【正文】 顯示當前溫度 數(shù)碼管指示燈自檢 系統(tǒng)初始化 開 始 中斷結(jié)束 報 警 溫度超限？ 啟動加熱源或通風風扇 Y N 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 40 頁 DS18B20 初始化子程序流程圖 DS18B20在初始化序列期間，總線控制器拉低總線并保持 480us以發(fā)出（ TX）一個復位脈沖，然后釋放總線，進入接收狀態(tài)（ RX）。引入單片機控制是實現(xiàn)系統(tǒng)智能化很重要的一個部分，采用單片機可以實現(xiàn)程序控制和監(jiān)視的功能。 K4 鍵功能：每 2小時發(fā)送 秒的啟動電機的正脈沖。按鍵程序主要完成溫度上、下限的設置和顯示，在單片機控制下每 2 小時發(fā)送 秒的啟動電機的正脈沖。 系統(tǒng)的控制軟件可分為主程序， DS18B20 通信程序，按鍵程序等模塊。缺點是占用 CPU時間長，只要不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。這種顯示占用 CPU 的時間少，顯示穩(wěn)定可靠。 顯示溫度值的 LED 顯示器接口簡介 LED 顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常用的廉價輸出設備。 a、復位操作還對單片機的個別引腳信號有影響，例如把 ALE和 PSEN非信號變?yōu)闊o效狀態(tài)，即 ALE=0， PSEN=1； b、復位信號及其產(chǎn)生 RST引腳是復位信號的輸入端，復位信號是高電平有效，其有效時間持續(xù) 24個振蕩脈沖周期（即 2個 機器周期）以上，若使用頻率為6MHz的晶振，則復位信號持續(xù)時間應超過 4us才能完成復位操作。 表 P3 口各引腳定義 口線 第二功能 信號名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部數(shù)據(jù) 0申請 INT1 外部數(shù)據(jù) 1申請 T0 定時器 /計數(shù)器 0 輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1 輸入 WR 外部 RAM寫選通 RD 外部 RAM讀選通 一個信號引腳，既是第一功能又是第二功能，在使用時也不會引起混亂和造成錯誤，理由如下： a、對于各種型號的芯片，其功能的第一功能信號是相同的，所不同的只在桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 40 頁 引腳的的第二功能信號上； b、對于 30 和 31各個引腳，由于第一功能信號與第二功能信號是單片機在不同工作方式下的信號，因此不會發(fā)生使用上的矛盾； c、 P3口線的情況卻有所不同，它的第二功能信號都是單片機的重要控制信號。通過外接地址鎖存器， MCS51的內(nèi)部單總線可從 P0口被擴展 成 8位的數(shù)據(jù)總線和 16位地址總線的低 8位。通過總線，用戶可根據(jù)應用需要進行多功能的系統(tǒng)擴展，構(gòu)成用戶的實際應用系統(tǒng)。 P0口為漏極開路， P P P3口均具有內(nèi)部上拉電阻，它們有時被稱為準雙向口。 c) I/O（輸入 /輸出）接口引腳 1) 并行 I/O接口的特點 MCS51有 4個 8位并行 I/O接口 P0～ P3，他們都是雙向端口，可以進行輸入或者輸出操作，每個口都有口鎖存器和口驅(qū)動器兩部分組成。 4) EA非／ Vpp（ 31腳）：內(nèi)部和外部程序存儲器選擇信號 當引腳接高電平時， CPU只訪問片內(nèi) 4kbyte的 EPROM/ROM，執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，但在程序計數(shù)器計數(shù)超過 OFFFH時（即地址大于 4kbyte時），將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外大于 4kbyte程序存儲器內(nèi)的程序。此外由于 ALE是以 1/6晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外邊時鐘或外部定時脈沖使用。復位后影響片內(nèi)特殊功能寄存器的狀態(tài)，但不影響片內(nèi) RAM狀態(tài)。由于 XTAL2 端的電平不是 TTL電平，故接一個上拉電阻。 MCS51系列單片機引腳介紹 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 16 頁 共 40 頁 a) 時鐘電路引腳 MCS－ 51單片機的時鐘可以由內(nèi)部方式和外部方式產(chǎn)生， XTAL1（ 19腳）和 XTAL2（ 18腳）即為單片機的兩個時鐘引腳。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通 訊距離可達 150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。 b) 在 DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820，在實際應用中并非如此。 圖 讀時序 DS18B20 與單片機的硬件接口 因為 DS18B20 是單線接口器件，因此它與單片機硬件接口十分簡 單，只需占用單片機的一個雙向的 I/O口，其接口電路見圖 。連續(xù)寫 2位時間間隙應大于 1us。 DS18B20 的工作時序 主機使用時間隙來讀寫 DS18B20 的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。每次 DS18B20 上電時也自動進行這種操作，因此，只要器件接通電源，暫存存儲器的 TH、 TL 中已經(jīng)有效的數(shù)據(jù)供使用。若主 CPU 發(fā)出命令后又進行讀操作，只要DS18B20 正忙于復制，主 CPU 就讀“ 0”；當復制工作完成后， DS18B20 又返回“ 1”。主 CPU 送給 DS18B20 的 2 個字節(jié)數(shù)據(jù)就分別寫入觸發(fā)寄存器 TH和觸發(fā)寄存器 TL 中，順序是先寫 TH，到寫 TL。該命令為讀暫存存儲器 9 個字節(jié)的內(nèi)容。令 DS18B20 進行溫度轉(zhuǎn)換。 DS18B20 才對該命令做出響應。但有一點必須注意，主 CPU如果在發(fā)出 SKIP ROM 命令之后，又發(fā)出了讀存儲器命令，那么由于多片 DS18B20 同時向總線上提供數(shù)據(jù)且在漏極開路狀態(tài)下產(chǎn)生“線與”的結(jié)果，此時讀 出的數(shù)據(jù)已經(jīng)沒有實際意義了。該部分也是對 DS18B20 芯片進行軟件編程的重點和難點。該命令對于總線上掛有單個、或多個器件的情況均適用。 2) 符合 ROM 命令（ MATCH ROM，約定代碼 55H）。主 CPU 可以發(fā)出 ROM 操作命令有以下五種： 1) 讀 ROM 命令（ READ ROM，約定代碼 33H）。初始化過程是主機通過向作為從機 DS18B20芯片發(fā)一個有時間寬度要求的初始化脈沖實現(xiàn)的。當 DS18B20 在使用過程中并未使用報警功能時， TH 和 TL可作為普通用途的存儲器單元使用。當 DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令（ 44H）開啟后，開始啟動轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在暫存 RAM 的第 0， 1字節(jié)。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā) 復位脈沖） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。減法計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1的預置值減到 0時溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。高速暫存器由 9個字節(jié)組成，其中有2個字節(jié) RAM 單元用來存放溫度值，前 1 個字節(jié)為溫度值的補碼低 8 位，后 1 個字節(jié)為字符號位和溫度值的補碼高 3位。采用數(shù)據(jù)總線方式時 VDD 接地，可以節(jié)省一根傳輸線，但完成溫度測量的時間較長；采用外部供電方式則接 5V，多用一根導線，但測量速度較快。 DS18B20 的引腳名稱及作用 外形如圖 所示。固有測溫分辨率為 ℃ 。與其它溫度傳感器相比， DS18B20具有以下特性： a) 獨特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 系統(tǒng)原理框圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)原理圖 3 智能溫度控制系統(tǒng)硬件設計 本章 是論文核心部分，主要介紹基于單片機的溫度控制系統(tǒng)硬件總體設計，按照設計方案，整個溫控系統(tǒng)硬件主要包括以下單元：按鍵輸入，溫度采集、處理，溫度超限報警，定時發(fā)出脈沖等。溫度采樣和轉(zhuǎn)換部分由 DS18B20 來完成。 發(fā)光二極管用于上下限溢出報警，溫度超限報警及控制，設置上 /下限指示，正常工作指示。用鎖存顯示位、段碼以及指示信號。第三章將作出詳細介紹，此處不做過多贅述。主 CPU對 ROM操作完畢，即發(fā)出控制操作命令，使 DS18B20完成溫度測量并將測量結(jié)果存入高速暫存器中，然后單片機可讀出此溫度轉(zhuǎn)換值，并隨之進行數(shù)據(jù)處理、送顯示等操作。對 DS18B20 的操作包括初始化操作、讀 /寫時間片。 由于課題是完成對溫度的實時監(jiān)測，因而系統(tǒng)的核心部分就是如何實現(xiàn)溫度采集。 系統(tǒng)可以應用于溫度要求在 — 20℃～ +120℃之間的任何領(lǐng)域。而且它具有獨特單線接口方式，即與微處理器接口時僅需占用 1 個 I/O 口；支持多節(jié)點；測溫時無需任何外部元件，可以通過數(shù)據(jù)線直接供電，具有超低功耗工作方式。 d) 復雜控制規(guī)律利用計算機技術(shù)不僅可以實現(xiàn)經(jīng)典的 PID 控制，還可以實現(xiàn)各種復雜的控制規(guī)律，例如，自適應控制、模糊控制等。因此，現(xiàn)代控制系統(tǒng)設計，特別是高精度、高性能的控制系統(tǒng)，目前已很少不采用計算機技術(shù)的了。但依靠人工檢測控制既浪費時間，物力，人力，又有一定的危險性，且數(shù)據(jù)也不準確，因此研究自動的溫度測量控制方法和裝置具有重要的意義。 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見并且十分重要的參數(shù)之一，特別是在冶金、石油、食品、印染等工廠中。智能溫度傳感器是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)的結(jié)晶，它也是集成溫度傳感器領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一種新產(chǎn)品。 b) 模擬集成溫度傳感器 集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。因而溫度檢測儀應用領(lǐng)域之廣，使用數(shù)量之多，一直高居各類測量儀之首。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和 鍋爐中的溫度進行檢測和控制。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹。 為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設計了本系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實驗室溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以及構(gòu)成智能電飯煲等等。 作為獲取信息的手段 —— 傳感器統(tǒng)。桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 1 頁 共 40 頁 引言 溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。利用微機對溫度進行測控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示 出其優(yōu)越性。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非展常重要的。 本設計系統(tǒng)包括單片機，溫度采集模塊，顯示模塊，按鍵控制模塊，報警和指示模塊五個部分。其中，溫度控制也越來越重要。 溫度控制器的發(fā)展狀況 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中經(jīng)常測量的物理量，也是人類研究最早測量方法最多的物理量之一。此類傳感器通常要配溫度變送器，以獲得標準的模擬量（電壓或電流）輸出信號。 d) 智能溫度傳感器 智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在 20 世紀 90年代中期問世的。單片機具有處理能強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點，應用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量控制溫度，尤其是在高危生產(chǎn)行業(yè)，如花炮生產(chǎn)，煤礦行業(yè)等。將微機技術(shù)引入控制系統(tǒng)中，不僅可以解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)不能解決的問題，而且還能簡化電路、增加或增強功能、提高控制精度和可 靠 性，顯著增強測控系統(tǒng)的自動化、智能化程度，而且可以縮短系統(tǒng)研制周期、降低成本、易于升級和維護。 c) 數(shù)據(jù)處理功能利用計算機技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器無法實現(xiàn)的各種復雜的處理和運算功能。 課題設計特點和應用領(lǐng)域 課題采用的是單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，可直接將溫度轉(zhuǎn)換值以 16 位數(shù)字碼的方式串行輸出：將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字編碼只需 1秒左右。其測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，硬件少，成本低，測溫精度高，轉(zhuǎn)換速度快，實用性高，應用范圍廣泛，市場前景好，經(jīng)濟效益可觀。 智能溫度控制器的課題主要內(nèi)容 課題的任務是應用單片機及 DS18B20 單總線器件設計一套溫度檢 測系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的測量及顯示，并通過按鍵人為設定溫度上下限！而且在溫度超上限價或下限量有控制功能，系統(tǒng)以高性能 /價格比的 89S52 為核心，完成對數(shù)據(jù)的分析、處理、顯示、溫度上下限設置、超限自動控制，采用單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來完成對溫度的采樣和轉(zhuǎn)換。 DS18B20 需在嚴格的時序控制下才能進行正常操作。概括說，主 CPU 經(jīng)過單線接口訪問 DS18B20 的工作流程為：對 DS18B20 進行初始化→ ROM 操作命令→存儲器（包括 RAM和 EERAM）操作命令→數(shù)據(jù)處理。 DS18B20 是單總線數(shù)字溫度傳感器，輸出方式為串行單線輸出，主要作用是把溫度值以數(shù)字形式輸出和存儲轉(zhuǎn)換精度控制字。 74LS273 鎖存 器。 數(shù)碼管用于顯示溫度值。 89S52 完成的功能主要是數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、控制計算、進制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示、按鍵處理以及電機控制等。若溫度超限則報警指示燈亮，以便進行及時處理。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。