【正文】 。 主 要 參 考 文 獻(xiàn) [1] 辜小兵 ． 韓光勇 ． 單片機(jī)與基礎(chǔ)應(yīng)用 ． 重慶大學(xué)出版社 ． 20xx． [2] 曹龍漢． MCS51 單片機(jī) 原理及 應(yīng)用 [M]．重慶大學(xué)出版社． 20xx． [3] 何立民 ．單片機(jī)高級(jí)教程 :應(yīng)用與設(shè)計(jì) (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(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，并于畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開(kāi)始前下達(dá)給學(xué)生。 本溫度設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在流行的 AT89S51 單片機(jī)，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(guò)測(cè)試表明，本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的控制有方便、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，從而大幅提高了被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。控制領(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式 ,但 PID 控制對(duì)象的模型難以建立 ,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí) ,參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問(wèn)題。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。 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(kāi)溫度。因此，各行各業(yè)對(duì)溫度控制的要求都越來(lái)越高。 第二節(jié) 溫度控制系統(tǒng)的目的 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測(cè)試控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是溫度。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第三節(jié) 溫度控制系統(tǒng)完成的功能 本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)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(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)綠燈亮。三個(gè)數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。 ②控制功能強(qiáng) 為了滿(mǎn)足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī) 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(zhuān)門(mén)的控制功能。 ⑤ 優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。 二、單片機(jī)系統(tǒng)的基本組成 將 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口電路集成到一塊芯片上，這個(gè)芯片稱(chēng)為單片機(jī)。 單片機(jī)的誕生標(biāo)志著 計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)分支。單片機(jī)把微型計(jì)算機(jī)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(yùn)行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強(qiáng)。單片機(jī)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(jī)已成為許多廠家、電氣公司競(jìng)相選用的對(duì)象，并以此為基核，推出許多與 MCS51 有極好 兼容性的 CMOS 單片機(jī)，同時(shí)增加了一些新的功能 。 AT89S51 單片機(jī)還具有易于學(xué)習(xí)、成本低、性能強(qiáng) 大等優(yōu)勢(shì)， 能對(duì)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(qiáng)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(yáng)極和共陰極兩種。本次設(shè)計(jì)所用的 LED 數(shù)碼管顯示器 為共陽(yáng)極。目前，已開(kāi)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(xiàn)技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線(xiàn)主要有單線(xiàn) (1WIRE)總線(xiàn)、I2C 總線(xiàn)、 SMBUS 總線(xiàn)和 SPI 總線(xiàn)。它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作 ， 自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀。同 DS1820 一樣， DS18B20 也 支持 “ 一線(xiàn)總線(xiàn) ”接口，測(cè)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(chǎng)溫度測(cè)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(xiàn)總線(xiàn) ”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(jì)（論文） 9 第三節(jié) 溫度傳感器 DS18B20 的簡(jiǎn)介 一、 DS18B20 的特點(diǎn) ①獨(dú)特的單線(xiàn)接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ②多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； ③無(wú)須外部器件 ； ④可通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電，電壓范圍為 ～ ； ⑤零待機(jī)功耗； ⑥溫度以 3 位數(shù)字顯示； ⑦用戶(hù)可定義報(bào)警設(shè)置； ⑧報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； ⑨負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)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(gè)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(xiàn)下拉 500 微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號(hào)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(hào)表示復(fù)位成功 [5]。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少 480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。寫(xiě) 1 時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線(xiàn)，延時(shí) 60us。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線(xiàn) 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(wèn)單線(xiàn)總線(xiàn)上與該編碼相對(duì)應(yīng)的 DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS18B20 的讀寫(xiě)作準(zhǔn)備。 溫度 變換 44H 啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)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(guò) ROM，啟動(dòng)所有 DSl8B20 進(jìn)行溫度變換，之后通過(guò)匹配 ROM，再逐一地讀回每個(gè) DSl8B20 的溫度數(shù)據(jù)。圖 中的斜率累加器用 于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線(xiàn)性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。 測(cè)溫原理內(nèi)部裝置如圖 所示： 圖 測(cè)溫原理內(nèi)部裝置 減法計(jì)數(shù)器 斜率累加器 減到 0 減法計(jì)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(jì)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(jì)（論文） 15 （三） DS18B20 的測(cè)溫流程 DS18B20 的測(cè)溫流程如圖 所示。用戶(hù)通過(guò)人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流，并進(jìn)行操作。人機(jī)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(lái)完成。早期的人機(jī)交互設(shè)施是鍵盤(pán)顯示器。隨著模式識(shí)別，如語(yǔ)音識(shí)別、漢字識(shí)別等輸入設(shè)備的發(fā)展 ，操作員和計(jì)算機(jī)在類(lèi)似于自然語(yǔ)言或受限制的自然語(yǔ)言這一級(jí)上進(jìn)行交互成為可能。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線(xiàn)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(xiàn)上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線(xiàn)少，并且可以借助現(xiàn)成的電話(huà)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(shí)鐘 ” 確定。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 “ 狀態(tài)寄存器 ” 的各位稱(chēng)為 “ 狀態(tài)位 ” ，每一個(gè)狀態(tài)位都可以用來(lái)指示數(shù)據(jù)傳 輸過(guò)程中的狀態(tài)或某種錯(cuò)誤。在異步通信方式下，接口自動(dòng)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(pán)把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，還可以通過(guò)鍵盤(pán)完成溫度檢測(cè)功能的轉(zhuǎn)換。 該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：溫度傳感器 DS18B20 把所測(cè)得的溫度發(fā)送到 AT89S51單片機(jī)上，經(jīng)過(guò) 51 單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器為點(diǎn)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(pán)非編碼鍵盤(pán)的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤(pán)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(jì)（論文） 22 并確認(rèn)有無(wú)按鍵按下的程序段。首先辨別鍵盤(pán)中有無(wú)鍵按下，有單片機(jī) I/O 口向鍵盤(pán)送全掃描字，然后讀入行線(xiàn)狀態(tài)來(lái)判斷。方法是：依次給列線(xiàn)送低電平，然后查所有行線(xiàn)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(xiàn)相 交的交點(diǎn)上的那個(gè)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(jī)相對(duì)應(yīng)的 51 匯編語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)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(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語(yǔ)言可以不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)。對(duì)于要求反應(yīng)靈敏與控制及時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)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(yǔ)言簡(jiǎn)明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn) [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(jì)（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(hào)，需經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后交由單片機(jī)處理。 動(dòng)態(tài)顯示子程序流程如圖 ： 圖 動(dòng)態(tài)顯示子程序開(kāi) 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(jì)（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(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制過(guò)程中的最主要步驟。根據(jù)我國(guó)的科技和工業(yè)水平，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是符合工業(yè)生產(chǎn)的需要。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(duì)于提高系統(tǒng)的利用率，避免重復(fù)設(shè)計(jì)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(jì)（論文） 31 參考文獻(xiàn) [1] 佟云峰． 單片機(jī) 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(jī)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(jī) 原理及 應(yīng)用 [M]．重慶大學(xué)出版社． 20xx． [4] 金偉正 ． 單線(xiàn)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(jī)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(jī)高級(jí)教程 :應(yīng)用與設(shè)計(jì) (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(shí)與應(yīng)用 [M]．中國(guó)水利水電版社． . 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