單片機(jī)論文基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 山東大學(xué)電氣工程學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 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) 學(xué)生姓名：趙洪 學(xué) 院：電氣工程學(xué)院 專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 年 級(jí)：2012 指導(dǎo)教師：顏世剛 2013 年 6 月 18 日 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要摘要 溫度作為一個(gè)重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的參數(shù)之一，所以 溫度測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器的研究是一個(gè)重要的課題。隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技 術(shù)已經(jīng)伸入到各個(gè)領(lǐng)域，基于單片機(jī)數(shù)字溫度控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)相比，具 有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，本文將介紹一種基于單片機(jī)控制 的數(shù)字溫度控制系統(tǒng)。

2、 本文從硬件和軟件兩方面來講述學(xué)校浴室水溫自動(dòng)控制過程,在控 制過程中主要應(yīng)用 at89s51，通過 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機(jī)為 核心控制部件，并通過四位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)。軟件方面采 用匯編語言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。為了便于擴(kuò)展和更 改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了，使硬件在軟件 的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。1 關(guān)鍵詞： 單單片片機(jī)機(jī)；傳傳感感器器 ；溫溫度度 the design of control system of temperature based on mcu abstract te

3、mperature is an important physical quantity, is the most common industrial production process, technology is one of the most important parameters, so the research on temperature measurement technology and instruments is an important subject. with the era of progress and development, scm technology h

4、as extended to various fields, compared with the traditional thermometer digital thermometer based on single-chip microcomputer, the reading convenience, a wide range of temperature measurement, digital output temperature display, this paper will introduce a kind of digital thermometer based on sing

5、le chip microcomputer. in this paper, from two aspects of hardware and software about school bathroom automatic temperature control process, the control process is mainly used at89s51, mainly through the ds18b20 digital temperature sensor to collect the environmental temperature, the single-chip mic

6、rocomputer as the core control component, and through four digital tube display real-time temperature of a digital thermometer. software using assembly language to program design, so that the instruction execution speed, save the memory space. in order to facilitate the expansion and the change, the

7、 software design uses the modular structure, make the logic relation of designing program more concise, making hardware tocoordinatetheoperation under the software control. keywords: scm; sensor; temperature; 目錄目錄 摘要 .i abstract .ii 目錄 .1 第一章 緒論 .1 1.1 課題的背景及其意義 .1 1.2 課題研究的內(nèi)容 .1 1.3 課題實(shí)現(xiàn)的控制功能 .2 1.

8、4 本章小結(jié) .2 第二章 溫度控制系統(tǒng)方案選擇 .3 2.1 方案一 .3 2.2 方案二 .3 2.3 方案比較與選擇 .3 2.4 本章小結(jié) .4 第三章 ds18b20 溫度傳感器簡(jiǎn)介.5 3.1 ds18b20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) .5 3.1.1 ds18b20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu).5 3.1.2 ds18b20 的性能特點(diǎn).6 3.2 ds18b20 的工作原理 .7 3.2.1 ds18b20 工作時(shí)序.7 3.2.2 rom 操作命令.9 3.3 ds18b20 的測(cè)溫原理 .10 3.3.1 ds18b20 的測(cè)溫原理.10 3.3.2 ds18b20 的測(cè)溫流程.11 第四章 系統(tǒng)

9、硬件電路設(shè)計(jì) .12 4.1 設(shè)計(jì)原則 .12 4.2 主板電路設(shè)計(jì) .12 4.3 各部分電路 .13 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .18 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 .18 5.2 系統(tǒng)程序流圖 .18 5.3 調(diào)試 .23 第六章 結(jié) 論 .25 參考文獻(xiàn) .26 致謝 .27 附錄 .28 第一章第一章 緒論緒論 1.1 課題的背景及其意義課題的背景及其意義 在當(dāng)今社會(huì)，建設(shè)工程及日常生活中溫度控制都起著重要作用，最早的溫度控制應(yīng) 用于工廠生產(chǎn)中，可以起到實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量的作用。然而 隨著人們生活質(zhì)量的提高，現(xiàn)代社會(huì)中的溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面也應(yīng)用于酒 店，

10、廠房以及家庭生活中，在有些應(yīng)用中，如高精度的生產(chǎn)廠房，對(duì)溫度的要求極其嚴(yán) 格，溫度的變化極有可能對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時(shí) 檢測(cè)溫度變化以及溫度變化的設(shè)備，提供溫度數(shù)據(jù)值，使人們對(duì)溫度的變化做及時(shí)的調(diào) 整，及時(shí)反映生產(chǎn)，生活中溫度變化使人們能及時(shí)看到溫度變化的第一手資料，提示人 們溫度變化情況，協(xié)助人們能及時(shí)的調(diào)整，起到溫度報(bào)警作用，使溫度控制更好的服務(wù) 于社會(huì)生產(chǎn)，生活。 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測(cè)量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)很重要而 普遍的參數(shù)。溫度的測(cè)量及控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、 促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由

11、于溫度測(cè)量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量 在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是 在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。 隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣 泛。利用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制的技術(shù)也隨之而生，并日益發(fā)展和完善，且越來越顯示 出它的優(yōu)越性。 2 1.2 課題研究的內(nèi)容課題研究的內(nèi)容 本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介紹了對(duì)水 箱溫度的顯示、控制，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用 ds18s20、at89s51 單片機(jī)及 led 的硬件電路完成對(duì)水溫的實(shí)時(shí)檢測(cè)及顯

12、示，利用 ds18s20 與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來實(shí)現(xiàn)對(duì)浴室水箱溫度實(shí)時(shí)控制。由 ds18s20 檢測(cè)水箱出水口溫度，用中值濾波的方法取一個(gè)值存入程序存取器內(nèi)部一個(gè)單 元作為最后檢測(cè)信號(hào)，并在 led 中顯示。ds18b20 芯片具有微型化、低功耗、高性能、 抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于溫度測(cè)控系統(tǒng)，而且 ds18s20 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)?？刂破魇怯?at89s51 單片機(jī)，用 pid 算法對(duì)檢測(cè)信號(hào)和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出控制信號(hào)給執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，控制水箱內(nèi)溫度。而且利用本次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)試，溫度顯示，溫度門

13、限設(shè)定，超過設(shè)定的門限值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置等功能。 1.3 課題實(shí)現(xiàn)的控制功能課題實(shí)現(xiàn)的控制功能 1. 能夠連續(xù)測(cè)量水的溫度值，用十進(jìn)制數(shù)碼管來顯示水的實(shí)際溫度。 2. 能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是 2070。 3. 能夠?qū)崿F(xiàn)水溫的自動(dòng)控制，如果設(shè)定水溫為 60，則能使水溫保持恒定在 60的 溫度下運(yùn)行。 4. 用單片機(jī) at89s51 控制，通過按鍵來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。 1.4 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章首先介紹了課題的背景和研究意義，并對(duì)課題的主要內(nèi)容進(jìn)行了綜述，最后對(duì) 課題實(shí)現(xiàn)的具體控制功能做了一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。 第二章第二章 溫度控制系統(tǒng)方案選擇溫度控制系統(tǒng)方案選擇 2

14、.1 方案一方案一 系統(tǒng)的硬件電路包括微控制器部分（主機(jī)） ，溫度檢測(cè)，人機(jī)對(duì)話（鍵盤/顯示）三 個(gè)主要部分。溫度檢測(cè)部分采用傳統(tǒng)的熱敏電阻，熱敏電阻的阻值隨環(huán)境溫度變化而變 化，變送器將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成與溫度成正比的電壓信號(hào)，經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為單片 機(jī)可識(shí)別得二進(jìn)制數(shù)字量，單片機(jī)主要控制 led 顯示器顯示正確的溫度值，led 顯示器實(shí) 現(xiàn)顯示功能。 2.2 方案二方案二 考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只 ds18b20 溫度傳感器，直接 讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。 2.3 方案比較與選擇方案比較與選擇 方案 1 與方案 2 的主要區(qū)別在溫度檢測(cè)

15、部分，方案 1 是采用熱敏電阻檢測(cè)溫度，然后 利用 a/d 轉(zhuǎn)換器將溫度模擬量轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)供單片機(jī)處理。方案 2 主要利用 ds18b20 這塊芯片進(jìn)行溫度檢測(cè)，并將采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)。 方案 1 與 方案 2 相比，它最大的特點(diǎn)就是它能檢測(cè)的溫度范圍很大，熱敏電阻的性能決定了整個(gè) 設(shè)計(jì)的所能檢測(cè)的溫度范圍。方案 2 的溫度檢測(cè)范圍已經(jīng)由系統(tǒng)中的 ds18b20 的特性所 決定，它能檢測(cè)的溫度范圍為-55到 120，雖然其溫度檢測(cè)范圍很窄，但已足夠滿足 一般測(cè)量需要，從整體上來看方案 2 比方案 1 更簡(jiǎn)單，因?yàn)槲覀兎桨?2 是利用現(xiàn)有的智 能溫度傳感芯片 ds18b2

16、0，他無需 a/d 轉(zhuǎn)換，直接輸出數(shù)字量。所以本設(shè)計(jì)中所使用的溫 度測(cè)量電路是方案 2 的電路。 在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖 1.1 所示，它由三部分組成:溫度采集部分采用 ds18b20 溫度傳感器?？刂撇糠种餍酒捎脝纹瑱C(jī) at89s51；顯示部分采用 3 位 led 數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示； 單 片 機(jī) ds18b20 led 顯示 指示燈 圖 21 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案 1. 溫度采集部分 ds18b20 溫度傳感器是美國(guó) dallas 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感 器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這一部分主要完成對(duì)溫 度信號(hào)的采集和

17、轉(zhuǎn)換工作，由 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。 數(shù)字溫度傳感器 ds18b20 把采集到的溫度通過數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的 p1.0 口，單片機(jī)接 受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到 ds18b20 和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單。 2. 控制部分 單片機(jī) at89s51 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，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。3 3. 顯示部分 顯示電路采用 3 位共陽(yáng) led 數(shù)碼管，從 p0 口送數(shù)，p2 口掃描。4 2.4 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章介紹了兩種測(cè)溫方法的基本原理及實(shí)現(xiàn)方式，給出了最優(yōu)的控制方案

18、，并討論 了控制器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分的工作方式。 加熱繼電器 第三章第三章 ds18b20 溫度傳感器簡(jiǎn)介溫度傳感器簡(jiǎn)介 3.1 ds18b20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 3.1.1 ds18b20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成 1) 64 位光刻 rom。開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共 有 48 位，最后 8 位是前 56 位的 crc 校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) ds18b20 可以采用一線進(jìn)行通 信的原因。64 位閃速 rom 的結(jié)構(gòu)如下. 表 31 rom 結(jié)構(gòu) 8b 檢驗(yàn) crc 48b 序列號(hào)8b 工廠代碼（10h） m

19、sb lsb msb lsb msb lsb 內(nèi)部 電源 探測(cè) 位 和 單線端口 位 產(chǎn)生器 暫存器 下限觸發(fā) 上限觸發(fā) 溫度傳感器 存儲(chǔ)器和控制邏輯 圖 31 ds18b20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 th 和 tl，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。 3) 高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置 ds18b20 溫度轉(zhuǎn)換的精度。 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 e2pram。頭 2 個(gè)字節(jié)包含測(cè)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

20、確定溫度 值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。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。 表 32 ds18b20 內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) byte0溫度測(cè)量值 lsb（50h） byte1溫度測(cè)量值 msb（50h）e2prom byte2th 高溫寄存器 - th 高溫寄存器 byte3tl 低溫寄存器 - tl 低溫寄存器 byte4配位寄存器 - 配位寄存器 byte5預(yù)留（ffh） byte6預(yù)留（0ch） byte7預(yù)留（ioh） byte8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（crc） 4) crc 的產(chǎn)生

21、在 64 b rom 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc） 。主機(jī)根據(jù) rom 的前 56 位來計(jì)算 crc 值，并和存入 ds18b20 中的 crc 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 rom 數(shù)據(jù)是 否正確。另外，由于 ds18b20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此 讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) ds18b20 的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化 ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā) rom 功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理5 3.1.2 ds18b20 的性能特點(diǎn)的性能特點(diǎn) ds18b20 的性能特點(diǎn)如下： 1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 2) 多個(gè) ds

22、18b20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； 3) 無須外部器件； 4) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 3.05.5v； 5) 零待機(jī)功耗； 6) 溫度以 3 位數(shù)字顯示； 7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置； 8) 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 9) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作6 3.2 ds18b20 的工作原理的工作原理 3.2.1 ds18b20 工作時(shí)序工作時(shí)序 根據(jù) ds18b20 的通訊協(xié)議，主機(jī)控制 ds18b20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟： 1. 每一次讀寫之前都必須要對(duì) ds18b20 進(jìn)行復(fù)位；

23、 2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條 rom 指令； 3. 最后發(fā)送 ram 指令，這樣才能對(duì) ds18b20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 復(fù)位要求主 cpu 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放，ds18b20 收到信號(hào)后等待 1560 微秒左右后發(fā)出 60240 微秒的存在低脈沖，主 cpu 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。 其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖 3-2，3-3，3-4 所示。 (1) 初始化時(shí)序 響應(yīng)脈 沖60240 等待15-60 主機(jī)最小480 主機(jī)復(fù)位脈沖 最小480us 圖 32 初始化時(shí)序 總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī) 知道

24、，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少 480us， 以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7k 上拉電阻將總線拉高，延時(shí) 1560us，并 進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí) 480us 。 (2) 寫時(shí)序 采 樣1545 采 樣1545 11 主機(jī)寫1時(shí)序 主機(jī)寫0時(shí)序 圖 33 寫時(shí)序 寫時(shí)序包括寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要 60us，且在 2 次獨(dú)立的寫時(shí) 序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫 1 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平， 延時(shí) 2us，然后釋放總線，延時(shí) 60us。寫 0 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)

25、 60us，然后釋 放總線，延時(shí) 2us。 (3) 讀時(shí)序 主機(jī)采樣 主機(jī)采樣 4545 11 主機(jī)寫1時(shí)序 主機(jī)寫0時(shí)序 圖 34 讀時(shí)序 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命 令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2 次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主 機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后 延時(shí)50us7 3.2.2 rom 操作命令操

26、作命令 當(dāng)主機(jī)收到dsl8b20 的響應(yīng)信號(hào)，便可以發(fā)出rom 操作命令之一，這些命令如下表8。 表 33 rom 操作命令 指令約定代碼功 能 讀 rom 33h 讀 ds18b20 rom 中的編碼 符合 rom 55h 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 rom 編碼，訪問單線 總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 ds18b20 使之作出響應(yīng)，為下 一步對(duì)該 ds18b20 的讀寫作準(zhǔn)備 搜索 rom 0f0h 用于確定掛接在同一總線上 ds18b20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 rom 地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備 跳過 rom 0cch 忽略 64 位 rom 地址，直接向 ds18b20 發(fā)溫度變換

27、命令， 適用于單片工作。 續(xù)表 33 告警搜索 命 令 0ech 執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做 出響應(yīng) 溫度變換 44h 啟動(dòng) ds18b20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為 500ms， 結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) ram 中 讀暫存器 0beh 讀內(nèi)部 ram 中 9 字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4eh 發(fā)出向內(nèi)部 ram 的第 3，4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命 令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器 48h 將 e2pram 中第 3，4 字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到 e2pram 中 重調(diào) e2pram 0bbh 將 e2pram 中內(nèi)容恢復(fù)到 ram 中的第 3，4 字節(jié) 讀

28、供 電 方 式 0b4h 讀 ds18b20 的供電模式，寄生供電時(shí) ds18b20 發(fā)送“0” ， 外接電源供電 ds18b20 發(fā)送“1” 3.3 ds18b20 的測(cè)溫原理的測(cè)溫原理 3.3.1 ds18b20 的測(cè)溫原理的測(cè)溫原理 dsl8b20 在 rom 中都存有其唯一的 48 位序列號(hào)，在出廠前就已經(jīng)寫入片內(nèi) rom 中。 主機(jī)在進(jìn)入操作程序之前必須用讀 rom(33h)命令將該 dsl8b20 的序列號(hào)讀出。 程序也可以先跳過 rom，啟動(dòng)所有 dsl8b20 進(jìn)行溫度變換，再通過匹配 rom，再逐一 地讀回每個(gè) dsl8b20 的溫度數(shù)據(jù)。 ds18b20 的測(cè)溫原理如圖 3

29、-4 所示，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(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振受溫度變化影響很大， 所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。其中還隱含著計(jì)數(shù)門，計(jì)數(shù)門打開時(shí)， ds18b20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門 開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置 入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的 一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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

30、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(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì) 數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，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)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值. 9 減法計(jì)數(shù)器 斜坡累加器 減到 0 減法計(jì)數(shù)器 預(yù) 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計(jì)數(shù)比較器 預(yù) 置 溫度寄存器 減到 0 圖 3-4 ds18b20 的測(cè)溫原理 3.3.2 ds18b20 的測(cè)溫流程的測(cè)溫

31、流程 初始化 ds18b20 跳過 rom 匹配 溫度變換延時(shí) 1s 跳過 rom 匹配 讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示 圖 35 ds18b20 測(cè)溫流程 第四章第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則 ds18b20 的供電方式有兩種。第一種是用電源供電，此時(shí) ds18b20 的引腳 1 接地，引 腳 2 作為信號(hào)線，引腳 3 接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 4.1 所示單片機(jī)端 口接單線總線，為了在有效的 ds18b20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用 mosfet 管來完 成對(duì)總線的上拉。此次設(shè)計(jì)采用電源供電方式， p1.1 口接單線總線來保證在有效的

32、 ds18b20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，用 mosfet 管和 89s51 的 p1.0 來完成對(duì)總線的上拉。 當(dāng) ds18b20 處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度 a/d 變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)大的上拉電阻， 上拉開啟時(shí)間最大為 10 s。寄生電源供電方式是 vdd和 gnd 端都接地。因?yàn)閱尉€制只有 一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。 主機(jī)控制 ds18b20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過 3 個(gè)步驟： （1）初始化 （2）rom 操作指令 （3）存儲(chǔ)器操作指令10 4.2 主板電路設(shè)計(jì)主板電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的 p1.0 接 ds18b20 的 2 號(hào)引腳，p0 口送數(shù) p2 口掃描，p1.1、p

33、1.2 控制加熱 器和電風(fēng)扇的繼電器。ale 引腳懸空，復(fù)位引腳接到復(fù)位電路、vcc 接電源、vss 接地、 ea 接電源。 圖 4-1 主電路圖 4.3 各部分電路各部分電路 1.ds18b20 與單片機(jī)的接口電路 p0 口接 9 個(gè) 2.2k 的排阻然后接到顯示電路上。p1.0 接溫度傳感器 ds18b20。p1.1 和 p1.2 引腳接繼電器電路的 4.7k 電阻上，p1 口其他引腳懸空。p2 口中 p2.0、p2.1、p2.2、p2.3 分別接到顯示電路的 4.7k 電阻上，p2.5 接蜂鳴器電路，其他引 腳懸空。p3 口中 p3.5、p3.6、p3.7 接到按鍵電路。如圖 4-2 所

34、示。 圖 42 ds18b20 與單片機(jī)的接口電路 2. 顯示電路 顯示電路采用了 7 段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序 的編寫。 圖 43 顯示電路圖 3. 單片機(jī)電路 單 片 機(jī) 18b20 vccgnd p1.0 圖 44 單片機(jī)電路引腳圖 4. ds18b20 溫度傳感器電路 ds18b20 的管腳排列如圖所示，dq 為數(shù)字信號(hào)輸入輸出端；gnd 為電源地； vdd 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） 圖 4-5 溫度傳感器電路引腳圖 5. 繼電器電路 圖中 p1.1 引腳控制加熱器繼電器。給.p1.1 低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭 放下來開始工作

35、。 圖 4-6 繼電器電路圖 6. 晶振控制電路 晶振電路的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。本系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分 保持同步。兩個(gè)電容叫晶振的負(fù)載電容，分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對(duì)地的電容，會(huì)影 響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。y1 是石英晶體，連接在晶振引腳的輸入和輸出之間, 等效為一個(gè)并聯(lián)諧振回路,電路的振蕩頻率即是石英晶體的并聯(lián)諧振頻率。單片機(jī) xial1 和 xial2 分別接 30pf 的電容，中間再并個(gè) 12mhz 的晶振，形成單片機(jī)的晶振電 路。 圖 4-7 晶振控制電路圖 7. 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其作用是使 cpu 中的各個(gè)部件都處于一個(gè)確定的 初始狀態(tài)，

36、并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。當(dāng) ale 及 兩腳輸出高電平，rst 引腳高電平時(shí)， 單片機(jī)復(fù)位。51 單片機(jī)的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)按鈕復(fù)位兩種形式，rst/vpd 端 的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生高電平則為上電復(fù)位；若通過按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào) 稱為手動(dòng)按鈕復(fù)位。 圖 4-8 為兼有上電復(fù)位與按鈕復(fù)位的電路。圖中，上電瞬間 rst 端的電位與 vcc 相同，隨著電容充電電流的減小，+5v 立即加到了 rst 端，該高電平使 8051 復(fù)位。 若運(yùn)行過程中，需要程序從頭開始執(zhí)行，這只需按 reset 即可。按下按鈕則直接把 +5v 加到了 rst 端從而復(fù)位，這稱為手動(dòng)復(fù)位。 圖 4-8 復(fù)位電路圖

37、 第五章第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 要實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)的完整功能，必須要有相應(yīng)的軟件配合硬件才能完成。用軟件支配 復(fù)雜的硬件電路，流暢的編程，會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)行變得簡(jiǎn)單。因此充分利用單片機(jī)內(nèi)部豐富 的硬件資源和軟件資源，采用與 s51 系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的 51 匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 方法進(jìn)行軟件編程。 mcs51 指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短，它在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較高的效率， 編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合。對(duì)于要 求反應(yīng)靈敏與控制及時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多 “電腦化”產(chǎn)

38、品，可以充分體現(xiàn)出匯編語言簡(jiǎn)明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。 5.2 系統(tǒng)程序流圖系統(tǒng)程序流圖 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫入子程序等。 1）主程序 主程序的功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 ds18b20 的測(cè)量的當(dāng)前溫度值， 并送入單片機(jī)進(jìn)行處理，測(cè)量間隔 1s。通過調(diào)用讀溫度子程序?qū)⒋嬖趦?nèi)存儲(chǔ)中的整數(shù)部 分與小數(shù)部分分別存放在兩個(gè)單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來。 圖 5-1 主程序流程圖 2）讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的功能是讀出內(nèi)部 ram 中的 9 個(gè)字節(jié)，并在讀出時(shí)進(jìn)行 crc 校驗(yàn)， 校驗(yàn)如有錯(cuò)誤則不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 圖 5

39、-2 讀出溫度子程序 跳過 rom 匹配命令 寫入子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令 顯示子程序(延時(shí)) 寫入子程序 寫入子程序 ds18b20 復(fù)位、應(yīng)答子程序 ds18b20 復(fù)位、應(yīng)答子程序 跳過 rom 匹配命令 讀溫度命令子程序 終 止 3）復(fù)位、應(yīng)答子程序 圖 5-3 復(fù)位、應(yīng)答子程序 開始 p1.0 口清 0 延時(shí) 537us p1.0 口置 1 標(biāo)志位置 1 50us 是否有低電平 有 234us 低電 平 p1.0 口置 1 終止 標(biāo)志位置 1 是 否 4）寫入子程序 圖 5-4 寫入子程序 進(jìn)位 c 清 0 p1.0 清 0 延時(shí) 12us 帶進(jìn)位右移 延時(shí) 46us p1.0 置 0

40、r2 是否為 0 終止 開始 5)系統(tǒng)總的流程圖 開 始 初始化 ds18b20 顯示當(dāng)前溫度 判斷當(dāng)前溫度值 超過設(shè)定 溫度上限 啟動(dòng)風(fēng)扇 降低溫度 紅燈亮 設(shè)定溫度上、下限 啟動(dòng)電熱爐 升高溫度 是 否 低于設(shè)定 溫度下限 是 綠燈亮 否 圖 5-5 系統(tǒng)總的流程圖 5.3 調(diào)試調(diào)試 主程序的功能是：?jiǎn)?dòng) ds18b20 測(cè)量溫度，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，若測(cè)得溫 度小于設(shè)定值，則進(jìn)入加熱階段，置 p1.1 為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到 溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置 p1.1 為高電平斷開可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動(dòng)命令。 當(dāng)測(cè)得溫度大于設(shè)定值，則進(jìn)入降溫階段，則置 p1.2

41、 為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行 監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，置 p1.2 為高電平斷開，關(guān)閉風(fēng)扇，等待下一次的啟動(dòng)命 令。 第一次接電調(diào)試，設(shè)置溫度上限為 90 攝氏度，溫度下限為 20 攝氏度。加熱后，溫 度有時(shí)超過 90 攝氏度卻不報(bào)警，后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)是進(jìn)位 c 沒有清 0，于是在如下寫入程 序中加入進(jìn)位 c 清零，便排除了這個(gè)異常。 wr1:clr p1.0 mov r3,#6 djnz r3,$ rrc a mov p1.0,c mov r3,#23 djnz r3,$ setb p1.0 nop djnz r2,wr1 ret; 讀 ds18b2 再經(jīng)實(shí)際接電調(diào)試，一切運(yùn)行正常。加

42、熱到 90 攝氏度時(shí)，紅燈亮起，自動(dòng)斷電，而 低于 20 攝氏度時(shí)，綠燈亮起，開始加熱。 第六章第六章 結(jié)結(jié) 論論 目前隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們愈來愈追求美的享 受，這也促使了智能控制業(yè)的迅猛發(fā)展。 本文首先結(jié)合國(guó)內(nèi)外溫度控制技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，以水溫控制為例，闡述了 研制開發(fā)智能溫度控制系統(tǒng)對(duì)其產(chǎn)生良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 再次，根據(jù)現(xiàn)有的控制方案，通過對(duì)比它們的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于溫度控制系統(tǒng) 時(shí)存在的問題，提出了改進(jìn)策略。 1、本文的特色： 本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在控制過程中主要應(yīng)用 at89s51 通過 ds18b20 數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機(jī)為核

43、心控制部 件，并通過四位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)。本溫度控制系 統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，像倉(cāng)儲(chǔ)溫度，水溫的控制等。用戶可靈活選擇本設(shè)計(jì) 的用途，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，且使用方便。 2、本文的不足： 受研究時(shí)間和本人知識(shí)結(jié)構(gòu)的制約，本文的研究工作也存在一些不足： （1）由于知識(shí)結(jié)構(gòu)及時(shí)間限制,未能對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的仿真及結(jié)果分析， 而且也未進(jìn)行系統(tǒng)的安裝調(diào)試，要應(yīng)用于工程還有待于進(jìn)一步研究。 （2）由于對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)不熟悉及時(shí)間的限制，設(shè)計(jì)過程中未對(duì)其可靠性、 抗擾性進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，有待今后不斷學(xué)習(xí)、提高。 （3）由于時(shí)間有限，本文的設(shè)計(jì)內(nèi)容只進(jìn)行了系列的理論與試驗(yàn)研究，未能 在答辯

44、前完成樣機(jī)試制。 （4）該智能溫度控制器只是 ds18b20 在溫度控制領(lǐng)域的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，還有 許多需要完善的地方，例如可以將測(cè)得的溫度通過單片機(jī)與通訊模塊相連接， 以手機(jī)短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控。 另外，論文中有不少疏忽和錯(cuò)誤的地方，望各位老師和同學(xué)給予批評(píng)指導(dǎo)， 本人將不勝感激。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1李朝青,單片機(jī)原理及接口技術(shù)(簡(jiǎn)明修訂版)m. 北京:北京航空航天 大學(xué)出版社，1998 2李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)m. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1994 3金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用j.電子技術(shù)與應(yīng)用，2000 4李 鋼.1-wire 總線數(shù)字溫度傳

45、感器 ds18b20 原理及應(yīng)用.現(xiàn)代電子技術(shù) j,2005 5蘇麟祥.ds1820 數(shù)字溫度傳感器的功能特性及其應(yīng)用.世界采礦快報(bào)， 2000（9） 6. 沙占友等.智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，2002 7. 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）m. 北京：高等教育出版社，1989 8.唐俊翟.單片機(jī)原理與應(yīng)用m. 冶金工業(yè)出版社， 2003 9.陳麗芳.單片機(jī)原理與控制技術(shù)m. 東南大學(xué)出版社 ，2003 10.沈慶陽(yáng).8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用m. 清華大學(xué)出版社， 2004 11.侯繼紅.protelse 實(shí)用技術(shù)教程m. 中國(guó)電力出版社 ， 2004 12.a

46、.v.oppenheim, r.w.schafer,j.r.buck, prentice-hall, inc. discrete- timesignalprocessing(second edition). 2000 13. french c， acamley p. control of permanent magnet motor drives using a new position estimation techniquej, ieee transactions on industry application,1996 14. marco t, roberto p, francesco

47、p. initial rotor position estimation method for pm motorsj, ieee transactions on industry applications,2003 致謝致謝 大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼就要結(jié)束了，這幾年是我人生中最重要的學(xué)習(xí)時(shí)間。各位老 師的悉心授課使我對(duì)電氣專業(yè)有了更多、更豐富的認(rèn)識(shí)，為以后的工作打下了 堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 感謝工程系所有老師兩年來對(duì)我的指導(dǎo)和幫助，他們廣博精湛的學(xué)識(shí)，嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我學(xué)習(xí)的不僅是知識(shí)，還有他們對(duì)知識(shí)孜孜不倦的探索精神及 高尚的做人品質(zhì)，這將使我終身受益。在此，我要特別感謝姜秋鵬老師，您在 百忙之中對(duì)我的設(shè)計(jì)

48、給予了細(xì)心的指導(dǎo)和幫助。您在學(xué)術(shù)上精益求精，一絲不 茍的精神和對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度都是我學(xué)習(xí)的榜樣。 另外，還要感謝同組設(shè)計(jì)的同學(xué)，我們一起學(xué)習(xí)，一起探討問題、解決問 題。當(dāng)我遇到困難時(shí)，給了我許多好的建議和無私的幫助。在此，對(duì)所有給予 我?guī)椭耐瑢W(xué)表示衷心的感謝。 附錄附錄 程序代碼 org 0000h temper_l equ 29h temper_h equ 28h flag1 equ 38h;是否檢測(cè)到 ds18b20 標(biāo)志位 a_bit equ 20h ;數(shù)碼管個(gè)位數(shù)存放內(nèi)存位置 b_bit equ 21h ;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置 xs equ 30h mov a,#00h mo

49、v p2,a main:lcall get_temper;調(diào)用讀溫度子程序 mov a,29h mov b,a clr c rlc a clr c rlc a clr c rlc a clr c rlc a swap a mov 31h,a mov a,b mov c,40h;將 28h 中的最低位移入 c rrc a mov c,41h rrc a mov c,42h rrc a mov c,43h rrc a mov 29h,a lcall display;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序 ajmp main; 這是 ds18b20 復(fù)位初始化子程序 init_1820:setb p1.0 nop c

50、lr p1.0;主機(jī)發(fā)出延時(shí) 537 微秒的復(fù)位低脈沖 mov r1,#3 tsr1:mov r0,#107 djnz r0,$ djnz r1,tsr1 setb p1.0;然后拉高數(shù)據(jù)線 nop nop nop mov r0,#25h tsr2:jnb p1.0,tsr3;等待 ds18b20 回應(yīng) djnz r0,tsr2 ljmp tsr4 ; 延時(shí) tsr3:setb flag1 ; 置標(biāo)志位,表示 ds1820 存在 ljmp tsr5 tsr4:clr flag1 ; 清標(biāo)志位,表示 ds1820 不存在 ljmp tsr7 tsr5:mov r0,#117 tsr6:djnz r0,tsr6 ; 時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間 tsr7:setb p1.0 ret; 讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值 get_temper:setb p1.0 lcall init_1820;先復(fù)位 ds18b20 jb flag1,tss2 ret ; 判斷 ds1820 是否存在?若 ds18b20 不存在