以應(yīng)用，實用價值很高。關(guān)鍵詞：單片機(jī)：ds18b20：LED顯示：數(shù)字溫度.AbstractIn our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a p

3、rogrammer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize th

4、e object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting

5、the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED c

6、an read the number. This digital thermometer could replace the traditional mercurial thermometer, can be used in family or industrial and production, it has a great value.Key words: MCU: DS18B20 : LED display: Digital thermometer?；?051單片機(jī)的溫度采集器1緒 論1.1課題背景溫度控制是自動控制經(jīng)常討論的課題之一，它代表了一類自動控制的方法。而且其應(yīng)用十分廣泛，可

7、以說在生產(chǎn)生活中無處不在，例如鍋爐、電冰箱等。而由溫度控制帶來的時滯效應(yīng)難題始終困擾著實際應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，溫度控制技術(shù)得到了很大的進(jìn)步，其應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷的擴(kuò)大。本文將使用8051型單片機(jī)對溫度控制的基本原理實例化，設(shè)計一個帶有多功能的、能夠減小時滯效應(yīng)的溫度采集控制系統(tǒng)。目的是利用畢業(yè)設(shè)計的這段時間學(xué)習(xí)一種利用8051型單片機(jī)進(jìn)行溫度采集控制的方法。1.2立題的目的和意義8051型單片機(jī)是常用的控制芯片，在智能儀器儀、工業(yè)檢測控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫度采集控制系統(tǒng)的實例也很多。使用8051單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度全程的自動控制，而且8051單片機(jī)易于學(xué)習(xí)

8、、掌握，性能價格比高。使用8051型單片機(jī)設(shè)計溫度采集控制系統(tǒng)，可以即時、精確的反映溫度變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度點保持恒溫等多種控制方式，可以應(yīng)用到空調(diào)、鍋爐、電熱器一類的設(shè)備上。1.3溫度控制系統(tǒng)的預(yù)期功能和基本原理多功能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計初衷是滿足實際生產(chǎn)中溫度控制的需要。為此本系統(tǒng)針對實際應(yīng)用開發(fā)了兩種溫度控制的模式。第一種控制模式類似于空調(diào)，鍋爐等需要保持在一定區(qū)間內(nèi)恒溫的設(shè)備，他們都需要有加溫或降溫功能，有的當(dāng)溫度超過一定上限時會報警。本系統(tǒng)中把這種工作模式命名為Control模式，簡寫為C模式。系統(tǒng)工作在這種模式下時，首先系統(tǒng)會提示用戶輸入溫度的上限與下

9、限的溫度值。然后根據(jù)實際溫度的情況決定采取那些方案。如下圖131所示： 圖131 第一種控制模式示意圖該時刻的實際溫度低于用戶設(shè)定的下限溫度，所以此時刻系統(tǒng)正處于升溫狀態(tài)，直到實際溫度到達(dá)上限溫度值，系統(tǒng)才停止升溫。反之，如果實際溫度高于用戶設(shè)定的下限值時，系統(tǒng)處于降溫狀態(tài)。當(dāng)實際溫度超過用戶設(shè)定的上、下限溫度時，系統(tǒng)還會通過聲音、警報燈來報警，同時啟動相應(yīng)的降升溫措施。第二種模式在日常生產(chǎn)中是十分普遍的，例如鑄造模具、熱時效處理等都需要完成“升溫恒溫降溫”反復(fù)的過程。本系統(tǒng)模擬了熱時效的處理過程，采用“升溫恒溫升溫恒溫降溫恒溫降溫”的梯形曲線過程，如下圖132所示的： 圖132圖131 第二

10、種控制模式示意圖這種模式對溫度控制的要求比較高，技術(shù)指標(biāo)也很多，例如必須保持采樣時間有單位并且均勻、升溫降溫的過程要穩(wěn)定、迅速等。常用的溫度控制算法都采用PID算法。本設(shè)計從成本、設(shè)計復(fù)雜度、實用性及開發(fā)時間諸多因素的考慮采用了DDC算法，主要體現(xiàn)在升降溫過程中。系統(tǒng)為典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，組成部分見圖133。其中數(shù)字控制器的功能由8051單片機(jī)實現(xiàn)。 圖133溫度控制系統(tǒng)組成框圖1.4本系統(tǒng)主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)所要完成的任務(wù)是：（1）能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的采樣溫度值。（2）能夠以DDC控制方式，進(jìn)行升溫、降溫過程。（3）完成溫度梯形曲線的變化過程。（4）更加人性化的設(shè)計。上、下界限溫度能夠用戶輸

11、入并顯示，聲音、警報燈的報警功能等。2.多功溫度控制系統(tǒng)總體分析與設(shè)計2.1 溫度控制系統(tǒng)的組成和工作原理多功能溫度控制系統(tǒng)能是以8051單片機(jī)作為核心，周邊設(shè)備使用DS18B20型單線智能溫度傳感器、液晶顯示芯片74HC00、繼電器及其驅(qū)動電路、紅、藍(lán)色發(fā)光二極管、蜂鳴器、電加熱器、直流電機(jī)風(fēng)扇等。經(jīng)DS18B20采集到的數(shù)字量與用戶設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，即可得到現(xiàn)場溫度和設(shè)定溫度的偏差。用戶設(shè)定值由鍵盤輸入。由8051單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字控制器按最小拍進(jìn)行運(yùn)算，計算出所需要的控制量。數(shù)字控制器的輸出經(jīng)標(biāo)度變換后送給8051內(nèi)部定時計數(shù)器轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩碗娖降牟煌掷m(xù)時間，送至繼電器及其驅(qū)動電路，觸發(fā)

12、晶閘管并改變其導(dǎo)通角大小，從而控制電加熱器的加熱電壓，起到控溫的作用。系統(tǒng)基本硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖211所示。其功能和原理如下：（1）8051：負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊的工作。（2）溫度溫度傳感器DS18B20：負(fù)責(zé)溫度與數(shù)字量的轉(zhuǎn)化。其精度可精確到小數(shù)點后四位。（3）功率模塊：采用隨機(jī)型固態(tài)繼電器控制加熱設(shè)備的方式。隨機(jī)型固態(tài)繼電器采用低電壓輸入方式，一般為DC310V，用可控硅做輸出器件。這樣控制部分與大功率部分實現(xiàn)隔離，可抑制干擾。 圖211系統(tǒng)基本硬件結(jié)構(gòu)框圖（4）人機(jī)交互模塊：用4X1鍵盤和液晶顯示器構(gòu)成友善的人機(jī)交互界面。（5）抗干擾模塊：使用看門狗芯片X25045，其看門

13、狗功能將對系統(tǒng)起到有效的監(jiān)視作用，內(nèi)含512B串行E2PROM，具有掉電非易失特性，在本系統(tǒng)中做數(shù)據(jù)備份用。（6）紅、藍(lán)色LED，蜂鳴器：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的報警功能。當(dāng)溫度超過用戶設(shè)定的上、下限值時系統(tǒng)將報警。LED燈在單片機(jī)的控制下點亮，同時蜂鳴器發(fā)出報警聲，通知用戶采取相應(yīng)的措施。2.2 溫度采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在設(shè)計此類系統(tǒng)時，傳統(tǒng)的方法是通過熱敏電阻或模擬集成溫度傳感器采集溫度的模擬量，再用A/D器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送給單片機(jī)，這些方案的主要缺點是精度差，（例如典型的模擬集成溫度傳感器AD590的精度僅為0.5）并且因為采用了A/D轉(zhuǎn)換器使電路過于復(fù)雜?；诤喕娐?，提高性價比的考慮，本設(shè)計采用集成化智

14、能型溫度傳感器DS18B20完成現(xiàn)場溫度的采集。系統(tǒng)電路圖如圖221所示 圖221溫度轉(zhuǎn)換采集系統(tǒng)電路圖DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)單線智能溫度傳感器，其采用DALLAS公司獨特的“單線（1Wire）總線”專有技術(shù)，通過串行通信接口（I/O）直接輸出被測溫度值（912位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，含符號位）。其工作在在12位模式下時，所對應(yīng)的溫度分辨力高達(dá)0.0625。溫度/數(shù)字轉(zhuǎn)換時間的典型值為93.75ms。根據(jù)定義，單線總線只有一根線，這意味著總線上每個器件只能分時驅(qū)動單線總線，并要求每個器件必須有漏極開路輸出或三態(tài)輸出的特性。 DS18B20的單線接口I/O就屬于漏極開路輸出。在單線總線上

15、必須接上拉電阻，其電阻值約為5K（標(biāo)稱值可取5.1 K或4.7 K）。當(dāng)單線總線上掛有多個從屬器件時，也稱之為多點總線。單線總線雜空閑狀態(tài)下呈高電平。操作單線總線時，必須從空閑狀態(tài)開始。單線總線加低電平的轉(zhuǎn)換時間超過480us時，總線上所有的器件均被復(fù)位。在主CPU發(fā)出復(fù)位脈沖后，從屬器件就發(fā)出應(yīng)答脈沖（PRESENCE PULSE），來通知主CPU它已經(jīng)作好了接收數(shù)據(jù)和命令的準(zhǔn)備工作。DS18B20與微處理器的電路接法如圖222所示：寄生電源接法外部電源接法 圖222 DS18B20與微處理器連接圖而傳統(tǒng)溫度采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)則通過溫度傳感器集成芯片將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電流值變化量，輸入放大電路轉(zhuǎn)換

16、為電流變化量，再輸入ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。利用單片機(jī)采集并存儲采集到的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)電路圖如下圖223所示。 圖223傳統(tǒng)溫度采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路圖2.3 升降溫控制系統(tǒng)本系統(tǒng)使用DDC控制技術(shù)。DDC控制是當(dāng)現(xiàn)場溫度在用戶設(shè)定的上、下限溫度范圍內(nèi)時，加熱器或降溫器的工作隨著溫度接近臨界值而相應(yīng)調(diào)整的一種控制方式，通常所說的DDC段一般定為5，當(dāng)溫度變化超出這個范圍時，加熱器或降溫器被控制為DDC控制，一般有下面二種控制方式：時間DDC型、電流DDC型，DDC控制能消除開關(guān)型控制產(chǎn)生的鋸齒波形，減少對電網(wǎng)的沖擊，如圖231的DDC控制一般不用在負(fù)載變化范圍較大而控制精度又較高的場合。

17、 圖231 DDC控制下的現(xiàn)場溫度曲線此系統(tǒng)由繼電器及其驅(qū)動電路，直流電機(jī)風(fēng)扇，散熱片及電加熱器組成，完成溫度的升降。利用繼電器及其驅(qū)動電路，直流電機(jī)風(fēng)扇相組合可實現(xiàn)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制，驅(qū)動電路實際上是一個復(fù)雜的放大電路，如圖232所示： 圖232繼電器及其驅(qū)動電路電路圖連接到直流電機(jī)風(fēng)扇后，轉(zhuǎn)動方向是由電壓來控制的，電壓為正則正轉(zhuǎn)，電壓為負(fù)則反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速大小則是由輸出脈沖的占空比來決定的，正向占空比越大則轉(zhuǎn)速越快，反向轉(zhuǎn)則占空比越小轉(zhuǎn)速越快。見下面圖233: 圖233直流電機(jī)風(fēng)扇控制脈沖圖在程序設(shè)計中用P1.4控制送出脈沖。P1.4為“1”時，輸出12V；P1.4為“0”時，輸出0V。用輸出脈沖后

18、的延時時間來決定輸出電壓值，具體的情況將在第三章中說明。2.4鍵盤顯示系統(tǒng)本系統(tǒng)的用戶界面利用人機(jī)工程學(xué)原理，運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)理論和系統(tǒng)科學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計，使其能夠適合操作者的應(yīng)用需求。LCD的應(yīng)用使操作者能夠用容易理解的方式顯示控制系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)和操作者關(guān)心的信息，例如當(dāng)前時間、當(dāng)前溫度、上限溫度、下限溫度。系統(tǒng)給操作者提供容易理解和充分的信息提示，以方便操作者的正確使用。同時，還考慮了用戶操作界面有較好的容錯能力，提高了系統(tǒng)的整體綜合能力。系統(tǒng)的連接圖如圖241所示。 圖241鍵盤顯示系統(tǒng)電路圖本設(shè)計由74HC00芯片控制的4鍵鍵盤和液晶顯示器組成，以實現(xiàn)用戶的輸入與數(shù)據(jù)輸出。第一個鍵的作用是配

19、合第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對進(jìn)行時間設(shè)定，第二個鍵的作用是配合第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對上、下限溫度進(jìn)行設(shè)定。2.5報警系統(tǒng)報警系統(tǒng)由聲報警和光報警組成。聲報警通過P1.6接控制愛迪克系統(tǒng)的音效模塊發(fā)聲，用單片機(jī)控制P1.6產(chǎn)生一定頻率的方波就可以實現(xiàn)音效模塊的發(fā)聲。音效模塊是一個帶有揚(yáng)聲器的放大電路。其電路圖如圖251所示。 圖251報警系統(tǒng)（聲報警）電路圖光報警由1個紅色發(fā)光二極管和1個藍(lán)色發(fā)光二極管組成，一共需要2根數(shù)據(jù)線，使用單片機(jī)直接控制。要實現(xiàn)的功能是在第一種工作模式下時，當(dāng)現(xiàn)場溫度高于用戶設(shè)定的上限溫度時，紅色發(fā)光二極管點亮；當(dāng)現(xiàn)場溫度低于用戶設(shè)定的下限溫度時

20、，藍(lán)色發(fā)光二極管點亮。在第二種工作模式下，保持恒久熄滅狀態(tài)。其電路圖如圖252所示。 圖252報警系統(tǒng)（光報警）電路圖2.6電源系統(tǒng)電源的濾波、保護(hù)電路對電源有重要的意義，系統(tǒng)能否安全使用，很大程度上取決于電源的穩(wěn)定和保護(hù)。本設(shè)計使用4個二極管構(gòu)成的橋式整流電路為其整流電路，如圖261所示。濾波電路選用電容濾波，穩(wěn)壓選用三穩(wěn)壓塊7805和7812，此電路簡單適用。繼電器和直流電機(jī)風(fēng)扇用到12V電源，單片機(jī)等使用+5V電源。本電源系統(tǒng)由U1（7805）、U2（7812）和發(fā)光二極管LED及相關(guān)阻容元件構(gòu)成，其中U1輸出穩(wěn)定的5V電壓，U1輸出穩(wěn)定的12V電壓。發(fā)光二極管在這里作為電源指示，R3為

21、LED的限流電阻。C8，C9，C10，C11為電源濾波電容。 圖261電源系統(tǒng)電路圖2.7 硬件電路設(shè)計2.7.1 系統(tǒng)硬件配置采用總線型結(jié)構(gòu)的設(shè)計。由P0口作數(shù)據(jù)線，P0口和P2口共同作地址線。2.7.2 主要元件簡介8051單片機(jī)8051是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器（內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為8位，外部數(shù)據(jù)總線為8位），它與MCS96系統(tǒng)中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售價低廉、使用方便（48PINDIP）等優(yōu)點。8051在工業(yè)應(yīng)用方面有許多明顯的特點，它具有靈活方便的8位總線外圍支援器擴(kuò)展功能，而在數(shù)據(jù)處理方面又有8位微機(jī)的快速功能。由于大的高度集成化已把許多常駐用的輸

22、入檢測輸出控制通道都制作在同一塊硅片上，大大地靈活了外部連線，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且速度快（時鐘12MHz），非常適合于工業(yè)環(huán)境下安裝使用。因此本系統(tǒng)CPU選用8051芯片。8051單片機(jī)引腳采用40雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。其引腳圖如圖271所示。8051CPU中的主要元件有：高速寄存器陣列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算術(shù)邏輯單元（RALU）。它與外部通訊是通過特殊功能寄存器SFR或存儲器控制器進(jìn)行的。8051CPU的主要特色是體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，售價低，使用方便。此外，通過SFR還可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效運(yùn)行。CPU內(nèi)部的一個控制單元和兩條總

23、線寄存器陣列和EALU連接起來。這兩條總線是：16位地址總線（A-BUS）和8位數(shù)據(jù)總線（D-BUS）。數(shù)據(jù)總線僅在RALU與寄存器陣列或SFR之間傳送數(shù)據(jù)，地址總線用作上述數(shù)據(jù)傳送的地址總線或用作與寄存器控制器連接的多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線。CPU對片內(nèi)RAM訪問是直接訪問和通過寄存器R0，R1間接訪問的。8051工作時所需的時鐘可通過其XTALL輸入引腳由外部輸入，也可采用芯片內(nèi)部的振蕩器。8051的工作頻率為612MHz。在本系統(tǒng)中采用11.0592MHz頻率。圖271 8051單片機(jī)引腳圖8051每次上電時必須復(fù)位。所謂復(fù)位，就是讓單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在正式工作之前處于一種特定狀態(tài)，即正式工作

24、前的起點，這個任務(wù)就是由復(fù)位電路來完成。8051單片機(jī)在引腳RESET/Vpp出現(xiàn)高電平時實現(xiàn)復(fù)位和初始化。RESET由高電平變低電平后，單片機(jī)從0000h地址開始執(zhí)行程序，其初始復(fù)位不影響內(nèi)部RAM的狀態(tài)，包括工作寄存器R7R0。在正常運(yùn)行的情況下，要實現(xiàn)復(fù)位操作，必須使RESET引腳至少保持兩個機(jī)器周期的高電平。CPU在第二個機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，以后每一個機(jī)器周期重復(fù)一次，直至RESET端電平變低。復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE及PSEN信號。8051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖272所示。 圖272 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2. 1602液晶顯示器液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕

25、巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計使用的字符型液晶模塊是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，容量為1行2行16個字。 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中VSS為地電源，VDD接5V正電源，V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，可通過一10K的電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電

26、平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)存儲了160個點陣字符圖形，如圖2-7-1所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表271所示: 表271 1602液晶模塊指令表指令S/W76543210清顯示0000000001光標(biāo)返回00000

27、0001*置輸入模式00000001/DS顯示開/關(guān)控制0000001DCB光標(biāo)或字符移位000001/C/L*置功能00001LNF*置字符發(fā)生存儲器地址0001字符發(fā)生存儲器地址（ACG）置數(shù)據(jù)存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址（ADD）讀忙標(biāo)志或地址01F計數(shù)器地址（AC）寫數(shù)到CGRAM或DDRRAM10要寫的數(shù)據(jù)從CGRAM或DDRRAM11讀出的數(shù)據(jù)1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都可以通過指令編程來實現(xiàn)。（說明：1為高電平、0為低電平） 指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置 指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H 指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：

28、光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo) 指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置 指令8：DDRAM

29、地址設(shè)置 指令9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數(shù)據(jù) 指令11：讀數(shù)據(jù)1602液晶顯示模塊可以和單片機(jī)8051直接連接，電路如圖273所示。圖2731602液晶模塊與8051單片機(jī)連接圖液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。1602的內(nèi)部顯示地址。 表272 1602液晶模塊內(nèi)部顯示地址圖1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16100 0

30、1 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F240 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F比如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是B（40H)+B(80H)=B(C0H) 以下是在液晶模塊的第二行第一個字符的位置顯示字母“A”的程序：RS EQU P3.0RW EQU P3.1E EQU P3.5ORG 0000HMOV P1,#B ；清屏ACALL ENABLE

31、MOV P1,#B ；8位2行5x7點陣ACALL ENABLEMOV P1,#B ；顯示器開、光標(biāo)開、閃爍開ACALL ENABLEMOV P1,#B ；文字不動，光標(biāo)自動右移ACALL ENABLEMOV P1,#0C0H ；寫入顯示起始地址（第二行第一個位置）ACALL ENABLEMOV P1,B ；字母A的代碼SETB RS ；RS=1CLR RW ；RW=0CLR E ；E=0ACALL DELAYSETB E ；E=1AJMP $ENABLE: CLR RS ；寫入控制命令的子程序CLR RWCLR EACALL DELAYSETB ERETDELAY: MOV P1,#0FFH

32、 ；判斷液晶顯示器是否忙的子程序CLR RSSETB RWCLR ENOPSETB EJB P1.7,DELAY ；如果P1.7為高電平表示忙就循環(huán)等待RET 程序在開始時對液晶模塊功能進(jìn)行了初始化設(shè)置，約定了顯示格式。注意顯示字符時光標(biāo)是自動右移的，無需人工干預(yù)，每次輸入指令都先調(diào)用判斷液晶模塊是否忙的子程序DELAY，然后輸入顯示位置的地址0O0H，最后輸入要顯示的字符A的代碼41H。3. DS18B20數(shù)字溫度傳感器 DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣

33、的數(shù)字溫度計，十分方便。一、DS18B20的性能特點（1）DS18B20采用DALLAS公司獨特的“單線（1-Wire）總線”專有技術(shù)，通過串行通信接口（I/O）直接輸出被測溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號位）。（2）測溫范圍是55+125。其分辯力為0.5，但若采用高分辨力模式，分辯力可達(dá)0.1。溫度/數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間的典型值為200ms，最大值為500 ms。（3）內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號和8位循環(huán)冗余校驗碼CRC之后，產(chǎn)品序號占48位。出廠前就作為DS18B20唯一的產(chǎn)品序號，存入其ROM中，在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時，允許在單線總線上掛接多片DS18B20。（4

34、）適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)。（5）用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限并寫入隨機(jī)存儲器RAM中。利用報警搜索命令和尋址功能，可迅速識別出發(fā)生了溫度越限報警的器件。（6）內(nèi)含寄生電源。該器件既可以由單線總線供電，也可選用外部+5V電源（允許電壓范圍是3.45.5V），進(jìn)行溫度/數(shù)字轉(zhuǎn)換時的工作電流約為1.5 mA，待機(jī)電流僅為25uA，典型功耗為5mW。二、DS18B20的引腳介紹PR35封裝的DS18B20的引腳排列圖274，其引腳功能描述見表2-7-1。 圖274 DS18B20的引腳排列圖DS18B20詳細(xì)引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳

35、。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，此引腳必須接地。 表273 DS18B20引腳功能描述圖三、DS1820的工作原理 DS1820的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖275所示。由圖275可知，DS1820由三個主要數(shù)字器件組成： 64bit閃速ROM；溫度傳感器；非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。64bit閃速ROM的結(jié)構(gòu)如圖276所示圖275 DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖276 DS1820內(nèi)部的64bit閃速ROM結(jié)構(gòu)圖它既可寄生供電也可由外部電源供電。在寄生供電情況下，當(dāng)總線為高電平時，DS1820從總線上獲得能量并儲存在內(nèi)部電容上當(dāng)總線為低電平時，

36、由電容向DS1820供電。DS1820的測溫原理：內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時振蕩器的脈沖無法通過門電路。計數(shù)器設(shè)置為-55時的值，如果計數(shù)器到達(dá)0之前，門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當(dāng)前溫度高于-55。同時，計數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。如果門電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以上過程。溫度表示值為9bit，高位為符號位，其結(jié)構(gòu)如下： 對DS1820的使用，多采用單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。處理時，將DS1820信號線與單片機(jī)一位口線相連，單片機(jī)可掛接多片DS1820，

37、從而實現(xiàn)多點溫度檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)對DS1820的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現(xiàn)。 （1）ROM命令代碼及其含義 READROM命令代碼33H：如果只有一片DS1820，可用此命令讀出其序列號，若在線DS1820多于一個，將發(fā)生沖突。 MATCHROM命令代碼55H：多個DS1820在線時，可用此命令匹配一個給定序列號的DS1820，此后的命令就針對該DS1820。 SKIPROM命令代碼CCH：此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有DS1820。SEARCHRDH命令代碼F0H：用以讀出在線的DS1820的序列號。ALARMSEARCH命令代碼ECH：當(dāng)溫度值高于TH或低于TL中的數(shù)值時

38、，此命令可以讀出報警的DS1820。 （2）存儲器操作命令代碼及其含義 WRITESCRATCHPAD命令代碼4EH：寫兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)到溫度寄存器。 READSCRATCHPAD命令代碼BEH：讀取溫度寄存器的溫度值。 COPYSCRATCHPAD命令代碼48H：將溫度寄存器的數(shù)值拷貝到EERAM中，保證溫度值不丟失。 CONVERT命令代碼44H：啟動在線DS1280做溫度A/D轉(zhuǎn)換。 RECALL EE命令代碼B8H：將EERAM中的數(shù)值拷貝到溫度寄存器中。 READPOWERSUPPLY命令代碼B4H：在本命令送到DS1280之后的每一個讀數(shù)據(jù)間隙，指出電源模式：“0”為寄生電源；“1”

39、為外部電源四、DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)

40、據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的復(fù)位時序 DS18B20的讀時序?qū)τ贒S18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。DS18B20的寫時序?qū)τ贒S18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地

41、采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。X25045看門狗芯片在微機(jī)智能測控系統(tǒng)的設(shè)計中，斷電數(shù)據(jù)保存功能、看門狗功能、上電掉電復(fù)位功能、電源電壓監(jiān)控功能等對系 統(tǒng)是非常重要的。美國Xicro公司生產(chǎn)的X25045芯片集上述功能于一身，這種組合大大簡化了硬件設(shè)計，提高了系統(tǒng)的 可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗。 X25045芯片的引腳排列如圖277所示。圖277看門狗芯片X25045引腳圖CS（腳）為片選輸入端，CS電平變化將復(fù)位看門狗定時器。 SO（腳）為串行輸出端，數(shù)據(jù)由此腳輸出，串行時鐘SCK（腳）的下降沿同步

42、輸出數(shù)據(jù)。 WP（腳）為寫保護(hù)輸入端，當(dāng)WP為低電平時，X25045的非易失性寫操作被禁止，其它功能正常，WP為高電平時所有功能正常。 SI（腳）為串行輸入端，所有寫入的數(shù)據(jù)、操作碼、字節(jié)地址在此腳上輸入，數(shù)據(jù)由串行時鐘的上升沿鎖存。 RESET（腳）為復(fù)位輸出端，高電平有效，漏極開路輸出方式。用于電源檢測和看門狗定時器。 Vss（腳）為接地端。 Vcc（腳）為電源正端，X25045芯片的電源電壓有兩種規(guī)格，一種是45V至55V，另一種是27V至55V。 X25045芯片有4K位串行E2PROM；可編程的看門狗定時器；低電壓Vcc檢測；直至Vcc1V復(fù)位輸出有效；SPI接口方式；低功耗，待機(jī)電

43、流為10A，工作電流為3mA，工作電壓為27V至5V；具有塊鎖定保護(hù)功能，可以保護(hù)14，12，或所有E2PROM陣列；片內(nèi)異常事件寫保護(hù)：上電、掉電保護(hù)電路，寫鎖存，寫保護(hù)引腳；1MHz時鐘頻率；可擦寫次數(shù)為 次，數(shù)據(jù)保存期為100年；ESD靜電放電保護(hù)；有8引腳DIP和SOIC或14引腳TSSOP封裝三種形式；高電平復(fù)位信號 輸出。 X25045共有6條指令，如表274所示。所有指令都以MSB（最高有效位）2在前方式傳送。讀寫指令中3位的A8是高位地址，此位用于選擇器件的上半部或下半部。表274 X25045指令表X25045內(nèi)部的狀態(tài)寄存器格式、 表275 X25045內(nèi)部狀態(tài)寄存器格式表

44、D7D6D5D4D3D2D1D0XXWD1WD0BL1BL0WLEWIPWIP位表示X25045是否忙于向E2PROM寫數(shù)據(jù)。該位是只讀位，WIP為0表示沒有寫操作在進(jìn)行，可向E2PROM寫數(shù)據(jù)；WIP為1時表示正在進(jìn)行寫操作，此時不能向E2PROM寫數(shù)據(jù)。 WEL位表示寫使能鎖存器的狀態(tài)。該位是只讀位，由 WRDI指令復(fù)位，寫使能鎖存器被復(fù)位時向E2PROM寫操作被禁止。 WRSR指令可以對狀態(tài)寄存器中非易失性位BL1、BL0、WD1、WD0進(jìn)行設(shè)置。BL1和BL0位確定E2PROM的塊保護(hù)地址范圍，被保護(hù)地址范圍與這兩位的關(guān)系如表276所示。 表276 BL1和BL0位與被保護(hù)地址范圍關(guān)系

45、表WD1和WD0位是看門狗定時器超時選擇的設(shè)定位，超時選擇如表277所示。 表277 WD1和WD0位與看門狗定時值關(guān)系表三軟件系統(tǒng)設(shè)計3.1軟件總體設(shè)計軟件設(shè)計是為了滿足系統(tǒng)功能的需要。其總體流程圖如圖311所示： 圖311軟件總體流程圖本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用了模塊化設(shè)計方法，對每一個功能編寫了一個或幾個功能函數(shù)，下表311說明了功能所對應(yīng)的函數(shù)。 表311本設(shè)計各項功能所對應(yīng)的功能函數(shù)功能函數(shù)主函數(shù)void main(void)聲音警報、提示音void sound(short)LED燈報警void led(void)用戶數(shù)據(jù)輸入void in8051(short *p)延時void dela

46、y(int)DDC降溫void cool(short)液晶顯示void display(short,short)采樣轉(zhuǎn)換溫度Short ds18b20(void)設(shè)定系統(tǒng)工作模式，系統(tǒng)初始化short getmode(void)A模式下的溫度控制void control(short,short)3.2系統(tǒng)初始化函數(shù)系統(tǒng)初始化函數(shù)主要完成系統(tǒng)的初始化和設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。它的工作步驟是：（1）系統(tǒng)啟動時，液晶顯示器的時間顯示為“000000”，當(dāng)前溫度顯示為當(dāng)前的環(huán)境溫度值，用戶設(shè)定的上、下限溫度默認(rèn)為30和10。表示系統(tǒng)已經(jīng)正常啟動，可以工作。（2）等待用戶設(shè)定工作模式。用戶可通過第一個鍵選擇

47、設(shè)定時間，然后配合使用第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對進(jìn)行時間設(shè)定；也可通過第二個鍵選擇設(shè)定上、下限溫度，然后配合第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對上、下限溫度進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)設(shè)定的上、下限溫度為同一值時進(jìn)入第一種工作模式，當(dāng)設(shè)定的上、下限溫度為不同值時進(jìn)入第二種工作模式。程序的流程圖如下圖321所示：圖321系統(tǒng)初始化程序流程圖3.3 控制函數(shù)控制函數(shù)是決定系統(tǒng)將要進(jìn)行什么工作的。如溫度高于上限時需要降溫，低于下限時需要升溫，溫度過高時啟動報警等等。在系統(tǒng)的1模式下專有一個控制函數(shù)，名為void control(short i,short j)。實際上主函數(shù)也算的上一個控制函數(shù)，其C模式的

48、控制方式和control()函數(shù)類似，只不過比control()函數(shù)更加完善些。控制函數(shù)的流程采用分支結(jié)構(gòu)設(shè)計，程序流程如圖331所示。 圖331控制程序流程圖3.4鍵盤顯示函數(shù)第一個鍵的作用是選擇設(shè)定時間，可配合使用第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對進(jìn)行時間設(shè)定；第二個鍵的作用是選擇設(shè)定上、下限溫度，可配合第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對上、下限溫度進(jìn)行設(shè)定。程序的流程圖如下圖341所示： 圖341 按鍵處理子程序流程圖3.5降溫函數(shù)降溫函數(shù)是實現(xiàn)溫度控制比例控制方式的重要環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了整個系統(tǒng)的先進(jìn)性。函數(shù)名為void cool(short i)，其中i為主函數(shù)中給定的參數(shù)，參數(shù)值等于

49、實際溫度與上限溫度的差。當(dāng)（實際溫度上限溫度）0時，cool()函數(shù)將啟用控制直流電機(jī)風(fēng)扇，根據(jù)差值的大小決定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。根據(jù)2.3小節(jié)中說明的那樣，驅(qū)動電路的輸出電壓和輸入脈沖的占空比有關(guān)，可根據(jù)參數(shù)i的值來決定占空比。cool()函數(shù)使用脈沖信號在正方向的延時時間和在負(fù)方向的延時時間的比值來決定占空比。另外說明以下本系統(tǒng)使用的風(fēng)扇占空比越小轉(zhuǎn)速越快，也就是反轉(zhuǎn)。如下程序：j=10000;/保持一個加到勻速的時間while(j0)/比值大,轉(zhuǎn)速小P1_1=1;delay(21-3*i);/電壓關(guān)系P1_1=0;delay(1);j-;占空比delay(21-3*i)：delay(1)21-3

50、i這個公式是經(jīng)過反復(fù)實驗得出的。首先這個公式滿足參數(shù)i越大占空比越小，并且實際測量的電壓區(qū)間也滿足風(fēng)扇電壓的需要。i由1到7的參數(shù)占空比和電壓的關(guān)系表 351占空比和電壓關(guān)系表參數(shù)i電壓（伏特）占空比15.122625.632236.111846.741457.541068.56679.922實際上在參數(shù)i為1、2時風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不理想，所以使用了3及其之后的參數(shù)值，當(dāng)0i3時都使用3作為參數(shù)。變量j的作用是使風(fēng)扇保持一個從靜止加速到勻速的時間。因為決定占空比的延時時間微乎其微，運(yùn)行一次不能使風(fēng)扇啟動，只能反映驅(qū)動電路的電壓輸出關(guān)系。3.6曲線算法此部分功能是為了滿足圖361中的曲線要求。從圖中可

51、以看出曲線共有“升溫恒溫升溫恒溫降溫恒溫降溫”7個過程，如采用順序結(jié)構(gòu)代碼的重復(fù)率將會很高，可以設(shè)計使用循環(huán)完成。 圖361 溫度控制曲線圖可將7個過程分成圖中的4段，每段都包括一個升溫或降溫過程和一個恒溫過程。恒溫過程使溫度保持恒定，高于恒定溫度啟動降溫設(shè)備，低于恒定溫度啟動升溫設(shè)備，同時使用計時器計時，本系統(tǒng)恒溫時間為60秒。編寫一段4次的循環(huán)完成該功能，代碼如下：for (i=0;i4;i+)/4個過程:溫度變化+恒溫.i case 0,1升.2,3降numstart; /開始計時if (i2)do 升溫 while(溫度界限i);if (i3) do 恒溫 while(60秒以內(nèi))；n

52、umend; /結(jié)束計時3.7采樣為了滿足曲線的技術(shù)指標(biāo)，對系統(tǒng)的采樣方式進(jìn)行了改進(jìn)。一般的溫度控制程序采樣是根據(jù)系統(tǒng)的速度采樣或是延時采樣，前者會使系統(tǒng)反復(fù)振蕩。例如溫度升高時由27度到28度，系統(tǒng)會由27度到28度來回振蕩，從液晶顯示器上根本看清顯示的是什么。如果使用打印機(jī)將十分可怕，系統(tǒng)將始終打印而不做其它工作。雖然使用采樣延時可以緩解這種情況，但延時的時間過長會影響控制，因為延時時間是占用CPU的，延時時間內(nèi)什么工作也做不了。通?？吹降默F(xiàn)象是系統(tǒng)不連續(xù)工作，例如系統(tǒng)處于降溫過程，但風(fēng)扇不連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而是一會停一會轉(zhuǎn)。并且采樣的時間沒有單位，滿足不了溫度曲線的要求。解決這個問題的根本方法是采用定時采樣的方法。具體方法是使用計時器計時，每到特定的時間采樣一次，例如本系統(tǒng)是每隔2秒采樣一次。采樣后根據(jù)采樣結(jié)果再采取方案，采樣以外的時間來實施方案。由于采樣的時間非常短，用戶是感覺不到系統(tǒng)停頓的。更為重要的是采樣時間有了單位，這樣曲線的縱軸（溫度）、橫軸（時間）都有了單位，滿足了曲線的技術(shù)指標(biāo)。采樣的代碼如下： if (sec%2=0&k=0)