【正文】 《溫度控制器的設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告系 別： 信息科學(xué)與技術(shù)系 專業(yè)班級(jí)： 通信技術(shù)0802班 學(xué)生姓名： 張 叢 振 指導(dǎo)教師： 陳 青 （課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2010 年 6 月 26 日——2010 年 7 月 9 日）華中科技大學(xué)武昌分校目 錄1．課程設(shè)計(jì)目的…………………………………………………………………32．課程設(shè)計(jì)題目描述和要求……………………………………………………33．課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容……………………………………………………………6……………………………………………………………6………………………………………………8………………………………………………… 12………………………………………………………… 124．總結(jié)……………………………………………………………………………13參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………15附：…………………………………………………………………16前言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測溫比較準(zhǔn)確的場合。該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89C2051，測溫傳感器使用DS18B20，用四位共陰極LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示，能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。一、 課程設(shè)計(jì)目的這次課程設(shè)計(jì)實(shí)踐是本學(xué)期的一項(xiàng)必修課程，它的意義在于除了完成規(guī)定的內(nèi)容之外，還要能有所創(chuàng)新。將這一學(xué)期學(xué)到的單片計(jì)算機(jī)原理的內(nèi)容運(yùn)用到實(shí)際生活中，從而進(jìn)一步鞏固學(xué)到的理論知識(shí)。學(xué)會(huì)焊接電路板，這是硬件部分的；其次還要能夠編寫程序讓單片機(jī)工作起來。二、 課程設(shè)計(jì)題目描述與要求課程設(shè)計(jì)題目：溫度控制器的設(shè)計(jì)在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89C2051，溫度傳感器采用DS18B20，用2位LED數(shù)碼管以并口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。圖1 總體設(shè)計(jì)方框圖設(shè)計(jì)要求：1. 用89c2051單片機(jī)和數(shù)字溫度傳感器ISD18B20構(gòu)成溫度采樣報(bào)警小系統(tǒng) 2. 給電路板上的兩個(gè)按鍵設(shè)定相應(yīng)的功能：通過兩個(gè)按鍵設(shè)定最高和最低限定溫度使得當(dāng)室內(nèi)溫度上升到溫度上限或下降到溫度下限的時(shí)候能夠讓蜂鳴器發(fā)出報(bào)警 3. 設(shè)定的溫度能夠自行調(diào)整?！≌w方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：如下圖 　 三、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用的主控制器是ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89C2051 單片機(jī)AT89C2051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)可用二節(jié)電池供電。（一）硬件系統(tǒng)1．單片機(jī)顯示部分 是在單片機(jī)控制下，由MC4511產(chǎn)生BCD譯碼，ULN2003完成驅(qū)動(dòng)顯示的簡單方法，同時(shí)可以有兩路按鍵響應(yīng)裝置。還可以外擴(kuò)串口I2CROM，完成掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能。電路中還包含復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。2．報(bào)警控制部分 報(bào)警部分由三極管T2蜂鳴器BEEL構(gòu)成. 控制部分由光電隔離器（光電耦合）U7/U8,繼電器JDQ1/2組成。3．溫度探測存儲(chǔ)部分由DS18B20采集溫度，和24C16保存掉電數(shù)據(jù)。 89c1051/2051簡述AT89C1051/2051只有20只引腳，壓縮了I/O端口與存儲(chǔ)器容量，其余配置與功能不減，可方便地應(yīng)用于家電產(chǎn)品及小型儀器儀表，是性能價(jià)格比極優(yōu)的單片機(jī)。 AT89C1051和 AT89C2051的結(jié)構(gòu)框圖與引腳配置分別見附圖 7－7和附圖 7－8。圖 11 AT89C1051/2051 引腳圖圖 12 AT89C1051/2051 結(jié)構(gòu)框圖 由附圖7－7和附圖7－8可見，AT89C1051／AT89C2051把原地址與數(shù)據(jù)總線有關(guān)的引腳全部壓縮掉，使為20腳封裝。但I(xiàn)/O端口線還有15條，其中8條．仍具有第二功能。除P3口的6個(gè)引腳（P3．0～P3．5）的第二功能與MCS—5l系列完全一致外，P1．0和P1．l還具有模擬比較器的功能。當(dāng)需要使用模擬比較器時(shí)，P1．0（AINO）作為同相輸人端，P1．1（AINI）作為反相輸入端。比較的結(jié)果由P3．6位的狀態(tài)確定。若P3．6為 1，說明AINO電位高于AINI；若P3．6為0則反之。注意，P3．6沒有引出片外，其狀態(tài)可直接在片內(nèi)特殊功能寄存器中通過位尋址讀出。2 、AT89C2051內(nèi)有兩個(gè)閃爍存儲(chǔ)器程序加密位，可以被編程或不被編程器件內(nèi)有一閃爍存儲(chǔ)器地址計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器在RST上升沿復(fù)位為000H，在XTAL1引腳上加高電平脈沖則自動(dòng)加 l。宜采用以下步驟對(duì)AT89C2051編程：加上電源后，RST及P3．2加高電平；P3．3～P3．5，P3．7加上寫人數(shù)據(jù)代碼模式的邏輯電平；在P1．0～P1．7上加上地址000H的數(shù)據(jù)代碼；RST引腳電平升高到12V；P3．2加人一低電平脈沖，則一字節(jié)數(shù)據(jù)被編程寫人。以此類推，直到最后一個(gè)字節(jié)編程完畢。 編程完畢后，應(yīng)使XTAL1降到低電平，RST也降至低電平，然后懸浮所有相關(guān)I/O引腳，關(guān)掉電源。AT89C2051有三個(gè)特征字可讀出，以識(shí)別該器件。這種讀特征字操作與讀000H，00lH，002H地址單元內(nèi)容操作相同，只是有關(guān)信號(hào)的邏輯電平有所不同。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)與測溫原理DS18B20溫度傳感器由64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器及高速緩存器這4個(gè)部分組成。DS18B20可編程溫度傳感器有3個(gè)管腳：GND為接地線，DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。VDD為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供電源，又可由外部提供電源，范圍3．0～5．5 V。 本文使用外部電源供電[9]。如圖24所示。 圖15 DS18B20的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)首先來介紹一下DS18B20這塊傳感器的特性及其功能：⑴ 用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度值。⑵ 不需要外部組件，能測量－55～+125℃ 范圍內(nèi)的溫度。⑶ －10℃ ~ +85℃ 范圍內(nèi)的測溫準(zhǔn)確度為177。0．5℃ 。⑷ 通過編程可實(shí)現(xiàn)9～l2位的數(shù)字讀數(shù)方式，可在至多750 ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12 位的數(shù)字，測溫分辨率可達(dá)0．0625℃ 。⑸ 獨(dú)特的單總線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與處理器雙向通訊。再來看看DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu):DS18B20內(nèi)部功能模塊主要由4部分組成：64位光刻R0M、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。R0M 中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，他可以看作是該DSISB20的地址序列碼，每個(gè)DSI8B20的64位序列號(hào)均不相同。高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL，配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)E2PROM組成，使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì) TH，TL或配置寄存器寫入。配置寄存器中R1，R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)：R1R0＝’00’,9位精度， ms；R1R0 = ‘01’,10位精度， ms；R1R0 = ‘10’,11位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375 ms；R1R0 =’11’,12位精度，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750 ms；未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。本系統(tǒng)采用的也是12位的精度。其中64位光刻ROM如下圖25所示。 圖16 DS18B20的64位光刻ROM接著再來了解一下DS18B20的內(nèi)存結(jié)構(gòu)與溫度測試的功能:DSI8B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM （便箋式的內(nèi)部存儲(chǔ)器）和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPROM，后者存放高溫和低溫觸發(fā)器TH，TL和結(jié)構(gòu)寄存器。便箋存儲(chǔ)器包含了9個(gè)連續(xù)字節(jié)（0～8），前兩個(gè)字節(jié)是測得溫度信息如圖17所示，字節(jié)0的內(nèi)容是溫度的低8位，字節(jié)1是溫度的高8位，字節(jié)2是TH（溫度上限報(bào)警），字節(jié)3是TL（溫度下限報(bào)警），字節(jié)4是配置寄存器如圖27所示，用于確定輸出分辨率9到12位。第7個(gè)字節(jié)是預(yù)留寄存器，用于內(nèi)部計(jì)算。字節(jié)8是冗余檢驗(yàn)字節(jié)，校驗(yàn)前面所有8個(gè)字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。 雙字節(jié)１２位溫度格式與十進(jìn)制溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系圖17 分辨率設(shè)置表當(dāng)DSI8B20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)在高速暫存存儲(chǔ)器的0，1字節(jié)。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0．062 5℃／LSB形式表示。溫度值格式如圖2—6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。圖4下面的表是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。DSI8B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 TH做比較，若TTH或TTL，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]。最后再來介紹一下DSl820工作過程中的協(xié)議：初始化 RoM操作命令 存儲(chǔ)器操作命令 處理數(shù)據(jù)⑴ 初始化 單總線上的所有處理均從初始化開始； ⑵ ROM操作品令 總線主機(jī)檢測到DSl820的存在便可以發(fā)出ROM操作命令之一，這些命令如：指令160