溫度控制器的設(shè)計(jì)

1、目錄第一章課程設(shè)計(jì)要求及電路說(shuō)明31.1課程設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)31.2課程設(shè)計(jì)電路說(shuō)明4第二章課程設(shè)計(jì)及結(jié)果分析62.1課程設(shè)計(jì)思想62.2課程設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決辦法62.3調(diào)試結(jié)果分析7第三章課程設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及體會(huì)83.1課程設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)83.2課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)9參考文獻(xiàn)9附錄9第一章課程設(shè)計(jì)要求及電路說(shuō)明第一章課程設(shè)計(jì)要求及電路說(shuō)明1.1 課程設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)溫度控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)：1、設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器電路；（2）根據(jù)性能指標(biāo)，計(jì)算元件參數(shù)，選好元件，設(shè)計(jì)電路并畫出電路圖；（3）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。2、技術(shù)指標(biāo)溫度測(cè)量范圍099°C，精度誤差為0.1°

2、;C；LED數(shù)碼管直讀顯示；溫度報(bào)警指示燈。21.2 課程設(shè)計(jì)電路說(shuō)明1.2.1 系統(tǒng)單元電路組成溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89S51,溫度傳感器采用DS18B20,用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。1.2.2 設(shè)計(jì)電路說(shuō)明主控制器：CPU是整個(gè)控制部分的核心，由STC89C52芯片連同附加電路構(gòu)成的單片機(jī)最小系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理及控制模塊.顯示電路：顯示電路采用4個(gè)共陽(yáng)LED數(shù)碼管，用于顯示溫度計(jì)的數(shù)值。報(bào)警電路：報(bào)警電路由蜂鳴器和三極管組成,當(dāng)測(cè)量溫度超過(guò)設(shè)計(jì)的溫度時(shí),該電路就會(huì)發(fā)出報(bào)警。溫度傳感器：主要由DS18B20芯片組成，用于溫度的采集。時(shí)

3、鐘振蕩：時(shí)鐘振蕩電路由晶振和電容組成，為STC89C52芯片提供穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率。第三章課程設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及體會(huì)第二章課程設(shè)計(jì)及結(jié)果分析2.1 課程設(shè)計(jì)2.1.1 設(shè)計(jì)方案論證與比較顯示電路方案方案一：采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示使用一個(gè)七段LED數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)顯示的方法來(lái)顯示各項(xiàng)指標(biāo)，此方法價(jià)格成本低，而且自己也比較熟悉，實(shí)驗(yàn)室也常備有此元件。方案二：采用LCD液晶顯示采用1602LCD液晶顯示，此方案顯示內(nèi)容相對(duì)豐富，且布線較為簡(jiǎn)單。綜合上述原因，采用方案一，使用數(shù)碼管作為顯示電路。測(cè)溫電路方案方案一：采用模擬溫度傳感器測(cè)溫由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，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(cè)溫度

4、變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，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(cè)溫度顯示出來(lái)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。方案二：采用數(shù)字溫度傳感器經(jīng)過(guò)查詢相關(guān)的資料，發(fā)現(xiàn)在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多數(shù)都是使用傳感器，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20,此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。綜合考慮，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。2.1.2 設(shè)計(jì)總體方案根據(jù)上述方案比較，結(jié)合題目要可以將系統(tǒng)分為主控模塊，顯示模塊，溫度采集模塊和報(bào)警模塊，其框圖如下：主控制器驅(qū)動(dòng)顯示電路<

5、J=>STC89C52DS18B20報(bào)警電路2.1.3 數(shù)字溫度計(jì)的硬件電路設(shè)計(jì)控制電路CPU是整個(gè)控制部分的核心。在考慮經(jīng)濟(jì)性和滿足需求的前提下，本系統(tǒng)選用宏晶公司生產(chǎn)的8位STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。STC89C52是宏晶公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳，它集Flash存儲(chǔ)器既可在線編輯（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編輯及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大STC89C52單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。本次設(shè)

6、計(jì)中，由STC89C52芯片連同附加電路構(gòu)成的單片機(jī)最小系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理及控制模塊，其中，使用P0口作為數(shù)碼管顯示電路數(shù)據(jù)傳輸口，P2.4、P2.5、P2.6分別作為數(shù)碼管的位選接口，P2.0作報(bào)警控制接口，P2.2作DS18B20的總線接口。其電路連接圖如下：溫度傳感器設(shè)計(jì)引腳功能說(shuō)明：VDD:可選電源腳，電源電壓范圍35.5V。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DQ:數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。漏極開路，常態(tài)下高電平。GND:為電源地（1）存貯器DS18B20的存貯器由一個(gè)高速暫存（便箋式）RAM和一個(gè)非易失性、電可擦除EEPROM組成，后者存貯高溫度和低溫度觸發(fā)器TH和TL。暫存存貯器有助于在單

7、線通信時(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)首先寫入暫存存貯器，在那里它可以被讀回。當(dāng)數(shù)據(jù)被校驗(yàn)之后，復(fù)制暫存存貯器的命令把數(shù)據(jù)傳送到非易失性EEPROM。這一過(guò)程確保了更改存貯器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為9字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如3.6圖所示。前2字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息。第3和第4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)刷新。第5字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。其中，低5位一直為1；TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，在DS18B20出廠時(shí)，該位被設(shè)置為0,用戶不要去改

8、動(dòng)；R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來(lái)設(shè)置分辨率。R1R0分辨率/位溫度取大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750DS18B20分辨率TMR1R.U11111配置寄存器位定義高速暫存的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)是前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。溫愷LSB1字節(jié)溫度MSB2字書TH用戶字書13字節(jié)TL陽(yáng)戶字節(jié)24宇節(jié)配迂寄存器于字節(jié)丘字節(jié)了字節(jié)保用$宇書CRC高速暫存RAM結(jié)構(gòu)圖當(dāng)DS18B20接受到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)張的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在暫存

9、RAM的第1、2字節(jié)中。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)是，低位在先，高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.0625°C/LSB形式表示。溫度值格式如圖所示：低字節(jié)：廠|高字節(jié)I§|SISIiISI/I?I?溫度數(shù)據(jù)值格式圖中，S表示符號(hào)位。當(dāng)S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，表示測(cè)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)制值。(2)DS18B20的測(cè)溫原理如圖3.8所示，圖中低溫度系數(shù)振蕩器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(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器

10、2的脈沖輸入。DS18B20測(cè)溫原理圖圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)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)器和溫度寄存器被預(yù)置在-55°C所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值將重新被裝入，并重新開始對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如此循環(huán)，知道減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度計(jì)數(shù)器值的累加，此時(shí)

11、溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。圖中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程的非線形性，直到溫度寄存器達(dá)到被測(cè)溫度值。2.1.4軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。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(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1S進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖所示。主程序流程圖圖3-13讀溫度流程圖讀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(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)

12、換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用Is顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)AM中讀取值進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，Proteus進(jìn)行仿真程序編寫完以后，我們先對(duì)其進(jìn)行仿真，初步驗(yàn)證電路圖和程序的可行性和正確性。Protel99SE軟件Protel99SE5共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)（包含信號(hào)完整性分析）、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號(hào)仿真、PLD設(shè)計(jì)。2.2課程設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決方法2.3結(jié)果分析通過(guò)Proteus進(jìn)行仿真，電路能夠符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。10第三章課程設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及體會(huì)3.1課程設(shè)計(jì)方案

13、特點(diǎn)3.2心得體會(huì)附錄#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar/宏定義sbitdula二P2八7;sbitp35二P2八4;sbitp36=P2"5;sbitdp二PO八7;sbitp37二P2八6;sbitDQ二P2八2;/定義DS18B20總線I/OsbitLING二P2S;/定義響鈴signedcharm;/溫度值全局變量signedcharshangxianD;/上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為99signedcharxiaxian=0;/下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為0ucharcodeLEDD

14、a七8二0乂。0,0乂£9,0乂84,0乂匕0,0乂99,0乂92,0乂82,0乂£8,0乂80,0乂90,0乂彳仁0乂匕竹；/*延時(shí)子程序*/voidDelay(uinti)while(i-);/*初始化DS18B20*/voidInit_DS18B20(void)unsignedcharx=0;DQ=1;/給脈沖信號(hào)Delay(8);/稍做延時(shí)DQ=O;/單片機(jī)將DS18B20總線拉低Delay(80);/精確延時(shí)，大于480usDQ=1;/拉高總線Delay(14);x=DQ;/稍做延時(shí)后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗Delay(20);/*讀一個(gè)字節(jié)*

15、/unsignedcharReadOneChar(void)unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=0;/給脈沖信號(hào)dat>>二1;/右移1位并賦值DQ=1;/給脈沖信號(hào)if(DQ)dat|=0x80;/與0x80位或運(yùn)算Delay(4);return(dat);/*寫一個(gè)字節(jié)*/voidWriteOneChar(unsignedchardat)unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=0;DQ=dat&0x01;Delay(5);DQ=1;dat>>=1;vo

16、idTmpchange(void)/發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令I(lǐng)nit_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);/跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar(0x44);/啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換/*讀取溫度*/unsignedintReadTemperature(void)unsignedchara=0;unsignedcharb=0;unsignedintt=0;floattt=0;Tmpchange();Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);/跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作WriteOneChar(0xBE);/讀取溫度寄存器a=ReadOneChar();/讀低8位b

17、=ReadOneChar();/讀高8位t=b;t<<二8;/左移8位并賦值t=t|a;tt二t*0.0625;t二tt*100+0.5;/放大10倍輸出并四舍五入return(t);/*顯示溫度子程序*/Disp_Temperature()/顯示溫度uinta,b,c,e;e二ReadTemperature();/獲取溫度值a二e/1000;/計(jì)算得到十位數(shù)字b=e/100-a*10;/計(jì)算得到個(gè)位數(shù)字*%100)/10;/計(jì)算得到小數(shù)點(diǎn)后一位m=e/100;if(m>shangxian|m<xiaxian)LING：。；/溫度不在范圍內(nèi)報(bào)警elseLINGH;卩35二0;卩36二0;卩37二0;dulail;P0二LEDDatac;/顯示小數(shù)點(diǎn)后一位dula=0;POPxff;卩35二1;卩36二0;卩37二0;Delay(300);p3