溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

閩南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGE45PAGE1緒論隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決[1]文中要有參考文獻(xiàn)的引用標(biāo)記，上標(biāo)。。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點(diǎn)是溫度波動(dòng)范圍大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時(shí)間比例來達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。文中要有參考文獻(xiàn)的引用標(biāo)記，上標(biāo)。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。

1溫度控制及單片機(jī)發(fā)展歷程溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有著較大的差距。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少[2]按順序標(biāo)注[1][2][3]……[10]按順序標(biāo)注[1][2][3]……[10]……單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣[3]。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTELi960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。1.1課題背景及研究意義近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。1.2課題的設(shè)計(jì)目的1.鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決工業(yè)控制的能力。2.培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力。3.通過對課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機(jī)用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。1.3課題的主要工作本課題的溫度傳感器DS18B20，此傳感器課讀取被測量溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。主要工作研究重點(diǎn)是設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的數(shù)字溫度測量及報(bào)警系統(tǒng)。利用數(shù)字溫度傳感如下：1.測溫范圍－55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃。2.精度誤差小于1℃。3.LCD1602液晶顯示。4.兩路溫度測量及報(bào)警功能。5.實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示蜂鳴器及LCD發(fā)光二極管。1.4本文研究內(nèi)容電子溫度計(jì)采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導(dǎo)體，熱敏電阻等），將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變化和電信號的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，一定的曲線關(guān)系等，這個(gè)電信號可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號再送給處理單元，如單片機(jī)或者PC機(jī)等，處理單元經(jīng)過內(nèi)部的軟件計(jì)算將這個(gè)數(shù)字信號和溫度聯(lián)系起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，如25.0攝氏度，然后通過顯示單元，如LED，LCD或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了電子溫度計(jì)的基本測溫功能。本文是基于AT89S51單片機(jī)，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，利用DS18B20不需要A/D轉(zhuǎn)換，可直接進(jìn)行溫度采集顯示，報(bào)警的電子溫度計(jì)設(shè)計(jì)。包括傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等組成。

2系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)2.1電子溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證由于本設(shè)計(jì)是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，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，就可以將被測溫度顯示出來，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。進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，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溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。2.2總體設(shè)計(jì)框圖溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1所示，控制器采用單片機(jī)AT89C52，溫度傳感器采用DS18B20，LCD1602實(shí)現(xiàn)溫度顯示。LCD1602顯示模塊AT89C52LCD1602顯示模塊AT89C52單片機(jī)時(shí)鐘震蕩電路溫度檢測電路溫度門限報(bào)警電路溫度檢測電路溫度門限報(bào)警電路圖2.1總體設(shè)計(jì)框圖2.2.1主控制器單片機(jī)AT89C52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。AT89C52單片機(jī)芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引腳與Intel公司的8052兼容；2）4KB片內(nèi)在系統(tǒng)可編程FLASH程序存儲器；3）時(shí)鐘頻率為0~33MHZ；4）128字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）；5）6個(gè)中斷源，2級優(yōu)先級；6）2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器；7）全雙工串行通信接口；8）監(jiān)視定時(shí)器；9）兩個(gè)數(shù)據(jù)指針；2.2.2LCD1602顯示模塊顯示電路采用LCD1602顯示模塊，接P0口。LCD1602主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符芯片工作電壓:4.5—5.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明：LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表2.1所示[4]：表2.1引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，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：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。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為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，LCD1602顯示模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。LCD1602的指令說明及時(shí)序LCD1602顯示模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表2.2所示[5]：表2.2控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容LCD1602顯示模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（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：光標(biāo)移動(dòng)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(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F：低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM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(shí)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)。與HD44780相兼容的芯片基本操作時(shí)序表如表2.3所示[6]。表2.3基本操作時(shí)序表讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0—D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0—D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0—D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0—D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無讀寫操作時(shí)序如圖2.2和圖2.3所示：圖2.2讀操作時(shí)序圖2.3寫操作時(shí)序LCD1602的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表LCD1602液晶顯示模塊是一個(gè)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(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖2.4是LCD1602的內(nèi)部顯示地址。圖2.4LCD1602內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個(gè)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(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B(40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，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(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。2.2.3溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：

●獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信，無須經(jīng)過其它變換電路；

●多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；

●內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM；

●可通過數(shù)據(jù)線供電，內(nèi)含寄生電源，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；

●零待機(jī)功耗；

●溫度以９或１２位數(shù)字；

●用戶可定義報(bào)警設(shè)置；

●報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；

●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；●測溫范圍為-55℃-+125℃，測量分辨率為0.0625℃①采用單總線專用技術(shù)，

DS18B20采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.5所示[7]。圖2.5DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位ROM的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個(gè)器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限。

DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖2.6所示。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度LSB溫度MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留CRC

圖2.6DS18B20字節(jié)定義由下面表2.4可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存RAM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)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(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位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示。當(dāng)符號位S=0時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位S=1時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表2.4DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若T＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索[8]。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20的測溫原理是這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)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(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。表2.5一部分溫度對應(yīng)值表溫度/℃二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100000191H+10.125000000001010000100A2H+0.500000000000000100008H000000000000010000000H-0.51111111111110000FFF8H-10.1251111111101011110FF5EH-25.06251111111001101111FE6FH-551111110010010000FC90H

2.3系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì)2.3.1主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，單片機(jī)主板電路如圖2.7所示：圖2.7單片機(jī)主板電路2.3.2顯示電路顯示電路只用P0口，采用LCD1602顯示模塊。圖2.8溫度顯示電路2.3.3溫度采集電路通過DS18B20電路可以對溫度進(jìn)行采集，根據(jù)圖2.9所示：圖2.9溫度采集電路

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1主程序設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊[9]。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。主程序流程見圖3.1。開始開始初始化初始化判斷溫度是否在設(shè)定范圍內(nèi)判斷溫度是否在設(shè)定范圍內(nèi)否是綠燈亮正常綠燈亮正常紅燈亮報(bào)警顯示溫度顯示溫度結(jié)束結(jié)束圖3.1主程序流程圖3.2DS18B20初始化DS18B20初始化流程圖見圖3.2。圖3.2DS18B20初始化流程圖3.3數(shù)據(jù)測試將溫度傳感器與冰水混合物接觸，經(jīng)過充分?jǐn)嚢柽_(dá)到熱平衡后調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使顯示讀數(shù)為0.00（標(biāo)定0℃）；利用氣壓計(jì)讀出當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)，并根據(jù)大氣壓強(qiáng)和當(dāng)?shù)刂亓铀俣扔?jì)算出當(dāng)時(shí)的實(shí)際壓強(qiáng)；根據(jù)沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的關(guān)系查出沸點(diǎn)溫度[10]。把溫度傳感器放入沸水中，待顯示讀數(shù)穩(wěn)定后重新調(diào)節(jié)，使顯示器顯示讀數(shù)等于當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)沸點(diǎn)溫度后工作結(jié)束。該溫度計(jì)的量程為-55℃～125℃，讀數(shù)精度為0.5℃，實(shí)際使用一般在0℃～100℃。采用0℃～50℃和50℃～100℃的精密水銀溫度計(jì)作檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)計(jì)的溫度計(jì)進(jìn)行測試，其結(jié)果表明能達(dá)到該精度要求。3.4仿真結(jié)果設(shè)置溫度上限為28.5度，溫度下限為23.5度。1.如圖3.3所示。此時(shí)溫度時(shí)24度和25度，正常范圍內(nèi)，綠燈亮，溫度正常。圖3.3仿真12.如圖3.4所示。此時(shí)溫度為24度和22度，由于22度低于下限溫度，紅燈閃亮，蜂鳴器響，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。圖3.4仿真23.如圖3.5所示。此時(shí)溫度為25度和30度，30度不在所設(shè)范圍內(nèi)，紅燈閃亮，報(bào)警。圖3.5仿真3

結(jié)論將本文設(shè)計(jì)的電子溫度計(jì)制作成實(shí)物，只要開機(jī)運(yùn)行則能立即監(jiān)測所測對象的溫度，測量范圍較大，制作成本低，程序運(yùn)行穩(wěn)定。不過受限于八位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度不夠，在測量范圍內(nèi)最小僅能分辨2℃溫差，很難滿足一些高精度測量。為此可以改用12位甚至更高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器以提高溫差分辨率，滿足更高的測試要求。

致謝本論文是在老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。陳老師淵博學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度及隨和的為人給我留下了難以忘懷的印象，這將使我受益終身。在此我由衷地感謝陳老師對我們的幫助，也非常感謝系領(lǐng)導(dǎo)對我們的關(guān)懷。

參考文獻(xiàn)至少10篇，按照這個(gè)格式寫[1]黃維翼．單片機(jī)應(yīng)用與項(xiàng)目實(shí)踐[M]．清華大學(xué)出版社，2010．至少10篇，按照這個(gè)格式寫[2]王質(zhì)樸．呂運(yùn)朋MCS-51單片機(jī)原理接口及應(yīng)用[M]．北京理工大學(xué)出版社，2009．[3]陳杰，黃鴻．傳感器與檢測技術(shù)[M]．高等教育出版社，2002．[4]彭偉．單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例[M]．電子工業(yè)出版社，2009．[5]李俊松．21世紀(jì)的光電子科學(xué)[N]．科學(xué)時(shí)報(bào)，2002-02-20（10）．[6]康華光，陳大欽，張林．電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M]．高等教育出版社，2005．[7]PaulScherz，夏建生，王仲奕．實(shí)用電子元器件與電路基礎(chǔ)[M]．電子工業(yè)出版社，2009．[8]周永東．基于DS18B20的單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)[J]．微電子學(xué)，2007（5）：65-66．[9]陳超華，王會進(jìn)．用KeilC51開發(fā)大型嵌入式[J]．2003,23（11）：140-143．[10]劉國強(qiáng)，唐東紅，李興偉等．基于AT89C51單片機(jī)的高精度測溫系統(tǒng)的研制[J]．儀器儀表學(xué)報(bào)，2005，26（ZL）：258-259．

附錄A：程序清單#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P1^0;//DS18B20與單片機(jī)連接口sbitDQ1=P1^1;//DS18B201與單片機(jī)連接口sbitRS=P2^5;sbitRW=P2^6;sbitEN=P2^7;sbitbeef=P3^4;sbitP36=P3^6;sbitP37=P3^7;unsignedcharcodestr1[]={"1:"};unsignedcharcodestr2[]={"H:"};unsignedcharcodestr3[]={"2:"};unsignedcharcodestr4[]={"L:"};unsignedcharcodestr5[]={"23.5"}; //最低溫門限unsignedcharcodestr6[]={"28.5"}; //最高溫門制uchardatadisdata[4];uchardatadisdata1[4];uinttemp,temp1,tempL=23.5,tempH=28.5;uinttvalue,tvalue1;//溫度值uchartflag,tflag1;//溫度正負(fù)標(biāo)志/*************************LCD1602程序**************************/voiddelay1ms(unsignedintms)//延時(shí)1毫秒（不夠精確的）{unsignedinti,j;for(i=0;i<ms;i++)for(j=0;j<100;j++);}voidwr_com(unsignedcharcom)//寫指令//{delay1ms(1);RS=0;RW=0;EN=0;P0=com;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;}voidwr_com1(unsignedcharcom1)//寫指令//{delay1ms(1);RS=0;RW=0;EN=0;P0=com1;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;}voidwr_dat(unsignedchardat)//寫數(shù)據(jù)//{delay1ms(1);;RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;}voidwr_dat1(unsignedchardat1)//寫數(shù)據(jù)//{delay1ms(1);;RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat1;delay1ms(1);EN=1;delay1ms(1);EN=0;}voidLCD_init()//初始化設(shè)置//{delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5);wr_com(0x08);delay1ms(5);wr_com(0x01);delay1ms(5);wr_com(0x06);delay1ms(5);wr_com(0x0c);delay1ms(5);}voiddisplay(unsignedchar*p)//顯示// { while(*p!='\0') { wr_dat(*p); p++; delay1ms(1); }}init_play()//初始化顯示{LCD_init(); //LCD_initwr_com(0x80); display(str1); wr_com(0x89); display(str2); wr_com(0xc0); display(str3); wr_com(0xc9); display(str4); return0;}/******************************DS18B20程序***************************************/voiddelay_18B20(unsignedinti)//延時(shí)1微秒{while(i--);}voidds1820rst()/*ds1820復(fù)位*/{ DQ=1;//DQ復(fù)位 delay_18B20(4);//延時(shí) DQ=0;//DQ拉低 delay_18B20(100);//精確延時(shí)大于480us DQ=1;//拉高 delay_18B20(40);}voidds1820rst1()/*ds1820復(fù)位*/{ DQ1=1;//DQ復(fù)位 delay_18B20(4);//延時(shí) DQ1=0;//DQ拉低 delay_18B20(100);//精確延時(shí)大于480us DQ1=1;//拉高 delay_18B20(40);}ucharDS1820rd()/*讀數(shù)據(jù)*/{ unsignedchari=0; unsignedchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0;//給脈沖信號 dat>>=1; DQ=1;//給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); } return(dat);}ucharDS1820rd1()/*讀數(shù)據(jù)*/ //讀第二個(gè)溫度傳感器//{ unsignedcharj=0; unsignedchardat1=0; for(j=8;j>0;j--) { DQ1=0;//給脈沖信號 dat1>>=1; DQ1=1;//給脈沖信號 if(DQ1) dat1|=0x80; delay_18B20(10); }return(dat1);}voidDS1820wr(ucharwdata)/*寫數(shù)據(jù)*/{unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=wdata&0x01;delay_18B20(10);DQ=1;wdata>>=1; }}voidDS1820wr1(ucharwdata1)/*寫數(shù)據(jù)*/ //寫第二個(gè)溫度傳感器//{unsignedcharj=0;for(j=8;j>0;j--) { DQ1=0;DQ1=wdata1&0x01;delay_18B20(10);DQ1=1;wdata1>>=1;}}read_temp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/{uchara,b;DS1820rst();DS1820wr(0xcc);//*跳過讀序列號*/DS1820wr(0x44);//*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/DS1820rst();DS1820wr(0xcc);//*跳過讀序列號*/DS1820wr(0xbe);//*讀取溫度*/a=DS1820rd();b=DS1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a;if(tvalue<0x0fff)tflag=0;else{tvalue=~tvalue+1;tflag=1;}tvalue=tvalue*(0.625);//溫度值擴(kuò)大10倍，精確到1位小數(shù)return(tvalue);}read_temp1()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*///讀第二個(gè)溫度傳感器//{ucharc,d;DS1820rst1();DS1820wr1(0xcc);//*跳過讀序列號*/DS1820wr1(0x44);//*啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換*/DS1820rst1();DS1820wr1(0xcc);//*跳過讀序列號*/DS1820wr1(0xbe);//*讀取溫度*/c=DS1820rd1(); //溫度2進(jìn)制低8位d=DS1820rd1(); //溫度2進(jìn)制高8位tvalue1=d;tvalue1<<=8;tvalue1=tvalue1|c;//合并高低位if(tvalue1<0x0fff) tflag1=0;else { tvalue1=~tvalue1+1; tflag1=1; }tvalue1=tvalue1*(0.625);//溫度值擴(kuò)大10倍，精確到1位小數(shù)return(tvalue1);}/*******************************************************************/voidDS1820disp()//溫度值顯示{ucharflagdat;disdata[0]=tvalue/1000+0x30;//百位數(shù)disdata[1]=tvalue%1000/100+0x30;//十位數(shù)disdata[2]=tvalue%100/10+0x30;//個(gè)位數(shù)disdata[3]=tvalue%10+0x30;//小數(shù)位temp=tvalue/10+tvalue%10;if(tflag==0)flagdat=0x20;//正溫度不顯示符號elseflagdat=0x2d;//負(fù)溫度顯示負(fù)號:-if(disdata[0]==0x30){disdata[0]=0x20;//如果百位為0，不顯示if(disdata[1]==0x30){disdata[1]=0x20;//如果百位為0，十位為0也不顯示}}wr_com(0x82);wr_dat(flagdat);//顯示符號位wr_com(0x83);wr_dat(disdata[0]);//顯示百位wr_com(0x84);wr_dat(disdata[1]);//顯示十位wr_com(0x85);wr_dat(disdata[2]);//顯示個(gè)位wr_com(0x86);wr_dat(0x2e);//顯示小數(shù)點(diǎn)wr_com(0x87);wr_dat(disdata[3]);//顯示小數(shù)位}voidDS1820disp1()//溫度值顯示 *************第二個(gè)溫度傳感器********************//{ucharflagdat1;disdata1[0]=tvalue1/1000+0x30;//百位數(shù)disdata1[1]=tvalue1%1000/100+0x30;//十位數(shù)disdata1[2]=tvalue1%100/10+0x30;//個(gè)位數(shù)disdata1[3]=tvalue1%10+0x30;//小數(shù)位temp1=tvalue1/10+tvalue1%10;if(tflag1==0)flagdat1=0x20;//正溫度不顯示符號elseflagdat1=0x2d;//負(fù)溫度顯示負(fù)號:-if(disdata1[0]==0x30){disdata1[0]=0x20;//如果百位為0，不顯示if(disdata1[1]==0x30){disdata1[1]=0x20;//如果百位為0，十位為0也不顯示}}wr_com1(0xc0+0x02);wr_dat1(flagdat1);//顯示符號位wr_com1(0xc0+0x03);wr_dat1(disdata1[0]);//顯示百位wr_com1(0xc0+0x04);wr_dat1(disdata1[1]);//顯示十位wr_com1(0xc0+0x05);wr_dat1(disdata1[2]);//顯示個(gè)位wr_com1(0xc0+0x06);wr_dat1(0x2e);//顯示小數(shù)點(diǎn)wr_com1(0xc0+0x07);wr_dat1(disdata1[3]);//顯示小數(shù)位}/**********************報(bào)警程序******************************/voidalarm(){ unsignedcharj; 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