【正文】 。 主 要 參 考 文 獻(xiàn) [1] 辜小兵 ． 韓光勇 ． 單片機與基礎(chǔ)應(yīng)用 ． 重慶大學(xué)出版社 ． 20xx． [2] 曹龍漢． MCS51 單片機 原理及 應(yīng)用 [M]．重慶大學(xué)出版社． 20xx． [3] 何立民 ．單片機高級教程 :應(yīng)用與設(shè)計 (第 2 版 )[M]． 北京航天航空大 學(xué)出版社 ． 20xx． [4] 陳躍東 ． DS18B20 集成溫度傳感器原理與應(yīng)用 [J]． 20xx． [5] 周月霞． DS18B20 硬件連接及軟件編程 [J]．傳感器世界． ． 指導(dǎo)教師簽字： 20xx 年 1 月 5 日 教研室主任簽字： 20xx 年 1 月 6 日 備注：此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并于畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開始前下達(dá)給學(xué)生。 本溫度設(shè)計采用現(xiàn)在流行的 AT89S51 單片機，配以 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，該溫度傳感器可自行設(shè)置溫度上下限。通過測試表明，本設(shè)計對溫度的控制有方便、簡單的特點，從而大幅提高了被控溫度的技術(shù)指標(biāo)?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID 控制對象的模型難以建立 ,并且當(dāng)擾動因素不明確時 ,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。更能串接多個數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行范圍的溫度檢測。 溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。因此，各行各業(yè)對溫度控制的要求都越來越高。 第二節(jié) 溫度控制系統(tǒng)的目的 本設(shè)計的內(nèi)容是溫度測試控制系統(tǒng)，控制對象是溫度。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第三節(jié) 溫度控制系統(tǒng)完成的功能 本設(shè)計是對溫度進(jìn)行實時監(jiān)測與控制，設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時，系統(tǒng)自動啟動加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時綠燈亮。三個數(shù)碼管即時顯示溫度，精確到小數(shù)點一位。 ②控制功能強 為了滿足對對象的控制要求，單片機 的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件 :分支轉(zhuǎn)移能力，I/O 口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 ⑤ 優(yōu)異的性能價格比 單片機的性能極高。 二、單片機系統(tǒng)的基本組成 將 CPU、存儲器、 I/O 接口電路集成到一塊芯片上，這個芯片稱為單片機。 單片機的誕生標(biāo)志著 計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。 以 MCS51 技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與 MCS51 有極好 兼容性的 CMOS 單片機，同時增加了一些新的功能 。 AT89S51 單片機還具有易于學(xué)習(xí)、成本低、性能強 大等優(yōu)勢， 能對內(nèi)部眾多 I/O 端口連接外圍設(shè)備進(jìn)行精確操控， 具有強大的工控能力 。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管是一種較好的選擇。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。本次設(shè)計所用的 LED 數(shù)碼管顯示器 為共陽極。目前，已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。 智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線 (1WIRE)總線、I2C 總線、 SMBUS 總線和 SPI 總線。它們還可以脫離微控制器單獨工作 ， 自行構(gòu)成一個溫控儀。同 DS1820 一樣， DS18B20 也 支持 “ 一線總線 ”接口，測量溫度范圍為 55℃ ~+125℃，在 10℃ ~+85℃范圍內(nèi) ， 精度為 ℃。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。 DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持 “一線總線 ”接口的溫度傳感器。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第三節(jié) 溫度傳感器 DS18B20 的簡介 一、 DS18B20 的特點 ①獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信； ②多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ③無須外部器件 ； ④可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； ⑤零待機功耗； ⑥溫度以 3 位數(shù)字顯示； ⑦用戶可定義報警設(shè)置； ⑧報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； ⑨負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 [5]。 ③ 高速暫存 器，可以設(shè)置 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的精度。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 15～60 微秒左右后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功 [5]。主機輸出低電平，保持低電平時間至少 480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。寫 1 時序，主機輸出低電平，延時2us，然后釋放總線，延時 60us。每個讀時序都由主機發(fā)起，至少拉低總線 1us。 符合ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該 DS18B20 的讀寫作準(zhǔn)備。 溫度 變換 44H 啟動 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間最長為 500MS，結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中。 重調(diào) 0BBH 將 E2PRAM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中的第 3， 4 字節(jié)。 程序可以先跳過 ROM，啟動所有 DSl8B20 進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配 ROM，再逐一地讀回每個 DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。圖 中的斜率累加器用 于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值。 測溫原理內(nèi)部裝置如圖 所示： 圖 測溫原理內(nèi)部裝置 減法計數(shù)器 斜率累加器 減到 0 減法計數(shù)器 預(yù) 置 低溫度系數(shù) 振 蕩 器 高溫度系數(shù) 振 蕩 器 計數(shù)比較器 預(yù) 置 溫度寄存器 減到 0 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 （三） DS18B20 的測溫流程 DS18B20 的測溫流程如圖 所示。用戶通過人機交互界面與系統(tǒng)交流，并進(jìn)行操作。人機交互功能主要靠可輸入輸出的外部設(shè)備和相 應(yīng)的軟件來完成。早期的人機交互設(shè)施是鍵盤顯示器。隨著模式識別，如語音識別、漢字識別等輸入設(shè)備的發(fā)展 ，操作員和計算機在類似于自然語言或受限制的自然語言這一級上進(jìn)行交互成為可能。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進(jìn)行信息傳送，因此，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸。 （二）工作方式 由于 CPU 與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有 “ 接收移位寄存器 ” （串 → 并）和 “ 發(fā)送移位寄存器 ” （并 → 串）。 “ 接收移位寄存器 ” 的移位速度由 “ 接收時鐘 ” 確定。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 “ 狀態(tài)寄存器 ” 的各位稱為 “ 狀態(tài)位 ” ，每一個狀態(tài)位都可以用來指示數(shù)據(jù)傳 輸過程中的狀態(tài)或某種錯誤。在異步通信方式下，接口自動生成起止式的幀數(shù)據(jù)格式。因此串并轉(zhuǎn)換是串行接口電路的重要任務(wù)。 ⑤進(jìn)行 TTL 與 EIA 電平轉(zhuǎn)換： CPU 和終端均采用 TTL 電平及正邏輯，它們與 EIA 采用的電平及負(fù)邏輯不兼容，需在接口電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采用 4X4 鍵盤把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機的數(shù)據(jù)存儲器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換。 該系統(tǒng)的總體設(shè)計思路如下：溫度傳感器 DS18B20 把所測得的溫度發(fā)送到 AT89S51單片機上，經(jīng)過 51 單片機處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器為點陣字符LCD， 1602 液晶模塊。 顯示電路圖如圖 ： 圖 顯示電路圖 三、 串口通信電路 （一） 繼電器電路 圖 。 在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機 I/O 口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為 1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為 1，則所按下的鍵必在此列，而且是在與零電平行線相 交的交點上的那個鍵。具體電路連接如圖 所示 。因此充分利用其內(nèi)部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與 S51 系列單片機相對應(yīng)的 51 匯編語言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法進(jìn)行軟件編程。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機微控制系統(tǒng)，使用匯編語言可以不用像高級語言那樣占用較多的存儲空間，適合于存儲容量較小的系統(tǒng)。對于要求反應(yīng)靈敏與控制及時的工控、檢測等實時控制系統(tǒng)以及要求體積小、系統(tǒng)小的許多 “ 電腦化 ” 產(chǎn)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語言簡明、整齊、執(zhí)行時間短和易于使用的特點 [8]。 其程序流程如圖 所示： 圖 主程序流程圖重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第三節(jié) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖 溫度傳感器采集到的模擬信號，需經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后交由單片機處理。 動態(tài)顯示子程序流程如圖 ： 圖 動態(tài)顯示子程序開 始 結(jié) 束 串行口初始化 往緩沖區(qū)送數(shù) 查段碼 送顯示 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè) 計（論文） 29 第六節(jié) 控制執(zhí)行子程序流程圖 控制執(zhí)行程序是本系統(tǒng)的核心，是實現(xiàn)溫度自動控制過程中的最主要步驟。根據(jù)我國的科技和工業(yè)水平，這個系統(tǒng)的設(shè)計是符合工業(yè)生產(chǎn)的需要。 本系統(tǒng)的設(shè)計，是為了保證某特定環(huán)境溫度維持在設(shè)定的范圍內(nèi)，以保證工作系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。這對于提高系統(tǒng)的利用率，避免重復(fù)設(shè)計有很大的幫助的。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè) 計（論文） 31 參考文獻(xiàn) [1] 佟云峰． 單片機 原理及其 應(yīng)用 [M]． 重慶大學(xué)出版社 ． 20xx． [2] 辜小兵 ． 韓光勇 ． 單片機與基礎(chǔ)應(yīng)用 [M]． 重慶大學(xué)出版社 ． 20xx． [3] 曹龍漢． MCS51 單片機 原理及 應(yīng)用 [M]．重慶大學(xué)出版社． 20xx． [4] 金偉正 ． 單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用 [J]． 20xx． [5] 陳躍東 ． DS18B20 集成溫度傳感 器原理與應(yīng)用 [J]． 20xx． [6] 李朝青．單片機原理及接口技術(shù) [M]．北京航空航天大學(xué)出版社． 20xx． [7] 趙負(fù)圖．現(xiàn)代傳感器集成電路 [M]．人民郵電出版社． 20xx． [8] 何立民 ．單片機高級教程 :應(yīng)用與設(shè)計 (第 2 版 )[M]． 北京航天航空大學(xué)出版社 ． 20xx． [9] 趙蓉．傳感器技術(shù)及應(yīng)用 [M]．高等教育出版社． 20xx． [10] 楊忠輝，黃博?。畣涡酒?8051 務(wù)實與應(yīng)用 [M]．中國水利水電版社． . [11] 宋亞偉，李恒宗．基于 DS18B20 的溫度測量系統(tǒng) [J]．機電工程技術(shù)． ． [12] 趙永杰，徐源 ．溫室測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J]．現(xiàn)代電子技術(shù)． ． [13] 周月霞，孫傳友． DS18B20 硬件連接及軟件編程 [J]．傳感器世界． ． [14] 陳妙芳，胡曉東．基于 AT89S51 單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 [J]．機械工程師． [15] 胡朝．基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用 [J]．商場現(xiàn)代化． ． [16] 李玉峰． MCS51 系列單片機原理與接口技術(shù) [M]．人民郵電出版社． 20xx． [17] 王忠飛． MCS51 單片機原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 [M]．西安電子科技大學(xué)出版社． 20xx． [18] 趙剛，于珍珠 ． 基于 51 單片機的溫度測量系統(tǒng) [J]． 微計算機信息 ． . [19] 王福瑞 ． 單片微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全 [M]． 電子工業(yè)出版社 ． 20xx． [20] Maurice Wilkes． Process in Computers[R]． Prestige Lecture of Cambridge． .重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè) 計（論文） 32 致 謝 畢業(yè)設(shè)計完成了，在這個過程中我學(xué)到了很多東西。在此，學(xué)生對您表示衷心的感謝。是否檢測到 DS18B20 標(biāo)志位 A_BIT EQU