基于單片機(jī)的電阻爐溫控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明

1、 PAGE59 / NUMPAGES67 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目名稱：基于單片機(jī)的電阻爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校

2、要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳荨Ｗ髡吆灻?日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了

3、解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 與格 不與格4、研究方法的

4、科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 優(yōu) 良 中 與格 不與格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格建議成績(jī)：優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級(jí)前的畫“”）指導(dǎo)教師：

5、（簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格建議成績(jī)：優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級(jí)前的畫“”）評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）與教學(xué)系意見

6、教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、對(duì)答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平

7、優(yōu) 良 中 與格 不與格評(píng)定成績(jī)：優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級(jí)前的畫“”）教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見：系主任： （簽名）年 月 日摘 要溫度控制是工業(yè)對(duì)象中主要的控制參數(shù)，它的控制系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)屬性屬于純滯后環(huán)節(jié)，比如機(jī)械、食品、化工等工業(yè)中，各種加熱爐、反應(yīng)爐等被廣泛使用。它對(duì)工件的處理溫度要嚴(yán)格控制。本論文主要是以圍繞電阻爐為研究對(duì)象的設(shè)計(jì)。此溫度控制系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)處理模塊、溫度傳感器模塊、溫度控制和溫度顯示模塊。溫度傳感器采用了數(shù)字溫度傳感器，將采樣的結(jié)果由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的爐溫度進(jìn)行計(jì)算，控制PWM方波，由此來控制可控硅

8、的通與斷來調(diào)節(jié)電熱絲的加熱功率，從而可以讓水的溫度迅速達(dá)到預(yù)定值并且保持不變。關(guān)鍵詞:電阻爐、AT89C51、溫度控制系統(tǒng)、單片機(jī)目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3251879911 .概述HYPERLINK l _Toc3251879921.1研究課題的意義 PAGEREF _Toc325187992 h 1HYPERLINK l _Toc32518799412主要性能指標(biāo) PAGEREF _Toc325187994 h 2HYPERLINK l _Toc3251879951.3主要工作任務(wù) PAGEREF _Toc325187995 h 2HYPER

9、LINK l _Toc3251879962 .系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和工作原理HYPERLINK l _Toc3251879972.1系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc325187997 h 22.2 工作原理2.3 爐溫控制系統(tǒng)的原理HYPERLINK l _Toc3251880073系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)HYPERLINK l _Toc3251880083.1STC89C52構(gòu)成的最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc325188008 h 7HYPERLINK l _Toc3251880093.1.1 晶振回路 PAGEREF _Toc325188009 h 7HYPERLINK l _Toc325188010

10、3.1.2 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc325188010 h 8HYPERLINK l _Toc3251880113.2溫度傳感器模塊 PAGEREF _Toc325188011 h 8HYPERLINK l _Toc3251880123.2.1溫度傳感器DS18B20概述 PAGEREF _Toc325188012 h 8HYPERLINK l _Toc3251880133.2.2溫度傳感器模塊的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188013 h 10HYPERLINK l _Toc3251880153.3報(bào)警電路與電源電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188015 h

11、11HYPERLINK l _Toc3251880163.4按鍵電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188016 h 12HYPERLINK l _Toc3251880173.4.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理 PAGEREF _Toc325188017 h 12HYPERLINK l _Toc3251880183.4.2矩陣鍵盤兩種掃描方式 PAGEREF _Toc325188018 h 13HYPERLINK l _Toc3251880203.5顯示電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188020 h 13HYPERLINK l _Toc3251880213.5.1 LCD1602簡(jiǎn)

12、介 PAGEREF _Toc325188021 h 13HYPERLINK l _Toc3251880223.5.2 LCD1602管腳功能介紹 PAGEREF _Toc325188022 h 14HYPERLINK l _Toc3251880233.5.3溫度顯示模塊電路圖 PAGEREF _Toc325188023 h 17HYPERLINK l _Toc3251879983.6 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325187998 h 33.7 控制執(zhí)行單元設(shè)計(jì)HYPERLINK l _Toc3251880403.8繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188040 h

13、22HYPERLINK l _Toc3251880413.8.1 固態(tài)繼電器的分類與工作原理 PAGEREF _Toc325188041 h 22HYPERLINK l _Toc3251880423.8.2固態(tài)繼電器的硬件連接圖 PAGEREF _Toc325188042 h 24HYPERLINK l _Toc3251880434 .系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)HYPERLINK l _Toc3251880444.1 主程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188044 h 25HYPERLINK l _Toc3251880454.2 液晶顯示模塊 PAGEREF _Toc325188045 h 26

14、HYPERLINK l _Toc3251880484.3溫度模塊軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188048 h 27HYPERLINK l _Toc3251880494.3.1 DS18B20測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的讀取程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188049 h 27HYPERLINK l _Toc3251880504.3.2 DS18B20溫度讀取流程 PAGEREF _Toc325188050 h 32HYPERLINK l _Toc3251880514.4中斷服務(wù)函數(shù) PAGEREF _Toc325188051 h 33HYPERLINK l _Toc3251880524.5上

15、位機(jī)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc325188052 h 345.裝置硬件介紹5.1處理器部分 355.1.1關(guān)于AT89C52的說明405.1.2外部引腳的功能 42HYPERLINK l _Toc3888497415.2關(guān)于8155部分HYPERLINK l _Toc3888497425.2.1 關(guān)于8155的說明38HYPERLINK l _Toc3888497435.2.2外部管腳功能40HYPERLINK l _Toc3888497445.2.3 8155的工作方式與基本操作41HYPERLINK l _Toc3251880536.系統(tǒng)抗干擾措施HYPERLINK l _Toc3

16、251880546.1軟件抗干擾措施47HYPERLINK l _Toc325188055結(jié)束語(yǔ)48致 .HYPERLINK l _Toc325188056參考文獻(xiàn)48HYPERLINK l _Toc325188058附錄A 系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc325188058 h 49HYPERLINK l _Toc325188060附錄B 系統(tǒng)總程序501 概述1.1 課題研究的意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)囟瓤刂葡到y(tǒng)的精度、穩(wěn)定性等的要求越來越高，控制系統(tǒng)也千變?nèi)f化。如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造等諸多領(lǐng)域中，人們需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐

17、和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制等等。而且在我們的日常生活中也使用微波爐、電阻爐、電熱水器、空調(diào)等家用電器，溫度與我們都相關(guān)?？梢姕囟瓤刂齐娐窂V泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，所以對(duì)溫度進(jìn)行控制是非常有必要和有意義的。并隨著電爐廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)， 其溫度控制通常采用模擬或數(shù)字調(diào)節(jié)儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)，但存在著某些固有的缺點(diǎn)。為適應(yīng)以上現(xiàn)實(shí)需要有必要設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的性能良好、 操作方便的溫度控制系統(tǒng)。1.2主要性能指標(biāo)根據(jù)生活環(huán)境，設(shè)計(jì)本產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)為：= 1 * GB3測(cè)溫圍：0+99.9。= 2 * GB3溫度測(cè)量精度：在085時(shí)精度為0.5。= 3 * GB3可設(shè)置上限報(bào)警值，當(dāng)溫度超限時(shí)，發(fā)出報(bào)

18、警信號(hào)。= 4 * GB3電源工作圍：DC4.55.5V。= 5 * GB3能夠按照設(shè)定的溫度曲線控溫。1.3 主要工作任務(wù)在對(duì)各類溫度傳感器原理介紹的基礎(chǔ)上，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)際的任務(wù)要求，完成溫度傳感器芯片的選型，系統(tǒng)芯片的選擇，設(shè)計(jì)出電源電路、顯示接口電路、鍵盤電路、單片機(jī)與上位機(jī)通信電平轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)設(shè)定的算法計(jì)算出控制量，根據(jù)控制量通過控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制3。2 系統(tǒng)方案選擇和工作原理2.1 系統(tǒng)綜述本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水爐溫度控制系統(tǒng)，主要是介紹了對(duì)水箱溫度的測(cè)控，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示與控制。用DS18B20、STC89

19、C52單片機(jī)與LCD的硬件電路完成對(duì)水溫的實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示，由DS18B20檢測(cè)爐溫度，并在LCD1602中顯示?？刂破魇怯肧TC89C52單片機(jī)，根據(jù)設(shè)定的算法計(jì)算出控制量，根據(jù)控制量通過控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和關(guān)閉從而控制電阻絲的導(dǎo)通時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，而且每片DS18B20都有唯一的產(chǎn)品號(hào)，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測(cè)控系統(tǒng)時(shí)在單線上掛接任意多個(gè)DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫與其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，故不需要

20、額外電源。同時(shí)DS18B20能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)控，溫度顯示，溫度門限設(shè)定，超過設(shè)定的門限值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的功能。而且還要以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通過一根口線與單片機(jī)相連接，再結(jié)合上位機(jī)通信部分來共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測(cè)與控制。2.2 工作原理一個(gè)反饋系統(tǒng)，在干擾的情況下，被控量偏離給定值?？梢酝ㄟ^控制器來抵消干擾的影響。大多數(shù)被控對(duì)象有純滯后現(xiàn)象，所以就采用反饋控制來提高精度和系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2.3 爐溫控制系統(tǒng)的原理我設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)是以AT8951為核心，并囊括了數(shù)碼顯示管、報(bào)警、鍵盤以與轉(zhuǎn)換電路等，該控制系統(tǒng)采用鉑電阻測(cè)

21、量入口溫度與出口溫度。經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)與設(shè)計(jì)溫度比較，其偏差經(jīng)運(yùn)算后輸出，控制晶體管三相調(diào)功模塊通斷時(shí)間的不同以此來控制電熱元件的時(shí)間，由此來控制加熱電阻的加熱溫度。 控制系統(tǒng)控制繼電器的姐通與斷開控制加熱電阻絲是否工作,從而來控制溫度。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 STC89C52構(gòu)成的最小系統(tǒng)STC89C52是一種高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。該器件采用ATEML非易失存的技術(shù)制造，可以和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51和80C52指令集、輸出管腳相兼容。因?yàn)榘讯喙δ?位CPU與閃速存組合在單個(gè)芯片中，所以AT89C52是一種高效的微控制器，為許多嵌

22、入式控制系統(tǒng)創(chuàng)造了一種靈活性高的方式。它具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k Flash，512 RAM， 32 位I/O 接口線，置4KB EEPROM，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)和全雙工串行口。3.1.1 晶振回路為STC89C52單片機(jī)正常工作需要的時(shí)鐘電路創(chuàng)造穩(wěn)定的工作頻率這是晶振回路的目的。根據(jù)STC89C52對(duì)單片機(jī)時(shí)鐘周期的要求，回路要求的頻率是11.0592MHz。晶振回路電容、瓷諧振器晶振兩部分組成。擔(dān)當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘源。他部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，這個(gè)放大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL1與XTAL0,在XTAL1和XTAL0端口接上時(shí)鐘電源即

23、可構(gòu)成時(shí)鐘電路。本設(shè)計(jì)中采用部時(shí)鐘產(chǎn)生方式。在XTAL0和XTAL1兩端跨接晶振，和部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。他發(fā)出的時(shí)鐘脈沖可以直接送入單片機(jī)定的時(shí)控制各部件。電容C2和C1對(duì)頻率有微調(diào)整作用。電容C2和C1應(yīng)安裝在單片機(jī)芯片旁邊，為了減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。晶振電路如圖3-1所示圖3-1 晶振電路3.1.2 復(fù)位電路電路正常工作需要供電電源為5V5%，即4.855.25V。因?yàn)槲C(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，所以在電源上電時(shí)，只有VCC超過4.75V且低于5.25V以與晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才可以被撤除，微機(jī)電路才能開始正常工作。復(fù)位電路第二功能

24、是手動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平，一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。復(fù)位電路如圖3-2所示：圖3-2復(fù)位電路3.2溫度采集模塊的硬件設(shè)計(jì)3.2.1溫度傳感器DS18B20概述溫度傳感器是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，型號(hào)有很多，數(shù)字式溫度傳感器常用的有DS18B20等。此設(shè)計(jì)采用的是DS18B20。DS18B20是一種一線式數(shù)字溫度傳感器，也是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器, 在其部使用了在板(ON-BOARD)專利技術(shù)。被測(cè)溫度用擴(kuò)展符號(hào)的16位數(shù)字量方式串行輸出，多個(gè)D

25、S18B20可并聯(lián)到三根或者兩根線上，CPU只要一根端口線就能和諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口比較少，所以可以節(jié)省大量的引線和邏輯電路。DS18B20部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，主要由四部分組成：溫度傳感器，64位ROM、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH與TL、配置寄存器。DQ為數(shù)字信號(hào)輸入輸出端；GND為電源地；VCC為外接供電電源5。圖3-3 DS18B20部結(jié)構(gòu)框圖DS18B20中的溫度傳感器可以完成對(duì)溫度的測(cè)量，用十六位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/lsb形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。DS18B20主要特性如下：適應(yīng)更寬的電壓圍,電壓圍：3.05.5V,在寄生電源方式下

26、可以由數(shù)據(jù)線供電。獨(dú)一無二的單線接口方式, DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與的雙向通訊。DS18B20可以支持多點(diǎn)組網(wǎng)的功能,多個(gè)DS18B20能并聯(lián)在唯一的三線上,實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫等。3.2.2溫度采集模塊的硬件設(shè)計(jì)當(dāng)DS18B20正在執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換或從高速暫存器EPPROM傳送數(shù)據(jù)時(shí)，工作電流可達(dá)1.5mA，這個(gè)電流可能會(huì)引起連接單總線的弱上拉電阻的不可接受的壓降，這需要更大的電流，而此時(shí)Cpp（寄生電源儲(chǔ)能電容）無法提供，為了保證DS18B20有充足的供電，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝數(shù)據(jù)到EEPROM操作時(shí)，必須給單總線一個(gè)上拉電阻，一般為4.7K的上拉電阻，根

27、據(jù)距離遠(yuǎn)近可以適當(dāng)調(diào)節(jié)阻值，距離近時(shí)減小阻值，但不能低于2.1K，否則DS18B20將無法復(fù)位。其數(shù)據(jù)線DQ端接單片機(jī)P2.2。硬件電路如圖3-4所示。圖3-4 DS18B20接線圖在外部電源供電方式下, DS18B20工作電源由VCC引腳接人, 不存在電源電流不足的問題, 可以保證轉(zhuǎn)換的精度, 同時(shí)在總線上理論可以掛接多個(gè)DS18B20傳感器, 組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。3.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路的功能是指在AT89C52單片機(jī)的控制下達(dá)到聲光報(bào)警或解除報(bào)警的目的。假若單片機(jī)檢測(cè)實(shí)時(shí)溫度大于設(shè)定報(bào)警溫度時(shí)，通過報(bào)警電路向報(bào)警器發(fā)出信號(hào)，聲音報(bào)警電路接收到有效電平后就自動(dòng)發(fā)出預(yù)置的報(bào)警聲，與此同時(shí)報(bào)

28、警指示燈發(fā)出信號(hào)。報(bào)警電路結(jié)構(gòu)如圖所示圖3-5報(bào)警電路接線圖3.3 電源電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)溫度測(cè)量的電源為直流電源。電源是整個(gè)系統(tǒng)的地基，他的穩(wěn)定工作對(duì)整個(gè)以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)的穩(wěn)定工作起著十分重要的作用。STC89C52單片機(jī)與DS18B20溫度傳感器芯片工作電壓圍是DC4.55.5V。為了使系統(tǒng)安全穩(wěn)定的工作，還需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電源電路。+220V的交流電壓需要經(jīng)過變壓器降到15V左右。經(jīng)過橋式整流電路把交流電轉(zhuǎn)變成直流電。然后的電流經(jīng)過穩(wěn)壓器LM7805輸出穩(wěn)定的+5V電壓。VD1和VD3兩個(gè)二極管組成一對(duì)橋臂；因?yàn)槎O管的啟動(dòng)電壓比較小，所以經(jīng)過變壓器的電壓可以使VD1與VD3二極管組成的橋臂

29、在正半周期導(dǎo)通，VD2與VD4 2個(gè)二極管組成的橋臂可在負(fù)半周期導(dǎo)通。穩(wěn)壓器LM7805由三個(gè)管腳組成的串聯(lián)型降壓式電源芯片。Vin是輸入端，Vout輸出端。經(jīng)穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓后，輸出端輸出穩(wěn)定的+5V直流電壓。電源輸出基本不受外輸入變動(dòng)的干擾。穩(wěn)壓器LM7805電源電路設(shè)計(jì)如圖3-6所示。圖3-6電源電路圖3.4按鍵電路設(shè)計(jì)3.4.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于

30、鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也要復(fù)雜一些。列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。3.4.2矩陣鍵盤兩種掃描方式= 1 * GB3行掃描法行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最

31、常見的按鍵識(shí)別方法，介紹過程如下：1)判斷鍵盤中有無鍵按下。將全部行線置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 2)判斷閉合鍵所在的位置。在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。= 2 * GB3高低電平翻轉(zhuǎn)法首先讓P1口高四位為1，低四位為0,。若有按鍵按下，

32、則高四位中會(huì)有一個(gè)1翻轉(zhuǎn)為0，低四位不會(huì)變，此時(shí)即可確定被按下的鍵的行位置。 然后讓P1口高四位為0，低四位為1,。若有按鍵按下，則低四位中會(huì)有一個(gè)1翻轉(zhuǎn)為0，高四位不會(huì)變，此時(shí)即可確定被按下的鍵的列位置。最后將上述兩者進(jìn)行或運(yùn)算即可確定被按下的鍵的位置。方法= 2 * GB3程序更簡(jiǎn)潔，這里使用第二種方法“高低電平翻轉(zhuǎn)法”。硬件連接圖如3-7所示：圖3-7 矩陣鍵盤電路3.5顯示電路設(shè)計(jì)3.5.1LCD1602簡(jiǎn)介液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，因此，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，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器

33、件了。本系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。LCD1602實(shí)物圖如3-8所示：圖3-8 LCD1602實(shí)物圖3.5.2LCD1602管腳功能介紹主要管腳介紹：V0：液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度是最弱的，接地電源時(shí)對(duì)比度是最高的，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生影響，所以可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS：寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時(shí)選擇指令寄存器。R/W：當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E：使能端，當(dāng)E端由高

34、電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。LCD1602控制指令如表3-9所示：表3-2 LCD1602控制指令指令功能清屏清DDRAM和AC值輸入方式設(shè)置設(shè)置光標(biāo)、畫面移動(dòng)方式顯示開關(guān)控制設(shè)置顯示、光標(biāo)與閃爍開、關(guān)光標(biāo)、畫面位移光標(biāo)、畫面移動(dòng)，不影響DDRAM功能設(shè)置工作方式設(shè)置（初始化指令）CGRAM地址設(shè)置設(shè)置CGRAM地址。A5A0=03FHDDRAM地址設(shè)置DDRAM地址設(shè)置讀BF與AC值讀忙標(biāo)志BF值和地址計(jì)數(shù)器AC值寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM讀數(shù)據(jù)從DDRRAM或CGRAM數(shù)據(jù)讀出清屏指令如表3-9所示：表3-3 LCD1602控制指令RS R/WDB7 DB6 DB5 D

35、B4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 0 0 0 0 1開關(guān)控制指令如表3-10所示：表3-10開關(guān)控制指令RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 0 1 D C B開關(guān)控制指令功能：設(shè)置顯示、光標(biāo)與閃爍開、關(guān)。其中：D表示顯示開關(guān)：D=1為開，D=0為關(guān)；C表示光標(biāo)開關(guān)：C=1為開，C=0為關(guān)；B表示閃爍開關(guān)：B=1為開，B=0為關(guān)。光標(biāo)、畫面位移指令如表3-11所示：表3-11 光標(biāo)、畫面位移指令RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 1 S/C R/L * *光標(biāo)、畫面

36、位移指令功能：光標(biāo)、畫面移動(dòng)，不影響DDRAM。其中： S/C=1：畫面平移一個(gè)字符位；S/C=0：光標(biāo)平移一個(gè)字符位；R/L=1：右移；R/L=0：左移。功能設(shè)置指令如表3-12所示：表3-12 功能設(shè)置指令RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 1 DL N F * *功能設(shè)置指令功能：工作方式設(shè)置（初始化指令）。其中：DL=1，8位數(shù)據(jù)接口；DL=0，四位數(shù)據(jù)接口；N=1，兩行顯示；N=0，一行顯示；F=1，511點(diǎn)陣字符；F=0，57點(diǎn)陣字符。讀寫控制時(shí)序如表3-13所示：表3-13讀寫控制時(shí)序R/WRSE功能00下降沿寫指令代碼10高電

37、平讀忙標(biāo)志和AC碼01下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)3.5.3溫度顯示模塊電路圖LCD1602引腳詳解：第1腳：GND為電源第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0是液晶對(duì)比度調(diào)整端，接正極對(duì)比度弱，接負(fù)極時(shí)對(duì)比度高。第4腳：RS是寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW是讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E（或EN）端為使能（enable）端。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。此處為P0口輸出，因?yàn)镻0口的電壓過于微弱，所以添加上拉電阻使其能夠驅(qū)動(dòng)LCD液晶顯示屏。溫度顯示模塊的電路圖如圖3-14所示：圖3-14 溫度顯示模塊電路圖

38、 3.6 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于單片機(jī)的工作電源為+5V，而且底層電路功耗較小。因此在單片機(jī)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用輸出電壓值為固定的集成穩(wěn)壓器，做為穩(wěn)壓器件。這種穩(wěn)壓器只有輸出、輸入和公共引出端三個(gè)端口。它采用三端穩(wěn)壓片7805制作輸出為+5V的電源，為單片機(jī)提供正常的工作電源。三端穩(wěn)壓器由基準(zhǔn)電壓電路、啟動(dòng)電路、取樣比較放大電路、保護(hù)電路與調(diào)整電路等部分組成。此設(shè)計(jì)中采用的直流穩(wěn)壓電路如圖3-15所示，其中7805起到電壓變化作用。圖中極性電容C7、C8被用于儲(chǔ)備功率，當(dāng)電源開關(guān)時(shí)也能起到緩沖的效果。C11與C12用于濾波，在這基礎(chǔ)上，還可以增加二極管D5和D6，分別連接在7805的3、1端與2、

39、3端，與此形成反饋，當(dāng)電路中出現(xiàn)短路德情況時(shí)，能對(duì)電路起到保護(hù)作用。而且，還可以接一個(gè)大約400歐姆的電阻與一個(gè)發(fā)光二極管，目的是為了檢測(cè)電路是否能通電。此設(shè)計(jì)出于簡(jiǎn)化電路，電路系統(tǒng)原理圖如圖3-15所示：圖3-15 電路系統(tǒng)原理圖3.7 控制執(zhí)行單元設(shè)計(jì)控制執(zhí)行單元所完成的功能是根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果而決定的，單片機(jī)對(duì)應(yīng)的I/O輸出高電平或者低電平，控制繼電器的通斷，達(dá)到控制電爐的啟動(dòng)與停止，然而I/O口的輸出電流僅僅為20mA，不能夠驅(qū)動(dòng)繼電器，同時(shí)也為了能提高它的驅(qū)動(dòng)能力與抗干擾能力，就此設(shè)計(jì)了繼電器驅(qū)動(dòng)電路，在此控制電路中是由三極管Q2和電阻R13組成的放大電路，而二極管D2則構(gòu)成泄放回路，

40、以備在系統(tǒng)斷電時(shí)能迅速將繼電器自感電動(dòng)勢(shì)迅速拉低，起到保護(hù)的作用。通過繼電器的閉合控制大功率設(shè)備的開和關(guān)，以此達(dá)到自動(dòng)控制的目的。3.8繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.8.1 固態(tài)繼電器的分類和工作原理固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)電子開關(guān)，由芯片、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和分立元器件組成，采用混合工藝組裝來實(shí)現(xiàn)控制回路和負(fù)載回路的電隔離，由固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，部沒有任何可動(dòng)部件。雖然市場(chǎng)上的固態(tài)繼電器型號(hào)規(guī)格眾多，但是它們的工作原理是相似的。主要是由負(fù)載電路，驅(qū)動(dòng)電路和控制電路三部分組成的。固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路

41、形式。常用的光電耦合器有光-雙向可控硅、光-三極管、光-二極管陣列(光-伏)等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下，形成10MHz的自激振蕩，通過變壓器磁芯將高頻信號(hào)傳遞到變壓器次級(jí)。功能電路可包括檢波整流、過零、保護(hù)、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號(hào)。固態(tài)繼電器原理： 固態(tài)繼電器是一種由固態(tài)電子組件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)，利用電子組件的開關(guān)特點(diǎn)，達(dá)到無火花、無觸電、而能通斷電路的目的，所以又被稱為“無觸點(diǎn)開關(guān)”。相對(duì)于以往的“線圈簧片觸點(diǎn)式”繼電器，SSR中沒有任何可以動(dòng)的機(jī)械零件，具有超越EMR的優(yōu)勢(shì)，如可靠度高、反應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、耐機(jī)械沖擊、具有優(yōu)秀的防潮防霉等特

42、性。這些特點(diǎn)使它在軍事、各種工業(yè)民用電控設(shè)備中廣泛應(yīng)用。固態(tài)繼電器的控制信號(hào)所要的功率很低，所以可以用弱信號(hào)控制強(qiáng)電流。交流型的SSR采用過零觸發(fā)技術(shù)，使得SSR可以安全的用在計(jì)算機(jī)輸出接口，而不會(huì)像EMR那樣產(chǎn)生一系列對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾，更不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重當(dāng)機(jī)。所以會(huì)有DC-AC、AC-AC、AC-DC等型式，它們分別在直流或交流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不可以混用.3.8.2固態(tài)繼電器的硬件連接圖這里使用交流固態(tài)繼電器(ACSSR)，單片機(jī)高電平驅(qū)動(dòng)三極管9014的基極，固態(tài)繼電器的一端接在三極管的發(fā)射極。電路連接圖如3-16所示：圖3-16 串口硬件連接圖4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軟件時(shí)需遵循以下原則：=

43、 1 * GB3容易理解、容易維護(hù)。= 2 * GB3實(shí)時(shí)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化，需要與時(shí)的反饋信號(hào)，做出應(yīng)答。= 3 * GB3準(zhǔn)確。當(dāng)我們控制系統(tǒng)時(shí)，需要精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，以達(dá)到對(duì)溫度優(yōu)越的控制。4.1 主程序的設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)上電復(fù)位后，即進(jìn)入歡迎界面顯示程序，顯示“dian zu lu wen kong zhi xi tong”,按切換鍵可以進(jìn)行溫控1、溫控1時(shí)間、溫控2、溫控2時(shí)間與報(bào)警溫度的設(shè)置，按運(yùn)行鍵啟動(dòng)溫控。主程序的作用是完成溫度的檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果通過LCD1602顯示出來。主程序首先要做初始化，包括DS18B20測(cè)量開始命令的初始化，LCD1602顯示初始化，串口通信初

44、始化等等。4.2 液晶顯示模塊液晶顯示模塊主要完成人機(jī)交互界面的顯示與系統(tǒng)相關(guān)的操作指示。具體能顯示預(yù)設(shè)溫度值、預(yù)設(shè)溫控時(shí)間、當(dāng)前的溫度值。液晶工作流程如圖4-2：液晶驅(qū)動(dòng)函數(shù)寫命令函數(shù)寫數(shù)據(jù)函數(shù)液晶管腳定義溫度讀取顯示子函數(shù)圖4-2 液晶顯示流程圖4.3溫度模塊軟件設(shè)計(jì)4.3.1DS18B20測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的讀取程序設(shè)計(jì)對(duì)爐溫度的檢測(cè)通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)的，在溫度模塊硬件電路的設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)的硬件電路做了設(shè)計(jì)，現(xiàn)在設(shè)計(jì)DS18B20的軟件部分。= 1 * GB3.DS18B20的部數(shù)據(jù)部件1)光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的, 它可以看作是DS18B20的地址序列碼。64

45、位光刻的ROM排列是:開始8位(24H)是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào), 接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào), 最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不一樣, 這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。2)DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量, 以12位轉(zhuǎn)化為例用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供, 以0.0625/LSB的形式表達(dá), 其中S為符號(hào)。如表4-1所示：表4-1 DS18B20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù), 存儲(chǔ)在的兩個(gè)8比特的RAM中, 二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位, 如果

46、測(cè)得的溫度大于0, 這位為0, 只要將測(cè)到的數(shù)值乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度,如果溫度小于0, 這位為1, 測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度。例如+125的數(shù)字輸出為,07D0H,+25.0625 的數(shù)字輸出為,0191H,-25.0625的數(shù)字輸出為,FF6FH -55的數(shù)字輸出為FC90H。= 2 * GB3.單總線協(xié)議單總線協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸, 操作包括數(shù)據(jù)的讀寫和復(fù)位功能。下面對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行具體的介紹。1)總線復(fù)位,首先必須對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，由單片機(jī)給DS18B20單總線至少480Us的低電平信號(hào)，當(dāng)DS18B20接到此復(fù)位信號(hào)后，延時(shí)15-

47、60us，通過總線60-240us來產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說明有單總線器件在線，通信雙方達(dá)成基本協(xié)議。復(fù)位時(shí)序如圖4-3所示。圖4-3 復(fù)位時(shí)序圖2)控制器發(fā)送ROM指令。一旦總線主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答信號(hào)，便可以發(fā)起ROM操作指令。ROM指令為8位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片的64位光刻ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接多少個(gè)DS18B20并做出處理。一般只掛一個(gè)DS18B20時(shí)可以跳過ROM指令。指令表如4-2所示：表4-2 ROM指令表指令代碼功能說明讀ROM 0 x33用于讀出DS18B20集成的64位激光ROM序列號(hào)匹配ROM 0 x55跳過ROM 0 xCC搜索RO

48、M 0 xF0多個(gè)DS18B20在線時(shí), 可用此命令匹配一個(gè)給定序列號(hào)，此后命令就針對(duì)該芯片忽略序列號(hào), 對(duì)所有在線的DS18B20進(jìn)行配置用于讀出在線的DS18B20的序列號(hào)報(bào)警ROM 0 xEC對(duì)溫度超過上限或者下限時(shí)，讀出報(bào)警的DS18B203)DS18B20共有9個(gè)RAM,每個(gè)字節(jié)為8位。第1、2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)值信息，3、4個(gè)字節(jié)是用戶E2PROM(常用于溫度報(bào)警值存儲(chǔ))的鏡像，在上電復(fù)位時(shí)旗幟被刷新。第五個(gè)字節(jié)則是用戶第三個(gè)E2PROM的鏡像。第6、7、8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)器寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9個(gè)字節(jié)為前8個(gè)字節(jié)

49、的CRC碼。E2PROM非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)。RAM與E2PROM結(jié)構(gòu)圖如圖4-4所示。圖4-4 DS18B20 RAM與E2PROM結(jié)構(gòu)圖控制器發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令：在執(zhí)行ROM指令后才能執(zhí)行存指令。在ROM指令發(fā)送給DS18B20之后，緊接著就是發(fā)送存儲(chǔ)器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，見表4-3。表4-3 RAM指令表指令代碼功能說明溫度變換 0 x44啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換最長(zhǎng)750ms讀溫度寄存器 0 xBE讀取溫度寄存器的溫度值寫溫度寄存器 0 x4E發(fā)出部RAM的3、4字節(jié)寫上下限溫度數(shù)據(jù)命令，在該命令后緊跟兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)復(fù)制溫度寄存器 0 x4B將R

50、AM中的3、4字節(jié)數(shù)據(jù)復(fù)制到E2PROM中重調(diào)E2PROM 0 xB8將E2PROM中的數(shù)據(jù)拷貝到溫度寄存器中讀供電方式 0 xB4寄生供電時(shí)，DS18B20發(fā)送“0”；外接電源供電時(shí)，DS18B20發(fā)送“1”4)數(shù)據(jù)處理：DS18B20要求嚴(yán)格的時(shí)序來保證數(shù)據(jù)的完整性。在單線DQ上，存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫“0”、寫“1”、讀“0”、讀“1”幾種信號(hào)類型。數(shù)據(jù)位的讀寫是由讀寫時(shí)序來實(shí)現(xiàn)的。寫時(shí)序：當(dāng)主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平時(shí)，產(chǎn)生時(shí)序，寫時(shí)序分別為寫“0”和寫“1”，時(shí)序圖如下圖所示。在寫數(shù)據(jù)時(shí)序的前15us總線需要是被控制器拉為低電平，而后則將是芯片對(duì)總線數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間，采樣時(shí)間在

51、15-60us，采樣時(shí)間如果控制器將總線拉高則表示寫“1”，如果控制器將總線拉低則表示寫“0”。每一位的發(fā)送都應(yīng)該至少15us的低電平起始位，隨后的數(shù)據(jù)“0”或“1”應(yīng)該在45us完成。整個(gè)位的發(fā)送時(shí)間應(yīng)該保持在60-120us，否則不能保證通信的正常。寫時(shí)序圖如圖4-5所示。圖4-5寫時(shí)序圖讀時(shí)序：該時(shí)序也是必須有主機(jī)產(chǎn)生1us的低電平，表示該時(shí)間的起始。然后在總線被釋放后的15us中DS18B20會(huì)發(fā)送部數(shù)據(jù)位，因此再次15us主機(jī)必須停止把DQ引腳置底，這時(shí)控制如果發(fā)現(xiàn)總線為高電平表示讀數(shù)據(jù)“1”，如果總線為低電平，則表示讀數(shù)據(jù)“0”。每一位的讀取之前都由控制器加一個(gè)起始信號(hào)。圖4-5為

52、讀時(shí)序圖。圖4-5讀時(shí)序圖所有的讀寫時(shí)序至少需要60us且每?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的時(shí)序至少1us的回復(fù)時(shí)間。在寫時(shí)序中，主機(jī)將在拉低總線15us釋放總線，并向DS18B20寫“1”。若主機(jī)拉低總先后能保持至少60us的低電平，則向單總線器件寫“0”。DS18B20僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才產(chǎn)生向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以當(dāng)主機(jī)向DS18B20發(fā)出度數(shù)據(jù)命令后。必須馬上產(chǎn)生時(shí)序，以便DS18B20傳輸數(shù)據(jù)。4.3.2 DS18B20溫度讀取流程單片機(jī)在實(shí)現(xiàn)DS18B20溫度轉(zhuǎn)換和讀取的程序設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格按照其時(shí)序來進(jìn)行，此設(shè)計(jì)中，單總線上只掛接了一個(gè)DS18B20，所以不用對(duì)ROM寄存器進(jìn)行操作，直接跳過ROM，對(duì)RA

53、M寄存器進(jìn)行操作。在單片機(jī)發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，須延時(shí)，以便DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換，在單片機(jī)發(fā)出讀溫度命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序接收DS18B20的發(fā)回來的數(shù)據(jù)。溫度模塊主流程圖如圖4-6所示。溫度讀取子程序跳過讀序列號(hào)操作初始化DS18b20發(fā)起讀暫存器命令跳過讀序列號(hào)讀取溫度高、低位字節(jié)溫度轉(zhuǎn)換將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制延時(shí)等待溫度轉(zhuǎn)換完成返回初始化DS18b20圖 4-6 溫度讀程序流程圖4.4中斷服務(wù)函數(shù)該中斷服務(wù)函數(shù)屬于定時(shí)中斷，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到則賦標(biāo)志位。當(dāng)flag_get=1時(shí)進(jìn)行溫度采集；當(dāng)flag_get1=1時(shí)進(jìn)行溫度比較、時(shí)間比較；當(dāng)second=5時(shí)進(jìn)行上位機(jī)通信；當(dāng)fla

54、g_pid=1時(shí)進(jìn)行pid溫控。中斷函數(shù)流程圖如下所示：溫度采集、串口通信INT0中斷YNYN保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)Ynum=200?YNflag_pid=1？YN溫控PID恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回圖4-7 INT0中斷服務(wù)程序框圖4.5上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)串口通信是MCU跟PC通信經(jīng)常用到的一種通信方式，做界面、寫上位機(jī)程序的編程語(yǔ)言、編譯環(huán)境有不少，諸如VB、VC+，Delphi、LABVIEW等等，不過用VB無疑是最快速最簡(jiǎn)便的，實(shí)現(xiàn)的功能也足夠強(qiáng)大，足以滿足我們的基本需要了。我利用VB寫出了一個(gè)用于數(shù)據(jù)采集的串口上位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和實(shí)時(shí)繪圖。為了方便設(shè)計(jì)，通訊協(xié)議中將采用字符型數(shù)據(jù)（遵循ASCII字符集）進(jìn)行

55、傳輸，一共5個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，下位機(jī)按照從第一字節(jié)到第五字節(jié)的順序以字符型形式發(fā)送數(shù)據(jù)，第一個(gè)字節(jié)是符號(hào)符，第二，三，四字節(jié)分別是百位，十位，和個(gè)位數(shù)字，第五個(gè)字節(jié)是結(jié)束符。軟件程序如下：Dim X As Integer 定義變量x用于記錄數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)Dim y0 As Integer 定義變量y0用于記錄上一次數(shù)據(jù)Dim Y As Integer 定義變量y用于記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)Private Sub Command1_Click() MSComm1 mPort = 4設(shè)置通信端口號(hào)為COM4，這個(gè)要根據(jù)自己所使用的串口而定 MSComm1.Settings = 9600,n,8,1 設(shè)置串口參數(shù)，表示傳輸

56、速率為9600bit/s，沒有奇偶校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位這里串口上位機(jī)的設(shè)置一定要和下位機(jī)一致MSComm1.InputMode = 0接收文本型數(shù)據(jù)，如果設(shè)置為1則以二進(jìn)制的形式取回傳入的數(shù)據(jù)MSComm1.PortOpen = True打開通信端口4True即為打開端口，設(shè)置為False則為關(guān)上端口如果CommPort 屬性設(shè)置為一個(gè)非法端口，則會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤68（設(shè)備無效）Picture1.Scale (0, 1000)-(200, -100)定義Picture1的坐標(biāo)系，左上角坐標(biāo)值 (0, 1000)到右下角坐標(biāo)值(200, -100)Picture1.Line (0, 0)-(

57、200, 0), RGB(0, 0, 255)用RGB顏色（0,0,255）畫出X軸Shape1.FillColor = RGB(0, 255, 0)將指示燈調(diào)整為綠色Timer1.Enabled = True啟動(dòng)Timer1定時(shí)器End SubPrivate Sub Command2_Click()EndEnd SubPrivate Sub Command3_Click()Timer1.Enabled = FaseShape1.FillColor = RGB(255, 0, 0)End SubPrivate Sub Command4_Click()Timer1.Enabled = TrueS

58、hape1.FillColor = RGB(0, 255, 0)將指示燈調(diào)整為綠色End SubPrivate Sub Timer1_Timer() Dim buf$ 定義一個(gè)字符串變量 buf = Trim(MSComm1.Input) 將串口接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀入buf變量中 If Len(buf) 0 And X = 200 Then 判斷緩沖區(qū)是否存在數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)有沒有到達(dá)最大值 Text1.Text = Text1.Text + buf Text1中的數(shù)據(jù)等于原有的數(shù)據(jù)加上新接收的數(shù)據(jù)If buf = A And X A,則本次測(cè)出值無效,放棄本次測(cè)出值,用上次測(cè)出值代替本次測(cè)出值。

59、2、優(yōu)點(diǎn)：不受因偶然因素引起的脈沖干擾的影響。3、缺點(diǎn)：無法抑制那種周期性的對(duì)它干擾，平滑度差。方法二：中位值濾波法1、方法：連續(xù)采樣N次，把N次采樣值按從小到大排列取中間值為本次有效值。2、優(yōu)點(diǎn)：不受因偶然因素引起的脈沖干擾的影響，對(duì)溫度、液位的變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有良好的濾波效果。3、缺點(diǎn)：對(duì)速度、流量等快速變化的參數(shù)不宜。方法三：算術(shù)平均濾波法1、方法：依次取N個(gè)采樣值進(jìn)行平均運(yùn)算，N值較大時(shí)，信號(hào)平滑度比較高，但是靈敏度較差，N值較小時(shí)，信號(hào)平滑度比較低，但是靈敏度比較高。2、優(yōu)點(diǎn)：對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波比較適用，這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值。3、缺點(diǎn)：對(duì)于測(cè)量速度較慢的實(shí)時(shí)控

60、制不適用，比較浪費(fèi)錢。方法四：遞推平均濾波法1、方法：把依次取的N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列，把隊(duì)列的長(zhǎng)度設(shè)為N。每采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)就放入隊(duì)尾,扔掉原隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù).把列出的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,便可獲得新的濾波結(jié)果。2、優(yōu)點(diǎn)：能抑制周期性干擾，平滑度高。3、缺點(diǎn)：靈敏度低；對(duì)出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用比較差，不易消除由脈沖干擾所導(dǎo)致的采樣值偏差，也不適用于脈沖干擾比較強(qiáng)的場(chǎng)合；比較浪費(fèi)錢。結(jié) 束 語(yǔ)本研究課題有軟件和硬件2部分。在硬件電路部分中采用了STC89C51作為系統(tǒng)的核心部件，軟件部分則用C語(yǔ)言編寫。在具體操作過程中，采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫度控制，采用PID算法控制精度，在操作過程中有好多