基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書2015 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）題目基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)2011 自動(dòng)化 02學(xué)號(hào)6102150230姓名張震指導(dǎo)教師曾麗教授學(xué)院名稱武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院2015 年 5 月 20 日基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of aTemperature-Controlbased on the single-chip學(xué) 生 姓 名 : 張 震 指 導(dǎo) 教 師 : 曾 麗 教 師摘要隨著電子產(chǎn)品向智能化和微型化的不斷發(fā)展 , 單片機(jī)已成為電子產(chǎn)品研制和 開發(fā)中首選的控制器。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差

2、， 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。 溫度是工業(yè)對(duì)象中 的一個(gè)重要的被控參數(shù)。 然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同； 產(chǎn)品的工 藝不同，控制溫度的精度也不相同。 因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也 不相同。 本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。 為了更好地推廣單片機(jī)在實(shí)際生 活和生產(chǎn)中的應(yīng)用 , 本文介紹一種應(yīng)用 AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)。該 環(huán)境溫度系統(tǒng)采用溫度傳感器 DS18B20通過 I 2C總線通信來獲得當(dāng)前溫度，并與 從 3X4 矩陣鍵盤輸入的溫度值進(jìn)行驗(yàn)證， 系統(tǒng)自動(dòng)控制升溫或降溫的操作， 將溫 度穩(wěn)定在所設(shè)定的溫度值。 經(jīng)實(shí)際制作

3、表明該環(huán)境溫度控制系統(tǒng)具有體積小、 操 作靈活、可靠性高、實(shí)用、成本低等特點(diǎn) ,適合住宅和各類溫室溫度的控制 ,具有 一定的實(shí)際意義 。 矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；鍵盤；穩(wěn)定溫度；顯示器；溫度控制AbstractWith the continuous developmIe nt of electronic products to intelligent and I miniaturization, microcontroller has become electronic product development and the development of the preferre

4、d controller. In order to better promote the application of single-chip microcomputer in the actual life and production, this paper introduces a design which AT89C52 single chip microcomputer temperature control system is used.The environment temperature system adopts the temperature sensor DS18B20

5、through the I2C bus communication to get the current temperature, and with temperature from 3x4 matrix keyboard input validation, the system automatically control the operation of the heating or cooling, to keep the temperature stable according to the set. The practical production shows that the tem

6、perature control system has small volume, flexible operation, high reliability and practical, low cost, suitable for residential and all kinds of greenhouse temperature control, has a certain practical significanc聞e創(chuàng). 溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。Keywords: Single chip microcomputer; keyboard; Stable temperature; Displa

7、y; temperature control 殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。目錄摘要I釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。AbstractII彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。第 1 章 緒論 61.1 選題背景 61.2 選題簡(jiǎn)介 6第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及方案 72.1 單片機(jī)的介紹 2.2 系統(tǒng)功能的確定 2.3 溫度傳感器 DS18B20的介紹 82.4 人機(jī)交互與串口通信 8 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。12第 3 章 硬件設(shè)計(jì)123.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2 人機(jī)交互與串口通信單元設(shè)計(jì) 1513廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。3.3 控制執(zhí)行單元設(shè)計(jì) 13煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1主程序 204.2溫度采集子

8、程序 224.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序 224.4動(dòng)態(tài)顯示子程序 234.5溫度控制執(zhí)行子程序 244.6鍵盤輸入中斷服務(wù)子程序 . 26 20第 5 章 結(jié) 論 28附錄29鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。致謝42籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。參考文獻(xiàn) 43預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。第 1 章 緒論1.1 選題背景在生產(chǎn)過程中， 溫度的控制是十分常見的。 國(guó)內(nèi)已相繼出現(xiàn)各種以微機(jī)為 核心的溫度控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)控制精度高、重復(fù)性好、自動(dòng)化程度高。隨著社 會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步， 以及測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用， 智能化已是現(xiàn)代溫度 控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。 溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一， 物理、化學(xué)、 生物等學(xué)科都離不

9、開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲(chǔ)、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域內(nèi)，溫度常常是表征對(duì)象 和過程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。 比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范 圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行； 煉油過程 中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分餾才能得到汽油、 柴油、 煤油等 產(chǎn)品。沒有合適的溫度環(huán)境， 許多電子設(shè)備就不能正常工作， 糧倉(cāng)的儲(chǔ)糧就會(huì)變 質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障。 因此，各行各業(yè)對(duì)溫度控制的要求都越來越高。 可見，溫度的測(cè)量和控制是非常重要的。 特別是近年來， 溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面， 但

10、溫度控制一直是一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域， 卻又是與人們息息 相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問題。 針對(duì)這種實(shí)際情況， 設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)， 具有廣泛的 應(yīng)用前景與實(shí)際意義。 在日常生活中， 人們?yōu)榱藫碛幸粋€(gè)更舒適的生活環(huán)境， 往往需要室內(nèi)擁有一個(gè)合適的溫度，而單片機(jī)的準(zhǔn)確性高、 價(jià)格低、 功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)，可結(jié)合升溫和降溫設(shè)備，有效的應(yīng)用到實(shí)際生活中。 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是單片機(jī)控制的一項(xiàng)簡(jiǎn)單應(yīng)用近幾年來單片機(jī)因其獨(dú)特的， 方便，快捷的優(yōu)勢(shì)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域之中滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。1.2 選題簡(jiǎn)介課題名稱：基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng) 主要任務(wù)：將溫度控制在設(shè)定的溫度值，設(shè)定范圍為 2-98度，針對(duì)在生產(chǎn)和 日

11、常生活中溫度智能化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。開發(fā)環(huán)境：本環(huán)境溫度控制系統(tǒng)的軟件部分是通過 KEIL 進(jìn)行編譯，并由Proteus 7 Professiona進(jìn)l 行仿真測(cè)試。技術(shù)指標(biāo)： 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。 以AT89C52系列單片機(jī)為核心部件 以數(shù)字電路和模擬電路為硬件基礎(chǔ)以匯編語言為軟件實(shí)現(xiàn)語言 功能概述：在該環(huán)境溫度控制系統(tǒng)中，單片機(jī)作為核心部件進(jìn)行檢測(cè)控制， 增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的通用性， 適時(shí)性。在該環(huán)境溫度控制系統(tǒng)中溫度檢測(cè)采用 DS18B20 溫度傳感器，它不僅具有較高的精度， 而且適用電壓寬。 同時(shí)采用了 3x4矩陣掃 描鍵盤輸入， 顯示設(shè)備等外圍擴(kuò)展芯片。 溫度控制分為

12、升溫和降溫控制， 升溫控 制和降溫控制分別采用繼電器來控制外部的升溫和降溫設(shè)備。 軟件部分采用流程 圖來表示，對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)行說明，包括控制算法，偏差計(jì)算等。 控制是否升溫 或降溫。 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及方案2.1 單片機(jī)的介紹隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展， 將計(jì)算機(jī)的 CPU 、RAM 、 ROM 、 定時(shí) /計(jì)數(shù)器和多種 I/O 接口集成在一片芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，因此單 片機(jī)早期的含義稱為單片微型計(jì)算機(jī)，直譯為單片機(jī) 。 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.1.1 單片機(jī)的特點(diǎn)1具有優(yōu)異的性能價(jià)格比2集成度高、體積小、可靠性高3控制功能強(qiáng)4低電壓、低功耗2.1

13、.2 單片機(jī)的基本組成它由 CPU 、存儲(chǔ)器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。 蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。輸入 / 輸出引腳 P0、P1、 P2、P3 的功能：P0.0P0.7（3239 腳）： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。在 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)作低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。在 EPROM 編程時(shí)，由 P0 輸入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)， 則輸出指令字節(jié)。 驗(yàn)證程序時(shí)， 要求外接上拉電阻。 P0 能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 買鯛鴯譖

14、曇 膚遙閆擷凄。P1.0P1.7（ 18 腳）： P1 是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和驗(yàn)證程序時(shí)，由它輸入低 8 位地址。 P1 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。P2.0P2.7（2128 腳）： P2 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，由它輸出高 8 位地址。在對(duì) EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)， 由它輸入高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。P3. 0 P3. 7 （ 1017 腳）： P3 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口。 在 MC

15、S-52中，這 8個(gè)引腳還用于專門的第二功能。 P3能驅(qū)動(dòng) 4個(gè)LSTTL 負(fù)載。 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。P3.0 RXD（串行口輸入）P3.1 TXD（串行口輸出）P3.2 INT0（外部中斷 0 輸入）P3.3 INT1（外部中斷 1 輸入）P3.4 T0（定時(shí)器 0 的外部輸入）P3.5 T1（定時(shí)器 1 的外部輸入）P3.6 WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）2.2 系統(tǒng)功能的確定一個(gè)控制系統(tǒng)是否能被大眾所接受， 在于該控制系統(tǒng)是否擁有人性化的操作 功能。為了使本次設(shè)計(jì)的環(huán)境溫度控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、 靈活及高可靠性等特 點(diǎn)，確定了該系統(tǒng)功能： 鍬籟饗逕

16、瑣筆襖鷗婭薔。3x4 矩陣鍵盤輸入。由溫度采集。 溫度顯示。溫度控制執(zhí)行。溫度測(cè)量范圍為 0-99 度，溫度有效范圍為 2-98 度，允許誤差為 1 度。2.3 溫度傳感器 DS18B20 的介紹DS18B20 溫度傳感器是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1Wire，即單總線器件，具 有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在 一根通信線，可以掛很多這樣的溫度傳感器，十分方便。 構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。2.3.1 DS18B20 的特點(diǎn)1. 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。2. 在 DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)3. 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)

17、測(cè)溫。4. 測(cè)量溫度范圍 55到 125。5. 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9位到 12位選擇6. 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。2.3.2 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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 2.1 所示。輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。圖 2.1 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖64位 ROM的位結(jié)構(gòu)如圖 2.2所示。開始 8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)； 接著是每個(gè)器 件的唯一的序號(hào)， 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可以采用單線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和 TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限

18、數(shù)據(jù)。 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。儼8淒位。 檢驗(yàn) CRC48 位序列號(hào)8 位工廠代碼 （ 10H）識(shí)饒鎂錕縊灩筧MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖 2.2 64 位 ROM的位結(jié)構(gòu)圖DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)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 E2PROM。高速暫存 RAM的結(jié)構(gòu)為 9字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 2.3 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)被刷新。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

19、度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖 2.4 所示，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 戶不要去改動(dòng)； R1和 R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，其定義 方法見表 2.1 。凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。TH 用戶字節(jié)TL 用戶字節(jié)2E2PROM圖 2.3 高速暫存 RAM結(jié)構(gòu)圖表 2.1 DS18B20 分辨率的定義和規(guī) 定R1R0分辨率/ 位溫度最大 轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms00993.750110187.510113751112750TMR1R0111111圖 2.4 配置寄存器由表可見，

20、DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且設(shè)置的分辨率越高，所需要 的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。 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。 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。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)是 前面 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。 鯊腎鑰詘褳 鉀溈懼統(tǒng)庫(kù)。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(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存 RAM 的第 1、2字節(jié)中。 碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。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

21、式以 0.0625C/LSB 形式表示。 閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。溫度值格式如圖 2.5 所示：低字節(jié)232221202-12-22-3-42-4高字節(jié)SSSSS262524圖 2.5 溫度數(shù)值格式2.3.3 DS18B20 的引腳介紹TO92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 2.6，其引腳功能描述見表 2.2圖 2.6 （底視圖）表 2.2 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生 電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)， 此引腳必須接地。2.4 人機(jī)交互與

22、串口通信該熱爐溫度控制系統(tǒng)由溫度采集、 3x4 矩陣鍵盤輸入、溫度顯示、溫度 控制執(zhí)行等四大模塊組成。溫度采集：由溫度傳感器 DS18B20完成，并通過串口通信技術(shù)與單片機(jī) 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用單片機(jī) P3.7 端口。 氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。 3x4矩陣鍵盤輸入：采用外部中斷 0來判斷是否擁有輸入請(qǐng)求，并通過鍵 盤掃描技術(shù)來獲取所輸入的溫度值和偏差溫度值， 輸入更靈活、更方便， 使用單片機(jī) P0口和P3.2端口。 釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。溫度顯示： 通過4個(gè)7段LED數(shù)碼顯示管顯示當(dāng)前溫度值和設(shè)定的溫度值， 及時(shí)反應(yīng)當(dāng)前溫度的變化與設(shè)置溫度的關(guān)系，使用單片機(jī) P1.0P1.5 端 口。 慫闡譜鯪逕

23、導(dǎo)嘯畫長(zhǎng)涼 溫度控制執(zhí)行：系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前溫度與設(shè)置的溫度自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的升溫或降溫的操 作，在系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行升溫或降溫處理的同時(shí)顯示相應(yīng)的指示燈， 讓使用者知道系 統(tǒng)正在進(jìn)行的操作，使用單片機(jī) P2.2P2.3 端口。 諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類。第 3 章 硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖 3.1 系統(tǒng)硬件總體框圖該系統(tǒng)由核心部件 AT89C52 來處理從鍵盤輸入電路和溫度采集電路送入的數(shù)據(jù)，并通過溫度顯示電路進(jìn)行溫度顯示，由溫度控制電路來進(jìn)行相應(yīng)的升溫或降溫的操作。 嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。3.1.1 系統(tǒng)硬件原理圖圖 3.2 原理圖3.2 人機(jī)交互與串口通信單元設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中， 人機(jī)交互技術(shù)主要應(yīng)用在恒

24、定溫度與偏差溫度的設(shè)置， 以及當(dāng) 前溫度與設(shè)置溫度的顯示； 串口通信技術(shù)應(yīng)用在對(duì)溫度的采集。 熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫(kù)。3.2.1 鍵盤輸入電路在本系統(tǒng)中， 采用外部中斷 0控制鍵盤輸入請(qǐng)求， 鍵盤輸入主要采用 3x4矩陣 鍵盤掃描技術(shù)。如圖 3.3所示，當(dāng)按下“設(shè)置 /切換”鍵時(shí)，進(jìn)入恒定溫度的設(shè)置， 可從鍵盤中自由輸入 09的數(shù)字，如果輸入錯(cuò)誤可按“刪除（ * ）”鍵進(jìn)行刪除， 如果要設(shè)置偏差溫度，再按一下“設(shè)置 /切換”鍵，可進(jìn)入偏差溫度的設(shè)置，按 “確定（ #）”鍵，保存設(shè)置并退出鍵盤輸入，進(jìn)入溫度控制狀態(tài)。 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。+5R16300設(shè)置溫度D1LED-REDLED_ALED

25、_BR17300偏差溫度D2LED-REDS3S1S2SASBSCSDSS設(shè)置/切換4.7kINT0R114.7k4.7kR134.7kSC7R144.7kSD刪除SASBB4R12R10A1S2S323560#確定圖 3.3 鍵盤輸入原理圖為了避免從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤， 該鍵盤輸入電路還為判斷按鍵是否釋放的功能 做了鋪墊，如圖 3.4所示，該電路由 3 個(gè)與門構(gòu)成，當(dāng)有鍵按下時(shí) SA、SB、SC、 SD 端中將會(huì)有一個(gè)為低電平，此時(shí)與門的 SS 端將會(huì)輸出低電平，同時(shí)控制了 單片機(jī)的 P0.7 端口，再通過軟件控制按鍵是否釋放。 紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。SASBSCSD圖 3.4 判斷鍵盤是否

26、有鍵按下3.2.2 LED 七段數(shù)碼動(dòng)態(tài)顯示電路在本系統(tǒng)中采用了 LED 七段數(shù)碼動(dòng)態(tài)顯示電路來顯示溫度值，顯示范圍在0-99之間，該電路由顯示、片選、譯碼三部分組成。 穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。 顯示部分：由兩個(gè)兩位的 LED七段共陰數(shù)碼管構(gòu)成，分別用來顯示當(dāng)前 溫度和設(shè)置溫度，如圖 3.5所示。當(dāng)前溫度恒定溫度L1L2L3L4L5L6L7L8L9L1L2L3L4L5L6L7L10 L11圖 3.5 LED 七段共陰數(shù)碼管片選部分：如圖 3.6所示，由一片 2-4譯碼器（ 74LS139）構(gòu)成，單片機(jī)的P1.4和P1.5輸出兩位片選信號(hào)到 2-4譯碼器的 A 、B端口，進(jìn)行譯碼后輸出10到LED

27、七段數(shù)碼管的片選端口，其譯碼功能如表 3.1所示。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。0891LLL74LS139圖 3.6 動(dòng)態(tài)顯示片選電路（ 2-4 譯碼器）表 3.1 74LS139 功能表輸入輸出選通端地址輸入端EABY0Y1Y2Y3111110000111001101101011010111110譯碼部分：該電路由 LED 七段數(shù)碼管顯示譯碼器（ 4511）來完成，如圖 3.7所示，單片機(jī)將要顯示的十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 8421BCD編碼，對(duì)應(yīng)的譯 碼值如表 3.2所示，再分別送到 LED七段數(shù)碼管顯示譯碼器的 A、B、C、 D引腳進(jìn)行譯碼，最后輸出到 LED 七段數(shù)碼管的相引腳。 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎

28、諏11L1L2L3L4L5L6L7R11RRk231k1kQAAQBBQCCQDDQEQFLTQGBILE/STB137121112106915144511345+5圖 3.7 LED 七段數(shù)碼顯示譯碼電路表 3.2 4511 譯碼表8421BCD 碼十進(jìn)制數(shù)000000001100102001130100401015011060111710008100193.2.3 串口通信電路為了使測(cè)得的溫度更準(zhǔn)確， 在本系統(tǒng)中采用了溫度傳感器 DS18B20來獲取當(dāng)前溫度，而 DS18B20是采用 I2C總線進(jìn)行通信的，如圖 3.8所示，單片機(jī)使用 P3.7端口與 DS18B20的數(shù)據(jù)通訊端口相連接，并

29、通過軟件實(shí)現(xiàn) P3.7控制DS18B20的讀12和寫擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。+5U8DS18B20圖 3.8 單片機(jī)與 DS18B20 的通信3.3 控制執(zhí)行單元設(shè)計(jì)該電路的主要任務(wù)是完成單片機(jī)所發(fā)出的升溫或降溫操作， 來控制外部的升 溫或降溫設(shè)備。如圖 3.9所示，電路的 GK1和GK2 端分別與單片機(jī)的 P2.2和P2.3端 相連接，其工作原理如下： 賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。在通常情況下， GK1和GK2均為低電平， 當(dāng)單片機(jī)向溫度控制執(zhí)行電路發(fā)送 降溫命令時(shí)， GK1為高電平， GK2 為低電平，使三極管 Q1飽和導(dǎo)通，此時(shí)使繼 電器 RL1閉合控制外部的降溫設(shè)備進(jìn)行工作， 同時(shí)發(fā)光二極管

30、D9將被點(diǎn)亮，提醒 使用者溫度過高正在進(jìn)行降溫操作。 塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫(kù)。當(dāng)單片機(jī)向溫度控制執(zhí)行電路發(fā)送升溫命令時(shí)， GK1為低電平， GK2為高電 平，使三極管 Q2飽和導(dǎo)通，此時(shí)使繼電器 RL2閉合控制外部的升溫設(shè)備進(jìn)行工作， 同時(shí)發(fā)光二極管 D4將被點(diǎn)亮，提醒使用者溫度過低正在進(jìn)行升溫操作。 裊樣祕(mì)廬廂 顫諺鍘羋藺。13+5GK1RL1G2RL-1AB-DC5LED-REDRL2G2RL-1AB-DC5溫度過低R9300D4LED-BIRGQ2MPS6514GK2圖 3.9 溫度控制及相應(yīng)顯示電路第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序根據(jù)所學(xué)知識(shí)， 實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的軟件部分將使用匯編語言， 要

31、配合硬件部分實(shí)現(xiàn)輸 入一個(gè)需要恒定的溫度值和偏差溫度， 與從溫度傳感器所獲取的當(dāng)前實(shí)際溫度相 比較，并向溫度控制執(zhí)行電路發(fā)出升溫或降溫的命令， 在這一過程中將隨時(shí)顯示 當(dāng)前溫度值和設(shè)置的溫度值。其主要實(shí)現(xiàn)的部分包括：鍵盤輸入、溫度采集、數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)顯示、溫度控制等。主程序流程圖如圖 4.1 所示。 倉(cāng)嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。14數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換16 進(jìn) 制 10溫度控制執(zhí)行是否有外部中斷0 請(qǐng)求？顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度鍵盤輸入中斷服務(wù)子程序結(jié)束15圖 4.1 主程序流程圖4.2 溫度采集子程序溫度采集子程序主要負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)外部的溫度傳感器 DS18B20進(jìn)行工作，通過串 口通信方式向 DS18B20寫入

32、ROM命令，并讀取當(dāng)前溫度值，將讀取的數(shù)據(jù)存放 在 26H-2EH存儲(chǔ)單元，其中 26H單元存放溫度值的低位， 27H單元存放溫度值的 高位，程序流程圖如圖 4.2所示。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。圖 4.2 溫度采集子程序流程圖4.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序功能是將從溫度采集子程序中采集的十六進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)， 轉(zhuǎn)換成 十進(jìn)制的數(shù)值并存儲(chǔ)在指定的存儲(chǔ)單元內(nèi)。 由于該恒溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)有效 為 0-99，所以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換原理為：將獲取到的十六進(jìn)制溫度值除以十進(jìn)制數(shù)10，所得到的商為相應(yīng)十進(jìn)制數(shù)的十位，并存入 31H 單元，余數(shù)則為相應(yīng)十進(jìn)制數(shù) 的個(gè)位，并存入 30H 單元，其程序流程圖如圖 4.3

33、 所示。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。16圖 4.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程圖4.4 動(dòng)態(tài)顯示子程序在該恒溫系統(tǒng)中使用了兩個(gè)兩位的 LED七段數(shù)碼管來顯示系統(tǒng)所采集的當(dāng) 前溫度值和設(shè)置的溫度值， 為了不占用更多的單片機(jī)端口， 在針對(duì)顯示電路的設(shè) 計(jì)時(shí)采用了動(dòng)態(tài)顯示的方案， 而動(dòng)態(tài)顯示子程序的主要任務(wù)就是控制顯示電路的 掃描規(guī)律，其程序流程圖如圖 4.4所示。 瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。17開始當(dāng)前溫度高位送入 A設(shè)置溫度高位送入 A片選信號(hào)初始化片選信號(hào)初始化ORL A,#30HORL A,#30H當(dāng)前溫度高位片選信號(hào)設(shè)置溫度高位片選信號(hào)ANL A,#0CFHANL A,#0EFH顯示輸出顯示輸出MOV P1,A

34、MOV P1,A延時(shí) 1ms延時(shí) 1ms當(dāng)前溫度低位送入 A設(shè)置溫度低位送入 A片選信號(hào)初始化片選信號(hào)初始化ORL A,#30HORL A,#30H當(dāng)前溫度低位片選信號(hào)設(shè)置溫度低位片選信號(hào)ANL A,#0DFHANL A,#0FFH顯示輸出顯示輸出MOV P1,AMOV P1,A延時(shí) 1ms延時(shí) 1ms結(jié)束鎦詩(shī)涇艷損樓紲鯗餳類。圖 4.4 動(dòng)態(tài)顯示子程序流程圖4.5 溫度控制執(zhí)行子程序溫度控制執(zhí)行子程序的任務(wù)是檢測(cè)由溫度計(jì)測(cè)得的當(dāng)前溫度值是否在設(shè)置18溫度值的允許范圍內(nèi)， 若當(dāng)前溫度大于設(shè)置溫度的允許范圍， 表明當(dāng)前溫度過高， 立即向溫度控制電路發(fā)出降溫命令（ P2.2 為高電平， P2.3

35、為低電平）；若當(dāng)前 溫度小于設(shè)置溫度的允許范圍， 表明當(dāng)前溫度過低， 立及向溫度控制電路發(fā)出升 溫命令（ P2.2為低電平， P2.3為高電平），程序流程圖如圖 4.5 所示 。 櫛緶歐鋤棗鈕 種鵑瑤錟。YYN發(fā)出降P2.2 高電平溫命令P2.3 低電平發(fā)出升P2.2 低電平溫命令P2.3 高電平初始溫度控制端P2.2 和 P2.3 置低電平轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)圖 4.5 溫度控制執(zhí)行子程序流程圖194.6 鍵盤輸入中斷服務(wù)子程序在本系統(tǒng)中鍵盤輸入請(qǐng)求使用 INT0 （外部中斷 0）來實(shí)現(xiàn)， INT0 采用 電平觸發(fā)方式，當(dāng)按下鍵盤中的“設(shè)置 /切換”鍵時(shí)， INT0 （P3.2）端為低電平

36、時(shí)，進(jìn)入鍵盤輸入中斷服務(wù)子程序，此時(shí)可以設(shè)置要恒定溫度，“刪除（ * ）” 鍵為刪除鍵，點(diǎn)擊一次可刪除輸入的一位數(shù)據(jù)，在輸入過程中通過 P0.7 端口判 斷每次按鍵后是否釋放，當(dāng)按下“確定（ #）”號(hào)鍵時(shí)，則保存設(shè)置并退出中斷 服務(wù)子程序，返回到主程序，其程序流程圖如圖 4.6 所示。 峴揚(yáng)斕滾澗輻灄興渙藺。20NY設(shè)置切換NN輸入顯示NYN第二列是否掃描過？YN第三列是否掃描過？YN按鍵是否釋放？YYN輸入確定？NYY返回主程序N設(shè)置切換輸入P0.7=低電平？鍵按第三行掃描P0.5=低電平？鍵按第四行掃描P0.6=低電平？鍵按第二行掃描P0.4=低電平？延時(shí) 20ms 消除抖動(dòng)延時(shí) 20ms

37、 消除抖動(dòng)延時(shí) 20ms 消除抖動(dòng)INT0 請(qǐng)求第一列是否掃描過？鍵值相加，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)鍵按第一行掃描P0.3=低電平？設(shè)置控制、 溫度控制 初始化設(shè)置第二列鍵碼和第二列掃描端（ P0.1） 為低電平設(shè)置第三列鍵碼和第三列掃描端（ P0.2） 為低電平設(shè)置第一列鍵碼和第一列掃描端（ P0.0） 為低電平Y(jié)Y詩(shī)叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。21圖 4.6 鍵盤輸入中斷服務(wù)子程序流程圖 第 5 章 結(jié) 論 在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的過程中我充分應(yīng)用了在課堂上所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)， 當(dāng)把理 論知識(shí)通過自己的雙手變成實(shí)際后， 使我對(duì)電路設(shè)計(jì)有了更多的了解， 同時(shí)又產(chǎn) 生了更濃厚的興趣。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。本系統(tǒng)的核心技術(shù)表

38、現(xiàn)在溫度采集、 3x4 矩陣鍵盤輸入和動(dòng)態(tài)顯示部分，其 中溫度采集的硬件部分使用溫度傳感器 DS18B20，通過軟件控制與 DS18B20 的 串口通訊來進(jìn)行溫度采集； 3x4 矩陣鍵盤輸入采用鍵碼的掃描來實(shí)現(xiàn) .。脹鏝彈奧秘 孫戶孿釔賻。為了實(shí)現(xiàn)這一系列功能我主動(dòng)與指導(dǎo)老師交流， 并且查閱了大量相關(guān)的書籍， 在 此過程中進(jìn)一步鍛煉了自己思考問題與解決問題的能力， 鞏固并提高了自己的單 片機(jī)、數(shù)字電路、模擬電路等相關(guān)知識(shí)。 鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最終功能是控制外界溫度， 使溫度恒定在一定的范圍內(nèi)， 統(tǒng)所 能測(cè)量溫度的范圍在 0-99 度之間，能恒定的范圍是在 1-98度之間，所以該

39、系統(tǒng) 在日常生活與生產(chǎn)中有較大的應(yīng)用空間， 特別是運(yùn)用在養(yǎng)殖業(yè)方面。 而在一些特 殊的生產(chǎn)環(huán)境中，其需要恒溫的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該系統(tǒng)， 該恒溫系統(tǒng)是不適用的， 這也是該系統(tǒng)有待完善的地方。 稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。22錄：主程序代碼ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H;外部中斷 INT0 入口地址LJMP SKEY;轉(zhuǎn)外部中斷 INT0ORG 1000HCLR P2.2;初始控制端 ,溫度過高 /降溫CLR P2.3;溫度過低 /升溫TEMPDIN BIT P3.7;DS18B20 通信端口TEMPL EQU 24H;溫度低位存儲(chǔ)單元TEMPH EQU 25H;溫度高位存儲(chǔ)單元T

40、EMPHEAD EQU 26H;DS18B20 9 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 (26H-2EH)SHOWGETL EQU 30H; 當(dāng)前溫度低位SHOWGETH EQU 31H; 當(dāng)前溫度高位SHOWSETL EQU 32H; 設(shè)置溫度低位SHOWSETH EQU 33H; 設(shè)置溫度高位TEMPCK EQU 34H; 偏差溫度存儲(chǔ)單元MOV TEMPCK,#03H;設(shè)置系統(tǒng)允許的偏差溫度MOV SHOWGETL,#00H;當(dāng)前溫度低位初值MOV SHOWGETH,#00H;當(dāng)前溫度高位初值MOV SHOWSETL,#00H;設(shè)置溫度低位初值MOV SHOWSETH,#00H;設(shè)置溫度高位初值MOV IE

41、,#00HACALL READTEMP;發(fā)送溫度讀取指令A(yù)CALL READTEMP1;讀出溫度值子程序ACALL DATAS;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 （將 16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)制數(shù)MAIN:LOOP:據(jù)）23ACALL SETOUT;溫度數(shù)據(jù)處理 ,溫度控制執(zhí)行ACALL SHOW;顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度CLR IT0SETB EA;電平觸發(fā)方式;CUP 開放中斷SETB EX0; 允許外部中斷 0AJMP LOOP; 陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。;下面是主程序所用到的子程序; 溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。; RESET DS18B20 復(fù)位 INITDS1820:SETB TEMPDINNOPNOPCLR

42、TEMPDINMOV R6, #0A0H ; DELAY 480usDJNZ R6, $MOV R6, #0A0HDJNZ R6, $SETB TEMPDINMOV R6, #SHOWSETL; DELAY 70usDJNZ R6, $MOV R6,#3CHLOOP1820: MOV C, TEMPDINJC INITDS1820OUTDJNZ R6,LOOP1820MOV R6, #064H; DELAY 200usDJNZ R6, $SJMP INITDS182024RETINITDS1820OUT: SETB TEMPDINRET; 鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。;讀DS18B20的程序, 從

43、DS18B20中讀出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)READDS1820:MOV R7, #08HSETB TEMPDINNOPNOPREADDS1820LOOP:CLR TEMPDINNOPNOPNOPSETBTEMPDINMOVR6, #07H; DELAY 15usDJNZR6, $MOVC, TEMPDINMOVR6, #3CH; DELAY 120usDJNZR6, $RRCASETBTEMPDINDJNZR7, READDS1820LOOPMOVR6, #3CH; DELAY 120usDJNZR6, $RET; 懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。; 寫 DS18B20的子程序 , 向 DS18B20中寫一個(gè)字

44、節(jié)的數(shù)據(jù) WRITEDS1820: MOV R7, #08HSETB TEMPDINNOP25NOPWRITEDS1820LOOP:CLR TEMPDINMOVR6, #07H; DELAY 15usDJNZR6, $RRCAMOVTEMPDIN, CMOVR6, #34H; DELAY 104usDJNZR6, $SETBTEMPDINDJNZR7, WRITEDS1820LOPRET 謾飽兗爭(zhēng)詣繚鮐癩別瀘。向 DS18B20 寫入相應(yīng)的 ROM 命令READTEMP: LCALL INITDS1820MOV A, #0CCHLCALL WRITEDS1820 ;寫入 ROM 命令 SKIP

45、 ROMMOV R6, #34H; DELAY 104usDJNZ R6, $MOV A, #44HLCALL WRITEDS1820;寫入 ROM 命令 START CONVERSIONMOV R6, #34H; DELAY 104usDJNZ R6, $RET 咼鉉們歟謙鴣餃競(jìng)蕩賺。;讀出溫度值子程序READTEMP1:LCALL INITDS1820MOV A, #0CCHLCALL WRITEDS1820 ;寫入 ROM 命令 SKIP ROMMOV R6, #34H; DELAY 104usDJNZ R6, $26MOVA, #0BEHLCALL WRITEDS1820 ; 寫入 R

46、OM 命令 SCRATCHPADMOVR6, #34H ; DELAY 104usDJNZR6, $MOVR5, #09HMOVR0, #TEMPHEADMOVB,#00HREADTEMP2:LCALL READDS1820 ;開始讀出溫度MOVR0, AINC R0READTEMP21:LCALL CRC8CALDJNZR5, READTEMP2MOVA, BJNZ READTEMPOUTMOVA, TEMPHEAD + 0MOVTEMPL, AMOVA, TEMPHEAD + 1MOVTEMPH, AREADTEMPOUT: RET; 瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。; DS18B20 CRC-8

47、校驗(yàn)程序CRC8CAL:PUSH ACCMOVR7, #08HCRC8LOOP1:XRL A, BRRCAMOVA, BJNCCRC8LOOP2XRLA, #18HCRC8LOOP2:RRC AMOVB, A27POPACCRR APUSHACCDJNZR7, CRC8LOOP1POPACCRET; 麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 （將 16 進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 10 進(jìn)制數(shù)據(jù) ）DATAS: MOV A,TEMPLANL A,#0F0H ;屏蔽低位SWAP AMOV B,AMOV A,TEMPHSWAP AORL A,BMOV B,#10DIV ABMOV SHOWGETH,AMOV SHOW

48、GETL,BRET; 納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。;溫度數(shù)據(jù)處理SETOUT: MOV A,SHOWGETL;設(shè)置偏差溫度 ,當(dāng)前溫度 +TEMPCKADD A,TEMPCKMOV 50H,AMOV 51H,SHOWGETHSUBB A,#0AHJC SSZ_5MOV 50H,A28INC 51HSSZ_5: MOV A,SHOWSETL;設(shè)置偏差溫度 ,設(shè)置溫度 +TEMPCKADD A,TEMPCKMOV 52H,AMOV 53H,SHOWSETHSUBB A,#0AHJC SD1MOV 52H,AINC 53HSD1: MOV A,52H;設(shè)置溫度 +TEMPCK 減 當(dāng)前溫度 （判斷溫度是否

49、過高 ）風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。SUBB A,SHOWGETLMOV A,53HSUBB A,SHOWGETHJC JIANGMOV A,50H;當(dāng)前溫度 +TEMPCK 減 設(shè)置溫度 （判斷溫度是否過SUBB A,SHOWSETLMOV A,51HJC SHENGCLR P2.2CLR P2.3AJMP OVERJIANG: SETB P2.2CLR P2.3AJMP OVERSHENG: SETB P2.3CLR P2.2SUBB A,SHOWSETH;初始控制端 ,溫度過高 /降溫;溫度過低 /升溫;溫度過高 /降溫處理;溫度過低 /升溫;溫度過低 /升溫處理;初始控制端 ,溫度過高 /降

50、溫OVER: RET29滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。;3x4 矩陣鍵盤輸入中斷子程序SKEY: MOV R0,#00HCLR P2.2;初始控制端 ,溫度過高 /降溫CLR P2.3;初始控制端 ,溫度過低 /升溫LS1: JB P3.2,SK1MOV A,R0CPL AMOV R0,AJNB P3.2,$SK1: MOV ACC,#0FFHCLR ACC.0SETB ACC.1SETB ACC.2MOV P0,ACCACALL DELAY1;調(diào)用兩次 10ms延時(shí),消除抖動(dòng)ACALL DELAY1MOV ACC,P0MOV 40H,#01HAJMP HS1LS2: MOV ACC,#0FFHSET

51、B ACC.0CLR ACC.1SETB ACC.2MOV P0,ACCACALL DELAY1ACALL DELAY1MOV ACC,P0MOV 40H,#02HAJMP HS130LS3:HS1:HS2:HS3:HS4:FH1:MOV ACC,#0FFH SETB ACC.0 SETB ACC.1 CLR ACC.2 MOV P0,ACC ACALL DELAY1 ACALL DELAY1 MOV ACC,P0 MOV 40H,#03H AJMP HS1 JB ACC.3,HS2 MOV A,#00H ADD A,40H AJMP KSOK JB ACC.4,HS3 MOV A,#03H ADD A,40H AJ