DS18B20溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計電子版本

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。DS18B20溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計-目錄單片機應用系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計說明書一課題名稱3二設(shè)計任務(wù)4三設(shè)計報告撰寫規(guī)范4溫度預警與調(diào)節(jié)系統(tǒng)一系統(tǒng)的總體設(shè)計方案選擇41方案一42方案二4二系統(tǒng)整體主要功能編程實現(xiàn)5溫度預警與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各模塊設(shè)計一單片機最小系統(tǒng)設(shè)計61單片機震蕩電路62單片機電源電路63單片機復位電路74單片機的EA75單片機的的應用程序8二顯示模塊81LCD1602液晶顯示器概述82顯示特性93物理特性94接口定義1151602讀操作時序1161602寫操作時序1171602初始化設(shè)置128數(shù)據(jù)

2、控制13三溫度采集模塊131DS18B20概述132DS18B20工作原理及應用143DS18B20初始化時序圖154DS18B20寫時序圖165DS18B20讀時序圖17四電源模塊18五報警模塊20六設(shè)備模塊21七軟件模塊221函數(shù)定義222延遲函數(shù)設(shè)計223參考程序22八心得體會28九參考文獻29單片機應用系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計說明書一課題名稱溫度預警與調(diào)節(jié)系統(tǒng)二設(shè)計任務(wù)1利用通用1602液晶顯示器顯示當前溫度；2當溫度大于40攝氏度或小于10攝氏度時，利用喇叭進行報警，并啟動熱機加熱或冷機降溫，使溫度恒定在10到40攝氏度的范圍之內(nèi)。三設(shè)計報告撰寫規(guī)范單片機應用系統(tǒng)設(shè)計總結(jié)報告正文，主要含以下

3、內(nèi)容（硬件和軟件各部分內(nèi)容組合撰寫）：1系統(tǒng)總設(shè)計方案（畫出系統(tǒng)原理框圖，方案的論證與比較等內(nèi)容）；2硬件系統(tǒng)分析與設(shè)計（各個模塊或單元電路的設(shè)計，工作原理闡述，參數(shù)計算，元件選擇，利用AltiumDesigner繪制完整的系統(tǒng)電路圖，系統(tǒng)所需的元件清單等內(nèi)容）；3軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計（各功能模塊的程序設(shè)計流程圖與說明，軟件系統(tǒng)設(shè)計，軟件抗干擾措施，完整的程序等內(nèi)容）；4系統(tǒng)仿真調(diào)試與參數(shù)測量（運用proteus單片機仿真軟件進行硬件和嵌入程序的仿真）；5總結(jié)（本課題核心內(nèi)容及使用價值，電路設(shè)計，軟件設(shè)計的特點和選擇方案的優(yōu)缺點，改進方向和意見等）；6列出主要參考文獻與資料。溫度預警與調(diào)節(jié)系統(tǒng)一

4、系統(tǒng)的總體設(shè)計方案選擇1方案一由于本設(shè)計方案主要的任務(wù)是測量溫度，所以首先可以想到使用熱敏電阻之類的感溫元件來測量溫度。原理是將被測溫度的變化而引起電壓或電流的信號采集過來，通過A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)分析和處理，在通過顯示電路就可以將被測量的溫度顯示出來，但是這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路和一些關(guān)于溫度與電阻的對應計算，感溫電路設(shè)計也較麻煩，還存在一定的運算誤差。2方案二從而考慮直接運用集成溫度傳感器DS18B20，這種傳感器采用內(nèi)部集成，可以很容易直接讀取被測量的溫度值，進行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都可以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的擴張，滿足所需要的設(shè)計要求。從以

5、上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，可靠性高，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用方案二。方案二系統(tǒng)主要包括單片機模塊，溫度采集模塊，溫度顯示模塊，溫度限幅模塊及電源模塊，系統(tǒng)總體模塊如圖1所示。單片機模塊溫度限幅電源模塊報警模塊溫度顯示模塊溫度采集模塊設(shè)備啟動圖1溫度傳感器與報警系統(tǒng)框二系統(tǒng)整體主要功能編程實現(xiàn)1整體流程圖：開始初始化溫度采集1602顯示溫度判斷是否達到設(shè)定溫度限幅啟動加熱電機或制冷電機報警否是首先對單片機，1602液晶顯示器和溫度傳感器進行初始化設(shè)置，然后進行時刻溫度檢測，根據(jù)溫度的變化判斷假如溫度大于設(shè)定溫度或小于設(shè)定溫度時產(chǎn)生報警信號并啟動相應的設(shè)備進行降溫或是增溫

6、，使溫度恒定在一個相應的范圍之內(nèi)。溫度預警與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的各模塊設(shè)計一單片機最小系統(tǒng)設(shè)計單片機最小系統(tǒng)的的組成；震蕩電路，電源電路，復位電路，EA及應用程序。1單片機的震蕩電路單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內(nèi)部已集成了振蕩器，晶體振蕩器接18、19腳，如圖2所示。外部時鐘震蕩電路由晶體振蕩器和電容C1，C2構(gòu)成并聯(lián)寫真電路，連接在XTAL1、XTAL2腳兩端。單片機內(nèi)部時鐘電路圖2單片機的電源電路電源電路是必不可少的。單片機使用的是5V的TTL電平，其中正極接40引腳，負極接20引腳。電源電路3單片機復位電路復位電路的目的是使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始

7、狀態(tài)。當單片機的復位引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵后松開，也能使為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復位的操作。復位電路圖如圖所示。復位電路4EA是訪問程序存儲器的控制信號，當EA為低電平時，對ROM的讀操作僅限于在外部的程序存儲器；當EA為該電平時，對的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始的并可延至外部程序存儲器。EA口電路接法應用程序單片機內(nèi)部必須有相應的程序。因為只有在內(nèi)部程序的指引下單片機才能按著預想的工作方式進行工作。單片機最小系統(tǒng)電路圖二顯示模塊1液晶顯示器概述：為液晶顯示器。由于的

8、控制必須使用專門的驅(qū)動電路，且面板的接線需要采用特殊技巧，再加上LCD面便十分脆弱，因此一般不會單獨使用，而是將LCD面板，驅(qū)動電路與控制電路合成LCM模塊一起使用。2顯示特性=1*ALPHABETICA使用5V電源電壓，低功耗，長壽命，高可靠性B內(nèi)置192種字符（160個5*7點陣字符和32個5*10點陣字符）C內(nèi)有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個5*8點陣符號或四個5*11點陣字符D顯示方式：STN，半透，正顯E驅(qū)動方式：1/16DUTY，1/5BIASF視角方向：6點G背光方式：底部LED3物理特性外型尺寸80*36*14單位可視范圍64.6（W）*16.0Hmm顯示容量16字

9、符兩行點尺寸0.55*0.75mm點間距0.08mm4接口定義管腳號符號功能1Vss電源地（GND）2Vdd電源電壓（+5V）3V0LCD驅(qū)動電壓（可調(diào)）4RS寄存器選擇輸入端：RS=0，當MPU進行寫模塊操作，指向指令寄存器；RS=1，無論MPU讀操作還是寫操作，均指向數(shù)據(jù)寄存器5R/W讀寫控制輸入端：讀信號時，高電平有效；寫操作時，低電平有效6E使能信號輸入端，讀操作時高電平有效；寫操作時下降沿有效7-14DB0-DB7數(shù)據(jù)輸入輸出口15A背光的正端（+5V）16K背光的負端051602讀操作時序由圖可知，寄存器選擇輸入端的初始化為低電平首先對其進行拉高使RS=1，為保險起見先將數(shù)據(jù)dat

10、e讀到P0端口，然后調(diào)用延時程序延時5毫秒后將使能端拉高，在延時5毫秒將使能端拉低。讀操作時序：voidread_1602(uchardate)/讀操作時序的程序rs=1;/將寄存器選擇輸入端拉高E=0;P0=date;/將數(shù)據(jù)讀到P0口delay(5);/調(diào)用延時函數(shù)，延時5MSE=1;/將使能端拉高delay(5);/調(diào)用延時函數(shù)，延時5MSE=0;/將使能端拉低61602寫操作時序由圖可知，先將寄存器選擇輸入端拉低，為保險起見先將地址寫入P0口，然后調(diào)用延時程序?qū)⑹鼓芏死撸谘訒r5毫秒后將使能端拉低。voidwrite_1602(ucharaddress)/寫操作時序的程序rs=0;/

11、將寄存器選擇輸入端拉低E=0;P0=address;/將數(shù)據(jù)寫到P0口delay(5);/調(diào)用延時函數(shù)，延時5MSE=1;/將使能端拉高delay(5);/調(diào)用延時函數(shù)，延時5MSE=0;/將使能端拉低71602的初始化設(shè)置：A顯示模式設(shè)置指令碼功能00111000設(shè)置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口顯示開關(guān)及光標設(shè)置指令碼功能00001DCBD=1開顯示；D=0關(guān)顯示C=1顯示光標；C=0不顯示光標B=1光標閃爍；B=0光標不顯示000001NSN=1當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光標加一；N=0當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標減一；S=1當寫一個字符，整屏顯示左移（N=1）

12、或（N=0），已得到光標不移動而屏幕移動的效果；S=0當寫一個字符，整屏顯示不移動初始化程序：voidinit()/初始化程序E=0;/初始化時E為低電平write_1602(0 x38);/顯示模式設(shè)置delay(2);/調(diào)用延時函數(shù)延時2毫秒write_1602(0 x0c);/delay(2);write_1602(0 x06);delay(2);8數(shù)據(jù)控制控制器內(nèi)部設(shè)有一個數(shù)據(jù)地址指針，用戶可通過他們來訪問內(nèi)部的全部80字節(jié)RAM，數(shù)據(jù)指針設(shè)置如下指令碼功能80H+地址碼（0-27H，40H-67H）設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針其中80H到80H+0FH，80H+40H到80H+40H+0FH為可

13、顯示區(qū)域,其余為不可顯示，可以通過移屏指令將其移出顯示。三溫度采集模塊概述：溫度采集模塊使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進行溫度采集，簡化了使用電爐實現(xiàn)采集的麻煩，并且提高了溫度檢測的可靠性和穩(wěn)定性。DS18B20是美國Dallas半導體公司繼DS1820之后新推出的一種改進型智能溫度溫度傳感器。與一般熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測的溫度。DS18B20是支持一線總線接口的溫度傳感器，對DS18B20讀出或者寫入信息僅需要一條線路。它支持的溫度測量范圍為負55攝氏度到正125攝氏度，支持電壓為3V到5.5V的電壓范圍。它具有體積小，可靠性高，更靈活等優(yōu)點。根據(jù)DS18B20技術(shù)參數(shù)，溫度采集

14、模塊電路設(shè)計如圖所示。DS18B20的3號引腳采用+5V電源供電，1號引腳接地，2號數(shù)據(jù)傳輸端引腳接單片機P22端口DS18B20溫度傳感器電路連接圖DS18B20的工作原理及應用DS18B20的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成與一個芯片之上，從而抗干擾能力強。其中一個工作周期可分為兩個部分即溫度檢測與數(shù)據(jù)處理部分。它的三種形態(tài)的存儲器資源，分別為：ROM只讀存儲器，用于存放DS18B20編碼共六十四位，前八位為校驗位后四十八位為芯片唯一序列號，最后八位是以上五十六位的冗余校驗，由廠家設(shè)置，用戶不能更改。主要常用指令：A讀ROM的指令為33H（只有一個芯片時）,即單總線時；B指定配置芯片的指令為5

15、5H（多個芯片）;C搜索芯片為FOH；D跳躍ROM為CCH;E搜索報警芯片為ECH.RAM數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，他共有9個字節(jié)的RAM，分別為第一二個事溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第三四個是用戶EEPROM（常用于溫度報警值存儲）的鏡像。第5個字節(jié)則是用戶的第三個EEPROM的鏡像。第六七八個字節(jié)為計數(shù)器寄存器，未了更高的分辨率設(shè)置。第九個字節(jié)為前面字節(jié)的冗余校驗。主要指令表：A向RAM寫數(shù)據(jù)用4EH，這是向RAM中寫入數(shù)據(jù)的指令，隨后寫入的兩個字節(jié)將被存放在報警和。寫入過程中可以用復位信號中止寫入。B從RAM中讀數(shù)據(jù)用BEH，由高地址向低地址，允許用復位信號中止讀

16、取，即可以不讀取后面不需要的字節(jié)以減少讀取時間。C溫度轉(zhuǎn)換用44H,收到此指令后芯片將進行一次溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的溫度值放到RAM的第一二地址。此后由于芯片忙于轉(zhuǎn)換，當控制器發(fā)出讀控制間隙時總線輸出0，完成存儲工作時輸出1.齊聲工作方式時發(fā)出此指令后立刻用上拉并保持至少500毫秒，維持芯片工作。D工作方式切換指令B4H，此指令發(fā)出后發(fā)出讀時間間隙，芯片會返回他的電源狀態(tài)字，“0”為寄生電源“1”為外部電源。3DS18B20初始化時序圖：初始化時序圖起初將單總線DQ拉高，稍微延時一小段時間，將DQ拉低然后保持拉低時間大于480微秒小于960微秒，然后再將其拉高，之后尤其自行拉低并延時，本來需要對D

17、Q進行判斷其是否初始化成功假如成功則DQ=0，如果失敗則DQ=1，這里默認其成功初始化。初始化程序：voidinit_18b20()DQ=1;/開始DQ為高電平_nop_();稍微延時_nop_();DQ=0;/將DQ拉低Delay1(100);/延時大于480微秒小于960微秒_nop_();稍微延時_nop_();DQ=1;/將DQ拉高_nop_();_nop_();delay1(15);DQ=1;4DS18B20寫時序圖由上圖可知，要將數(shù)據(jù)的每位寫入，必須通過移位，一位一位的寫入，首先將DQ拉低，然后按著時序圖相應延時，如寫入01010111，首次與0X01相與寫入1，然后移位變成001

18、01011然后又寫入1，然后移位變成00010101依次類推，最終寫入01010111.寫操作程序：voidwrite_18b20(uchardat)uchari;for(i=0;i=1;/通過循環(huán)分別將八位循環(huán)delay1(25);5DS18B20的讀操作時序:由上圖可知，其操作過程與寫基本類似，也是分八次將數(shù)據(jù)讀出，故寫出的讀操作程序如下讀操作程序：ucharread_18b20()uchari,dat=0;for(i=0;i=1;DQ=1;_nop_();_nop_();if(DQ)dat|=0 x80;delay1(25);DQ=1;returndat;四電源模塊單片機使用的是5V的T

19、TL電平，故如果想是單片機正常工作需要一個5V的穩(wěn)壓電源并為揚聲器提供一個12V電源，電路圖如圖所示為了使制冷機和加熱機正常工作需要向其提供相應的工作電壓，所需電路圖如圖所示：交流側(cè)的電阻電容為交流則過電壓保護裝置，由于變壓器的感抗的滯后作用使電流要滯后電壓90度，當拉閘時電壓為0而電流卻得到最大值，這樣將使變壓器二次側(cè)產(chǎn)生過電壓，有點容后過電壓向電容充電，使電壓減小，但是卻又引入了有感抗和電容組成的LC震蕩電路，從而產(chǎn)生高頻信號，向電容串聯(lián)電阻后可以有效抑制LC振蕩電路。電機啟動時不能直接啟動，這里不采用硬件方式使其低壓啟動，而通過軟件的辦法使其正常啟動。電容電阻值的計算：C=173200*

20、I*s/f/Ul;R=0.17Ul/s/l;Ul-網(wǎng)側(cè)線電壓；f-電源頻率；s-變壓器勵磁電流對額定電流的標幺值，一般為0.0020.005；I-閥側(cè)線電流。電機勵磁線圈電路：由于電機啟動需要達到他的額定磁通，電動機才能正常順利的啟動。勵磁電路五報警模塊在溫度變化的過程中假如被測的溫度超過了所設(shè)定的溫度，單片機將采集到該信號，然后經(jīng)過識別將信號變化作出相應的變化，使P22端口產(chǎn)生一個高電平信號，此高電平大于三極管的基極和發(fā)射極間的管壓降，使集電極和發(fā)射極導通，從而驅(qū)動揚聲器發(fā)出報警聲，使我們感覺到。由于管壓降大約為0.7V，輸出電壓為5V，單片機輸出電流大約為12毫安，故可以估算出該分壓電阻大

21、約為4.7K。所以作出如下電路圖：報警電路圖六設(shè)備啟動模塊:通過控制MOSFET的通斷來控制設(shè)備電機的運行，MOSFET的工作頻率越來越高，國外國家的使用頻率接近或超過1MHZ，我國目前已達2050KHZ，為縮短與發(fā)達國家的差距，提高工作頻率尤為重要。MOSFET的驅(qū)動電路設(shè)計提高了MOSFET的工作頻率具有舉足輕重的作用，此設(shè)計過程堅持簡單經(jīng)濟實惠原則，得到下圖驅(qū)動電路：設(shè)備驅(qū)動電路圖七軟件設(shè)計一定義函數(shù)#include#include#defineucharunsignedchar/聲明#defineuintunsignedintUcharcodetable=0 x30,0 x31,0 x

22、32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37,0 x38,0 x39;/液晶顯示器幾個數(shù)字代碼sbitrs=P20;/幾個管腳的聲明sbitE=P21;sbitDQ=P27;sbitspeak=P22;sbitre=P10;sbitleng=P13;uchartemp;二延遲函數(shù)設(shè)計：1毫秒級子函數(shù)設(shè)計：voiddelay(uintms)uchari;while(ms-)for(i=110;i0;i-);2微秒級延遲函數(shù)設(shè)計：voiddelay1(ucharus)While(us-);三參考程序：#include#include#defineucharunsignedcha

23、r#defineuintunsignedintucharcodetable=ysuniversity;ucharcodetable1=0 x30,0 x31,0 x32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37,0 x38,0 x39;ucharcodetable2=temperature:;sbitrs=P20;sbitE=P21;sbitDQ=P27;sbitspeak=P22;sbitre=P10;sbitleng=P12;uchartemp;voiddelay(ms)uchari;while(ms-)for(i=110;i0;i-);voiddelay1(us)whi

24、le(us-);voidwrite_1602(ucharaddress)/寫操作時序的程序rs=0;/將寄存器選擇輸入端拉低P0=address;/將數(shù)據(jù)寫到P0口delay(5);/調(diào)用延時函數(shù)，延時5MSE=1;/將使能端拉高delay(5);/調(diào)用延時函數(shù)，延時5MSE=0;/將使能端拉低voidread_1602(uchardate)/讀操作時序的程序rs=1;/將寄存器選擇輸入端拉高P0=date;/將數(shù)據(jù)讀到P0口delay(5);/調(diào)用延時函數(shù)，延時5MSE=1;/將使能端拉高delay(5);/調(diào)用延時函數(shù)，延時5MSE=0;/將使能端拉低voidinit_1602()/初始化

25、程序E=0;/初始化時E為低電平write_1602(0 x38);/顯示模式設(shè)置delay(2);/調(diào)用延時函數(shù)延時2毫秒write_1602(0 x0c);/delay(2);write_1602(0 x06);delay(5);write_1602(0 x01);voidinit_18b20()DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0;delay1(100);/精確延時大于480微秒小于960微秒_nop_();_nop_();DQ=1;_nop_();_nop_();delay1(15);DQ=1;voidwrite_18b20(uchardat)uchari;for(i=0

26、;i=1;delay1(25);ucharread_18b20()uchari,dat=0;for(i=0;i=1;DQ=1;_nop_();_nop_();if(DQ)dat|=0 x80;delay1(25);DQ=1;returndat;ucharread_temperature()/讀取溫度uchara,b;init_18b20();write_18b20(0 xcc);write_18b20(0 x44);/啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(10);init_18b20();write_18b20(0 xcc);write_18b20(0 xbe);a=read_18b20();/裝溫度的低字節(jié)b=read_18b20();/裝溫度的高字節(jié)b4;returnb;voidmain()ucharshi,ge,i,j;init_1602();write_1602(0 x01);delay(30);while(1)temp=read_temperature();if(temp=40)for(i=16;i0;i-)leng=leng;leng=1;shi=temp/10;ge=temp%10;for(i=0;i0