【正文】 目 錄前言 1總體方案設(shè)計(jì) 2 2 2 3 3單元模塊設(shè)計(jì) 4 4 按鍵輸入電路 4 LED數(shù)碼管顯示電路 5 溫度采集電路 7 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 7 串口通信模塊設(shè)計(jì) 8 9 89C52單片機(jī)模塊 10 11 DS18B20器件介紹 11軟件設(shè)計(jì) 13 13 13 KeilC、Proteus及VB軟件介紹 13 14 主程序設(shè)計(jì)原理 14 溫度采集子程序流程圖 15 RS232串口通信的程序流程圖 16系統(tǒng)調(diào)試 17 硬件調(diào)試 17 17系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù) 21 系統(tǒng)功能 21 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)指標(biāo) 21 21結(jié)論 22總結(jié)與體會(huì) 23 23 23 23 24參考文獻(xiàn) 25附錄一：相關(guān)設(shè)計(jì)圖與源程序 261．系統(tǒng)的原理電路圖 262．系統(tǒng)PCB圖 273．源程序代碼 28附錄二：外文資料翻譯 38前言溫度測(cè)控系統(tǒng)是比較常見的和典型的過程系統(tǒng)，溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，在冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐，對(duì)工件的處理溫度等均需要對(duì)溫度嚴(yán)格測(cè)量控制。當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度測(cè)控系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)化、智能化。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，溫度測(cè)控器件發(fā)展迅速。而溫度傳感器是各式各樣的傳感器中經(jīng)常使用的一種，如今溫度傳感器的外形都非常小巧，這樣更為我們的生活提供了許多功能和便利，并且也讓它廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中。21世紀(jì)以來，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、高可靠性及安全性、總線標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)傳感器和開發(fā)虛擬傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。這里設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度測(cè)控系統(tǒng)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，串口通信，適用范圍寬等特點(diǎn)。本文所研究和開發(fā)的課題是溫度測(cè)控的仿真設(shè)計(jì)，目的在于模擬空調(diào)的溫度測(cè)控及自動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)選用Intel公司生產(chǎn)的STC89C52芯片作為主控制器件，DS18B20溫度傳感器作為溫度測(cè)定采集系統(tǒng),通過LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定溫度的顯示，還可通過按鍵設(shè)定空調(diào)的目標(biāo)溫度，報(bào)警系統(tǒng)模擬空調(diào)的自動(dòng)開關(guān)控制，通過串口還能與PC機(jī)通信以模擬空調(diào)的遙控系統(tǒng)。通過DS18B20溫度傳感器直接讀取被檢測(cè)的溫度值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，此器件的線性度較好，物理和化學(xué)性能也穩(wěn)定，在0℃～100℃℃。該器件采用單線接口方式，DS18B20在與單片機(jī)連接時(shí)僅需要一條接口線就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DS18B20的雙向通訊，便于單片機(jī)處理和控制?？傮w方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的溫度測(cè)控的方法,以模擬空調(diào)的溫度測(cè)控及自動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)，要求： （1）能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)溫度，并能在空調(diào)主機(jī)和遙控器上顯示出來。 （2）可通過空調(diào)主機(jī)和遙控器的按鍵設(shè)定目標(biāo)溫度，按鍵可移位。 （3）設(shè)定溫度狀態(tài)下，應(yīng)能閃爍顯示。 （4）實(shí)時(shí)溫度超過設(shè)定溫度的某一個(gè)門限范圍時(shí)，空調(diào)自動(dòng)開啟（用報(bào)警電路模擬即可）。方案一：由單片機(jī)STC89C52來實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，外圍電源采用+5V電源供電，通過DS18B20溫度傳感器采集實(shí)時(shí)溫度，由按鍵電路設(shè)定目標(biāo)溫度，LED數(shù)碼管可顯示正常狀態(tài)下的實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定狀態(tài)下的目標(biāo)溫度，中央處理器由STC89C52單片機(jī)來完成，可通過串口與PC機(jī)通信，并在超出門限值時(shí)報(bào)警（模擬空調(diào)的自動(dòng)開關(guān)控制）。這種方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易掌握，各部分電路實(shí)現(xiàn)起來都非常容易，在傳統(tǒng)的溫度測(cè)控設(shè)計(jì)中也應(yīng)用得較為廣泛，技術(shù)成熟。：LED顯示PC機(jī)報(bào)警電路電源電路DS18B20溫度傳感器STC89C52按鍵電路方案二是基于CPLD 溫度采集系統(tǒng)，通過CPLD 構(gòu)成的控制器輸出一個(gè)脈沖給MAX232內(nèi)部A/D 轉(zhuǎn)換器的CLK 端，使其開始A/D 轉(zhuǎn)換，同時(shí)將CPLD 內(nèi)部地址發(fā)生器產(chǎn)生的地址信號(hào)經(jīng)地址選擇器(在CPLD 內(nèi)部)直接送到存儲(chǔ)器，A/D 轉(zhuǎn)換器所采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)總線直接輸入到存儲(chǔ)器中保存，如此便完成一個(gè)采樣周期，重復(fù)上述步驟，直到完成預(yù)定數(shù)量的數(shù)據(jù)采集。首先以外置的雙極型二極管去感知外部的溫度變化并且轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)；然后將電流信號(hào)傳送給溫度傳感器進(jìn)行ADC 轉(zhuǎn)換；最后通過CPLD 完成數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)化，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到LED。成批采集結(jié)束中斷處理程序地址發(fā)生器產(chǎn)生地址信號(hào) 存儲(chǔ)器地址選擇器控制器MAX232 A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采集 CPLD實(shí)現(xiàn)的原理框圖通過方案一和方案二的比較，可以看出方案一的設(shè)計(jì)使用單片機(jī)，而直接用單片機(jī)編程，用硬件電路搭建方便，通過STC89C52單片機(jī)編寫程序，來控制LED的亮滅以及與PC機(jī)通信。這樣可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低材料的成本。而方案二采用CPLD芯片實(shí)現(xiàn)的電路，在智能化領(lǐng)域，雖說CPLD功能更強(qiáng)大，但價(jià)位較高，對(duì)于這樣一個(gè)小系統(tǒng)，沒有必要用價(jià)格昂貴的集成芯片，這樣會(huì)增加成本。設(shè)計(jì)直接用單片機(jī)編程，用硬件電路搭建方便，通過STC89C52單片機(jī)編寫程序，來控制LED的亮滅以及與PC機(jī)通信。這樣可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低材料的成本。提高系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性，能實(shí)現(xiàn)控制器的系統(tǒng)編程。所以從節(jié)約成本和功能方面綜合考慮，本次設(shè)計(jì)我們采用了方案一。單元模塊設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會(huì)對(duì)相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。經(jīng)過以上所述的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求的分析，可以將主要電路分為以下幾部分：溫度采集模塊，按鍵模塊，LED顯示模塊，報(bào)警模塊，串口通信系統(tǒng)。單片機(jī)初始化之后，將不停地掃描這些模塊。溫度采集模塊會(huì)實(shí)時(shí)地采集當(dāng)前溫度，按鍵模塊判斷是否有按鍵按下，并實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，顯示模塊能顯示正常狀態(tài)下的實(shí)時(shí)溫度和設(shè)定狀態(tài)下的目標(biāo)溫度，報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)越限報(bào)警功能，串口通信發(fā)送模塊將采集到的實(shí)時(shí)溫度值發(fā)送給上位機(jī)顯示出來，串口通信接收模塊能接收上位機(jī)發(fā)送下來的設(shè)定溫度值。 按鍵輸入電路本設(shè)計(jì)采用行列式鍵盤，行列式鍵盤用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列交叉點(diǎn)上，也稱矩陣鍵盤，相對(duì)于獨(dú)立式鍵盤更加節(jié)省硬件資源。按鍵處理方法采用循環(huán)掃描，即直接在主程序中利用循環(huán)掃描查詢和按鍵相連的I/O電平，然后進(jìn)行相應(yīng)處理。循環(huán)掃描又分為行掃描和列掃描，本設(shè)計(jì)采用的是列掃描，即行線連接的單片機(jī)I/O口作為輸入口，列線連接的單片機(jī)I/O口作為輸出口。具體方法如下：行初始化電平為1，列初始化電平為0。檢查各行線輸入電平是否為全“1”。如果不是全“1”，則有鍵按下。然后逐列置零電平，其余各列為高，檢查行線的電平是否變?yōu)榱?，有，則該行列交叉的按鍵判斷為按下。本設(shè)計(jì)只使用前兩列按鍵，即一個(gè)4行2列的一個(gè)矩陣鍵盤。各個(gè)按鍵功能是：（1） S2：設(shè)定狀態(tài)下對(duì)選定位加1。（2） S3：設(shè)定狀態(tài)下對(duì)選定位減1。（3） S4：設(shè)定狀態(tài)下左移選定位。（4） S5：設(shè)定狀態(tài)下右移選定位。（5） S6：確定鍵（顯示實(shí)時(shí)溫度）。（6） S7；設(shè)定溫度（顯示設(shè)定溫度）。（7） S9：?jiǎn)?dòng)/停止（開/關(guān)顯示）。圖 按鍵電路 LED數(shù)碼管顯示電路 7段數(shù)碼管一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由7個(gè)細(xì)長(zhǎng)的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光。控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù)量也有限，但其控制簡(jiǎn)單，使有也方便。數(shù)碼管顯示電路采用共陽極數(shù)碼管，P0作位選，P2作段選。位碼： … 0xF7: 1 1 1 1　 0 1 1 1LED2 LED1段碼：h g f e d c b a0xC0: 1 1 0 0 0 0 0 0 圖 數(shù)碼管段碼圖 四位數(shù)碼管 LED顯示電路 溫度采集電路三針插孔用來插DS18B20的芯片，DS18B20的數(shù)據(jù)端二腳接到單片機(jī)的P36 管腳，用單片機(jī)來控制DS18B20，實(shí)現(xiàn)電路對(duì)溫度的監(jiān)控。DS18B20為單總路線芯片，單片機(jī)通過對(duì)芯片二管腳的時(shí)序控制，來啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換和寫入溫度上下限，讀出溫度轉(zhuǎn)換值等一系列操作，并將溫度轉(zhuǎn)換的值存入單片機(jī)中，單片機(jī)通過串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中，通過VB的控件MSCOMM1來接收數(shù)據(jù)，并用文本框TEXT顯示出來。該設(shè)計(jì)對(duì)溫度的測(cè)控是用溫度芯片DS18B20來實(shí)現(xiàn)的。通過單線總線端口訪問DS18B20的協(xié)議如下：每一次DS18B20的操作都必須滿足以上步驟，若是缺少步驟或是順序混亂，器件將不會(huì)返回值。 溫度采集電路 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器越限報(bào)方式（實(shí)際用LED代替），當(dāng)采集到的實(shí)時(shí)溫度超過設(shè)定溫度的177。2 ℃范圍時(shí)，使LED發(fā)光二極管發(fā)光。 報(bào)警電路 串口通信模塊設(shè)計(jì) MAX232是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，也是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊。MAX232 串行接口總線適用于：傳輸速率最大為20kBps，設(shè)備之間的通訊距離不大于15m。MAX232 協(xié)議以5V～15V表示邏輯1；以+5V～15V 表示邏輯0。ATmega8單片機(jī)帶有一個(gè)通用同步/異步全雙工串行收發(fā)模塊 USART，其主要特點(diǎn)如下：支持同步或異步操作；全雙工操作；同步操作時(shí)，可主機(jī)時(shí)鐘同步，也可從機(jī)時(shí)鐘同步；支持8和 9位數(shù)據(jù)位，1 位或2 位停止位的串行數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)；獨(dú)立的高精度波特率發(fā)生器，不占用定時(shí)/計(jì)數(shù)器；由硬件支持的奇偶校驗(yàn)位發(fā)生和校驗(yàn)；數(shù)據(jù)溢出檢測(cè)；幀錯(cuò)誤檢測(cè)；包括錯(cuò)誤起始位的檢測(cè)的噪聲濾波器和數(shù)字低通濾波器；三個(gè)完全獨(dú)立的中斷，TX發(fā)送完成、TX 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空、TX接收完成； 支持多機(jī)通信模式； 支持倍速異步通信模式。 MAX232串口通信原理圖。電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供直流電。J16接USB接口，經(jīng)USB接口提供+5V電壓，開關(guān)S1控制電源是否導(dǎo)通，導(dǎo)通LED燈亮，單片機(jī)上電。電阻R10起到限流的作用，保護(hù)LED燈。 電源電路圖 89C52單片機(jī)模塊此模塊主要包含89C52單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。，與UART(通用異步接收器/發(fā)送器)常見的波特率相關(guān)。特別是較高的波特率(19600，19200)，這些晶振的振蕩頻率都是準(zhǔn)確的。在復(fù)位電路中復(fù)位高電平有效，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，RST端接地，為低電平。按鍵按下，VCC與R22導(dǎo)通，分壓后RST為高電平，單片機(jī)復(fù)位。89C52是89C51增強(qiáng)型單片機(jī)版本，它結(jié)合了CMOS的低功耗特征及CMOS的高速與高密度技術(shù)，它基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS51單片機(jī)指令系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)，集成了向上或向下計(jì)數(shù)器和時(shí)鐘輸出等更多的功能，適合于類似機(jī)體控制等應(yīng)用場(chǎng)合。89C52內(nèi)置8位中央處理單元、8k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM）、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、一個(gè)全雙工串行通信口和片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路，更優(yōu)于89C51。 89C52單片機(jī)模塊本系統(tǒng)中主要使用了DS18B20此功能器件。下面就此器件的功能特點(diǎn)、主要參數(shù)和使用方法作相應(yīng)說明。 DS18B20器件介紹 ●獨(dú)特的單線接口僅需一個(gè)端口引腳進(jìn)行通訊 ●每個(gè)器件有唯一的64位的序列號(hào)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中 ●簡(jiǎn)單的多點(diǎn)分布式測(cè)溫應(yīng)用 ●無需其他多余外部器件 ●可通過USB數(shù)據(jù)線供電。 ●測(cè)溫范圍為55～+125℃(67～+257℉) ●在10～+85℃范圍內(nèi)誤差不超過177。℃ ●溫度計(jì)分辨率可選擇為9～12位 ●最多在750ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字 ●用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 ●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 ●與DS1822兼容的軟件 DS18B20實(shí)物圖軟件設(shè)計(jì) 本節(jié)主要介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理及KeilC、Proteus及VB軟件開發(fā)環(huán)境。 以單片機(jī)STC89C52為主控器件，利用DS18B20采集外部溫度，并將溫度值存入一個(gè)4位數(shù)組num1[]，按鍵模塊先判斷是否有按鍵按下，若有，則實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能——對(duì)存設(shè)定溫度值的數(shù)組num[]某一位進(jìn)行加、減、左移、右移等，LED顯示分兩個(gè)狀態(tài)，由按鍵控制，正常狀態(tài)下顯示num1[]中的實(shí)時(shí)溫度，設(shè)定狀態(tài)下顯示num[]中的目標(biāo)溫度（門限溫度），報(bào)警模塊將數(shù)組num[]和num1[]轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)值并比較，若實(shí)時(shí)溫度超過設(shè)定溫度的一定范圍，則LED點(diǎn)亮報(bào)警，串口通信發(fā)送模塊將數(shù)組num1[]中的數(shù)不斷發(fā)送給上位機(jī)VB界面顯示出來，保證顯示的溫度為當(dāng)前溫度，串口通信接收模塊接收上位機(jī)發(fā)送下來的設(shè)定溫度值。 KeilC、Proteus及VB軟件介紹Keil C51是由美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、可讀性、結(jié)構(gòu)性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。使用匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C51 軟件提供豐富的函數(shù)庫和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全新Windows界面。另外重要的一點(diǎn)是，只要看一下編譯后生