【正文】 )溫度采集的設(shè)計(jì)。(3)擴(kuò)展功能①具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設(shè)備發(fā)來的命令，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到其他數(shù)據(jù)設(shè)備。(2)主要內(nèi)容溫控器采用AT89C52作為核心處理器件，把經(jīng)過DS18B20現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集到的溫度數(shù)據(jù)，存入AT89C52的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，送數(shù)碼管顯示，并與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，然后由單片機(jī)輸出信號(hào)去控制蜂鳴器和風(fēng)扇。它是以AT89C52單片機(jī)為控制內(nèi)核，采用DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)溫度，通過利用AT89C52單片機(jī)、單總線技術(shù)及對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)，測(cè)溫控制系統(tǒng)直接將數(shù)字量輸出到單片機(jī)，無須經(jīng)過變換電路，同時(shí)通過RS232串行口與上位PC機(jī)連接，從而使系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程溫度控制能力和遠(yuǎn)程報(bào)警能力。特別是其中的C51系列單片機(jī)的出現(xiàn)，由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運(yùn)算精度。它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá)108～109元件/片，這將給IC產(chǎn)業(yè)及IC應(yīng)用帶來劃時(shí)代的進(jìn)步。為了提高多通道智能溫控器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。溫度控制器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度控制器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量日漸上升。進(jìn)入21世紀(jì)后，溫度控制器正朝著智能化、高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。新型溫度控制器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。目前，國(guó)際上一些著名的IC廠家已開始研制單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)，所以單片機(jī)控制下的溫度控制器具有很好的發(fā)展空間。以往，在實(shí)際測(cè)控系統(tǒng)中，多采用熱敏電阻器或熱電偶測(cè)量溫度。這種方案可大大地提高工作效率和控制精度，有助于自動(dòng)化水平的提高[1][2]。進(jìn)行溫度控制程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下幾個(gè)問題：①實(shí)時(shí)采集溫度；②溫度顯示：采用2位LED顯示當(dāng)前溫度；③按鍵處理；④與上位PC機(jī)通信程序；⑤越限報(bào)警和處理：將采集到的溫度值與預(yù)先設(shè)置值進(jìn)行比較，若當(dāng)前溫度值越限，則產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。②采用適當(dāng)?shù)目刂品椒▽?shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)定溫度或環(huán)境溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。(4)溫度控制器的軟件設(shè)計(jì)。第四章 詳細(xì)設(shè)計(jì)講解了各模塊的流程圖和各個(gè)子程序。此方案是采用傳統(tǒng)的熱敏電阻來測(cè)溫，采集到的信號(hào)經(jīng)過放大器和A/D轉(zhuǎn)換器將信號(hào)處理為8031可識(shí)別的信號(hào)。使用單片機(jī)具有編程靈活，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使設(shè)計(jì)能簡(jiǎn)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)較復(fù)雜的控制算法使控制器還具有控制精度高的特點(diǎn)[1][5]。其主要工作特性[5～7]是：（1）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含4K字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器；（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含128字節(jié)的RAM；（3）具有32根可編程I/O口線；（4）2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（5）一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)；（6）一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路；（7）具有可編程串行URAR通道；（8）低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；（9）具有三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；（10）AT89C52工作電源電壓為5V；（11）AT89C52最高工作頻率為33MHz。溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接DS18B20供電，而無需額外電源。方案2：采用LCD數(shù)碼管顯示,但是可視偏轉(zhuǎn)角度過小，容易產(chǎn)生影像拖尾現(xiàn)象，液晶顯示器的亮度和對(duì)比度不是很好。 系統(tǒng)原理框圖 溫度控制器硬件接線原理圖。因而，使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定的最低溫度限溫度值時(shí)，也采用綜合實(shí)訓(xùn)板上的蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。1：作為最低限溫度的設(shè)定功能鍵。 元器件選擇 AT89C52單片機(jī)AT89C52是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心處理器，單片機(jī)首先把通過傳感器測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)溫度與預(yù)先設(shè)置的溫度進(jìn)行比較，如果大于或小于預(yù)先設(shè)置值，就輸出信號(hào)去控制加熱器的工作,從而實(shí)現(xiàn)溫度控制[3][11]。（4）兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。： AT89C52的引腳圖以下是部分引腳功能說明：VCC——電源電壓GND——地P0口——P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能進(jìn)行工作。此電路在加電后延遲大約10ms振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。MCS51系統(tǒng)單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳。 對(duì)于MCS51單片機(jī)，在RST復(fù)位引腳端接一個(gè)電容至+5V和一個(gè)電阻至地端就能實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。DS18B20性能特點(diǎn)[15][16]:(1)獨(dú)特的單線接口方式。(4)溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間：DS18B20的轉(zhuǎn)換時(shí)間與設(shè)定的分辨率有關(guān)， ms；10位時(shí)， ms；11位時(shí)，為375ms；12位時(shí)，為750ms。1 2 3 1:GND 2:DQ 3:VDD DS18B20 TO92封裝DS18B20管腳GND為電源地，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，VDD為外接供電電源接入端（用寄生電源方式時(shí)接地）。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，在每次測(cè)量前，首先將55℃所對(duì)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(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。這就是DS18B20的測(cè)溫原理。 鍵盤控制 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤是人機(jī)交互的重要組成部分，用于向單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或控制信息。非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，其他工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡(jiǎn)單，一般在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛用。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，消除抖動(dòng)有硬件和軟件兩種方法。通信的基本方式可分為并行通信和串行通信。而單片機(jī)I/O極為寶貴，一般選擇串行通信方式[15] [19]。AT89C52單片機(jī)本身提供了一組全雙工串行傳輸口，由TXD引腳來傳送串行數(shù)據(jù)，而由RXD引腳來接收數(shù)據(jù)，可是其工作邏輯電平皆為TTL電平（0V，5V）。由單片機(jī)I/O口輸出的控制信號(hào)，經(jīng)NPN晶體管放大，驅(qū)動(dòng)繼電器工作。 LED數(shù)碼管顯示電路LED顯示器的工作情況有兩種：一種是溫度顯示；另一種是ROM碼顯示。 LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰極型和共陽極型兩大類：共陰極型是將各段發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起，作為公共端COM接地，a～g、Dp各筆段接控制端，某筆段接高電平時(shí)發(fā)光，低電平時(shí)不發(fā)光，控制某幾段筆段發(fā)光，就能顯示出某個(gè)數(shù)碼或字符。 LED數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，；按顯示顏色也有多種，主要有紅色和藍(lán)色；按亮度強(qiáng)弱可分為超亮、高亮和普亮。 LED顯示電路圖 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)溫度控制器是設(shè)計(jì)的重要部件之一，它的性能指標(biāo)好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，所以對(duì)其可靠性方面的要求也很高。 電源輸入保護(hù)電路由于在溫度控制器設(shè)計(jì)時(shí)采用AT89C52為核心控制器件，其中包括5V、15V兩個(gè)電源，而且正常工作時(shí)對(duì)電源的穩(wěn)定性要求也較高。 電源輸入保護(hù)電路此電路的工作原理為：D1為二極管，串接在電源輸入的正端，當(dāng)電源極性連接正確時(shí)，D1導(dǎo)通系統(tǒng)正常工作；而當(dāng)電源極性接反時(shí)，二極管D1由于承受反向電壓而截止，從而切斷了電源，對(duì)溫度控制器起到了保護(hù)作用，解決了電源極性接反問題。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該盡量地遵循如下設(shè)計(jì)原則。綜上所述可知印制電路板的可靠性與實(shí)際電路、元器件的布局以及印制板的走線等因素密切相關(guān)。 主程序流程圖溫度控制器采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，可以分成以下程序模塊：(1)系統(tǒng)初始化程序：首先完成變量的設(shè)定、中斷入口的設(shè)定、堆棧、輸入輸出口及外部部件的初始化工作。(4)溫度采集程序：完成DS18B20的初始化并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，經(jīng)過指定時(shí)間后讀取轉(zhuǎn)換的溫度值。(5)溫度轉(zhuǎn)換程序：根據(jù)精度要求對(duì)采集到的溫度值進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)換成便于顯示的BCD碼值。 LED顯示模塊LED顯示方式包括有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種，為了減少硬件成本，采用動(dòng)態(tài)顯示的方式。即在某一瞬時(shí)，只讓某一位的字位線處于選通狀態(tài)，其他各位的字位線處于開斷狀態(tài)，同時(shí)字段線上輸出該位要顯示的相應(yīng)字符的字段碼。當(dāng)要求顯示位數(shù)較多時(shí)，通常采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。本設(shè)計(jì)是使用軟件去抖動(dòng)，原理是根據(jù)按鍵抖動(dòng)的特性，在第一次檢測(cè)到按鍵按下后，執(zhí)行延時(shí)10ms子程序后再確定該鍵是否確實(shí)按下，從而消除抖動(dòng)的影響[26,27]。即在CPU工作空余，調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應(yīng)鍵輸入信號(hào)要求。這種工作方式，對(duì)CPU工作影響小，但應(yīng)考慮鍵盤處理程序的運(yùn)行間隔周期不能太長(zhǎng)，否則會(huì)影響對(duì)鍵輸入響應(yīng)的及時(shí)性。綜合(1)、(2)兩步的結(jié)果，可確定按鍵編號(hào)。DS18B20初始化子程序INIT_1820: DS18B20在工作之前必須按照指定的要求完成初始化工作，否則無法正常工作。為便于程序的使用與維護(hù)，系統(tǒng)全部程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主程序和若干子程序組成。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。 proteus isis環(huán)境下溫度值為5℃時(shí)的硬件仿真圖?！娓哂谠O(shè)定最高溫度時(shí)，