【正文】 華教授致以最誠摯的謝意！ 老 師不僅在學(xué)業(yè)上言傳身教，而且以其高尚的品格給我以情操上的熏陶。以后可以通過加入 PID 算法優(yōu)化控制功能，并通過液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示溫度。但是通過對軟硬件不斷撞墻，不斷思考解決問題的過程中，我學(xué)會(huì)了很多東西，同時(shí)對單片機(jī)也有了更深的認(rèn)識。 25 結(jié) 論 通過本次的設(shè)計(jì)，使我們不僅對單片機(jī)這門課程有了更深刻的認(rèn)識，懂得了如何運(yùn)用課本知識結(jié)合實(shí)際來完成定時(shí)器的顯示和編程方法以及數(shù)碼顯示電路的驅(qū)動(dòng)方法，使我們能夠很快的適應(yīng)現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展的需求，同時(shí)也提高了我們的思維能力和實(shí)際操作能力，為以后更好的走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。記錄表如下： 表 51 靜態(tài)溫度數(shù)據(jù)測試表 溫度 ℃ 1 2 3 4 5 6 顯示溫度 23 47 63 77 84 90 測量溫度 24 47 63 80 84 91 有測試數(shù)據(jù)可知，本 系統(tǒng)測溫結(jié)果與溫度計(jì)測溫基本一致，能滿足設(shè)計(jì)，證明了設(shè)計(jì)的合理性。 圖 51 單片機(jī)功能調(diào)試圖 硬件與軟件調(diào)試相結(jié)合，仔細(xì)檢查各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，舊能順利完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，在調(diào)試過程中必須認(rèn)真耐心，不能有一點(diǎn)馬虎，否則遺漏一個(gè)小的問題就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的 失敗。 軟件調(diào)試 如果硬件電路檢查后，沒有問題卻實(shí)現(xiàn)不了設(shè)計(jì)要求，則可能是軟件編程的問題，首先應(yīng)檢查初始化程序，然后是讀溫度程序，顯示程序，以及繼電器控制程序，對這些分段程序，要注意邏輯順序，調(diào)用關(guān)系，以及涉及到了標(biāo)號，有時(shí)會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)號而影響程序的執(zhí)行，除此之外，還要熟悉各指令 的用法，以免出錯(cuò)。另外要注意的是，由單片機(jī)輸出的控制信 號比較小，需要進(jìn)行放大才能驅(qū)動(dòng)繼電器工作，否則就不能實(shí)現(xiàn)升溫過程，通常選用 8550 三極管來進(jìn)行放大。我們可以在程序里設(shè)定溫度上限值，當(dāng)采集到的外界溫度高于當(dāng)前所設(shè)定溫度上限值時(shí)，程序就會(huì)進(jìn)入報(bào)警子程序，觸發(fā)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。發(fā)出讀溫度命令 21 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 。發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820 LCALL DISPLAY 。讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值 LCALL INIT_1820 。 DS18B20 的寫時(shí)序 ： (1) 對于 DS18B20 的寫時(shí)序仍然分為寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序兩個(gè)過程。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。 主程序流程圖 自 動(dòng) 加 熱 ？ 設(shè) 置 溫 度 ？NYNY溫 度 ‘ ＋ ’ 溫 度 ‘ ’ 設(shè) 置 完 成 ？N NY Y N加 熱控 制開 始初 始 化讀 D 1 8 B 2 0溫 度 轉(zhuǎn) 換顯 示 溫 度加 熱 溫 度 設(shè) 置 8 0 ℃預(yù) 設(shè) 溫 度 ＋ 5 預(yù) 設(shè) 溫 度 5Y 19 實(shí) 測 溫 度 = 預(yù) 設(shè) 溫 度 保 溫 指 示 燈 亮 , 停 止 加 熱 加 熱 指 示 燈 亮 , 開 始 加 熱設(shè) 置 溫 度 ？ 溫 度 ‘ + ’預(yù) 設(shè) 溫 度 加 5 溫 度 ‘ ’預(yù) 設(shè) 溫 度 減 5設(shè) 置 完 成 ？加 熱控 制實(shí) 測 溫 度 預(yù) 設(shè) 溫 度加 熱控 制讀 1 8 B 2 0溫 度 轉(zhuǎn) 換顯 示 溫 度實(shí) 測 溫 度 = 預(yù) 設(shè) 溫 度 加 熱 指 示 燈 亮 , 開 始 加 熱實(shí) 測 溫 度 預(yù) 設(shè) 溫 度保 溫 指 示 燈 亮 , 停 止 加 熱YYYNNYYNNNNNYY 圖 41 主程序流程圖 各個(gè)模塊的流程圖 讀取溫度 DS18B20模塊的流程 由于 DS18B20 采用的是一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S52 單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 NO 與 COM 在平時(shí)是呈開路狀態(tài)的，當(dāng)繼電器動(dòng)作時(shí)，NO 與 COM 導(dǎo)通， NC 與 COM 則呈開路狀態(tài)。輸出控制接點(diǎn)的共同接點(diǎn)。 V C CR 1 94 .7 KE1C3B2Q48 5 5 0F M 1B E L LP 2 .7 圖 317 報(bào)警電路圖 加熱管控制電路設(shè)計(jì) 繼電器是常用的輸出控制接口，可以做交直流信號的輸出切換。本設(shè)計(jì)采用兩種供電方式，一種為 DC7~18V 直流穩(wěn)壓電源變換成 5V的直流電；另一種為四節(jié)干電池共 6V經(jīng)二極管加壓后得到將近 5V的直流電源，電源配以開關(guān)和指示燈，以方便使用。 圖 315 硬件連接圖 電源電路 采用 L7805 穩(wěn)壓塊，輸出為 5V。然后 CAT24C02 再根據(jù)讀 /寫控制位進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。接下來?3 位無意義。 4. 停止條件： 14 時(shí)鐘線保持高平期問 ，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為 I178。 3. 啟始條件： 起始條件必須在所有操作命令之前發(fā)送。 Vss：接地。 A0、 A A2：器件地址輸入端 這些輸入腳用于多個(gè)器件級聯(lián)時(shí)設(shè)置器件地址當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為 0。 2. 極限參數(shù) (1) 工作溫度工業(yè)級 55℃～ +125℃； (2) 貯存溫度 65℃～ +150℃； (3) 各管腳承受電壓 ～ +； (4) Vcc 管腳承受電壓 ～ +； (5) 焊接溫度 (10 秒 )300℃； (6) 輸出短路電流 100mA。 表 32 數(shù)據(jù)存儲格式 地址 0x00 0x01 0x02 0x03 ? 0xFF 數(shù)據(jù) 溫度上限 溫度下限 ? ? ? ? 1. 存儲 芯片簡介 CAT24WC02 是一個(gè) 2K 位串行 CMOS E178。 12 本設(shè)計(jì)將溫度傳感器 DS18B20 與單片機(jī) TXD 引腳相連，讀取溫度傳感器的數(shù)值。實(shí)際應(yīng)用中 ， 測溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線 ， 其中一對線接地線與信號線 ， 另一組接 VCC 和地線 ， 屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 因此 ， 在對 DS18B20 進(jìn)行讀寫編程時(shí) ， 必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序 ， 否則將無法讀取測溫結(jié)果。 圖 37 DS18B20 供電方式 1 另一種方法是 DS18B20 工作在外部電源工作方式，如圖 38 所示。為了使 DS18B20 能完成準(zhǔn)確的溫度變換，當(dāng)溫度變換發(fā)生 11 時(shí)， DQ 線上必須提供足夠的功率。如圖 36 所示。 DS18B20 在完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要 60us才能完成。 2 時(shí)，確保微控制器在寫 1 的時(shí)候 DS18B20 可以正確讀入。如果當(dāng)前 DS18b20發(fā)送 0，即使微控制器 I/O 口置 1，總線狀態(tài)還是 0。顯然，總線上的器件與 (wired AND)關(guān)系。 (2) DS18B20 的單線 (1－ wire bus)系統(tǒng) 單線總線結(jié)構(gòu)是 DS18B20 的突出特點(diǎn)，也是理解和編程的難點(diǎn)。2 ℃ 。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 (2) 運(yùn)行指示燈說明 本 熱水器溫度控制系統(tǒng)中共使用到 3 個(gè) LED 指示燈和 3 個(gè)數(shù)碼管。 圖為按鍵和 AT89S52 的接線圖，檢測儀共設(shè)有 4 個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵由軟件來決定其功能， 4 個(gè)按鍵功能分別為 ： (1) SW1： 設(shè)定按鍵 (設(shè)定按鍵 ) (2) SW2： 加法按鍵 (當(dāng)前位加 5) (3) SW3： 減法按鍵 (當(dāng)前位減 5) (4) SW4： 退出設(shè)置鍵 (系統(tǒng)初始化 ) E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U2A T 8 9S 5 211223 4S W 3 S W P B ( 雙 )11223 4S W 4S W P B ( 雙 )11223 4S W 2S W P B ( 雙 )11223 4S W 1 S W P B ( 雙 )P P P P P P P P c o m199228833774466554 .7 k4 .7 kV C CP 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7 圖 31 單片機(jī)最小系統(tǒng) 數(shù)碼管及指示燈顯示電路 1. 數(shù)碼管顯示說明 各個(gè)數(shù)碼管的段碼都是單片機(jī)的數(shù)據(jù)口輸出 ， 即各個(gè)數(shù)碼管輸入的段碼都是一樣的 ，為了使其分別顯示不同的數(shù)字 ， 可采用動(dòng)態(tài)顯示的方式 ， 即先只讓最低位顯示 0(含點(diǎn) )，經(jīng) 8 過一段延時(shí)，再只讓次低位顯示 1，如此類推。編碼鍵盤采用硬件線路來實(shí)現(xiàn)鍵盤的編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤能夠自動(dòng)生成按鍵代碼，并有去抖功能。值得注意的一點(diǎn)是單片機(jī)的 31 腳 VPEA/必須接高電平，否則系統(tǒng)將不能運(yùn)行。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC指令才能將 ALE 激活。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使單片機(jī)復(fù)位。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。 (2) P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。 圖 21 AT89S52 引腳分配 圖 1. 主要性能參數(shù) (1) 與 MCS51 兼容 ； (2) 1000 次擦寫壽命 ； 6 (3) 工作電壓為 ～ ； (4) 全靜態(tài)工作： 0～ 24MHz； (5) 3 級程序安全加密保護(hù) ； (6) 256 8 位內(nèi)部 RAM； (7) 32 個(gè)可編程 I/O 端口 ； (8) 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； (9) 8 個(gè)中斷源 ； (10) 支持低功耗及掉電模式 ； (11) 支持中斷從掉電模式喚醒 ； (12) 內(nèi)置看門狗 。 AT89S52 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 接繼電器。 5 第 3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)對數(shù)字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產(chǎn)生模擬信號，和 A/D 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的性能，本設(shè)計(jì)了以 51 單片機(jī)基本系統(tǒng)為核心的一套檢測系統(tǒng)，其中包括 A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、復(fù)位電路、溫度檢測、濕度檢測、鍵盤及顯示、報(bào)警電路、系統(tǒng)軟件等。 (2) 明確各模塊之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系，力求數(shù)據(jù)傳遞少，以增強(qiáng)各模塊的獨(dú)立性，便于軟件編制和調(diào)試。當(dāng)采集的 溫度經(jīng)處理后超過設(shè)定溫度的上限時(shí)，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開啟降溫設(shè)備 (壓縮制冷器 )，當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度的下時(shí)，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)繼電器開啟升溫設(shè)備 (加熱器 )?？傮w硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 11 所示。通過本課題設(shè)計(jì)，綜合運(yùn) 2 用單片機(jī)及接口技術(shù)、微機(jī)原理、微電子技術(shù)，鍛煉動(dòng)手操作能力 。在技術(shù)上，以單片機(jī)控制的單參數(shù)單回路系統(tǒng)居多，尚無真正意義上的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，與發(fā)達(dá)國家相比，存在較大差距。現(xiàn)在世界各國的溫度測控技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。 國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展 1. 國外溫度測控系統(tǒng)研究 國外對溫度控制技術(shù)研究較早，始于 20 世紀(jì) 70 年代。 目前，測溫控溫系統(tǒng)得到快速的發(fā)展，國外的測量控制系統(tǒng)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品也較多。 傳統(tǒng)的溫度采集電路相當(dāng)復(fù)雜，需要經(jīng)過溫度采集、信號放大、濾波、 AD 轉(zhuǎn)換等一系列工作才能得到溫度的數(shù)字量，并