【正文】 ................................ 7 單片機(jī)的應(yīng)用情況 ................................. 9 傳感器選擇 ............................................ 10 溫度傳感器 DS18B20 簡介 ........................... 11 水溫檢測控制電路設(shè)計 ............................. 13 DS18B20 測溫電路 ................................. 14 鍵盤掃描電路 .......................................... 14 顯示模塊 .............................................. 16 1602 簡介 ........................................ 16 II 1602 的硬件電路 .................................. 18 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ............................................. 20 軟件設(shè)計及流程圖 ...................................... 20 溫度傳感器的軟件設(shè)計 .................................. 21 DS18B20 的初始化及讀寫時序 ....................... 21 溫度傳感器 DS18B20 的流 程 ......................... 22 顯示模塊的軟件設(shè)計及流程圖 ............................. 26 1602 基本時序 .................................... 26 LCD1602 顯示流程圖 ............................... 28 鍵盤掃描處理流程 ...................................... 30 PID 算法 ............................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................... 33 外文文獻(xiàn)及翻譯 ............................................. 34 附錄 A 系統(tǒng)原理圖 ........................................... 51 附錄 B 程序清單 ...............................錯誤 !未定義書簽。特別是當(dāng)前用 CMOS 工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)，能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。因而受到人們高度重視，并取得了一系列科研成果，成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造和新產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想機(jī)種，更有廣闊的發(fā) 展前景。但是國內(nèi)生產(chǎn)的自動熱飲機(jī)，其溫度控制精度不夠，且操作較為不便，需要手工輔助進(jìn)行間歇式工作。只有采取科學(xué)合理的措施，才能確保第一時間喝到合適溫度的水。出于簡單、經(jīng)濟(jì)、實用的考慮，因此采用單片機(jī)作為控制的核心設(shè)計一種熱飲機(jī)的測量與控制系統(tǒng)。但是國內(nèi)生產(chǎn)的熱飲機(jī)，其控制器的溫度控制精度不夠，且操作較為不便，需以手工輔助進(jìn)行間歇式工作，國外的產(chǎn)品的自動化水平很高，但是進(jìn)口機(jī)的價格偏高，對于大多數(shù)國內(nèi)用戶而言，難以承受。它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時 第 3 頁 共 55 頁 變溫度系統(tǒng)控制。日本、美國、德國、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化 的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 第 4 頁 共 55 頁 2 系統(tǒng) 總體方案設(shè)計 系統(tǒng)主要設(shè)計功能 由于熱飲機(jī)的水溫溫度及水位變化慢，并且控制精度不易掌握的特點，我們設(shè)計了以 AT89S52 單片機(jī)為檢測控制中心的熱飲機(jī)水溫及水位控制系統(tǒng)。所設(shè)計的控制系統(tǒng)有以下功能： ? 溫度控制設(shè)定波動范圍小于 177。其中設(shè)置鍵是用來設(shè)置溫度上限值、確定鍵是退出設(shè)置溫度上限值狀態(tài)、加一鍵是用來將設(shè)定溫度上限值加一度、減一鍵是用來將設(shè)定溫度上限值減一度； ? 當(dāng)前溫度 及水位 超過設(shè)定 值蜂鳴器 報警 。 第 5 頁 共 55 頁 圖 方案一 框圖 方案二：采用單片機(jī) 89s51 為核心。因此本設(shè)計電路采用方案二。 ? 傳感器信號采集是采集 熱飲機(jī)內(nèi) 水的溫度，將 熱飲機(jī) 內(nèi)時時變化的溫度發(fā)送給單片機(jī)以供單片機(jī)使用。顯示電路是由 液晶 1602 組成，精確到 177。 ? 鍵盤掃描電路是一個人機(jī)對話的輸入界面，由四個按鍵組成。 ? 超限報警電路是采集的溫度超過設(shè)定 值 后進(jìn)行 LED 及蜂鳴器 報警以此來提醒操作者注意。 AT89S52 是低電壓，高性能 CMOS八位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和 256 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失存儲技術(shù)生產(chǎn)與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令 CPU ROM 定時 /計數(shù)器 串行接口 中斷系統(tǒng) RAM 并行接口 時鐘電 路 P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 T0 T1 第 8 頁 共 55 頁 系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用八位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大適合于許多較復(fù)雜控制應(yīng)用場合。空閑方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù) 工作。 第 9 頁 共 55 頁 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 時鐘振蕩電路 AT89S52中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的 高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。 圖 復(fù)位電路 單片機(jī)的應(yīng)用情況 單片機(jī)是在一快芯片上集成了一臺微型計算機(jī)所 需要的 CPU、存儲器、輸入輸出部件和時鐘電路。 單片機(jī)主要可以用于以下幾個方面： 1． 測控系統(tǒng)中的應(yīng)用 控制系統(tǒng)特別是工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣、各種干擾也強(qiáng)，而且往往要求實時控制，故要求控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可靠，抗干擾能力強(qiáng)。如數(shù)字式電容表，智能轉(zhuǎn)速儀表，計算器，計時器等 。如果這些外部設(shè)備和接口全部都由主機(jī)管理，勢必造成主機(jī)負(fù)擔(dān)過重，運(yùn)行速度降低，并且不能提高對各種接口的管理水平，如果采用單片機(jī)對接口進(jìn)行控制和管理，則主機(jī)和單片機(jī)就能夠并行工作，這樣不僅大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行 速度，而且單片機(jī)還可以對接口信息進(jìn)行預(yù)處理，以減少主機(jī)和接口之間的通訊密度，提高接口控制管理水平。 溫度傳感器 DS18B20 簡介 功能特點 DS18B20 功能特點 簡介如下 : ? ～ V 單電源供電 。 ? 可編程為 9～ 12 位 A/ D 轉(zhuǎn)換精度 。 ? 用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。 第 12 頁 共 55 頁 圖 DS18B20的溫度測量電路 低溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1，高溫度系數(shù)振蕩器頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2的脈沖輸入，當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。 加 1 預(yù)置 低溫度系數(shù)振蕩器 高溫度系數(shù)振蕩器 斜率累加器 減法計數(shù)器 1 =0 計數(shù)器 2 計數(shù)比較器 預(yù)置 溫度寄存器 =0 停止 第 13 頁 共 55 頁 (2) 非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL ,可通過軟件寫入用戶報警上下限。 DS18B20內(nèi)部主要包括寄生電源、溫度傳感器、 64位激光 ROM 單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲用戶寫入報警上下限的報警觸發(fā)器 TH和 TL，以及 8位循環(huán)冗余校驗碼（ CRC）發(fā)生器等 7 部分。本文介紹單片機(jī)結(jié)合 DS18B20 水DDV DQ 存儲和控制邏輯 高速緩存器 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 生成器 供電方式選 擇 64位 R O M和一線端口 DDV 第 14 頁 共 55 頁 溫控制系統(tǒng)設(shè)計，因此，本系統(tǒng)用一種新型的可編程溫度傳感器（ DS18B20），不需復(fù)雜的信號調(diào)理電路和 A／ D 轉(zhuǎn)換電路能直接與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)方便、精度高，可根據(jù)不同需要用于各種場合。因此，鍵盤接口技術(shù)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中的一項重要內(nèi)容。 (2)在控制值設(shè)置狀態(tài)下，該鍵可對被選狀態(tài) 液晶 進(jìn)行數(shù)值遞增設(shè)置。連續(xù)按住 3秒以上， 設(shè)定值會迅速減少。 表 1602引腳說明 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。 第 15 腳：背光源正極。 第 18 頁 共 55 頁 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 1602 的硬件電路 1602 和 AT89S52 的硬件電路圖如圖 。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復(fù)位脈沖、存在脈沖、寫 0、寫 讀 0和讀 1。 圖 DS18B20的初始化時序 2）讀 /寫時間隙 DS18B20 的數(shù)據(jù)讀寫是通過時間隙處理位和命令字來確認(rèn)信息交換。 I/O 線電平變低后， DS1820 在一個 15μ s到 60μ s的窗口內(nèi)對 I/O 線采樣。 第 22 頁 共 55 頁 （ 2）讀時間隙 當(dāng)從 DS1820 讀取數(shù)據(jù)時，主機(jī)生成讀時間隙。所有讀時間隙必須最少 60μ s，包括兩個讀周期間至少 1μ s的恢復(fù)時間。 while(i0)i。 } bit tempreadbit(void) { 第 24 頁 共 55 頁 uint i。 ds=1。 i=8。 dat=0。 dat=(j7)|(dat1)。 bit testb。0x01。i++。 } else { ds=0。 i++。 tempwritebyte(0xcc)。 delay(1)。 b=tempread()。 f_temp=temp*。 } 顯示模塊的軟件設(shè)計及流程圖 1602基本時序 1. 基本操縱時序 讀狀態(tài)：輸入： RS=L,RW=H,E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 寫指令：輸入： RS=L,RW=L,D0~D7=指令碼， E=高脈沖 輸出：無 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H,RW=H,E=H 輸出 ： D0~D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H,RW=L,D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖 輸出：無 2. 讀操作的時序圖如圖 。 P0=。 e=1。 } void lcd_1602_init() { write_(0x38)。 write_(0x0e)。 } 第 30 頁 共 55 頁 鍵盤掃描處理流程 圖 鍵盤掃描處理流程 鍵盤掃描子程序： void key_scan() { if(key1==0) { delay(10)。 if(key2==0) { user_temp。 } PID 算法 在模擬系統(tǒng)中， PID 算法的表達(dá)式 : 1 ( )( ) [ ( ) ( ) ]PDId e tP t K e t e t d t TT d t? ? ?? 上 式中： P（ t） —— 調(diào)節(jié)器的輸出信號： e（ t） —— 調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于測量值與給定值之差 ； KP—— 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； TI—— 調(diào)節(jié)器的積分時間； 第 32 頁 共 55 頁 TD—— 調(diào)節(jié)器的微分時間。 else k+=1。 i_out=sum_diff/Ki。 pwm_out=(p_out+i_outd_ou