畢業(yè)設(shè)計論文題目：溫度自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)學(xué)院：專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：職稱：摘要溫度控制是我們工業(yè)生產(chǎn)過程和日常生活中經(jīng)常遇到的過程控制；在我們?nèi)粘Ｉ钪校依锏娘嬎畽C、電風(fēng)扇、空調(diào)、暖氣開關(guān)、宿舍的熱水系統(tǒng)無不需要用到自動溫控系統(tǒng)。而要實現(xiàn)對多個溫度系統(tǒng)的控制目前在市場上是很少的，單個的主機對各個溫控的對象進行控制顯得資源浪費，為了解決這個問題，實現(xiàn)一個主機對多個系統(tǒng)進行控制，本課題主要對實現(xiàn)了雙通道的溫度自動控制系統(tǒng)的說明。本設(shè)計主要是基于STC89C51單片機和DS18B20溫度傳感器的溫度自動控制系統(tǒng)，并采用1602液晶屏作為溫度顯示模塊，設(shè)計中充分利用單片機的管腳資源，實現(xiàn)兩個通道的溫度控制系統(tǒng)，獨立鍵盤可以對正常溫度的范圍進行設(shè)定，還可選擇工作的測溫通道，控制模塊主要是通過控制信號的輸出實現(xiàn)對相關(guān)升降溫器件進行開關(guān)控制，從而實現(xiàn)一個雙通道的溫控自動控制系統(tǒng)。設(shè)計中采用MCS-51單片機來對溫度進行控制，是因為其具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大，集成度高，功能強，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價格廉價，可靠性好，抗干擾能力強和使用方便等方面的獨特的優(yōu)點；而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。所以此裝置不僅輕便、穩(wěn)定，而且功能非常實用。本文從硬件電路的設(shè)計、軟件設(shè)計兩方面介紹了MCS-51單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，對硬件原理圖和程序框圖作了簡單的描述，對設(shè)計的實現(xiàn)過程和調(diào)試過程也做了相應(yīng)的說明。關(guān)鍵字：單片機；1602液晶屏；DS18b20；溫度控制AbstractTemperaturecontrolisourindustrialprocessesandfrequentlyencounteredineverydaylifeprocesscontrol;inourdailylife,homewaterdispenser,electricfans,airconditioning,heatingswitch,dormitoriesnotneedtouseahotwatersystemhasnoautomatictemperaturecontrolsystem.Inordertoachieveapluralityoftemperaturecontrolofthesystemcurrentlyonthemarketisverysmall,foreachindividualhostobjectstocontrolthetemperaturebecomeswasteofresources,andinordertosolvethisproblem,therealizationofasystemforcontrollingapluralityofhosttheprojectimplementsadual-channelautomatictemperaturecontrolsystem.ThisdesignisbasedmainlyonSTC89C51MCUandDS18B20temperaturesensorautomatictemperaturecontrolsystem,andtheuseof1602asatemperatureLCDdisplaymodule,designedtofullyutilizethemicrocontrollerpinresourcestoachievetwo-channeltemperaturecontrolsystemcanseparatekeyboardsettingthenormaltemperaturerange,temperaturemaychoosetoworkchannel,thecontrolmoduleisimplementedbyacontrolsignaloutputoftherelevantswitchingcontrolofheatingandcoolingdevices,inordertoachieveatwo-channelcontrolsystemforautomatictemperaturecontrol.DesignusedinMCS-51microcontrollertocontrolthetemperature,becauseofitseasytocontrol,configurationsimplicityandflexibility,highintegration,strongfunction,versatility,andinparticular,ithassmallsize,lightweight,consumptionislow,cheap,goodreliability,anti-interferenceabilityandeaseofuseoftheuniqueadvantages;controlledtemperatureandcangreatlyimprovethetechnicalspecifications.Sothisdeviceisnotonlylightweight,stable,andisverypractical.

Thisarticlefromthehardwarecircuitdesign,softwaredesignintroducestwoMCS-51microcontrollertemperaturecontrolsystemdesign,hardwareschematicsandblockdiagrambrieflydescribed,therealizationofthedesignprocessandthedebuggingprocesshasmadethecorrespondinginstructions.Keywords:SCM;1602LCDscreen;DS18b20;temperaturecontrolTOC\o"1-3"\h\u31320引言 5239191緒論 6149331.1溫度測量與控制技術(shù)的開展與現(xiàn)狀 659672設(shè)計任務(wù) 7211973設(shè)計構(gòu)思及理論 8247723.1設(shè)計思路 837063.2方案論證 8296223.2.1主機模塊 8228743.2.2顯示模塊 918133.2.3溫度測量 9178864系統(tǒng)電路的設(shè)計及原理說明 10178694.1電路系統(tǒng)說明 1052654.2電路設(shè)計說明 10292484.2.1單片機電路 1067054.2.2供電系統(tǒng)電路 11170404.2.3顯示模塊電路 12325874.2.4時鐘電路 1292844.2.5復(fù)位電路 12189564.2.6按鍵電路 1392684.2.7報警電路 14155374.2.8控制電路 15254214.2.9保護電路 1547465關(guān)鍵元器件介紹 16108455.1STC89C51單片機 1662735.1.1單片機主要功能 1675305.1.251單片機常用管腳功能 1641295.1.3單片機內(nèi)部存放器 1895615.1.4常見的存放器 1921845.2LCD1602液晶屏 19301215.2.11602液晶屏的優(yōu)點 19114355.2.2管腳功能 2013155.2.3指令說明及時序 20228355.2.4地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表 217105.3DS18b20溫度傳感器 2267105.3.1DS18B20的簡介 22182055.3.3DS18b20初始化操作流程 2360655.3.4DS18B20與單片機的典型接口設(shè)計 25197855.3.5數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計 25284066系統(tǒng)原理圖及PCB圖 25228466.1系統(tǒng)原理圖 25103476.2系統(tǒng)PCB圖 26238147軟件設(shè)計 26133817.1軟件組成 27320217.2主程序模塊 27282047.3數(shù)據(jù)采集模塊 28214177.3.1初始化程圖 28277817.4溫度設(shè)置模塊 3055217.5軟件抗干擾措施 31196048結(jié)論 3131942謝辭 3226992參考文獻 3329922附錄 34引言溫度是生活及生產(chǎn)中非常根本的物理量，它是物體冷熱程度的表征。自然界中一切物理和化學(xué)過程都緊密與溫度相關(guān)聯(lián)。在我們的日常生活中，溫度的測量和控制都直接影響我們的生活環(huán)境，以及我們的生產(chǎn)生活，對工業(yè)、農(nóng)業(yè)等都用重要的影響。因此，溫度的測量和控制在國民經(jīng)濟許多的方面中，均受到了相當(dāng)程度的重視。在我們實際的生活環(huán)境下，由于系統(tǒng)內(nèi)部與外界的熱交換是很難控制的，而且其他熱源的干擾也是難以精確的計算，因此溫度量的變化，容易受到難以預(yù)測的外界環(huán)境擾動的影響。為了使系統(tǒng)與外界的能量交換，盡可能的符合人們的要求，我們就需要其他手段來實現(xiàn)這樣一個隔熱的目的。例如，可以讓目標(biāo)系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境與其外部環(huán)境的溫度同步變化。由熱力學(xué)第二定律，這兩個溫度相同的系統(tǒng)之間逐步的到達最終的熱平衡，利用這樣一個與目標(biāo)系統(tǒng)溫度同步的隔離層，就可以把外界和目標(biāo)系統(tǒng)完全進行熱隔離。另外，在大多數(shù)的實際環(huán)境中，溫度增加要比使溫度降低方便得多。因此，對溫度的控制精度要求，如果是比擬高的情況下，沖現(xiàn)象是不允許出現(xiàn)的，即目標(biāo)溫度的控制不能讓實際溫度超過。尤其是隔熱效果、較好的環(huán)境，溫度一旦出現(xiàn)過沖，溫度是很難被降低下來的。這是因為，很多應(yīng)用中只有加熱環(huán)節(jié)，而沒有冷卻的裝置。道理同樣，對于只有冷卻，沒有加熱環(huán)節(jié)的應(yīng)用中，目標(biāo)溫度高于實際溫度，對控制效果的影響也是非常大的。但生活中同樣存在很多的應(yīng)用，有時在一個環(huán)境中要對多個系統(tǒng)進行溫度控制。鑒于上述這些特點，高精度溫度控制的難度比擬大，而且不同的應(yīng)用環(huán)境也需要不同的控制策略。同一環(huán)境同樣可能需要多通道的溫度控制系統(tǒng)，下面就簡要的討論一下，自動溫度檢測與控制技術(shù)的開展與現(xiàn)狀。1緒論1.1溫度測量與控制技術(shù)的開展與現(xiàn)狀近些年來，自動溫度控制系統(tǒng)中，溫度的測量與控制在理論上的開展比擬成熟，但在實際應(yīng)用中，為了保證能快速實時地對溫度進行采樣，確保采集的數(shù)據(jù)傳輸更可靠，并對溫度場進行精確的溫度控制，仍然是我們目前需要解決的問題。溫度測控技術(shù)包括兩個方面。分別是溫度測量技術(shù)和溫度控制技術(shù)；在溫度測量技術(shù)中又分為兩種方式：接觸式測溫，這種測量方法的優(yōu)點是簡單、可靠、低廉、測量精度較高，一般能夠測得真實溫度，但由于檢測元件容易受到熱慣性的影響，并且響應(yīng)時間較長，由于有些物體的熱容量較小，而無法實現(xiàn)精確的測量，運動物體的溫度也是難以測量。非接觸式測溫方法，它是通過對輻射能量的檢測來實現(xiàn)溫度測量，其優(yōu)點是不破壞被測溫度場，可以測量有那些物體熱容量較小的情況，適于測量運動物體的溫度，還可以測量區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度較快。但它的缺點是，測量誤差較大，測溫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴等缺點。因此，在實際的溫度測量中，要考慮多種影響因素，在滿足測量精度的前提下，盡量降低我們的本錢投入。目前是測溫技術(shù)常見的有以下幾種方式。薄膜溫度傳感器：在傳感器結(jié)構(gòu)改良方面,出現(xiàn)了薄膜溫度傳感器,它是隨著薄膜技術(shù)的成熟而開展起來的新型微傳感器,其敏感元件為微米級的薄膜,具有體積小、熱擾動小、熱動態(tài)響應(yīng)時間短、靈敏度高、便于集成和安裝的特點,并且具有耐磨、耐壓、耐熱沖擊和抗剝離的優(yōu)良性能,特別適合于微尺度或小空間溫度測量、外表溫度的測量等場合。近年來開展的陶瓷薄膜熱電偶,可以測量更高的溫度,克服了金屬薄膜熱電偶的一些催化效應(yīng)和冶金效應(yīng)等缺點,在高溫外表溫度測量領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。輻射測溫技術(shù)：隨著光電和紅外探測器的開展,出現(xiàn)了多種多樣的紅外測溫儀,紅外測溫技術(shù)得到了更多的應(yīng)用。具體表現(xiàn)在:(1)測溫范圍從高溫、中溫向中、低溫局部拓展;(2)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性更高;(3)工作波段多樣化,可根據(jù)被測對象的特性選擇;(4)從點測量開展到二維面測量;(5)紅外測溫儀具有小型化和智能化的特點;(6)從測量原理和方法上消除發(fā)射率影響,實現(xiàn)物體的真溫測量。光纖測溫技術(shù)：黑體空腔式光纖高溫計是由黑體空腔與被測介質(zhì)到達溫度平衡,通過光纖將黑體腔的輻射能量傳輸給光電探測器件,從而實現(xiàn)溫度測量。如藍寶石黑體空腔式光纖高溫計,具有測溫高、響應(yīng)快、壽命長的特點,可以局部取代貴金屬熱電偶。還有一種測量鋼水溫度的消耗型光纖溫度傳感器,也是基于以上原理,由普通石英光纖實現(xiàn)測溫,因其價格低、準(zhǔn)確度高的特點可以取代消耗型貴金屬熱電偶。新型數(shù)字測溫技術(shù)：DS18b20是一種新型的數(shù)字溫度傳感器，在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠到達較高的測量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強的是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。目前測溫技術(shù)的開展可知，測溫技術(shù)多樣，針對不用的應(yīng)用選擇相關(guān)的測溫技術(shù)，測溫技術(shù)已經(jīng)是一項比擬成熟的技術(shù)。2設(shè)計任務(wù)本課題要求完成一種，基于51單片機和DS18B20為核心的溫度自動控制系統(tǒng)，具有溫度檢測、溫度顯示、溫度范圍設(shè)置、溫控控制信號輸出功能。并實現(xiàn)具有雙通道的溫度自動控制功能的系統(tǒng)。并且具備按預(yù)設(shè)程序控制運行功能。課題的需要完成的主要任務(wù)有：〔1〕搭建單片機的最小系統(tǒng)，包括復(fù)位電路、供電電路、時鐘電路。〔2〕參加顯示模塊，使用1602液晶屏作為顯示屏。〔3〕使用DS18b20進行溫度數(shù)據(jù)的采集。〔4〕參加鍵盤控制模塊，用對溫度控制通道的選擇和對溫度上下限的數(shù)值控制。使用蜂鳴器，實現(xiàn)當(dāng)超出正常溫度范圍時，蜂鳴器報警。控制信號可以控制相應(yīng)的外接控溫器件。〔7〕實現(xiàn)雙通道系統(tǒng)溫度控制〔8〕溫度顯示精度為0.5攝氏度。3設(shè)計構(gòu)思及理論3.1設(shè)計思路由于本課題主要要求的是，完成一種基于51單片機和DS18B20為核心的溫度自動控制系統(tǒng)，具有溫度檢測、溫度顯示、溫度范圍設(shè)置、溫控控制信號輸出功能。并實現(xiàn)具有雙通道的溫度自動控制功能的系統(tǒng)。本文所溫度控制系統(tǒng)硬件局部的研究，按功能大致可以分為以下幾個局部：單片機主控模塊、輸出通道、輸入通道、電源電路等。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。由結(jié)構(gòu)框圖可見，溫度控制系統(tǒng)是以單片機為控制的主機，主控模塊由擴展外部存儲器構(gòu)成。被測對象的溫度，由DS18B20溫度傳感器檢測溫度，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號將給單片機進行處理，一方面將測得的溫度通過控制面板上的液晶顯示器顯示出來；另一方面將該溫度值和設(shè)定的溫度值相比擬，根據(jù)其偏差值的大小，采用控制算法進行運算，最后通過單片機的輸出管腳輸出控制信號。進而對被測物體溫度進行控制。如果實際測得的溫度值超過，或低于系統(tǒng)給定的極限平安溫度，保護電路會做出反響，同時報警電路報警響起，從而保護被測對象。單片機快速、準(zhǔn)確的進行溫度數(shù)據(jù)采集、然后處理、顯示溫度和控制主要是時鐘電路，提供的時鐘頻率，使單片機能正常的處理許多任務(wù)。各個器件工作的電源和電壓主要有外接電源提供。溫度的設(shè)定范圍就通過獨立鍵盤進行設(shè)定，使被測物體在設(shè)定的溫度范圍下工作。3.2方案論證3.2.1主機模塊方案一：ARM處理器為RISC芯片，是32位的微處理器。具有體積小、功耗低、高性能，功能強大等特點，支持16位32位雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件，共有37個存放器，是目前應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的主流處理器。因此，使用ARM處理器來作為本課題的主控制芯片是可行的，但是其本錢相對較高。方案二：51內(nèi)核單片機是典型的微控制器，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。目前應(yīng)用廣泛的單片機類型有51單片機、AVR單片機、430超低功耗單片機PIC單片機等。STC12C5A60S2單片機屬于增強型單片機，具有高速，寬電壓，低功耗，低本錢,并且具有2個雙全工串口通信接口等特點。根據(jù)本課題的設(shè)計要求可知，使用51單片機實現(xiàn)所有功能。根據(jù)以上說明可知，方案一功能強大，但是由于本錢相對較高，而方案二也可以實現(xiàn)課題所有要求，并且本錢非常低。因此本課題方案二單片機STC12C5A60S2單片機作為主機主控制芯片，而從機控制芯片那么選擇本錢更低的AT89S52單片機作為控制芯片。3.2.2顯示模塊方案一：1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶，能夠同時顯示32個字符〔16列2行〕。具有微功耗，體質(zhì)小，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕巧，本錢低等特點。提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，還具有8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。使用其作為小規(guī)模系統(tǒng)的顯示模塊式可行的。可以使用其作為本課題的顯示模塊。但是，由于1602不可以顯示圖像文字，因此顯示效果以及在人機交互上的效果還是有缺憾。方案二：LCD12864是一種具有4位/8位并行，2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國際一級，二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊，其分辨率為128x64。使用該液晶可以構(gòu)成全中文的人機交互圖形界面。并且具有操作簡單，低電壓低功耗，功能強大等特點。根據(jù)以上說明可知，由于本課題需要測量顯示的數(shù)據(jù)較多，并且需要根據(jù)特定要求進行人機交互設(shè)置操作，因此選擇方案二中的LCD1602作為主機模塊的液晶顯示模塊可以到達很好的顯示效果，且價格低廉。3.2.3溫度測量方案一：使用熱敏電阻作為感溫器件。由于熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。熱敏電阻具有靈敏度高，工作溫度范圍寬，體質(zhì)小使用方便等特點。但是由于熱敏電阻的線性度極差，因此用來測量溫度的精度就相應(yīng)的降低了。方案二：使用DS18B20數(shù)字測溫傳感器作為測溫器件。單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換，控制都由這根線完成。單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。DS18B20還具有測量溫度范圍寬，精度高，體積小，本錢低，使用方便等特點。根據(jù)以上所述可知，選用DS18B20數(shù)字測溫傳感器作為測溫器件具有眾多的優(yōu)點。因此本課題選用DS18B20作為測溫器件。4系統(tǒng)電路的設(shè)計及原理說明4.1電路系統(tǒng)說明硬件電路主要有兩大局部組成：模擬局部和數(shù)字局部；從功能模塊上來分有：主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路。各個模塊電路通過主機電路控制，協(xié)調(diào)一致的進行工作。完成對被測物體的溫度控制。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。圖4-1硬件結(jié)構(gòu)框圖4.2電路設(shè)計說明主機選用INTEL公司的MCS-51系列單片機89C51來實現(xiàn)，利用單片機軟件編程靈活、自由度大的特點，力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。本系統(tǒng)選用的89C51芯片時時鐘可達12MHZ，運算速度快，控制功能完善。其內(nèi)部具有128字節(jié)RAM，而且內(nèi)部含有4KB的EPROM不需要外擴展存儲器，也有數(shù)據(jù)通信接口，通過TXD、RXD與PC機連接，可以進行人機操作，使得操作更加簡單、方便。具有五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級，兩個外部中斷、兩個定時中斷還用一個通信中斷，可以對溫度檢測進行實時處理和分時操作，這樣就可以對被測物體溫度監(jiān)測更加準(zhǔn)確、延時性更小，同時也可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單實用[1]實用電子電路手冊[J]．高等教育出版社．1992年10月。[1]實用電子電路手冊[J]．高等教育出版社．1992年10月4.2.1單片機電路〔！〕單片機最小系統(tǒng)原理圖，如圖4-2所示：圖4-2單片機最小系統(tǒng)原理圖〔2〕單片機電路說明單片機最小系統(tǒng)原理圖如圖3.2所示。單片機最小系統(tǒng)是單片機運行的最根本條件，其中包含有單片機復(fù)位電路和晶振電路。晶振電路選用的晶振頻率是11.0592MHz，因為系統(tǒng)電路需要進行串口通信，選用11.0592MHz的晶振在串口通信中產(chǎn)生波特率的誤差為零，因此適合進行串口通信。復(fù)位電路具有上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種功能，上電復(fù)位是系統(tǒng)啟動是進行的復(fù)位，手動復(fù)位是系統(tǒng)運行過程因為某種原因需要進行復(fù)位時使用。4.2.2供電系統(tǒng)電路〔1〕電源電路原理圖圖4-3電源電路原理圖〔2〕電源電路說明在本系統(tǒng)中提供了兩種供電方式，方便系統(tǒng)在不同的環(huán)境中使用。供電系統(tǒng)原理圖如圖4-3所示。其中一種供電方式為外部電源供電方式，一種為電源線供電方式。外部電源供電在電路設(shè)計中通過插針引出兩個引腳負(fù)責(zé)外接其他電源，而電源要求供電必須在5V，因為此時接入的電路并沒有相應(yīng)的保護電路。電源線電源供電使用了三端穩(wěn)壓芯片7805進行穩(wěn)壓后再輸入到系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)的工作電壓穩(wěn)定在5V左右。因為穩(wěn)壓芯片7805的輸入極限值最大為36V。因此，按照理論值通過外部電源供電時，可輸入引腳最大電壓為36V。因為單片機的工作電壓是3.3V至5.5V，因此輸入小于4.8V時單片機一樣能工作，只要7805芯片的輸出電壓在3.3V至5V之間，單片機均可正常工作。另外需要說明的是電源線接口不具備數(shù)據(jù)傳輸功能，只是單純的供電輸入。4.2.3顯示模塊電路顯示模塊電路原理圖圖4-41602液晶顯示電路原理圖顯示模塊電路說明本課題主要使用1602液晶屏進行采集數(shù)據(jù)的顯示，電路原理圖如圖4-4所示，根據(jù)1602液晶屏的特征，本系統(tǒng)中采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式。因此，LCD1602的引腳7到引腳14直接接到單片機的P0口用于并行數(shù)據(jù)傳輸，電位器用于液晶屏比照度的設(shè)置。管腳2、15、16為電源供電接入。4.2.4時鐘電路時鐘電路原理圖圖4-5時鐘電路原理圖時鐘電路說明實時時鐘模塊主要用于實時時間顯示以及測量數(shù)據(jù)時間的記錄。電路原理圖如圖4-5所示。根據(jù)51系列單片機的芯片說明，在單片機XTAL1和XTAL2引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機片內(nèi)的電路構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為0~24MHz，常用的晶振頻率有6MHz、12MHz、11.0592MHz、24MHz等。一些新型的單片機還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對振蕩器進行頻率微調(diào)，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用20~30pF的瓷片電容。而本設(shè)計采用12MHZ晶振和30PF的電路。4.2.5復(fù)位電路復(fù)位電路原理圖圖4-6復(fù)位電路原理圖復(fù)位電路說明單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用10~30uF，51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是運行過程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復(fù)位條件：必須使其RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個〔或以上〕機器周期的高電平。按鍵復(fù)位電路中，當(dāng)按鍵沒有按下時，電路同上電復(fù)位電路。如在單片機運行過程中，按下RESET鍵，已經(jīng)充好電的電容會快速通過200Ω電阻的回路放電，從而使得RST引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖綍S持到按鍵釋放，從而滿足單片機復(fù)位的條件實現(xiàn)按鍵復(fù)位。4.2.6按鍵電路按鍵電路原理圖圖4-7按鍵電路原理圖〔2〕按鍵電路說明鍵盤電路設(shè)計是用四個控制鍵盤組成，它具有單片機最簡單的輸入設(shè)備通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機對話，本設(shè)計由于單片機I/O口資源豐富，故采用獨立鍵盤的形式，而不需要采用矩陣鍵盤，使用矩陣鍵盤能大量的節(jié)約單片機的I/O資源，方便快捷獨立鍵盤雖然占用了I/O資源，但是運用靈活，很適用鍵盤少的電路。如表4-1為鍵盤功能表。表4-1按鍵鍵名功能KEY1選定修改鍵可選定將要修改的溫度限數(shù)值KEY2調(diào)控鍵加1KEY3調(diào)控鍵減1KEY4通道選擇鍵可以選擇工作的通道按鍵電路中的按鍵分別與P3.2、P3.3、P3.4、P3.5口連接，用于實現(xiàn)信號的輸入，單片機在初始化各管腳都是出于高電平狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下的時候，那么對應(yīng)管腳的電平將被拉低，從而我們只需要在單片機程序中，對鍵盤進行掃描，當(dāng)掃描檢測到低電平時，那么說明該按鍵被按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令，這樣就可以實現(xiàn)對單片機的輸入控制。當(dāng)KEY1按鍵被按下時，那么只選擇通道一的溫控系統(tǒng)工作；而再按下一次按鍵，那么只選擇通道二正常工作，通道一停止工作；再接著按下一次按鍵，又回到初始化狀態(tài)，兩路溫控系統(tǒng)都正常工作。當(dāng)KEY4按下時，首先選中的是通道一的下限溫度值；再按下一次按鍵，那么選中通道一的上限溫度值；接著再按下一下按鍵，那么選擇通道二的下限溫度值，再按下一次，那么選擇了通道二的上限溫度值；最后按下一次，那么回復(fù)到不選定任何數(shù)值。此時調(diào)控按鍵不能對溫度限的值進行修改。在KEY4選擇了將要修改的溫度值，按下KEY2，那么選中的溫度值將進行加1處理，假設(shè)按下KEY3，那么選中的溫度值將進行減1處理。KEY4沒有選中要修改的溫度值時，按鍵KEY2和KEY3都不進行工作。4.2.7報警電路報警電路原理圖圖4-8報警電路原理圖報警電路說明本課題采用的報警電路主要分為兩個局部：一個局部是使用三極管作為開關(guān)作用，用于驅(qū)動蜂鳴器報警；第二不是是LED報警指示燈。設(shè)計中采用PNP三級管作為驅(qū)動電路的組成，其發(fā)射極接上高電平，集電極對接上蜂鳴器的正極，通過對基極電流和電壓的輸出，來控制三級管的截止、放大、飽和狀態(tài)。當(dāng)其處于飽和狀態(tài)的瞬間，將驅(qū)動蜂鳴器報警，集電極輸出一個高電平給蜂鳴器。此時對應(yīng)的LED1和LED2分別為兩路溫控系統(tǒng)的報警指示燈。當(dāng)蜂鳴器響時，相應(yīng)的報警指示燈將會根據(jù)程序的要求進行閃爍，從而到達報警的狀態(tài)。三極管的基極上接有個1K的偏置電阻，用以提供相應(yīng)的偏置電壓，控制三極管的工作狀態(tài)。單片機的P1.0管腳接的是三級管的基極。P2.2、P2.3分別接的是兩路溫控通道的LED1和LED2報警指示燈。4.2.8控制電路控制電路說明本設(shè)計主要的控制電路比擬簡單，主要是通過對單片機的P1.1、P1.2、P1.2、P1.4管腳的控制，分別輸出相應(yīng)的控制信號，從而控制外接電路，外接電路的導(dǎo)通與否完全取決于是否有相應(yīng)的控制信號輸出，到達一個對控制對象的工作與否的控制，簡單的說單片機的管腳的輸出信號是一個開關(guān)信號，這個開關(guān)決定了被控制對象的工作狀態(tài)。而為了更方便多樣的控制不同的溫控對象，設(shè)計上只是簡單的使用插針引出了控制線，這樣就可以針對不同的控制對象進行連接。在此根底上，考慮到大局部的外接模塊為大功率用電器，因而需要用到繼電器作為開關(guān)，實現(xiàn)用單片機的輸出控制信號控制繼電器，從而控制大功率用電器的工作狀態(tài)。由于溫度是個不好實現(xiàn)的量，為了說明自動控制，本設(shè)計主要采用一種模擬狀態(tài)，說明實現(xiàn)的自動控制功能。4.2.9保護電路保護電路原理圖圖4-9穩(wěn)壓電路原理圖保護電路說明在通常的電路設(shè)計中，由于在不同的環(huán)境下，我們獲取的電源是不一樣，而系統(tǒng)的芯片等對電壓的穩(wěn)定性提出了較高的要求，如果不能有一個溫度的供電環(huán)境，不僅影響電路的正常工作，還影響其使用的壽。所以本設(shè)計的穩(wěn)壓電路主要采用了78L05穩(wěn)壓管作為穩(wěn)壓電路，它可以是電路的輸出電壓穩(wěn)定在5V，這樣剛好滿足單片機電路對電源電壓的要求，78L05的管腳主要由三個，如圖4-9所示，從左往右分別為1、2、3管腳，1管腳接的是輸入的高電平，2管腳接系統(tǒng)的地電路，3管腳為輸出電路，其輸出的電源電壓將溫度的控制的5V。當(dāng)輸入電壓高于5V時，這局部熱量將通過78L05散熱的方式，三方出去。而當(dāng)電壓低于5V時，那么系統(tǒng)將會不能正常工作。5關(guān)鍵元器件介紹5.1STC89C51單片機5.1.1單片機主要功能〔1〕8位CPU·4kbytes程序存儲器(ROM)(52為8K)；〔2〕256bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。〔52有384bytes的RAM〕；〔3〕32條I/O口線·111條指令，大局部為單字節(jié)指令；〔4〕21個專用存放器；〔5〕2個可編程定時/計數(shù)器·5個中斷源，2個優(yōu)先級〔52有6個〕；〔6〕一個全雙工串行通信口；〔7〕外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB；〔8〕外部程序存儲器尋址空間為64kB；〔9〕邏輯操作位尋址功能雙列直插40PinDIP封裝；〔10〕單一+5V電源供電；〔11〕CPU由運算和控制邏輯組成，還包括中斷系統(tǒng)和局部外部特殊功能存放器；〔12〕RAM用存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果欲顯示的數(shù)據(jù)〔13〕ROM用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；〔14〕I/O口：四個8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出。〔15〕T/C：兩個定時/記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式。〔16〕五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；〔17〕一個全雙工UART〔通用異步接收發(fā)送器〕的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；〔18〕片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。5.1.251單片機常用管腳功能89C51是一種高性能低功耗的采用CMOS工藝制造的8位微控制器，它提供以下標(biāo)準(zhǔn)特征：4K字節(jié)的程序存儲器，128字節(jié)的RAM,32條I/O線，2個16位定時器/計數(shù)器,一個5中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工的串行口,片上震蕩器和時鐘電路。以下為引腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，作為輸出口用時，每個引腳能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路。當(dāng)對0端口寫入1時，可以作為高阻抗輸入端使用。當(dāng)P0口訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。在EPROM編程時，P0口接收指令字節(jié)，同時輸出指令字節(jié)在程序校驗時。程序校驗時需要外接上拉電阻。P1口：P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口的輸出緩沖能接受或輸出4個TTL邏輯門電路。當(dāng)對P1口寫1時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端使用時，P1口因為內(nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時會輸出一個低電流〔IIL〕。P2口：P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2口的輸出緩沖能驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。當(dāng)向P2口寫1時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流〔IIL〕。P2口在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器〔例如MOVX＠DPTR〕時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，P2口使用強大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出1時。當(dāng)利用8位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時〔例MOVX＠R1〕,P2口輸出特殊功能存放器的內(nèi)容。當(dāng)EPROM編程或校驗時，P2口同時接收高8位地址和一些控制信號。P3口：P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3口的輸出緩沖能驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。當(dāng)向P3口寫1時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流〔IIL〕。P3口的第二功能:P3口同時具有AT89C51的多種特殊功能，具體如下表3-1所示:表5-151單片機I/O口管腳功能表5-1端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2(外部中斷0)P3.3〔外部中斷1〕P3.4T0〔定時器0〕P3.5T1〔定時器1〕P3.6〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7〔外部數(shù)據(jù)存儲器都選通〕RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，那么在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP〕。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出[1][1]郭天祥.51單片機C語言教程.北京：電子工業(yè)出版社,2021:24~255.1.3單片機內(nèi)部存放器通過前面的介紹，我們道了單片機的內(nèi)部有ROM、有RAM、有并行I/O口，還有其他內(nèi)部存放器，我們做簡要介紹圖5-1單片機結(jié)構(gòu)框圖從圖中我們可以看出，在51單片機內(nèi)部有一個CPU用來運算、控制，有四個并行I/O口，分別是P0、P1、P2、P3，有ROM，用來存放程序，有RAM，用來存放中間結(jié)果，此外還有定時/計數(shù)器，串行I/O口，中斷系統(tǒng)，以及一個內(nèi)部的時鐘電路。在一個51單片機的內(nèi)部包含了這么多的東西。對圖進行進一步的分析，我們，對并行I/O口的讀寫只要將數(shù)據(jù)送入到相應(yīng)I/O口的鎖存器就可以了，那么對于定時/計數(shù)器，串行I/O口等怎么用呢？在單片機中有一些獨立的存儲單元是用來控制這些器件的，被稱之為特殊功能存放器〔SFR〕。事實上，我們已接觸過P1這個特殊功能存放器了。5.1.4常見的存放器表5-2符號地址功能介紹BF0HB存放器ACCE0H累加器PSWD0H程序狀態(tài)字IPB8H中斷優(yōu)先級控制存放器P3B0HP3口鎖存器IEA8H中斷允許控制存放器P2A0HP2口鎖存器SBUF99H串行口鎖存器SCON98H串行口控制存放器P190HP1口鎖存器TH18DH定時器/計數(shù)器1〔高8位〕TH08CH定時器/計數(shù)器1〔低8位〕TL18BH定時器/計數(shù)器0〔高8位〕TL08AH定時器/計數(shù)器0〔低8位〕TMOD89H定時器/計數(shù)器方式控制存放器TCON88H定時器/計數(shù)器控制存放器DPH83H數(shù)據(jù)地址指針〔高8位〕DPL82H數(shù)據(jù)地址指針〔低8位〕SP81H堆棧指針5.2LCD1602液晶屏5.2.11602液晶屏的優(yōu)點在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：〔1〕顯示高質(zhì)量：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器〔CRT〕那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不〔2〕數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。〔3〕體積小、重量輕，液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來到達顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。〔4〕功耗低，相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。5.2.2管腳功能工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。〔16列2行〕1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地電源時比照度最。高，比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度。第4腳：RS為存放器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW。共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信。號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(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，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15～16腳：空腳。5.2.3指令說明及時序(1)控制命令表：1602液晶模塊的讀寫操作、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，低電平那么無效。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：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。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)。(2)與HD44780相兼容的芯片時序表如下：表5-3讀狀態(tài)輸入RS=LR/W=HE=H輸出D0—D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=LR/W=LD0—D7=指令碼E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=HR/W=HE=H輸出D0—D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=HR/W=LD0—D7=數(shù)據(jù)E=高脈沖輸出無(3)根本操作時序表[1][1]張毅剛.新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版，2003讀寫操作時序如圖5-2和5-3所示：圖5-2讀操作實現(xiàn)圖5-3寫操作時序5.2.4地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，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，否那么此指令失效。要顯示字符時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5-4是1602的內(nèi)部顯示地址。圖5-41602LCD內(nèi)部顯示地址1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器〔CGROM〕已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖10-58所示，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，每一個字符都有一個固定的代碼，比方大寫的英文字母“A〞的代碼是01000001B〔41H〕，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A〞。5.3DS18b20溫度傳感器5.3.1DS18B20的簡介溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS〔達拉斯〕公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20更受歡送。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20的優(yōu)勢更是我們學(xué)習(xí)單片機技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機開發(fā)的思路。其管腳圖如圖3-9所示。〔1〕獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與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，電壓范圍：+3.0~+5.5V。〔4〕測溫范圍：-55~+125℃。固有測溫分辨率為0.5℃。〔5〕通過編程可實現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式。〔6〕用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。〔7〕支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。〔8〕負(fù)壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.23所示。主要由4局部組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗碼〔CRC=X^8＋X^5＋X^4＋1〕。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。圖5-5DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖5-6DS18B20管腳排列5.3.3DS18b20初始化操作流程DS18b20單線通信功能是分時完成的，且有嚴(yán)格的時隙概念，因而時序很重要，對其操作的程序設(shè)計必須嚴(yán)格按照時序的先后次序與延時時間，才能保障對其操作的可靠實現(xiàn)。有DS18B20的操作協(xié)議，根據(jù)DS18B20的初始化時序、寫時序、讀時序要求，設(shè)計出對操作的通用初始化子程序模塊、寫字節(jié)程序模塊、讀字節(jié)程序模塊。以下選取初始化子程序的說明其設(shè)計。DS18B20的初始化：初始化時序如圖5-7所示。具體步驟：圖5-7DS18B20初始化時序①先將數(shù)據(jù)線置高電平“1〞。

②延時〔該時間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點〕

③數(shù)據(jù)線拉到低電平“0〞。

④延時750微秒〔該時間的時間范圍可以從480到960微秒〕。

⑥數(shù)據(jù)線拉到高電平“1〞。

⑦延時等待〔如果初始化成功那么在15到60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“0〞。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制〕。

⑧假設(shè)CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0〞后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起〔第〔5〕步的時間算起〕最少要480微秒。

⑨將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1〞后結(jié)束。DS18B20的寫操作：圖5-8DS18B20寫時序具體步驟：①數(shù)據(jù)線先置低電平“0〞。

②延時確定的時間為15微秒。

③按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)〔一次只發(fā)送一位〕。

④延時時間為45微秒。

⑤將數(shù)據(jù)線拉到高電平。

⑥重復(fù)上〔1〕到〔6〕的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。

⑦最后將數(shù)據(jù)線拉高。DS18B20的讀操作圖5-9DS18B20讀時序具體步驟：①將數(shù)據(jù)線拉高“1〞。②延時2微秒。③將數(shù)據(jù)線拉低“0〞。④延時15微秒。⑤將數(shù)據(jù)線拉高“1〞。⑥延時15微秒。⑦讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。⑧延時30微秒。5.3.4DS18B20與單片機的典型接口設(shè)計以MCS-51單片機為例，中采用寄生電源供電方式，P1.1口接單線總線為保證在有效的DS18B20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管和89C51的P1.0來完成對總線的上拉。當(dāng)DS18B29處于寫存儲器和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時VDD和GND端均接地。由于單線只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。假設(shè)單片機系統(tǒng)所用的晶體管晶振頻率為12MHZ，根據(jù)DS18B20的初始化時序、寫時序和讀時序，分別編寫三個子程序：INTI為初始化子程序，WRITE為寫子程序，READ為讀子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始，實際在實驗中不用這種方式，只要在數(shù)據(jù)線上加一個上拉電阻4.7K，另外兩個引腳分別接電源和地。5.3.5數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計數(shù)據(jù)采集電路主要由數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集水溫的溫度。溫度傳感器的單總線(1-Wire)與單片機的I／O連接，P3.7是單片機的高位地址線。P3端口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O，每個端口都有第二功能，其輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對該端口寫“1〞，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端口拉至高電平，此時可作為輸入口使用，這是因為內(nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。6系統(tǒng)原理圖及PCB圖6.1系統(tǒng)原理圖從功能模塊上來系統(tǒng)分有：主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路。各個模塊電路通過主機電路控制，協(xié)調(diào)一致的進行工作。完成對被測物體的溫度控制，如圖6-1所示。具體系統(tǒng)原理圖見附錄一。圖6-16.2系統(tǒng)PCB圖在PCB圖的布局時，根據(jù)電路特點進行了原件的合理擺放，原件封裝大小、和焊盤的設(shè)置都進行相關(guān)確認(rèn)之后用手動進行布線，其中為了節(jié)省空間，將晶振電路放到了單片機的底座下，這樣既節(jié)省了空間也使電路看起來更加美觀，如圖6-2所示。具體PCB圖見附錄二。圖6-27軟件設(shè)計在微機測控系統(tǒng)中，軟件與硬件都是非常重要。系統(tǒng)的軀體是硬件，靈魂那么是軟件，硬件電路在系統(tǒng)中設(shè)計好之后，軟件是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的主要方式，而且測控系統(tǒng)的性能很大程度上是由軟件設(shè)計實現(xiàn)的。為了到達系統(tǒng)的要求，編制軟件時一般要符合以下根本要求：一、易理解性、易維護性要到達易理解和易維護等指標(biāo)；在軟件的設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計是最好的一種設(shè)計方法，這種設(shè)計方法是由整體到局部，然后再由局部到細(xì)節(jié)，先考慮整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個目標(biāo)分成一個個的任務(wù)，任務(wù)中可以分成假設(shè)干個子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐個實現(xiàn)。二、實時性實時性是電子測量系統(tǒng)的普遍要求；即要求系統(tǒng)及時響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結(jié)果。近年來，由于硬件的集成度與運算速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實時性比擬容易滿足設(shè)計要求。三、準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性；準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性對整個系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進行一定量的運算，算法的正確性和準(zhǔn)確性對結(jié)果有著直接的影響，因此在算法的選擇、計算的精度等方面都要符合設(shè)計的要求。四、可靠性；是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，作為能夠穩(wěn)定運行的系統(tǒng)，抗干擾技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的，最起碼的要求是在軟件受到干擾出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)還能恢復(fù)正常工作。系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實現(xiàn)模塊和運算控制模塊。7.1軟件組成由于整個系統(tǒng)軟件相比照擬龐大，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設(shè)計。即整個控制軟件由許多獨立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原那么，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊等組成。主模塊的功能是為其余幾個模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作數(shù)據(jù)采集模塊的作用是將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量采集并儲存到存儲器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進行一系列的處理，下面就介紹本系統(tǒng)幾個主要的程序模塊。7.2主程序模塊主程序模塊要做的主要工作是上電后對系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對單片機的初始化、LCD1602液晶屏初始化，DS18B20初始化，以及對各器件初始化等。然后等待溫度設(shè)定，剛開始會給液晶屏的溫度由程序已經(jīng)設(shè)定好初始化數(shù)據(jù)，然后對鍵盤進行掃描，檢測判斷系統(tǒng)運行鍵是否按下，假設(shè)檢測到相關(guān)的鍵盤有按下，那么相當(dāng)于給單片機一個輸入指令，說明系統(tǒng)運行，那么依次調(diào)用各個相關(guān)模塊，并執(zhí)行相應(yīng)的程序指令，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運行。如圖7-1所示：主程序模塊的程序流程圖，見附錄三。圖7-1主程序流程圖7.3數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負(fù)責(zé)溫度信號的采集以及將采集到的模擬量通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量提供應(yīng)單片機。DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括：初始化時序，寫時序以及讀時序。圖3.43至圖3.45分別為DS18B20的初始化流程圖，寫時序流程圖以及讀時序流程圖。7.3.1初始化程圖〔1〕初始化的步驟：①先將數(shù)據(jù)線置高電平“1〞。

②延時〔該時間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點〕

③數(shù)據(jù)線拉到低電平“0〞。

④延時750微秒〔該時間的時間范圍可以從480到960微秒〕。

⑥數(shù)據(jù)線拉到高電平“1〞。

⑦延時等待〔如果初始化成功那么在15到60毫秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“0〞。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制〕。

⑧假設(shè)CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0〞后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起〔第〔5〕步的時間算起〕最少要480微秒。

⑨將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1〞后結(jié)束。圖7-2初始化〔2〕寫時序具體步驟：①數(shù)據(jù)線先置低電平“0〞。

②延時確定的時間為15微秒。

③按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)〔一次只發(fā)送一位〕。

④延時時間為45微秒。

⑤將數(shù)據(jù)線拉到高電平。

⑥重復(fù)上〔1〕到〔6〕的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。

⑦最后將數(shù)據(jù)線拉高。圖7-3寫時序〔3〕讀時序步驟①將數(shù)據(jù)線拉高“1〞。②延時2微秒。③將數(shù)據(jù)線拉低“0〞。④延時15微秒。⑤將數(shù)據(jù)線拉高“1〞。⑥延時15微秒。⑦讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。⑧延時30微秒。圖7-4讀時序7.4溫度設(shè)置模塊對于不同的的環(huán)境，我們所設(shè)定的溫度范圍不一樣，所以我們必須能重設(shè)置溫度范圍。而溫度設(shè)置主要是通過對對鍵盤的掃描實現(xiàn)的。首先在主程序中進行鍵盤掃描，檢測選擇通道按鍵是否有被按下的，按鍵按下那么選擇對應(yīng)的通道，并且用一個變量來記錄按下的次數(shù)，不同的變量值選擇的通道不一樣，樣就實現(xiàn)了一個循掃描鍵盤的工作。選定相應(yīng)的上下限溫度值后，此時繼續(xù)掃描控制數(shù)值按鍵是否被按下，假設(shè)有數(shù)值設(shè)計鍵按下，那么執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)值加、減操作，從而實現(xiàn)對溫度上下限溫度值的設(shè)定。圖7-5選定程序值流程圖7.5軟件抗干擾措施本系