-.z2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)現(xiàn)在的電子產(chǎn)品朝著密集型開展，而電子產(chǎn)品的溫度特性普遍比擬差，這就對(duì)溫度的自動(dòng)控制提出了新的要求。如果采用國外進(jìn)口的溫度檢測與自控系統(tǒng)，雖然性能較好，但是結(jié)合國情，其價(jià)格相當(dāng)昂貴，又全是英文，推廣起來比擬困難[2]?；谝陨蠁栴}，本論文設(shè)計(jì)出一個(gè)溫度傳感器，配合單片機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從軟件的編制上實(shí)現(xiàn)對(duì)各外圍硬件的控制，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的自動(dòng)控制。在硬件的設(shè)計(jì)上，所有的元器件都采用了通用型產(chǎn)品，使得設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品及維修都相當(dāng)方便，可以有效地降低本錢，同時(shí)另外一點(diǎn)就是能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能盡量選用軟件進(jìn)展操作，更加突出了產(chǎn)品的簡單性和高可靠性。2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)本設(shè)計(jì)水溫設(shè)定由人工設(shè)定，溫度設(shè)定*圍為40-90℃，最小區(qū)分度為1℃,標(biāo)定溫差≤1℃；環(huán)境溫度降低時(shí)，溫度控制的靜態(tài)誤差≤1℃；用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示水的實(shí)際溫度；采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，?dāng)設(shè)定溫度突變〔由2.2方案的選擇與論證根據(jù)任務(wù)和測量控制現(xiàn)象以及現(xiàn)有的條件，現(xiàn)提出了以下兩個(gè)方案。方案一：采用傳統(tǒng)的二位模擬控制方法，選用模擬電路，用電位器設(shè)定給定值，采用上下限比擬電路將反響的溫度值與給定的溫度值比擬后，決定加熱或者不加熱。由于采用模擬控制方式，系統(tǒng)受環(huán)境的影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用數(shù)碼顯示和鍵盤設(shè)定[3]。方案二：此方案采用了AT89C51單片機(jī)為核心，采用溫度傳感器DS18B20進(jìn)展溫度采集，用繼電器控制加熱，使其到達(dá)電路簡單、可靠的目的。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)能簡單的實(shí)現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實(shí)現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點(diǎn)。將兩個(gè)方案比擬便可以得出一個(gè)結(jié)論，方案二明顯的改善了方案一得缺乏及缺點(diǎn)，并具有控制簡單，控制溫度精度高的特點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)電路采用方案二。2.3系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖2-1所示，它由七局部組成：①控制局部主芯片采用單片機(jī)AT89C51；②顯示局部采用3位LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；③溫度采集局部采用DS18B20溫度傳感器；④加熱控制局部采用繼電器電路；⑤時(shí)鐘電路；⑥復(fù)位電路；⑦單列3按鍵鍵盤輸入設(shè)定溫度值。圖2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖溫度傳感器DS18B20簡介溫度傳感器是整個(gè)控制系統(tǒng)獲取被控對(duì)象特征的重要部件，它的特性直接影響系統(tǒng)的精度。美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS1820,可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理，是最新的“一線器件〞[4]。它具有體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、線性度很好，精度較高且其本身已經(jīng)進(jìn)展了校正，使用時(shí)不需再進(jìn)展調(diào)整等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用DS18B20作為智能溫度傳感器，采集的數(shù)據(jù)以“一線總線〞的數(shù)字方式傳輸直接送到單片機(jī)中，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。DS18B20的特性有：溫度測量*圍為－55℃～＋125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0.0625℃，用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路；電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作等。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)，性能價(jià)格比也非常出色[5]！因此選擇DS18B20作為本電路的溫度傳感器。其外部構(gòu)造如圖2-2所示[6]。圖2-2DS18B20外部構(gòu)造DS18B20的引腳及特性：GND：接地；DQ：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳〔單線接口，可作寄生供電〕；VDD：為外接供電電源輸入端〔在寄生電源接線方式時(shí)接地〕。DS18B20的內(nèi)部構(gòu)造：1、64位光刻ROM。開場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56位的CRC校驗(yàn)碼。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不一樣，實(shí)現(xiàn)一線進(jìn)展通信的目的。64位閃速ROM的構(gòu)造如圖2-3所示。圖2-364位閃速ROM構(gòu)造圖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、高速緩存存儲(chǔ)，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換精度。DS18B20溫度傳感器內(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。高速暫存RAM的構(gòu)造為8字節(jié)的存儲(chǔ)器。前兩個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第三和第四字節(jié)是TH和TL的易失性拷貝，每次上電復(fù)位被刷新。第五個(gè)字節(jié)為配置存放器,它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。DS18B20工作時(shí)存放器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值，低五位一直為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。控制芯片AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器〔FPEROM-FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓，高性能CMOS8位處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次[7]。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案，其構(gòu)造圖及各管腳如圖2-4所示。圖2-4AT89C51構(gòu)造圖管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)展校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收、輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。當(dāng)因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)展存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位期間時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平。當(dāng)51芯片通電，時(shí)鐘電路開場工作，在RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用存放器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開場執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM的狀態(tài)表2-1各特殊功能存放器初始狀態(tài)表特殊功能存放器初始態(tài)特殊功能存放器初始態(tài)ACC00HB00HPSW00HSP00HDPH00HTH000HDPL00HTL000HIP***00000BTH100HIE0**00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCON********BSBUF00HP0-P311111111BPCON0*******BALE/PROG：當(dāng)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如果想制止ALE的輸出，可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOV*，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制止，置位無效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，只允許外部程序存儲(chǔ)器〔0000H-FFFFH〕使用，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式為“1”時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，只允許*TAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

*TAL2：反向振蕩放大器的輸出及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸出。振蕩器特性：*TAL1和*TAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，*TAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1〞且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C鍵盤與LED數(shù)碼顯示電路簡介數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成,行成一個(gè)日字形,它們可以共陰極,也可以共陽極。通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字。數(shù)碼管具有：低耗能、低損耗、低壓、壽命長耐老化，對(duì)外界環(huán)境要求低。同時(shí)數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易、資源占用少。說到七段數(shù)碼管，它在家電及工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用,例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時(shí)間等等，具有顯示醒目、直觀的優(yōu)點(diǎn)，七段數(shù)碼管是由7個(gè)獨(dú)立的二極管采用共陰或共陽的方法連接而成。通常將這7個(gè)獨(dú)立的二極管做成a、b、c、d、e、f、g這7個(gè)筆劃，數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字。本電路采用三位LED7段共陰數(shù)碼管分別顯示溫度的十位、個(gè)位和小數(shù)位，用單列3按鍵進(jìn)展溫度設(shè)定。掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序的編寫[8]。其顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制電平信號(hào)如表2-2所示。表2-2顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制電平信號(hào)顯示數(shù)字abcdefg01111110101100002110110131111001401100115101101160011111711100008111111190001101數(shù)碼管使用條件：①段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻；②使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定；③使用電流：靜態(tài)：總電流80mA〔每段10mA〕；動(dòng)態(tài)：平均電流4-5mA

峰值電流100mA；數(shù)碼管使用考前須知說明：①數(shù)碼管外表不要用手觸摸，不要用手去弄引角；②焊接溫度：260℃；焊接時(shí)間：③外表有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來加熱控制電路簡介根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可以使用電熱絲進(jìn)展加熱，控制電熱絲的功率即可以控制加熱的速度。當(dāng)水溫過高時(shí)，關(guān)掉電熱絲進(jìn)展降溫處理，讓其自然冷卻。在設(shè)計(jì)中，裝設(shè)一個(gè)小電風(fēng)扇，當(dāng)水溫超高時(shí)關(guān)閉電熱絲翻開風(fēng)扇散熱，當(dāng)需要加熱時(shí)，開啟電熱絲關(guān)閉風(fēng)扇。由于加熱的功率較大，考慮到簡化電路的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)直接采用220V的電源，采用繼電器控制。使用繼電器可以很容易實(shí)現(xiàn)通過低電壓、低電流控制高電壓、高電流，在正常條件下，工作十分可靠。繼電器無需外加光耦，自身即可實(shí)現(xiàn)電氣隔離，這種電路無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電熱絲功率控制，電熱絲只能工作在最大功率或零功率，但可以由多路加熱絲組成功率控制，由單片機(jī)對(duì)溫差的處理實(shí)現(xiàn)分級(jí)功率控制提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能[9]。因此，采用繼電器控制省去光耦和交流過零檢測電路，在軟件上選用適當(dāng)?shù)目刂扑惴?，可以到達(dá)更好的效果。復(fù)位電路簡介單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。只有一個(gè)可靠的復(fù)位電路才能使系統(tǒng)防止出現(xiàn)“死機(jī)〞、“程序走飛〞等現(xiàn)象[10]。為此本系統(tǒng)設(shè)置了既可以通電后自動(dòng)復(fù)位，也可以手動(dòng)強(qiáng)制復(fù)位的復(fù)位電路。時(shí)鐘電路簡介時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。CPU就是通過復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能的。時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；另一種為外部方式，時(shí)鐘信號(hào)由外部引入。時(shí)鐘電路頻率*圍為1.2～12MHz。單片機(jī)雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，外接晶振以及電容，構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反響回路中，這種方式稱為內(nèi)部時(shí)鐘方式。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的上下、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度穩(wěn)定性。當(dāng)時(shí)鐘頻率為12MHz時(shí)典型值為30pF[11]。本控制器采用的是內(nèi)部振蕩方式，振蕩頻率為12MHz，因?yàn)檫@種方式得到的時(shí)鐘信號(hào)比擬穩(wěn)定。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的執(zhí)行方法是循環(huán)查詢執(zhí)行的，鍵盤掃描也是循環(huán)查詢的方法，由于本系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是很高，所以沒有用到中斷方式來處理。各電路的關(guān)系圖如圖3-1所示。單片機(jī)初始化單片機(jī)初始化DS18B20測得溫度值，存放到Buffer中處理溫度值，轉(zhuǎn)換成BCD碼溫度顯示電路鍵盤掃描〔有無ENTER按下〕繼電器電路圖3-1系統(tǒng)硬件電路關(guān)系3.1溫度采集電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用半導(dǎo)體智能溫度傳感器DS18B20作為敏感元件，來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，直接輸出數(shù)字量，可以直接和單片機(jī)進(jìn)展通訊，大大簡化了電路的復(fù)雜度。DS18B20應(yīng)用廣泛，性能可以滿足題目的設(shè)計(jì)要求。DS18B20的測溫電路如圖3-2所示。圖3-2DS18B20測溫電路DS18B20的測溫功能的實(shí)現(xiàn)：內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)*一設(shè)置高溫時(shí)振蕩器的脈沖無法通過門電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55℃時(shí)的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá)0之前，門電路未關(guān)閉，則溫度存放器的值將增加，這表示當(dāng)前溫度高于-55℃。同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)展補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開場計(jì)數(shù)直到回零。如果門電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以上過程。其具體的實(shí)現(xiàn)主要依靠單片機(jī)軟件的編程上。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開場啟動(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)在高速暫存器的0、1字節(jié)上。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示。溫度值格式如表3.1所示，其中“S〞為標(biāo)志位，對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與TH、TL做比擬，假設(shè)T≥TH或T≤TL，則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)[12]表3-1DS18B20溫度值格式表LSByte22222222MSByteSSSSS222(2)DS1820單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念。因此系統(tǒng)對(duì)DS1820的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)展。DS18B20工作過程中的協(xié)議[13]：初始化DS18B20→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)①初始化單總線上的所有處理均從初始化開場②ROM操作命令總線主機(jī)檢測到DS18B20的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一。3.2加熱控制電路的設(shè)計(jì)由于本系統(tǒng)要控制電熱絲加熱，功率較大，因此要借助功率電路。在器件選擇上留足余量，增加平安性。加熱局部采用繼電器控制，電路簡單可靠[14]。電路如圖3-3所示。圖3-3繼電器控制當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)定值時(shí)，由單片機(jī)輸出高電平信號(hào)。三極管9014導(dǎo)通，繼電器開場對(duì)水加溫，為了防止繼電器頻繁動(dòng)作，在軟件中對(duì)水溫測量準(zhǔn)確到0.1℃，而在溫度設(shè)定時(shí)只取整數(shù)，可以有1當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定值時(shí)，為了加快系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，設(shè)置一個(gè)小功率電扇，加速水溫的降低，使系統(tǒng)整體性能得到提高。原理圖如圖3-4所示。圖3-4風(fēng)扇控制電路3.3鍵盤、顯示電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中以動(dòng)態(tài)顯示方式采用共陰極連接來驅(qū)動(dòng)三個(gè)七段數(shù)碼管，分別顯示溫度的十位、個(gè)位和小數(shù)位。數(shù)碼管采用共陰極，由于AT89C51單片機(jī)每個(gè)I/O的電流只有1-2mA，所以在位碼和段碼上加了一樣驅(qū)動(dòng)器[15]。其編碼方法如表3-2所示。表3-2編碼方法表dpgfedcba顯示的字符編碼P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0110000000C0H111100111F3H101001002A4H101100003B0H10011011499H10010000592H10000000682H111110007F8H10000000880H10010000990H10001000A88H10001100F8EH鍵盤采用按鍵開關(guān)經(jīng)上拉電阻分別接P1.0、P1.1、P1.2口上，起到控制、上調(diào)和下調(diào)作用。每按上調(diào)和下調(diào)鍵，設(shè)定溫度值增1減1。原理圖如圖3-5所示。圖3-5鍵盤按鍵電路3.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。本系統(tǒng)采用的復(fù)位方式為上電復(fù)位或開關(guān)復(fù)位，電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在系統(tǒng)運(yùn)行期間，用按鍵S5操作也能使單片機(jī)復(fù)位[16]。上電后16V的電解電容充電，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位按鍵后松開，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位或開關(guān)復(fù)位的操作。具體電路圖如圖3-6所示。圖3-6復(fù)位電路3.5時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)在引腳*TALI和*TAL2外接12MHz晶體振蕩器，由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖，兩個(gè)電容器起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，具體電路如圖3-7所示。圖3-7單片機(jī)時(shí)鐘電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用匯編語言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)展編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。主程序?qū)δK進(jìn)展初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤和繼電器電路，用的是循環(huán)查詢方式來顯示和控制溫度。4.1讀取DS18B20溫度模塊子程序每次對(duì)DS18B20操作時(shí)多要按照DS18B20中的協(xié)議進(jìn)展。初始化DS18B20→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1讀取DS18B20溫度子程序流程圖4.2數(shù)據(jù)處理子程序由于DS18B20轉(zhuǎn)換后的代碼并不是實(shí)際的溫度值，所以要進(jìn)展數(shù)據(jù)處理。由于本程序采用的是0.0625的精度，小數(shù)局部的值可以用后四位代表的實(shí)際數(shù)值乘以0.0625，得到真正的數(shù)值，數(shù)值可能帶幾個(gè)小數(shù)位，所以采取四舍五入，保存一位小數(shù)即可[17]。也就是說，本系統(tǒng)的溫度準(zhǔn)確到了0.1℃首先程序判斷溫度是否是零下，如果是，則DS18B20保存的是溫度的補(bǔ)碼，需要對(duì)其低八位取反加一變成原碼。處理過后把DS18B20的溫度復(fù)制到單片機(jī)的RAM中，里面已經(jīng)是溫度值的He*碼了，然后轉(zhuǎn)換He*碼到BCD碼，分別把小數(shù)位，個(gè)位，十位的BCD碼存入RAM中[18]。數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2數(shù)據(jù)處理子程序流程圖4.3鍵盤掃描子程序按鍵功能：1、EnterP1.0(K2)控制鍵2、UpP1.1(K3)加1鍵3、DownP1.2(K4)減1鍵鍵盤子程序流程圖如圖4-3所示[19]。圖4-3鍵盤掃描子程序4.4系統(tǒng)主程序流程圖總模塊流程圖如圖4-4所示。本軟件設(shè)計(jì)采用循環(huán)查詢來處理各個(gè)模塊，溫度是緩慢變化量，所以可以滿足性能要求。初始化初始化開場數(shù)據(jù)處理子程序顯示子程序調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序DS188B20?鍵盤掃描子程序繼電器控制子程序錯(cuò)誤顯示888否是圖4.4主程序流程圖5結(jié)論本論文設(shè)計(jì)了一種用AT89C51單片機(jī)為核心的水溫控制。通過用一塊51芯片外加擴(kuò)展系統(tǒng)及一些相應(yīng)的功能部件，經(jīng)過預(yù)研、硬件設(shè)計(jì)、繪制原理圖、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)等一系列操作，最后組成一個(gè)水溫的設(shè)定、檢測、顯示和控制的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使系統(tǒng)到達(dá)要求的性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的。本文給出了該設(shè)計(jì)方法的原理說明和具體的設(shè)計(jì)電路，表達(dá)了系統(tǒng)硬件線路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和構(gòu)造以及軟件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)給出了各個(gè)重要子程序的流程圖。本設(shè)計(jì)的缺乏之處還有待進(jìn)一步完善，使其更好的效勞于控制應(yīng)用中。本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)有:〔1〕模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)。模塊化設(shè)計(jì)，使控制器具有一定的通用性，而且運(yùn)行平安可靠。只要對(duì)控制器稍加改變就可以實(shí)現(xiàn)別的控制功能?！?〕本錢低，易于推廣。所有的元器件都采用了通用型產(chǎn)品，使得設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品及維修都相當(dāng)方便，可以有效地降低本錢。〔3〕操作簡單，控制器正面只有一排數(shù)碼管和3個(gè)按鍵，人們只要通過3個(gè)按鍵設(shè)定好水溫后，就不需做其他操作了?！?〕體積小，安裝方便，反響靈敏，控制精度高。本控制器還不夠完善，有許多值得改良的地方，以下幾個(gè)方面有待進(jìn)一步提高:〔1〕目前本控制器采用的是動(dòng)態(tài)顯示，當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行其他程序，沒執(zhí)行顯示程序時(shí)，數(shù)碼管就會(huì)熄滅，不能穩(wěn)定地顯示數(shù)值。采用靜態(tài)顯示，使溫度數(shù)值顯示更加穩(wěn)定連續(xù)。〔2〕進(jìn)一步提高測量測度，提高系統(tǒng)集成度和可靠性?？刂扑惴ǖ姆N類有很多，不斷試驗(yàn)找出控制精度更高，更加有效的控制算法。參考文獻(xiàn)[1]*毅坤.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.**:**電子科技大學(xué),2006:17-18[2]涂序彥.智能控制理論方法與技術(shù).:清華大學(xué),2008:56-58[3]高桔祥.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)系列教程.:電子工業(yè),2007:45-46[4]DS18B20官方英文站點(diǎn)下載.DS18B20官方英文文檔.[5]黃賢武.傳感器實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì).**:電子科技大學(xué),2005:54-68[6]肖亮，陶學(xué)恒.新型的智能化液位溫度測量系統(tǒng).儀表技術(shù)與傳感器,2005(3)：34-37[7]余錫存等.單片機(jī)原理及接口技術(shù).**:**電子科技大學(xué),2008:56-57[8]付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù).**:化學(xué)工業(yè),2009:67-68[9]翟玉文等.電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐.:中國電力,2005:98-110[10]ANDYSZATKOWSKI,WILLIAMPRUEHSNER,JOHND.ENDERLE,WaterTemperatureControlSystem.ProceedingsoftheIEEE25thAnnualNortheastBioengineeringConference,Piscataway,NJ,2007:61-75[11]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).:航空航天大學(xué),2007:34-40[12]**半導(dǎo)體器件研究所.美國國家半導(dǎo)體公司線性集成電路特性與應(yīng)用.**：**,2008:76-88[13]王振紅,*常年.綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐.:清華大學(xué),2005:63-70[14]NORIAKISAKAMOTO,MASAMIMASUBUCHI,SEIICHIKAWATA,Variable-structurecontrolusingtheidealofafictitioussetpointtemperaturetrackingcontrolofabatchreactorprocess.ControlEngineeringPractice,2006:28-40[15]沙占友.智能化溫度測試系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì).電子測量與儀器學(xué)報(bào),2008(3):57-70[16]邊春元等編著.單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序.:人民郵電,2007:89-112[17]雷思孝.單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù)-凌陽16位單片機(jī)原理及應(yīng)用.**:**電子科技大學(xué)出版社,2005:76-80[18]江力.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).:清華大學(xué),2006:88-90[19]SzatkowskiA,PruehsnerW,EnderleJD.Watertemperaturecontrolsystem.ProceedingsoftheIEEE25thAnnualNortheastBioengineeringConference.PiscatawayNJ,2009:66-72TheDesignofWaterTemperatureControlSystemBasedonMicrocontroller******(DepartmentofPhysics,***University,***,)AbstractAtpresent,mostofthetemperaturecontrolsystemusedbytheanalogtemperaturesensor，multi-channelanalogswitches，A/Dconverterandsingle-chip，suchasthetransmissionsystemponents.Thissystemrequiresalargenumberoftemperaturemeasurementarrangementofcables，tothescenetothesensorsignalacquisitioncard，theinstallationandremovalofple*，highcost.Atthesametime，thetransmissionlinesistheanalogsignal，andarepronetointerferenceandloss，relativelylargemeasurementerrorisalsonotconducivetocontroloftemperaturechangeinaccordancewithadecisionintime.Inthepaper，akindofAT89C51microcontrollerasthecoreoftheuseofhigh-precisiondataacquisitionsystemsDS18B20givendetailsthehardwarecircuitdesignandsoftelementsandstructure.Thedesignfeatures，allimportantroutinesaregivenaflowchart.Thetemperaturecontrolsystemofsmallsize,easyinstallation，rapidresponse，highcontrolprecision，andlowcost，simple，easytospread.KeywordsAT89C51；DS18B20；Temperaturecontrol致謝大學(xué)四年的學(xué)習(xí)和生活就要隨著這篇設(shè)計(jì)的辯論而完畢了.有許多許多的舍不得,也有許多許多的感謝要說。畢業(yè)設(shè)計(jì),事實(shí)上就是綜合地運(yùn)用四年所學(xué)知識(shí)去分析、解決一個(gè)問題，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，把所學(xué)知識(shí)得梳理一遍，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。在**教師的指導(dǎo)下我學(xué)會(huì)和懂得了很多，逐漸完成了對(duì)硬件電路與軟件編程兩方面的設(shè)計(jì)，掌握了硬件調(diào)試、軟件調(diào)試的根本方法，掌握了從子程序到總程序、從根本功能到復(fù)雜功能等程序編寫的根本思路及方法。首先要衷心感謝的是**教師！在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則，這些都將使我終生受益。無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無不得到**教師的悉心指導(dǎo)和幫助，我愿借此時(shí)機(jī)向XX教師表示衷心的感謝！其次要感謝所有教育過我的教師！你們傳授給我的專業(yè)知識(shí)是我不斷成長的源泉，也是完本錢設(shè)計(jì)的根底。我還要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對(duì)我的關(guān)心、關(guān)注和支持！最后感謝我的母校**學(xué)院四年來對(duì)我的大力栽培。我還要感謝含辛茹苦培養(yǎng)我長大的父母。謝謝你們！大學(xué)的生活讓我有了堅(jiān)強(qiáng)的性格、冷靜的頭腦和永遠(yuǎn)樂觀的態(tài)度，最重要的是讓我有了責(zé)任感，對(duì)自己、對(duì)家人和對(duì)社會(huì)。-.z附錄1：系統(tǒng)硬件原理圖附錄2：軟件程序清單TEMPERATURE_LDATA31H;DS18B20低八位BuffTEMPERATURE_HDATA30H;DS18B20高八位BufferTEMPERATURE_HCDATA32H;計(jì)算后的十位BCD碼存放BufferTEMPERATURE_LCDATA33H;計(jì)算后的個(gè)位和小數(shù)位的BCD碼TEMPERATURE_ZHDATA34H;計(jì)算后的十位和個(gè)位的HE*碼DIS_BUF_*DATA35H;數(shù)碼管小數(shù)位BufferDIS_BUF_GDATA36H;數(shù)碼管個(gè)位BufferDIS_BUF_SDATA37H;數(shù)碼管十位BufferKEY_BUF_GDATA39H;鍵盤輸入后的個(gè)位值KEY_BUF_SDATA49H;鍵盤輸入后的十位值K_ENTEREQUP1.0;輸入數(shù)據(jù)確認(rèn)按鈕K_UPEQUP1.1;上調(diào)按鈕K_DOWNEQUP1.2;下調(diào)按鈕P_DS18B20EQUP3.0;讀取DS18B20的輸入端口P_SWITCHEQUP1.7;繼電器控制端口1-加熱，0-斷開P_FANEQUP1.5;風(fēng)扇端口1-降溫，0-斷開FLAGEQU20H.0;標(biāo)志位確定是否存在DS18B20,1-存在，0-不存在ENTER_FLAGEQU20H.1;鍵盤輸入標(biāo)志位0-輸入，1-退出，程序開場執(zhí)行ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVSP,*60H;初始化MOVKEY_BUF_G,*00H;由于KEY_BUF是由用戶輸入的，所以先賦值初始化MOVKEY_BUF_S,*00H;NE*T:LCALLREAD_TEMP;調(diào)用讀溫度子程序FLAG,NORMAL;判斷是否有DS18B20的存在CALLERR;不存在時(shí)顯示錯(cuò)誤信息AJMPNE*T;NORMAL:LCALLDATA_DEAL;處理從DS18B20得到的數(shù)據(jù)LCALLSET_DIS_BUF;賦值給DIS_BUF_*,G,SLCALLDISPLAY;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序LCALLSCAN_KEY;掃描鍵盤LCALLSWITCH;處理繼電器AJMPNE*T;ERR:〔程序出錯(cuò)處理，顯示888〕MOVDIS_BUF_*,*08H;假設(shè)沒有找到DS18B20,則錯(cuò)誤顯示888MOVDIS_BUF_G,*08H;MOVDIS_BUF_S,*08H;LCALLDISPLAY;RET;DATA_DEAL:〔處理采集后的數(shù)據(jù)〕MOVA,TEMPERATURE_H;判斷溫度是否為零下ANLA,*80H;JZTEMPC1;A為0，說明是正數(shù)，跳往TEMPC1,假設(shè)是負(fù)數(shù)，則對(duì)低8位進(jìn)展補(bǔ)碼處理CLRC;MOVA,TEMPERATURE_L;CPLA;ADDA,*01H;取反加1MOVTEMPERATURE_L,A;求補(bǔ)后存回TEMPERATURE_L,此時(shí)TEMPERATURE_L里面的值就可以表示溫度了，繼續(xù)處理MOVA,TEMPERATURE_H;CPLA;高位TEMPERATURE_H取反ADDCA,*00H;，加上從TEMPERATURE_L進(jìn)來的位MOVTEMPERATURE_H,A;寫回TEMPERATURE_HMOVTEMPERATURE_HC,*0BH;SJMPTEMPC11;TEMPC1:MOVTEMPERATURE_HC,*0AH;TEMPC11:MOVA,TEMPERATURE_HCSWAPA;MOVTEMPERATURE_HC,A;MOVA,TERATURE_L;ANLA,*0FH;取A的低4位，得出來的數(shù)乘以0.0625，通過查表來算出值MOVDPTR,*TEMPDOTTAB;MOVCA,A+DPTR;查表MOVTEMPERATURE_LC,ATEMPERATURE_LCLOW=小數(shù)局部BCDMOVDIS_BUF_*,A;小數(shù)局部的BCD碼送入AMOVA,TEMPERATYRE_L;整數(shù)局部ANLA,*0FH;得到個(gè)位單個(gè)數(shù)值SWAPA;SWAP后就得到個(gè)位真正的個(gè)位MOVTEMERATURE_L,A;MOVA,TEMPERATURE_H;ANLA,*0FH;SWAPA;ORLA,TEMPERATURE_L;MOVTEMPERATURE_ZH,A;組合后的值存入TEMPERATURE_ZHLCALLHtoB;轉(zhuǎn)換He*值成為BCD碼MOVTEMPERATURE_L,A;十位和個(gè)位的BCD編碼ANLA,*0F0H;SWAPA;ORLA,TEMPERATURE_HC;TEMPERATURE_HCLOW=十位BCD碼MOVTEMPERATURE_HC,A;MOVA,TEMPERATURE_L;ANLA,*0FH;SWAPA;TEMPERATURE_LCHI位=個(gè)位數(shù)BCD碼ORLA,TEMPERATURE_LC;MOVTEMPERATURE_LC,A;RET小數(shù)局部碼表:TEMPDOTTAB:DB:00H,00H,01H,02H,03H,03H,04H,04H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H,09H0.0625→00H;0.0625*2=0.125→01H;0.0625*3=0.1875→02H;0.0625*4=0.25→03H;0.0625*5=0.3125→03H;以此類推…HtoB:(十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換BCD)MOVB,*064H;100DIVAB;a/100MOVR7,A;MOVA,*0AH;*CHA,B;DIVAB;SWAPA;ORLA,B;RET;INIT_TEMP:(初始化DS188B20，確定DS18B20是否存在)SETBP_DS18B20;NOP;CLRP_DSARB20;主機(jī)發(fā)出延時(shí)537微妙的復(fù)位低脈沖MOVR0,*6BH;MOVR1,*04H;TSR1:DJNZR0;MOVR0,*6BH;DJNZR1,TSR1;SETBP_DA18B20;拉高數(shù)據(jù)線，釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)NOP;NOP;NOP;MOVR0,*32H;TRS2:JNBP_DS18B20,TSR3;等待DS18B20回應(yīng)PDJNZR0,TSR2;LJMPTRS4;延時(shí)TSR3:SETBFLAG;置標(biāo)志位，表示DS18B20存在LJMPTSR5;TSR4:CLRFLAG;清標(biāo)志位，表示DS18B20不存在LTMPTSR7;TSR5:MOVR0,*06BH;TSR6:DJNZR0,TSR6;時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間TSR7:SETBP_DS18B20RET;READ_TEMP:〔讀取DS18B20的數(shù)據(jù)〕SETBP_DS18B20;LCALLINIT_TEMP;先復(fù)位DS18B20FLAG,TSS2;判斷DS18B20是否存在，否則返回RET;TSS2:MOVA,*0CCH;跳過ROM匹配LCALLWRITE_18B20;MOVA,*44H;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALLWRITE_18B20;LCALLDISPLAY;L