單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　溫度是日常生活中無時(shí)不在的物理量，溫度的控制在各個領(lǐng)域都有積極的意義。很多行業(yè)中都有大量的用電加熱設(shè)備，如用于熱處理的加熱爐，用于融化金屬的坩鍋電阻爐及各種不同用途的溫度箱等，采用單片機(jī)對它們進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單、靈活性大等特點(diǎn)，而且還可

2、以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，智能化溫度控制技術(shù)正被廣泛地采用。本溫度設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在流行的AT89S51單片機(jī)，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。單片機(jī)將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上、下限進(jìn)行比較，由此作出判斷是否啟動繼電器以開啟備。本設(shè) 計(jì)還加入了常用的數(shù)碼管顯示及狀態(tài)燈顯示燈常用電路，使整個設(shè)計(jì)更加完整更加靈活。 </p><p>

3、;　　關(guān)鍵詞: 溫度箱；AT89S51；單片機(jī)；輸入通道設(shè)計(jì)；控制；模擬</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義1</p><p>　　1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的1</

4、p><p>　　1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能1</p><p>　　2 總體設(shè)計(jì)方案2</p><p><b>　　2.1 方案一2</b></p><p><b>　　2.2 方案二2</b></p><p>　　3 DS18B20溫度傳感器簡介7</p&g

5、t;<p>　　3.1 溫度傳感器的歷史及簡介7</p><p>　　3.2 DS18B20的工作原理7</p><p>　　3.2.1 DS18B20工作時(shí)序7</p><p>　　3.2.2 ROM操作命令9</p><p>　　3.3 DS18B20的測溫原理9</p><p>　　3.3

6、.1DS18B20的測溫原理:9</p><p>　　3.3.2 DS18B20的測溫流程11</p><p>　　4 單片機(jī)接口設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)原則12</p><p>　　4.2 引腳連接12</p><p>　　4.2.1 晶振電路12</p><p>

7、;　　4.2.2 串口引腳12</p><p>　　4.2.3 其它引腳13</p><p>　　5 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.1.1 主板電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.1.2 各部分電路14</p><p>

8、　　5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)16</p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路16</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)程序流圖17</p><p><b>　　5.3 調(diào)試21</b></p><p><b>　　6 結(jié)束語23</b></p><p><

9、;b>　　附錄24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 </p><p>　　隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化

10、已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。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方面，但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個實(shí)際問題。針對這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。</p><p>　　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、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)

11、域內(nèi)，溫度常常是表征對象和過程狀態(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，糧倉的儲糧就會變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障。因此，各行各業(yè)對溫度控制的要求都越來越高。可見，溫度的測量和控制是非常重要的。</p>&l

12、t;p>　　單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的智能溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的</p><p>　　本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測試控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。溫度控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場所的溫度控制

13、。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實(shí)在很多場所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對此問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能</p><p>　　本設(shè)計(jì)是對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于

14、設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>

15、;<b>　　2.1 方案一</b></p><p>　　測溫電路的設(shè)計(jì)，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。</p><p><b>　　2.2 方案二</b>&

16、lt;/p><p>　　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，直接讀取被測溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。</p><p>　　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:①控制部分主芯片采用單

17、片機(jī)AT89S51；②顯示部分采用3位LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；③溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器。</p><p>　　圖2－1 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　控制部分</b></p><p>　　單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適

18、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。</p><p><b>　　2. 顯示部分</b></p><p>　　顯示電路采用3位共陽LED數(shù)碼管，從P0口送數(shù)，P2口掃描。</p><p><b>　　3. 溫度采集部分</b></p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國DALL

19、AS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)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫。這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(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。此部分只用到DS18B20和單片機(jī)，硬件很簡單</p><p>　　1) DS18B20的性能特點(diǎn)如下[9]：

20、</p><p>　　1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；</p><p>　　2) 多個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；</p><p>　　3) 無須外部器件；</p><p>　　4) 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～5.5V；</p><p><b>　　5)

21、零待機(jī)功耗；</b></p><p>　　6) 溫度以3位數(shù)字顯示；</p><p>　　7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置；</p><p>　　8) 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；</p><p>　　9) 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。 </p>&l

22、t;p>　　(2) DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20采用3腳PR－35封裝，如圖1.2所示；DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3所示。</p><p>　　圖2－2 DS18B20封裝</p><p>　　(3) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成[5]：</p><p>　　1) 64位光刻ROM。開始

23、8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因[10]。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下.</p><p>　　表2－1 ROM結(jié)構(gòu)</p><p>　　MSB LSB MSB LSB MSB LSB</p>

24、<p>　　圖2－3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p>　　3) 高速暫存存儲，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。</p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2PRAM。高速暫存RAM的結(jié)

25、構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。頭2個字節(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。它的內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖1.3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。 </p><p>　　表2

26、－2 DS18B20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p>　　3) 高速暫存存儲，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。</p><p>　　DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率,如圖1.4。</p>&l

27、t;p>　　圖2－3 DS18B20字節(jié)定義</p><p>　　由表1.1可見，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。</p><p>　　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。</p><p>　　當(dāng)DS1

28、8B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(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。</p><p>　　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。

29、 表1.2是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)[6]。</p><p>　　表2－4 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表</p><p>　　表2－5　一部分溫度對應(yīng)值表</p><p><b>　　續(xù)表2－5</b></p><p>　　4) CRC的產(chǎn)生 在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余

30、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)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p><p>　　3 DS18B20溫度傳感器簡介

31、</p><p>　　3.1 溫度傳感器的歷史及簡介</p><p>　　溫度的測量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。可是它的缺點(diǎn)是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低，只能作為一個概略指示。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示，出現(xiàn)

32、了許多不同的溫度檢測方法，常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢等)的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。</p><p>　　3.2 DS18B20的工作原理</p><p>　　3.2.1 DS18B20工作時(shí)序</p><p>　　根據(jù)DS1

33、8B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：</p><p>　　1. 每一次讀寫之前都必須要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位；</p><p>　　2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；</p><p>　　3. 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。</p><p>　　復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉

34、500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待15～60微秒左右后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(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2.1，2.2，2.3所示。</p><p><b>　　(1) 初始化時(shí)序</b></p><p>　　圖3－1 初始化時(shí)序</p><p>　　總線

35、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，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，4.7KΩ上拉電阻將總線拉高，延時(shí)15～60us，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[12]。</p><p><b>　　(2) 寫時(shí)序</b></p><

36、p><b>　　圖3－2 寫時(shí)序</b></p><p>　　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)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us[8]。</p><p><b>

37、　　(3) 讀時(shí)序</b></p><p><b>　　圖3－3 讀時(shí)序</b></p><p>　　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

38、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)50us[4]</p><p>　　3.2.2 ROM操作命令</p><p>　　當(dāng)主機(jī)收到DSl8B20 的響應(yīng)信號后，便可以發(fā)出ROM 操作命令之一，這些命令如表2.2：ROM操作命令。</p><p>　　3.

39、3 DS18B20的測溫原理</p><p>　　3.3.1 DS18B20的測溫原理:</p><p>　　每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號讀出。</p><p>　　程序可以先跳過ROM，啟動所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換，之后通過

40、匹配ROM，再逐一地讀回每個DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。</p><p>　　DS18B20的測溫原理如圖2.4所示，圖中低溫度系數(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)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(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)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟

41、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 ℃所對應(yīng)的一個基數(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

42、器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2.3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，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)到被測溫度值. </p><p>　　表3－1 ROM操作命令</p><p><b>　　續(xù)表3－1</b></p><p>　　另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成

43、的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖3－4 測溫原理內(nèi)部裝置</p><p>　　3.3.2 DS18B20的測溫流程</p><p>　　圖3－5 DS18B20測溫流程</p>

44、<p><b>　　.</b></p><p><b>　　4 單片機(jī)接口設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 設(shè)計(jì)原則</b></p><p>　　DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生

45、電源供電方式，如圖3.1所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式， P1.1口接單線總線為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管和89S51的P1.0來完成對總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10 μs。采用寄生電源供電方式是

46、VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，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個步驟：</p><p><b>　　初始化；</b></p><p><b>　　ROM操作指令；</b></p><p><b>　　存儲器操作指令。</b></p>

47、<p><b>　　4.2 引腳連接</b></p><p>　　4.2.1 晶振電路</p><p>　　單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中間再并個12MHZ的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路。</p><p>　　4.2.2 串口引腳</p><p>　　P0口接9個2.2K的排阻然后接到顯

48、示電路上。P1.0溫度傳感器DS18B20如圖3.1所示。</p><p>　　圖4－1 DS18B20與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　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</p><p>　　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</p&g

49、t;<p>　　P3口中P3.5、P3.6、P3.7接到按鍵電路</p><p>　　4.2.3 其它引腳</p><p>　　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</p><p><b>　　5 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)<

50、;/p><p>　　5.1.1 主板電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)的P1.0接DS18B20的2號引腳，P0口送數(shù)P2口掃描，P1.1、P1.2控制加熱器和電風(fēng)扇的繼電器。如附錄2。</p><p>　　5.1.2 各部分電路</p><p><b>　　(1) 顯示電路</b></p><p>

51、;　　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。</p><p>　　圖5－1 顯示電路圖</p><p><b>　　(2) 單片機(jī)電路</b></p><p>　　圖5－2 單片機(jī)電路引腳圖</p><p>　　(3) DS18B20溫度傳感器電路</p><p

52、>　　圖5-3 溫度傳感器電路引腳圖</p><p><b>　　(4) 繼電器電路</b></p><p>　　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. </p><p>　　圖5-4 繼電器電路圖</p><p>　　(5) 晶振控制電路</p>

53、<p>　　圖5-5 晶振控制電路圖</p><p><b>　　(6) 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　圖5-6復(fù)位電路圖</b></p><p>　　5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路</p><p>　　

54、一個應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。因此充分利用其內(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。</p><p>　　

55、程序設(shè)計(jì)語言有三種：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。機(jī)器語言是機(jī)器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。</p><p>　　高級語言是面向問題和計(jì)算過程的語言，它可通過于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強(qiáng)，常常一個語句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高

56、級語言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語言可以不用像高級語言那樣占用較多的存儲空間，適合于存儲容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對位處理要求很高，需要解決大量的邏輯控制問題。</p><p>　　MCS—51指令系統(tǒng)的指令長度較短，它在存儲空間和執(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

57、快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合。而且MCS—51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可以形成一個相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是MCS—51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對于要求反應(yīng)靈敏與控制及時(shí)的工控、檢測等實(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)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語言簡明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。</p><p>　　本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫入子程序、

58、以及有關(guān)DS18B20的程序（初始化子程序、寫程序和讀程序）</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)程序流圖</p><p>　　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。</p><p><b>　　1）主程序</b></p><p>　　主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS1

59、8B20的測量的當(dāng)前溫度值，溫度測量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖19所示。</p><p>　　通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的兩個單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來</p><p>　　圖5-7 主程序流程圖</p><p>　　圖5-8 讀出溫度子程序</p>&l

60、t;p><b>　　2）讀出溫度子程序</b></p><p>　　讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。</p><p>　　DS18B20的各個命令對時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有

61、一位符號位。</p><p>　　3）復(fù)位、應(yīng)答子程序</p><p>　　圖5-9復(fù)位、應(yīng)答子程序</p><p><b>　　4）寫入子程序</b></p><p>　　圖5-10寫入子程序</p><p><b>　　5)系統(tǒng)總的流程圖</b></p>&

62、lt;p>　　圖5-11系統(tǒng)總的流程圖</p><p><b>　　5.3 調(diào)試</b></p><p>　　主程序的功能是：啟動DS18B20測量溫度，將測量值與給定值進(jìn)行比較，若測得溫度小于設(shè)定值，則進(jìn)入加熱階段，置P1.1為低電平，這期間繼續(xù)對溫度進(jìn)行監(jiān)測，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，等待下一次的啟動命令。當(dāng)測得溫度大于

63、設(shè)定值，則進(jìn)入降溫階段，則置P1.2為低電平，這期間繼續(xù)對溫度進(jìn)行監(jiān)測，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，等待下一次的啟動命令。</p><p>　　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，便排除了這個異常。</p><p>　　WR1:

64、CLR P1.0</p><p><b>　　MOV R3,#6</b></p><p><b>　　DJNZ R3,$</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p>　　MOV P1.0,C</p><p>　　MOV R3,

65、#23</p><p><b>　　DJNZ R3,$</b></p><p><b>　　SETB P1.0</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R2,WR1</p><p>　　RET; 讀DS18B2&

66、lt;/p><p>　　再經(jīng)實(shí)際接電調(diào)試，一切運(yùn)行正常。加熱到90攝氏度時(shí)，紅燈亮起，自動斷電，而低于20攝氏度時(shí)，綠燈亮起，開始加熱。</p><p><b>　　6 結(jié)束語</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該智能溫度控制器只是DS18B20在溫度控制領(lǐng)域的一個簡單實(shí)例，還有許多需要完

67、善的地方，例如可以將測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)對溫度進(jìn)行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉儲等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場合，像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。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。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b&

68、gt;　　附錄1</b></p><p><b>　　電源線插接說明：</b></p><p>　　所提供的電池盒，紅線為正，黑線為負(fù)。板子所留出來的電源插口用VCC（表示電源正）和GND（表示電源負(fù)）標(biāo)明。若沒有標(biāo)明，我們會刻有記號，刻有+號處為電源正。</p><p><b>　　附錄2</b></p

69、><p><b>　　主板電路圖</b></p><p><b>　　附錄3</b></p><p><b>　　程序代碼</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　TEMPER_L EQU 2

70、9H</p><p>　　TEMPER_H EQU 28H</p><p>　　FLAG1 EQU 38H;是否檢測到DS18B20標(biāo)志位</p><p>　　A_BIT EQU 20H ;數(shù)碼管個位數(shù)存放內(nèi)存位置</p><p>　　B_BIT EQU 21H ;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置</p><p>　　XS

71、 EQU 30H</p><p>　　MOV A,#00H</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　MAIN:LCALL GET_TEMPER;調(diào)用讀溫度子程序</p><p><b>　　MOV A,29H</b></p><p><

72、;b>　　MOV B,A</b></p><p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　RLC A</b></p&

73、gt;<p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　CLR C</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p><b>　　SWAP A&

74、lt;/b></p><p><b>　　MOV 31H,A</b></p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　MOV C,40H;將28H中的最低位移入C</p><p><b>　　RRC A</b></p><p&g

75、t;<b>　　MOV C,41H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV C,42H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV C,43H&l

76、t;/b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV 29H,A</b></p><p>　　LCALL DISPLAY;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序</p><p>　　AJMP MAIN; 這是DS18B20復(fù)位初始化子程序</p><

77、p>　　INIT_1820:SETB P1.0</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　CLR P1.0;主機(jī)發(fā)出延時(shí)537微秒的復(fù)位低脈沖</p><p><b>　　MOV R1,#3</b></p><p>　　TSR1:MOV R0,#107</p>

78、<p><b>　　DJNZ R0,$</b></p><p>　　DJNZ R1,TSR1</p><p>　　SETB P1.0;然后拉高數(shù)據(jù)線</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p>&l

79、t;p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV R0,#25H</p><p>　　TSR2:JNB P1.0,TSR3;等待DS18B20回應(yīng)</p><p>　　DJNZ R0,TSR2</p><p>　　LJMP TSR4 ; 延時(shí)</p><p>　　TSR3:SE

80、TB FLAG1 ; 置標(biāo)志位,表示DS1820存在</p><p><b>　　LJMP TSR5</b></p><p>　　TSR4:CLR FLAG1 ; 清標(biāo)志位,表示DS1820不存在</p><p><b>　　LJMP TSR7</b></p><p>　　TSR5:MOV R0,#

81、117</p><p>　　TSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間</p><p>　　TSR7:SETB P1.0</p><p>　　RET; 讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值</p><p>　　GET_TEMPER:SETB P1.0</p><p>　　LCALL INIT_1820;先復(fù)位DS18B

82、20</p><p>　　JB FLAG1,TSS2</p><p>　　RET ; 判斷DS1820是否存在?若DS18B20不存在則返回</p><p>　　TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配</p><p>　　LCALL WRITE_1820</p><p>　　MOV A,#44H ; 發(fā)出

83、溫度轉(zhuǎn)換命令</p><p>　　LCALL WRITE_1820;這里通過調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)一段時(shí)間,等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束,12位的話750微秒</p><p>　　LCALL DISPLAY</p><p>　　LCALL INIT_1820;準(zhǔn)備讀溫度前先復(fù)位</p><p>　　MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配</p&

84、gt;<p>　　LCALL WRITE_1820</p><p>　　MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令</p><p>　　LCALL WRITE_1820</p><p>　　LCALL READ_18200; 將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35H/36H </p><p>　　RET;寫DS18B20的子程序(有具體的時(shí)

85、序要求)</p><p>　　WRITE_1820:MOV R2,#8;一共8位數(shù)據(jù)</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　WR1:CLR P1.0</p><p><b>　　MOV R3,#6</b></p><p><b>　　D

86、JNZ R3,$</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p>　　MOV P1.0,C</p><p>　　MOV R3,#23</p><p><b>　　DJNZ R3,$</b></p><p><b>　　SETB P

87、1.0</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R2,WR1</p><p>　　RET; 讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù) </p><p>　　READ_18200:MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位從DS18B20中讀出&l

88、t;/p><p>　　MOV R1,#29H ; 低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H)</p><p>　　RE00:MOV R2,#8;數(shù)據(jù)一共有8位</p><p>　　RE01:CLR C</p><p><b>　　SETB P1.0</b></p><p>

89、<b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P1.0</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p>

90、<p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB P1.0</b></p><p><b>　　MOV R3,#9</b></p><p>　　RE10: DJNZ R3,RE10</p><p>　　MOV C,P1.0</p>

91、<p>　　MOV R3,#23</p><p>　　RE20: DJNZ R3,RE20</p><p><b>　　RRC A</b></p><p>　　DJNZ R2,RE01</p><p><b>　　MOV @R1,A</b></p><p>&l

92、t;b>　　DEC R1</b></p><p>　　DJNZ R4,RE00</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DISPLAY:CLR C</p><p>　　SUBB A, #30</p><p>　　JNB CY, T1</p&

93、gt;<p>　　MOV A, B</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A,#25</p><p>　　JNB CY, XIANSHI</p><p>　　CLR P1.1</p><p>　　LJMP XIANSHI&

94、lt;/p><p>　　T1:CLR P1.2</p><p>　　XIANSHI:MOV A,B</p><p>　　MOV B,#10 ;10進(jìn)制/10=10進(jìn)制</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV B_BIT,A ;十位在A</p><

95、;p>　　MOV A_BIT,B ;個位在B</p><p>　　MOV R0,#4 </p><p><b>　　CLR C;多加的</b></p><p>　　DPL1: MOV R1,#250 ;顯示1000次</p><p>　　DPLOP:MOV DPTR,#NUMTAB1</p><

96、p>　　MOV A,A_BIT ;取個位數(shù)</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ;查個位數(shù)的7段代碼</p><p>　　MOV P0,A ;送出個位的7段代碼</p><p>　　CLR P2.1 ;開個位顯示</p><p>　　ACALL D1MS ;顯示1MS</p><p><b&g

97、t;　　SETB P2.1</b></p><p>　　MOV DPTR,#NUMTAB</p><p>　　MOV A,B_BIT ;取十位數(shù)</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ;查十位數(shù)的7段代碼</p><p>　　MOV P0,A ;送出十位的7段代碼</p><p>　　CLR P

98、2.2 ;開十位顯示</p><p>　　ACALL D1MS ;顯示1MS</p><p><b>　　SETB P2.2</b></p><p>　　JC XSW;多加的</p><p><b>　　MOV A,31H</b></p><p>　　MOV B,#160&

99、lt;/p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　MOV XS,B</b></p><p>　　XSW:MOV A,XS </p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A </b>

100、;</p><p><b>　　CLR P2.0 </b></p><p>　　ACALL D1MS </p><p><b>　　SETB P2.0</b></p><p>　　SETB C;多加的</p><p>　　DJNZ R1,DPLOP ;250次沒完循環(huán)<

101、/p><p>　　DJNZ R0,DPL1 ;4個250次沒完循環(huán)</p><p>　　RET;1MS延時(shí)(按12MHZ算)</p><p>　　D1MS: MOV R7,#80 </p><p><b>　　DJNZ R7,$</b></p><p><b>　　RET</b>

102、</p><p>　　NUMTAB:DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H，7FH，6FH，7FH，7FH,7FH,7FH,7FH,7FH</p><p>　　NUMTAB1: DB 0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH,87H,0FFH,0EFH</p><p><b>　　END</b&

103、gt;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]．李朝青,單片機(jī)原理及接口技術(shù)(簡明修訂版)［M］. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，</p><p><b>　　1998</b></p><p>　　[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，1

104、994</p><p>　　[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</p><p>　　[4]．李 鋼.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用.現(xiàn)代電子技術(shù)[J],2005</p><p>　　[5] 譚浩強(qiáng). 《C程序設(shè)計(jì)》 清華大學(xué)出版社.</p><p>　　[6]. 陳躍東.DS