基于單片機(jī)保溫箱課程設(shè)計(jì)

1.前言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目的之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否認(rèn)的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的規(guī)定越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本保溫箱溫控系統(tǒng)所介紹的與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，控制準(zhǔn)確，負(fù)載廣泛，有LED顯示相應(yīng)的工作方式，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，重要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)合，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)STC89C51，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用四位一體共陽(yáng)極LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，用繼電器驅(qū)動(dòng)負(fù)載，用PNP三極管驅(qū)動(dòng)。2.系統(tǒng)概述單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于單片機(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)研究，本恒溫箱屬于多功能多用途，可以設(shè)立上下控制溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)立范圍內(nèi)時(shí)，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的負(fù)載工作，同時(shí)聲光報(bào)警。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境規(guī)定的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度。本文通過(guò)采用繼電器作為溫度的重要控制元件，它可以直接驅(qū)動(dòng)2500W功率的負(fù)載，可以應(yīng)用于家庭、小型工廠等小電量用電設(shè)備，亦可以用繼電器來(lái)控制交流接觸器線圈等，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率負(fù)載的控制，應(yīng)用十分廣泛。采用蜂鳴器作為電聲元件的報(bào)警，LED發(fā)光指示相應(yīng)的加熱或制冷工作。這種保溫箱的溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。工作時(shí)，溫度控制范圍為上下限之間，當(dāng)前環(huán)境溫度若超過(guò)設(shè)定的臨界溫度，由單片機(jī)發(fā)出控制和報(bào)警信號(hào)，從而負(fù)載控制溫度的變化。基于單片機(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)大部分使用是在實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)中。在實(shí)驗(yàn)室中特別是生物實(shí)驗(yàn)室，我們?yōu)榱说玫礁訙?zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于恒溫實(shí)驗(yàn)環(huán)境規(guī)定嚴(yán)格。所以針對(duì)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，恒溫箱的作用顯得相稱(chēng)重要。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中我們對(duì)于恒溫箱的規(guī)定也相對(duì)更加嚴(yán)格，比如產(chǎn)品的熱解決、冷解決等，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。在醫(yī)藥方面醫(yī)用恒溫箱重要用于藥品和試劑的儲(chǔ)存、運(yùn)送，疫苗、血液的冷藏保溫，透析液的加溫、生理鹽水的加溫等。由以上我們可以明顯的看出恒溫箱的重要作用。在農(nóng)業(yè)溫室大棚中，溫控系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)至關(guān)重要，對(duì)于農(nóng)業(yè)方面，以至于生活中的各個(gè)方面溫控系統(tǒng)永遠(yuǎn)處在相稱(chēng)重要的地位。關(guān)鍵詞:STC89C51單片機(jī)溫度控制恒溫箱DS18B203設(shè)計(jì)規(guī)定與方案論證一方面明確設(shè)計(jì)規(guī)定，再整體討論和擬定方案，一一攻破設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。3.1設(shè)計(jì)規(guī)定基本范圍0℃-99℃；精度誤差小于0.1℃；數(shù)碼管直讀顯示；可以溫度控制；擴(kuò)展功能：可以任意設(shè)定溫度的上下限控制及報(bào)警功能，可以驅(qū)動(dòng)加熱和制冷負(fù)載。3.2系統(tǒng)基本方案選擇和論證3.2.1單片機(jī)芯片的選擇方案和論證由于單片機(jī)具有以下的很多優(yōu)點(diǎn)，被我們選定為制作該作品的首選芯片單片機(jī)特點(diǎn)：（1）高集成度，體積小，高可靠性單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片自身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境規(guī)定設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。（2）控制功能強(qiáng)為了滿足對(duì)對(duì)象的控制規(guī)定，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位解決能力，非常合用于專(zhuān)門(mén)的控制功能。（3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的最低工作電壓僅為1.8V～3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。（4）易擴(kuò)展片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)營(yíng)所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。（5）優(yōu)異的性價(jià)比單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)營(yíng)效率，單片機(jī)已開(kāi)始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達(dá)成1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷(xiāo)量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。方案一:采用STC89C51芯片作為硬件核心。STC89C51內(nèi)部具有4KBROM存儲(chǔ)空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，帶有2K字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)空間，與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,STC89C51可以通過(guò)串口下載。方案二:采用AT89S51。AT89S51片內(nèi)具有4K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間沒(méi)有EEPROM存儲(chǔ)空間，也與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機(jī)都完全可以滿足設(shè)計(jì)需要，STC89C51相對(duì)ATS89C51價(jià)格便宜，且下載簡(jiǎn)樸方便。考慮到方便因素，因此選用STC89C51。3.2.2溫度傳感器設(shè)計(jì)方案論證運(yùn)用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)重要有體。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類(lèi)。現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息解決(計(jì)算機(jī)技術(shù))。溫度傳感器的發(fā)展大體經(jīng)歷了以下三個(gè)階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器/控制器；(3)智能溫度傳感器。國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)成1°C。國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9~12位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.5~0.0625°C。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125°C，測(cè)溫精度為±0.2°C。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線重要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專(zhuān)用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。方案一:由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件運(yùn)用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度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)的解決，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: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(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。從以上兩種方案，兩種都完全可以滿足設(shè)計(jì)需要，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)樸，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)樸，故采用了方案二。3.2.3顯示模塊方案論證方案一：1602液晶模塊1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等顯示模塊它有若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正由于如此所以他不能顯示圖形它的優(yōu)點(diǎn)是微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧。方案二：數(shù)碼管顯示數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管：按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。由于它的價(jià)格便宜使用簡(jiǎn)樸在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。綜上所訴：LCD1602雖然顯示較全；但數(shù)碼管以完全能顯示溫度值，價(jià)格也差6倍之多，數(shù)碼管更適合本設(shè)計(jì)，固本設(shè)計(jì)用數(shù)碼管作為顯示模塊。3.3電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述,對(duì)本次作品的方案選定：采用STC89C51單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)；采用DS18B20為傳感器；采用數(shù)碼管作為顯示器件。4重要元件介紹4.1STC89C51介紹STC89C51是由宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。（1）中央解決器（CPU）中央解決器是單片機(jī)的核心,完畢運(yùn)算和控制功能。8051的CPU能解決8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。（2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，但其中后128單元被專(zhuān)用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部RAM。（3）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱(chēng)之為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部ROM。（4）定期/計(jì)數(shù)器8051共有兩個(gè)16位的定期/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定期或計(jì)數(shù)功能，并以其定期或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。（5）并行I/O口MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。（6）串行口8051單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。（7）中斷控制系統(tǒng)8051單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控制應(yīng)用的需要。8051共有5個(gè)中斷源，即外中斷兩個(gè)，定期/計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)。所有中斷分為高級(jí)和低檔共兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。(8)時(shí)鐘電路8051芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6MHz和12MHz。從上述內(nèi)容可以看出，MCS-51雖然是一個(gè)單片機(jī)芯片，但作為計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)具有的基本部件它都涉及，因此，事實(shí)上它已是一個(gè)簡(jiǎn)樸的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了。4.1.1STC89C51重要功能及PDIP封裝STC89C51重要功能如表1所示，其PDIP封裝如圖1所示重要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫(xiě)FlashROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定期/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)立睡眠和喚醒功能表1：STC89C51重要功能4.1.2STC89C51引腳介紹①主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線②外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，假如接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。④可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱(chēng)為P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱(chēng)為P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱(chēng)為P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱(chēng)為P3.0～P3.7圖1：STC89C51封裝圖4.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng)：當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作，按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端通過(guò)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。最小系統(tǒng)如圖2所示。圖2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路（1）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路在8051芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖3-3所示。時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖通過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。請(qǐng)讀者特別注意時(shí)鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關(guān)系，否則會(huì)導(dǎo)致概念上的錯(cuò)誤。一般地，電容C1和C2取30pF左右，晶體的振蕩頻率范圍是1.2～12MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)營(yíng)速度也就快。8051在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6MHz或12MHz。圖2-3時(shí)鐘振蕩電路（2）外部方式時(shí)鐘電路在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入惟一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)，外部的脈沖信號(hào)是經(jīng)XTAL2引腳注入，其連接如圖3-4所示。圖2-4外部時(shí)鐘源接法（3）時(shí)序時(shí)序是用定期單位來(lái)說(shuō)明的。8051的時(shí)序定期單位共有4個(gè)，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。它們之間的關(guān)系如下：1）一個(gè)振蕩脈沖的周期為節(jié)拍；2）一個(gè)狀態(tài)就包含兩個(gè)節(jié)拍；3）一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)；4）一條指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期組成。（4）單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)擬定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/VPD或RST引腳加上連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。若時(shí)鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1?μs，則只需2μs以上時(shí)間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE和PSEN信號(hào)，即ALE=1和PSEN=1。這表白單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作。復(fù)位后，內(nèi)部各專(zhuān)用寄存器狀態(tài)如下:PC：0000HTMOD： 00HACC：00HTCON：00HB：00HTH0：00HPSW：00HTL0：00HSP：07HTH1：00HDPTR：0000HTL1：00HP0~P3：FFHSCON：00HIP：***00000BSBUF：不定IE：0**00000BPCON：0***0000其中，*表達(dá)無(wú)關(guān)位。注意：（1）復(fù)位后PC值為0000H，表白復(fù)位后程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行，這一點(diǎn)在實(shí)訓(xùn)中已介紹。（2）SP值為07H，表白堆棧底部在07H。一般需重新設(shè)立SP值。（3）P0~P3口值為FFH。P0~P3口用作輸入口時(shí)，必須先寫(xiě)入“1”。單片機(jī)在復(fù)位后，已使P0~P3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。電路以STC89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，測(cè)溫電路由DS18B20提供，輸入部分采用三個(gè)獨(dú)立式按鍵S1、S2、S3。數(shù)碼管顯示部分。具體電路連接，詳見(jiàn)附錄1。4.2DS18B20傳感器介紹4.2.1DS18B20概述在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中，傳感器占據(jù)著不可動(dòng)搖的重要位置。主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的解決能力已經(jīng)相稱(chēng)的強(qiáng)，但是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的模擬量卻無(wú)能為力。假如沒(méi)有各種精確可靠的傳感器對(duì)非電量和模擬信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并提供可靠的數(shù)據(jù)，那計(jì)算機(jī)也無(wú)法發(fā)揮他應(yīng)有的作用。傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，通過(guò)放大解決后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析解決。從而傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，對(duì)自動(dòng)化和信息化起重要作用。采用各種傳感器和微解決技術(shù)可以對(duì)各種工業(yè)參數(shù)及工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)控及檢查，準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)品性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善產(chǎn)品性能，防止事故發(fā)生提供必要的信息和更可靠的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，且對(duì)測(cè)量規(guī)定比較高，所以選擇合適的傳感器很重要。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器DS18B20正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器DS18B20作為溫度測(cè)量裝置已廣泛應(yīng)用于人民的平常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片外加不銹鋼保護(hù)管封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，合用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。有獨(dú)特的單線接口方式，DS1820在與微解決器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微解決器與DS1820的雙向通訊；其測(cè)溫范圍－55℃～＋125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；多個(gè)DS1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫；工作電源為3~5V/DC；在使用中不需要任何外圍元件。18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是：ROM只讀存儲(chǔ)器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后8位是以上56位的CRC碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)立不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個(gè)字節(jié)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)據(jù)值信息，第3、4個(gè)字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5個(gè)字節(jié)則是用戶第3個(gè)EEPROM的鏡像。第6、7、8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)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，同樣也是內(nèi)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)的CRC碼。EEPROM非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：（1）采用DALLAS公司獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微解決器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微解決器與DS18B20的雙向通訊；（2）在使用中不需要任何外圍元件；（3）可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍：+3.0V～+5.5V；（4）測(cè)溫范圍：-55～+125℃。固有測(cè)溫分辨率為0.5℃。當(dāng)在-10℃～+85℃范圍內(nèi)，可保證測(cè)量誤差不超過(guò)0.5℃，在-55～+125℃范圍內(nèi)，測(cè)量誤差也不超過(guò)2℃；（5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式；（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值；（7）支持多點(diǎn)的組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫（8）負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù)DS18B20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但此時(shí)芯片無(wú)法正常工作；（9）DS18B20的轉(zhuǎn)換速率比較高，進(jìn)行9位的溫度值轉(zhuǎn)換只需93.75ms；（10）適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)；（11）內(nèi)含64位激光修正的只讀存儲(chǔ)ROM，扣除8位產(chǎn)品系列號(hào)和8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)之后，產(chǎn)品序號(hào)占48位。出廠前產(chǎn)品序號(hào)存入其ROM中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多片DS18B20。4.2.2DS18B20引腳介紹圖3：DS18B20引腳各引腳功能為：I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開(kāi)路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。UDD是可供選用的外部電源端，不用時(shí)接地，GND為地，NC空腳。4.2.3DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)重要涉及7部分:寄生電源、溫度傳感器、64位激光（loser）ROM與單線接口、高速暫存器（即便筏式RAM，用于存放中間數(shù)據(jù)）、TH觸發(fā)寄存器和TL觸發(fā)寄存器，分別用來(lái)存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲(chǔ)和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器。圖4：DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.2.4DS18B20的程序流程圖否否是發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令寫(xiě)入18B20讀溫度前復(fù)位顯示測(cè)溫點(diǎn)位置18B20復(fù)位開(kāi)始18B20存在？延時(shí)發(fā)出讀溫度命令寫(xiě)入18B20讀入溫度值數(shù)據(jù)返回延時(shí)圖5程序流程圖4.3數(shù)碼管介紹數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。圖5：數(shù)碼管數(shù)碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它使用了8個(gè)Led發(fā)光二極管，其中七個(gè)用于顯示字符，一個(gè)顯示小數(shù)點(diǎn)，所以通稱(chēng)為七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖所示（數(shù)碼管的正面朝自己，小數(shù)點(diǎn)在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp為段引腳，S1、S2、S3、S4分別表達(dá)四個(gè)數(shù)碼管的位。4.4繼電器介紹電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回本來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與本來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)成了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處在斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處在接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。圖6：繼電器剖析圖5程序流程圖開(kāi)始開(kāi)始初始化初始化讀取當(dāng)前讀取當(dāng)前溫度顯示當(dāng)前溫度顯示當(dāng)前溫度判斷SET是否按下判斷SET是否按下正常范圍否是正常范圍否是否否加減鍵是否按下當(dāng)前溫度與上下限位關(guān)系加減鍵是否按下當(dāng)前溫度與上下限位關(guān)系小于下限大于上限是小于下限大于上限是下限繼電器工作，蜂鳴器閃響上限繼電器工作，蜂鳴器閃響下限繼電器工作，蜂鳴器閃響上限繼電器工作，蜂鳴器閃響相應(yīng)解決上下限位WWhile循環(huán)返回圖7：程序流程圖6.結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)自己在大學(xué)兩年時(shí)間里所學(xué)的知識(shí)的回顧，并充足發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書(shū)面表達(dá)能力，最終完畢了本設(shè)計(jì)。為了更好地完畢這個(gè)設(shè)計(jì)，我和同學(xué)一起買(mǎi)了這個(gè)設(shè)計(jì)需要用到的零件，并且和我的同學(xué)積極參與到實(shí)踐之中，在焊接過(guò)程中，由于對(duì)焊接技術(shù)掌握的不好和對(duì)電路分析的不明確，導(dǎo)致自己焊接出的產(chǎn)品無(wú)法達(dá)成預(yù)期的效果。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我深深地懂得了知識(shí)必須和實(shí)踐相結(jié)合，只有掌握扎實(shí)的知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才干學(xué)好單片機(jī)。才干將知識(shí)更好地運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)生活中。7參考文獻(xiàn)[1]陳權(quán)昌,李興富.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2023.84~102[2]李慶亮.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)用教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2023.32~58[3]楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2023.125~132[4]及力.Protel99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2023.89~150[5]徐江海.單片機(jī)實(shí)用教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2023.128~156[6]胡宴如.模擬電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2023.60~104[7]汪文，陳林.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].湖北:華中科技大學(xué)出版社,2023.36~68[8]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M].北京:高等教育出版社,2023.203~209[9]楊欣．電子設(shè)計(jì)從零開(kāi)始[M].北京:清華大學(xué)出版社,2023.28~1028.附錄1C語(yǔ)言程序#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar //宏定義sbitSET=P3^1; //定義調(diào)整鍵sbitDEC=P3^2; //定義減少鍵sbitADD=P3^3; //定義增長(zhǎng)鍵sbitBEEP=P3^6; //定義蜂鳴器sbitALAM=P1^2; //定義燈光報(bào)警sbitALAM1=P1^4;sbitDQ=P3^7; //定義DS18B20總線I/O bitshanshuo_st; //閃爍間隔標(biāo)志bitbeep_st; //蜂鳴器間隔標(biāo)志sbitDIAN=P0^5; //小數(shù)點(diǎn)ucharx=0; //計(jì)數(shù)器signedcharm; //溫度值全局變量ucharn; //溫度值全局變量ucharset_st=0; //狀態(tài)標(biāo)志signedcharshangxian=38; //上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為38signedcharxiaxian=5; //下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為5//ucharcodeLEDData[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0xff};ucharcodeLEDData[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0xCF,0xDA,0x9B,0xDC,0x9B,0x8B};//============================================================================================//====================================DS18B20=================================================//============================================================================================/*****延時(shí)子程序*****/voidDelay_DS18B20(intnum){while(num--);}/*****初始化DS18B20*****/voidInit_DS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位Delay_DS18B20(8);//稍做延時(shí)DQ=0;//單片機(jī)將DQ拉低Delay_DS18B20(80);//精確延時(shí)，大于480usDQ=1;//拉高總線Delay_DS18B20(14);x=DQ;//稍做延時(shí)后，假如x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗Delay_DS18B20(20);}/*****讀一個(gè)字節(jié)*****/unsignedcharReadOneChar(void){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//給脈沖信號(hào)dat>>=1;DQ=1;//給脈沖信號(hào)if(DQ)dat|=0x80;Delay_DS18B20(4);}return(dat);}/*****寫(xiě)一個(gè)字節(jié)*****/voidWriteOneChar(unsignedchardat){unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=dat&0x01;Delay_DS18B20(5);DQ=1;dat>>=1;}}/*****讀取溫度*****/unsignedintReadTemperature(void){unsignedchara=0;unsignedcharb=0;unsignedintt=0;floattt=0;Init_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=ReadOneChar();//讀高8位t=b;t<<=8;t=t|a;tt=t*0.0625;t=tt*10+0.5;//放大10倍輸出并四舍五入return(t);}//=====================================================================================//=====================================================================================//=====================================================================================/*****延時(shí)子程序*****/voidDelay(uintnum){while(--num);}/*****初始化定期器0*****/voidInitTimer(void){ TMOD=0x1; TH0=0x3c; TL0=0xb0;//50ms（晶振12M）}/*****讀取溫度*****/voidcheck_wendu(void){ uinta,b,c; c=ReadTemperature()-5; //獲取溫度值并減去DS18B20的溫漂誤差 a=c/100; //計(jì)算得到十位數(shù)字 b=c/10-a*10; //計(jì)算得到個(gè)位數(shù)字 m=c/10; //計(jì)算得到整數(shù)位 n=c-a*100-b*10; //計(jì)算得到小數(shù)位 if(m<0){m=0;n=0;} //設(shè)立溫度顯示上限 if(m>99){m=99;n=9;} //設(shè)立溫度顯示上限}/*****顯示開(kāi)機(jī)初始化等待畫(huà)面*****/voidDisp_init(void){ P0=~0x80;//顯示---- P2=0x7F; Delay(200); P2=0xDF; Delay(200); P2=0xF7; Delay(200); P2=0xFD; Delay(200); P2=0xFF;//關(guān)閉顯示}/*****顯示溫度子程序*****/voidDisp_Temperature(void)//顯示溫度{ P0=~0x98;//顯示C P2=0x7F; Delay(400); P0=~LEDData[n];//顯示個(gè)位 P2=0xDF; Delay(400); P0=~LEDData[m%10];//顯示十位 DIAN=0;//顯示小數(shù)點(diǎn) P2=0xF7; Delay(400); P0=~LEDData[m/10];//顯示百位 P2=0xFD; Delay(400); P2=0xff;//關(guān)閉顯示}/*****顯示報(bào)警溫度子程序*****/voidDisp_alarm(ucharbaojing){ P0=~0x98;//顯示C P2=0x7F; Delay(200); P0=~LEDData[baojing%10];//顯示十位 P2=0xDF; Delay(200); P0=~LEDData[baojing/10];//顯示百位 P2=0xF7; Delay(200); if(set_st==1)P0=~0xCE; elseif(set_st==2)P0=~0x1A;//上限H、下限L標(biāo)示 P2=0xFD; Delay(200); P2=0xff;//關(guān)閉顯示}/*****報(bào)警子程序*****/voidAlarm(){ if(x>=10){beep_st=~beep_st;x=0;} if(m>=shangxian) { ALAM=0; if(beep_st==1) BEEP=0; else BEEP=1; } elseif(m<xiaxian) { ALAM1=0; if(beep_st==1) BEEP=0; else BEEP=1; } else { BE