基于-單片機的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、課程設(shè)計題目：單片機恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計本課程設(shè)計要求：本溫度控制系統(tǒng)為以單片機為核心，實現(xiàn)了對溫度實時監(jiān)測和控制，實現(xiàn)了控制的智能化。設(shè)計恒溫箱溫度控制系統(tǒng)，配有溫度傳感器：采用DS18B2O字溫度傳感器，無需數(shù)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，可直接與單片機進行數(shù)字傳輸，采用了PID控制技術(shù)，可以使溫度保持在要求的一個恒定圍，配有鍵盤,用于輸入設(shè)定溫度；配有數(shù)碼管LED用來顯示溫度。技術(shù)參數(shù)和設(shè)計任務(wù)：1、利用單片機AT89C2051實現(xiàn)對溫度的控制，實現(xiàn)保持恒溫箱在最高溫度為110C。2、可預(yù)置恒溫箱溫度，烘干過程恒溫控制，溫度控制誤差小于2r03、預(yù)置時顯示設(shè)定溫度，恒溫時顯示實時溫度，采用PID控

2、制算法顯示精確到0.1C。4、溫度超出預(yù)置溫度石C時發(fā)出聲音報警。5、對升、降溫過程沒有線性要求。6、溫度檢測部分采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，無需數(shù)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，可直接與單片機進行數(shù)字傳輸7、人機對話部分由鍵盤、顯示和報警三部分組成，實現(xiàn)對溫度的顯示、報警。一、本課程設(shè)計系統(tǒng)概述1、系統(tǒng)原理選用AT89C205俾片機為中央處理器，通過溫度傳感器DS18B2CM恒溫箱進行溫度采集，將采集到的信號傳送給單片機，在由單片機對數(shù)據(jù)進行處理控制顯示器，并比較采集溫度與設(shè)定溫度是否一致，然后驅(qū)動恒溫箱的加熱或制冷。2、系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖總體設(shè)計應(yīng)該是全面考慮系統(tǒng)的總體目標(biāo)，進行硬件初步選型，然后確定一個

3、系統(tǒng)的草案，同時考慮軟硬件實現(xiàn)的可行性?？傮w方案經(jīng)過反復(fù)推敲，確定了以美國Atmel公司推出的51系列單片機為溫度智能控制系統(tǒng)的核心，并選擇低功耗和低成本的存儲器、數(shù)碼顯示器等元件，總體方案如下圖：圖1系統(tǒng)總體框圖二、硬件各單元設(shè)計1、單片機最小系統(tǒng)電路單片機選用Atmel公司的單片機芯片AT89C2051，完全可以滿足本系統(tǒng)中要求的采集、控制和數(shù)據(jù)處理的需要。單片機的選擇在整個系統(tǒng)設(shè)計中至關(guān)重要，該單片機與MCS-51系列單片機高度兼容、低功耗、可以在接近零頻率下工作等諸多優(yōu)點，而廣泛應(yīng)用于各類計算機系統(tǒng)、工業(yè)控制、消費類產(chǎn)品中。AT89C205促AT89系列單片機中的一種精簡產(chǎn)品。它是將A

4、T89C51的P0口、P2口、EA/VppALE/PROGPSENH線省去后，形成的一種僅20引腳的單片機，相當(dāng)于早期Intel8031的最小應(yīng)用系統(tǒng)。這對于一些不太復(fù)雜的控制場合，僅有一片AT89C2051就足夠了，是真正意義上的“單片機”。AT89C2051為很多規(guī)模不太大的嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種極佳的選擇方案，使傳統(tǒng)的51系列單片機的體積、功耗大、可選模式少等諸多弱點不復(fù)存在。該型號單片機包括(1)一個8位的微處理器(CPU)。(2)片有2K字節(jié)的程序存儲器(ROM)口128/256字節(jié)RAM(3)15條可編程雙向I/O口線。(4)兩個16位定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外

5、部事件進行計數(shù)，也可設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。(5)五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。(6)一個全雙工UATR姬用異步接收發(fā)送器)的串行I/0口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信。(7)片含模擬比較器。(8)低功耗的閑置和掉電模式。圖2最小系統(tǒng)電路AT89C205是一個20腳的雙列直插封裝(DIP)芯片。最小系統(tǒng)電路包括晶體振蕩電路和手動復(fù)位電路，如圖2。本設(shè)計使用一片AT89C205就代替了原來的8031、EPROM2732地址鎖存器74LS373,因為AT89C205部的2KBEPROM128B白RAM對智能化溫度傳感器測試系統(tǒng)已能滿足設(shè)計要求，而且降

6、低了成本，結(jié)構(gòu)設(shè)計也較精巧。2、溫度傳感器采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750m交成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B2破出的信息或?qū)懭隓S18B2的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B2供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20T使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高，成本更低。測量溫度圍為55c+125C0C,在一10c+85C。Cffl,精度為土0.5C。DS1822勺精度較差為±2C。

7、現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。具引腳分布如圖3所示00NCNCZ叩圖3DS18B20引腳圖（1）引腳功能如下：NC（1、2、6、7、8腳）:空引腳，懸空不使用。VDD（3卻）：可選電源腳，電源電壓圍35.5V。DQ（4卻）：數(shù)據(jù)/&入/輸出腳，漏極開路，常態(tài)下高電平。DS18B20測溫原理DS18B2的測溫原理如圖4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55C所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低

8、溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1,計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，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，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，具輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。DS18B2施正常使用時的測溫分辨率為0.5C,如果要更高的精度，則在對DS18B2測溫原理進行詳細分析的基礎(chǔ)上，采取直接讀取DS18B20B暫存寄存器的方法，將DS18B2的測溫分辨率提高到0.10.01Co圖4測溫原理圖DS18B20與單片機接口電路P1

9、.3口和DS18B20勺弓唧DQS接，作為單一數(shù)據(jù)線。U訓(xùn)為溫度傳感芯片DS18B20,本設(shè)計雖然只使用了一片DS18B20，但由于不存在遠程溫度測量的考慮所以為了簡單起見，采用外部供電的方式，如圖2.6所示。測溫電纜采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一對接VCC地線，屏蔽層在電源源端單點接地。圖5DS18B20與單片機接口電路3、鍵盤顯示電路LE必控制器的連接有并行和串行方式。由于用行方式占用較少接口，因此得到廣泛應(yīng)用。顯示電路中選用MAX7219為LED!區(qū)動芯片。MAX7219一個高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED;區(qū)動顯示器。每片可驅(qū)動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管。

10、片包括BCD1碼器、多路掃描控制器、字和位驅(qū)動器和8X8靜態(tài)RAM外部只需要一個電阻設(shè)置所有LEES示器字段電流。MAX7219控制器只需要三根導(dǎo)線連接，每位顯示數(shù)字有一個地址由控制器寫入。允許使用者選擇每位是BCD譯碼或不譯碼。使用者還可以選擇停機模式、數(shù)字亮度控制、從18位選擇掃描位數(shù)和對所有LED1示器的測試模式。引腳功能MAX7219是24引腳芯片，它的引腳排列如圖2,7所示。各引腳功能如下：1） DIN（1腳）：串行數(shù)據(jù)輸入端，當(dāng)CL劭上升沿時數(shù)據(jù)被載入16位部移位寄存器。2） CLK（13腳）：串行時鐘脈沖輸入端，最大工作頻率可達10MHz3） LOAD（12腳）：片選端，當(dāng)LOA

11、DM氐電平時，芯片接收來自DIN的數(shù)據(jù)，接收完畢，LOAD3到高電平，接收的數(shù)據(jù)將被鎖定。4） DIG0DIG7（2、3、5、6、7、8、10、11腳）：吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動線，最大值可達500mANO4DG2a7D51圖6MAX721劃腳圖可四川可回回回ialllaE廣叵巨尸巨巨r(nóng)z叵叵叵叵口mirUECDSEGDPnrnc5） SEGASEGGSEGDR14、15、16、17、20、21、22、23腳）：驅(qū)動顯示器7段及小數(shù)點的輸出電流，一般為40mA可編程調(diào)整。6） ISET（18腳）：硬件亮度調(diào)節(jié)端。7） DOUT（24腳）：串行數(shù)據(jù)輸出端；V+,正電源。8） GND（9腳）:

12、接地。MAX721/單片機和LELM鍵盤的接口電路1） MAX72193個輸入端DIN、CL棒口LOAD1單片機的三個I/O口連接，DIG0DIG7分別與八個共陰極LED勺公共端連接，SEGASEGGSEGDP別與每個LEDt段動和小數(shù)點驅(qū)動端相連。電路圖如圖7所示。2）鍵盤功能介紹采用獨立式按鍵設(shè)計，如圖上圖所示。由于只有四個按鍵，因此按鍵接口電路的設(shè)計比較簡單，單片機P1.4P1.7端口設(shè)定為輸入狀態(tài)，平時通過電阻上拉到Vcc,按鍵按下時，對應(yīng)的端口的電平被拉到低電平。這樣就可以通過查詢P1的高4位來判斷有門有按鍵按下按鍵各接一根輸入線，一根輸入線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀

13、態(tài)。通過讀I/O口，判斷各I/O口的電平狀態(tài),即可識別出按下的按鍵。4個按鍵定如下：A、P1.4:S1功能鍵，按此鍵則開始鍵盤控制。B、P1.5:S2加，按此鍵則溫度設(shè)定加1度。C、P1.6:S3減，按此鍵則溫度設(shè)定減1度。DP1.7:S4發(fā)送，按此鍵將傳感器的溫度傳送到上位機。DS7U1、a10Jb9c8,Jd-5、e4flg3Dp7abcdDPYae星dpDpyAmber-CARSTVCC(RXD)P3.0P1.7(TXD)P3.1P1.6XTAL2P1.5XTAL1P1.4(INT0)P3.2P1.3(iNTT)P3.3P1.2(T0)P3.4P1.1(AIN1)(T1)P3.5P1.0

14、(AIN0)GNDP3.712345678910AT89C205120S2一OO-+5VR55.1R55.1KR55.1KR55.1KDODIG0212DG111DIG2611DIG37DIG43DIG50DIG65DIG78132411213DINV+LOADCLKISETDIG0SEGADIG1SEGBDIG2SEGCDIG3SEGDDIG4SEGEDIG5SEGFDIG6SEGGDIG7DOUTSEGDPGNDGNDU294MAX7219CNGR114a16b20cj23d21e15f17g22DPj9.5K18圖7MAX721嗚單片機和LE吸鍵盤的接口電路4、驅(qū)動控制電路熱電制冷介紹熱

15、電制冷原理：半導(dǎo)體熱電偶由郵半導(dǎo)體和叫半導(dǎo)體組成。當(dāng)電流的極性如圖8所示時，電子從電源負極出發(fā)，經(jīng)連接片、P型半導(dǎo)體、連接片、N型半導(dǎo)體，最后回到電源正極。N型材料有多余的電子，有負溫差電勢。P型材料電子不足，有溫差電勢；當(dāng)電子從叫穿過2點至NH時，其能量必然增加，而且增加的能量相當(dāng)于結(jié)點所消耗的能量。這一點可用溫差降低來證明。相反，當(dāng)電子從NE流至P型材料時，結(jié)點的溫度就會升高。直接接觸的熱電偶電路在實際的引用中不可用，所以用圖8的連接方式來代替，實驗證明，在溫差電路中引入銅連接片和導(dǎo)線，不會改變電路的特性。簡單地說當(dāng)一塊NH半導(dǎo)體材料和一塊P©半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成電偶對時，在這個電路

16、中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，電流由NE元件流向叫元件的接頭吸收能量，成為冷端；由國元件流向NE元件的接頭釋放熱量，成為熱端。吸收和放熱的大小是通過電流的大小以及半導(dǎo)體材料N、P的元件對數(shù)來決定圖8半導(dǎo)體制冷原理圖驅(qū)動控制電路光耦合雙向可控硅驅(qū)動器是一種單片機輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由入和輸出兩部分組成，輸入部分為神化線發(fā)光二極管，該二極管在5m/V15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。連接電路如圖9所示。輸出部分為硅光敏雙向可控硅，在紅外線作用下可雙向?qū)?。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種“電-光-電”轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。

17、把發(fā)光源和受光器組裝在同一殼體，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入部分，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了“電-光-電”轉(zhuǎn)換。在光電耦合器的部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小，使用共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號

18、，具輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作在開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號是，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延時，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延時時間相差很大。圖9加熱降溫驅(qū)動控制電路5、看門狗和上位機通信電路(1)用口通信功能實現(xiàn)在實際的工作中，計算機的CPU與外部設(shè)備之間常常要進行信息交換，一臺計算機與其他計算機之間也往往要交換信息，所有這些信息交換均可稱為通信。串行通信是指：數(shù)據(jù)是一位一位按順序傳送的通信方式。它的突出優(yōu)點是只需一對傳輸線(利用線就可以作為傳輸線)，這樣就大大降低了成本，特別適用與遠距離通信；具缺點是傳送速度低。MAX232t單片機接口電路設(shè)

19、計圖10為MAX232單片機接口電路；通過它可以把單片機和計算機連接起來，實現(xiàn)遠程通訊功能?？撮T狗與電源監(jiān)控芯片介紹由于工業(yè)現(xiàn)場對控制系統(tǒng)可能造成很強的干擾，為保證控制器在任何干擾條件下都能正常工作，就必須對單片機的運行進行監(jiān)控，避免死機、程序跑飛或進入死循環(huán)。采用看門狗電路則可以大大提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力態(tài)。本系統(tǒng)選用MAX813L該芯片能夠監(jiān)控電源電壓、電池故障和微控制器的工作狀態(tài)。MAX813LI腳功能如下：1）MR（1腳）：手動復(fù)位輸入，低電平有效。2）PRI（4腳）、PFO（5卻）：分別為電源故障輸入和電源故障輸出。3）WDI（6腳）、WDO（腳）：分別為看門狗輸入和看門狗輸出。4

20、）RESET（7卻）：復(fù)位輸出。MAX813總片主要特點：1）復(fù)位輸出：系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時，第7腳產(chǎn)生復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms高電平有效，復(fù)位門限值為4.65V。2）看門狗電路輸出：如果在1.6s沒有觸發(fā)該電路，則第8腳輸出一個低電平信號。3）手動復(fù)位輸入：低電平有效，即第1腳輸入一個低電平，則地7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。4）第4腳輸入電壓為1.25V時，第5腳輸出一個低電平信號。MAX813L與單片機的連接MAX813的典型應(yīng)用電路如圖10所示，在軟件設(shè)計中，P3.7不斷的輸出脈沖信號。如果因某種原因進入死循環(huán)，則P3.7無脈沖輸出，于是1.6s后在MAX813的第8

21、腳輸出低電平。該低電平加到1腳，使MAX813L生復(fù)位輸出，使單片機有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)。另外，當(dāng)電源電壓低于限制值4.65V時，MAX813也會產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，知道電壓電壓恢復(fù)正常，以有效防止因電源電壓較低使單片機產(chǎn)生錯誤的動作。VCC6、電源電路圖ii電源電路電源電路雖然簡單，但需要功能可靠，要有CBB1容和高品質(zhì)的ELNAI容做退藕，設(shè)計所用的電源都是直流電源+5V,所用采用三端集成穩(wěn)壓器7805,可以方便的實現(xiàn)此功能，電路如圖11所示7、PID控制算法PID的數(shù)學(xué)模型PID控制是一種比較成熟的控制理論，它通過比例、積分、微分三部分的合理組合可以用比較

22、簡單的方法獲得令人滿意的控制效果。PID的數(shù)學(xué)模型如圖12表示：圖12PID數(shù)學(xué)模型給定值Kt)與實際值Y構(gòu)成控制誤差：E(t)=R(t)-Y(t)式2-1PID控制器根據(jù)E(t)將誤差的比例(P)、積分(I)、和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進行控制，其控制規(guī)律如式2所示：U(t)=KPe(t)+1t10E出TiTdde(t)dt式2-2U(t)控制器輸出函數(shù);E(t)控制器誤差函數(shù)；K-比例系數(shù);Ti積分時間常數(shù)；Td微分時間常數(shù)。一個最簡單的控制器可以只有比例部分，它能夠產(chǎn)生與輸入信號成比例的輸出信號，所以誤差一旦產(chǎn)生，控制器立即就有控制作用，使被控制量朝著減小誤差的方向變

23、化，控制作用的強弱取決于比例系數(shù)比例控制的缺點是不能在設(shè)置點和反饋點之間產(chǎn)生零誤差(靜差)，為了產(chǎn)生有限的輸出信號，必須保持這種靜差。加大K可以減小靜差，但是K過大會導(dǎo)致動態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了消除這種靜差，可以引入積分控制環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)能對誤差進行記憶并積分，即使只存在很小的偏差，也可以將其積分后作用于操作部分，有利于消除靜差。但是積分作用具有滯后特性，它總是滯后于偏差的存在，這樣會使系統(tǒng)易于振蕩，結(jié)果往往超調(diào)，使被控變量波動很大。積分控制常用于補償高精度的控制系統(tǒng)。微分控制能對誤差進行微分，敏感出誤差的變化趨勢，將預(yù)期的動作作用于操作部分，增大微分控制作用可以加快系統(tǒng)的響

24、應(yīng)，使超調(diào)量減小，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。缺點是微分控制對干擾同樣敏感，使系統(tǒng)抑制干擾的能力降低。微分控制可用于補償快速變化的控制系統(tǒng)。(2)PID控制規(guī)律的離散化為了用計算機實現(xiàn)PID控制，必須將式表示PID控制規(guī)律的連續(xù)形式變成離散形式，才能通過編程實現(xiàn)。若設(shè)溫度采樣周期為T,第n次采樣得到的輸入偏差為en,輸出為U。微分用差分代替de(t)e1en1式2-3dtTtn.積分用求和代替°e(t)dtekgT式2-4k0這樣PID控制器控制算法的離散形式改寫為1neeUnKpen-4或Tdg；1式2-5TikoT這種算法的缺點是，由于是全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對

25、E(n)進行累加，所以計算機工作量大。而且，因為計算機輸出的U(n)對應(yīng)的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如果計算機出現(xiàn)故障，u(n)的大幅度變化會引起執(zhí)行機構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實踐中不允許的，在某些場合，可能造成重大的生產(chǎn)事故，因此產(chǎn)生了增量式PID控制的控制算法。所謂增量式PID控制算法是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量U(n)0當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)需要的是控制量的增量時，可由式導(dǎo)出提供增量的PID控制算法。根據(jù)遞推規(guī)律得：n1U(n1)KPe(n1)Kie(j)Kde(n1)e(n2)式2-6j0用式2-5減去式2-6可得：UnUn1KPe(n)e(n1)en(en2en1en2)TiT

26、式2-7改寫成:Kp(E(n)E(n1)K|E(n)KDE(n)2E(n1)E(n2)=U(n1)PPPPd式2-8事實證明，對于PID這樣簡單的控制器，能夠適用于廣泛的工業(yè)和民用對象，并以其很高的性價比在市場中占主導(dǎo)地分反映了PID控制，但在工業(yè)控制過程中經(jīng)常會碰到大滯位，充后、時變的、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，其中有的是非線性系統(tǒng)；有的帶有延時和隨機干擾；有的無法獲得較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型或者模型非常粗燥。對于以上這些系統(tǒng)，如果采用常規(guī)的PID控制器，則難以整定PID參數(shù)，因此比較難以達到預(yù)期的控制效果。同時，在實際生產(chǎn)現(xiàn)場，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對

27、運行工礦的適用性很差。三、軟件設(shè)計1、溫度傳感器DS18B20奠塊軟件設(shè)計DS18B20上電后處于空閑狀態(tài)，需要控制器發(fā)能完成溫度轉(zhuǎn)換。DS18B2的單線通訊功能是分時完成的，具有嚴格的時序要求，而AT89C205單片機并不支持單線傳輸，必須采用軟件的方法來模擬單線的協(xié)議時序。DS18B2的操作必須嚴格按照協(xié)議進行。工作協(xié)議流程為：主機發(fā)復(fù)位脈沖初始化DS18B20>DS18B2發(fā)響應(yīng)脈沖一主機發(fā)RO操作指令一主機發(fā)存儲器操作指令一數(shù)據(jù)傳輸。對DS18B2臊作時，首先要將它復(fù)位。復(fù)位時，DQI被拉為低電平，時間為480960us；接著將數(shù)據(jù)線拉為高電平，時間為1560us；最后DS18B

28、2發(fā)出60240us的低電平作為應(yīng)答信號，這時主機才能進行讀寫操作。進行寫操作時，將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。從DQI的下降沿起計時，在15us到60us這段時間對數(shù)據(jù)線進行檢測，如數(shù)據(jù)線為高電平則寫1;若為低電平，則寫0,完成了一個寫周期。在開始另一個寫周期前，必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。每個寫周期必須要進行寫操作時，將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。從D俄的下降沿起計時，在15us到60us這段時間對數(shù)據(jù)線進行檢測，如數(shù)據(jù)線為高電平則寫1;若為低電平，則寫0,完成了一個寫周期。在開始另一個寫周期前，必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。每個寫周期必須要有60us以上

29、的持續(xù)期。讀操作時，主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平1us以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號。從主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平起15us至60us,主機讀取數(shù)據(jù)。每個讀周期最短的持續(xù)期為60us,周期之間必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)值程序流程如圖13所示開始初始化DS18B20NoNo應(yīng)答脈沖？Yes發(fā)起SkipROM命令發(fā)起ConvertT命令延時1s,等待溫度轉(zhuǎn)換完成初始化DS18B20應(yīng)答脈沖?發(fā)起ReadScratchpad命令Yes讀取第1、2字節(jié)即為溫度數(shù)據(jù)圖13溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)值程序流程2、顯示程序設(shè)計MAX7219電時，譯碼方式、亮度調(diào)節(jié)、掃描

30、位數(shù)、待機開關(guān)和顯示檢測5個控制寄存器全部清零。對于MAX7219串行數(shù)據(jù)以16位數(shù)據(jù)包白形式從DIN腳用行輸入，在CLK勺每一個上升沿一位一位的送入芯片部16位移位寄存器，而不管LOADM勺狀態(tài)如何。LOA卿必須在第16個上升沿出現(xiàn)的同時或之后，但在下一個CLKt升沿之前變?yōu)楦唠娖?，否則移入的數(shù)據(jù)將丟失。3、鍵盤程序設(shè)計在按鍵的軟件設(shè)計時考慮了按鍵去抖動技術(shù)問題。因為按鍵的無操作抖動很可能影響單片機對按鍵的判斷，因此必須考慮去抖動問題。鍵盤的程序流程圖如圖144、PID控制程序設(shè)計由式2-8可以改寫成:式3-1P(K)=P(K-1)+KpE(K)-E(K-1)+KIE(K)+KdE(K)-2

31、E(K-1)+E(K-2)=P(K-1)+Pp+P+PD根據(jù)式3-1編程，相應(yīng)的程序框圖如圖15所小:圖15PID算法程序流程圖5、主程序流程圖及程序設(shè)計(1)系統(tǒng)主程序流程圖如圖16所示。有了各個功能塊的軟件實現(xiàn)方法，軟件的總體設(shè)計就變得簡單了，軟件設(shè)計中一個重要的思想就是采用模塊化設(shè)計，把一個大的任務(wù)分解成若干個小任務(wù)，分別編制實現(xiàn)這些小任務(wù)的子程序，然后將子程序按照總體要求組裝起來，就可以實現(xiàn)這個大任務(wù)了。這種思路對于可重復(fù)使用的子程序顯得尤為優(yōu)越，因為不僅程序結(jié)構(gòu)清晰，而節(jié)約程序存儲空間。(2)主程序設(shè)計#includeAT89C2051.h”#include<intrins.h

32、>sbitTSOR=P1A7;溫度測試端sbitDIN=P1A2;/MAX7219串行數(shù)據(jù)輸入sbitLOAD=P1A1；/MAX7219裝載數(shù)據(jù)輸入sbitLCK=P1A0；/MAX7219時鐘輸入sbitSCL=P3A2;/AT24C32信號線sbitSDA=P3A3;/AT24C32數(shù)據(jù)線sbitOUT0=P3A4;/控制制冷光耦sbitOUT1=P3A5;/控制加熱光耦sbitweidog=P3A7;/看門狗/*#defineucharunsignedchau;#defineuintunsigneduint;uchartemp1,temp2;/溫度的整數(shù)和小數(shù)預(yù)設(shè)定溫度的百、十、

33、個位和小數(shù)位ucharsetb,sets,setg,setx;/ucharxianb,xians,xiang,xianx;/顯示溫度的百、十、個位和小數(shù)位ucharadd_1,add_10;/ucharcount;/T0中斷計數(shù)ucharpid;/PID數(shù)值bitoutflag;/升溫降溫標(biāo)志位bitalert;/*數(shù)聲明*/voidInitInterupt();/*盤掃描*/ucharkey();/*MAX7219子程序*/voidsend(ucharadd,dat)/*度傳感器子程序*/*voidDelay15();voidDelay60();/voidDelay100ms();/void

34、Write0TS();/voidWrite1TS();/voidReadTS();/voidResetTS();/voidWriteBTS();/voidReadBTS();/延時15us延時60us延時100ms寫DS18B2數(shù)據(jù)位0寫DS18B20：據(jù)位1讀DS18B2數(shù)據(jù)位復(fù)位DS18B20寫1字節(jié)i如字節(jié)voidInitTS();/初始化DS18B20voidGetTempTS();/讀取測得的溫度/*/Voidcompare();/*/voidmain()uchari,j;ucharaa;/PID值sp=0x50;TSOR=1;/1wire總線釋放Delay(500);/延時500m

35、sInitInterupt();/初始化中斷設(shè)置setb=Ox00;sets=Ox02;setg=Ox03setx=Ox05;/預(yù)設(shè)值23.5°Ccount=0;P1=0xff;InitTS();/初始化DS18B20send(Ox0c;Ox01);/send(Ox0b;Ox07);/send(Ox0a;Oxf5);/send(Ox09;Oxff);/while(1)GetTempTS();/i=temp1;if(i>=0xianb=i/100;設(shè)定停機方式掃描7位亮度等級譯碼方式讀取測得的溫度IIi<=100)j=i%100;xians=j/10;xiang=j%10|

36、Ox80;xinx=temp2;send(Ox01;xianb);/send(Ox02;xians);/send(Ox03;xiang);/send(Ox04;xianx);/顯示測得的溫度send(Ox05;setb);/send(Ox06;sets);/Send(Ox07;setg);/send(Ox08;setx);/顯示預(yù)設(shè)定的溫度elsealert=1;警告voidkey();/調(diào)按鍵掃描voidcompare();/調(diào)比較程序if(outflag=1)pid=_a_func();/調(diào)PID算法for(i=0;i<8,i+)/將PID算法值送到輸出口j=aa&Ox01;

37、OUT0=j;/啟動壓縮機工作aa=aa>>1;i+;elseif(outflag=-1)pid=_a_func();for(i=0;i<8,i+)j=aa&Ox01;OUT01=j;/啟動電加熱aa=aa>>1;i+；)elseOUT0=0;/停止壓縮機OUT1=0/停止電加熱*初始化中斷設(shè)置*VoidInitInterupt()TOMD=0x21;/TL1=0xFD;/設(shè)置波特率TH1=0xFD;/PX0=1;/設(shè)置中斷優(yōu)先級EA=1;/中斷允許ES=1;/串行通訊中斷允許PCON=0;/SCON=0x50;/TL0=0x00;TH0=0x4C;/定時

38、50msET0=1;/TR0=1;/啟動定時器0定時器0中斷/*/*Timer0_process()interrupt0using0EA=0;/關(guān)中斷TRO=0;/關(guān)定時器0TL0=0x00;TH0=0x4C;/重置定時常數(shù)count+;if(count=30)/定時累計達1.5d(weidog=0;weidog=1;/輸出看門狗信號)四、設(shè)計小結(jié)經(jīng)過這兩周的課程設(shè)計，使我受益匪淺，不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，比如一些畫電路圖的軟件：protelse99、visio等等。更復(fù)習(xí)到了單片機的知識以及C語言而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在設(shè)計的過程中遇到的問題，也通過各種方式的查資料以及老師、同學(xué)的幫助下一一解決。在這次設(shè)計中老師十分關(guān)心我