【正文】 任何通訊都需要以初始化序列開始。該協(xié)議定 義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。利用用戶能自定義報(bào)警設(shè)置這一特點(diǎn)，能夠在實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能上得到很大的便利，同時(shí)極強(qiáng)的抗干擾性能使得溫度的檢測(cè)更加準(zhǔn)確，作為溫度計(jì)最 基本的要求，準(zhǔn)確必須滿足?！?； 3． 零待機(jī)功耗 ； 4． 可編程 的分辨率為 9~12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫 ； 64 位 ROM 和 單 線 接 口 存儲(chǔ)器與控制邏輯 高速緩存 溫度傳感器 8 位 CRC 發(fā)生器 配置寄存器 高溫觸發(fā)器 低溫觸發(fā)器 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 5． 在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 ； 6． 用戶可定義報(bào)警設(shè)置 ； 7． 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度的器件 ； 8． 結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。溫度測(cè)量范圍為 55~+125 攝氏度，可編程為 9 位 ~12 位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM 中，掉電后依然保存?？偩€制通常采用地址編碼方式，將 所有的傳感器并聯(lián) 2~4 根總線上，每個(gè)溫度傳感器擁有自己獨(dú)立的地址以區(qū)別其它溫度傳感器。由微處理器將溫度傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成真實(shí)溫度值，再進(jìn)行進(jìn)一步的處理與控制。邏輯溫度傳感器可由傳統(tǒng)的傳感器和比較器組合或集成而成。 模擬溫度傳感器：模擬溫度傳感器輸出模擬信號(hào) （ 電壓或電流 ） 。 NTC 熱敏電阻阻值隨溫度的變化符合指數(shù)規(guī)律，其最大的缺點(diǎn)也在于它的非線性，一般需要經(jīng)過線性化處理，使輸出電壓與溫度之間基 本 上成線性關(guān)系。目前國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、集成化、智能化等方向發(fā)展。 PSEN(29)：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 P3 口 (10~17)： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。 P1 口 (1~8)： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。因此，對(duì)于本設(shè)計(jì)來說，選擇 STC89C52RC 是最有利的。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 STC89C52RC 的引腳 另外， STC89C52RC 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。使用 8051 內(nèi)核的單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度全程的自動(dòng)控制，而且 8051內(nèi)核的單片機(jī)易于學(xué)習(xí)、掌握，性能價(jià)格比高。最后根據(jù) T， PK ， IT ， DT 諸參數(shù)優(yōu)選的結(jié)果選一組最佳值即可。這就是說，在控制器中僅引入 “ 比例 項(xiàng) ” 往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤 差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項(xiàng) ” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項(xiàng) ” 。 PID 控制作用 PID 是比例 (P)、積分 (I)和微分 (D)3 個(gè)控制作用的組合。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路，省卻了采樣 /保持電路、運(yùn)放、數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的串 /并轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時(shí)間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。同時(shí)改進(jìn)控制算法，采用先進(jìn)的 PID 控制算法，就可以省去建立繁瑣的數(shù)學(xué)模型，而且控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定與精確。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 和微控制器 STC89C52 構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)，可直接與計(jì)算機(jī)連接。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出 電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路 相對(duì)復(fù)雜 。 6． 做出相應(yīng)溫度控制。 最后， 設(shè)計(jì) 總結(jié)。我們現(xiàn)在完全可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度傳感器對(duì)某處進(jìn)行溫度檢測(cè)，而且我們可以很容易地做到多點(diǎn)的溫度檢測(cè)，如果對(duì)此原理圖稍加改進(jìn)，我們還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)和控制。溫度的測(cè)控技術(shù)已由模擬測(cè)控技術(shù)逐漸讓位與以單片機(jī)為主的微處理器測(cè)控技術(shù)，形成數(shù)字與模擬混合的測(cè)控系統(tǒng)和純數(shù)字測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用，并正向全數(shù)字測(cè)控方向快速發(fā)展。單片機(jī)在家用電器業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛：例如全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能玩具；除了上述傳統(tǒng)領(lǐng)域外，汽車、電子工業(yè)在國(guó)外也是單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。最常見到的測(cè)量溫度的工具是各種各樣的溫度計(jì)，例如，水銀 玻璃溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，熱電偶或熱電阻溫度計(jì)等 [1]。南畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 南通大學(xué)電子信息學(xué)院 2021 年 6 月題目 ： 基于 STC89C52RC 單片機(jī)的熱水器 溫度檢測(cè)與控制 姓 名： 劉付川 指導(dǎo)教師： 宋長(zhǎng)青 專 業(yè)： 集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng) 南 通 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 隨著 電子 信息技術(shù)的飛速發(fā)展 以及 工業(yè) 信息化 的逐步實(shí)現(xiàn)，溫度自動(dòng)檢測(cè) 、 顯示 及控制 系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。測(cè)量溫度的基本方法是使用溫度計(jì)直接讀取溫度。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，溫度控制技術(shù)得到了很大的進(jìn)步，其應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷的擴(kuò)大。社會(huì)的發(fā)展使人們對(duì)傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和 網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 第五章： 軟 硬件調(diào)試 ，應(yīng)用 Keil 和 Proteus ISIS 軟件 進(jìn)行模擬仿真 。 5． 當(dāng)達(dá)到報(bào)警溫度后，能夠自動(dòng)發(fā)出報(bào)警聲。數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有 A/D 通道的單片機(jī)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來。在 0~100 攝氏度時(shí)，最大線性偏差小于 1 攝氏度。方案二的測(cè)溫裝置電路簡(jiǎn)單、精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便、軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故本次設(shè)計(jì)采用了方案二。選用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，輸出信號(hào)全數(shù)字化。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI和 PD 控制。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系pK STK ip/ STK Dp 對(duì)象 R(S) E(S) U(S) + —— Y(s) 圖 控制系統(tǒng)圖 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)(System with Steadystate Error)。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 本次設(shè)計(jì)的 PID 控制參數(shù)選用經(jīng)驗(yàn)法的一種 — 優(yōu)選法進(jìn)行確定，具體做法為：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先把其他參數(shù)固定，然后用 法對(duì)其中某一參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，待選出最佳參數(shù)后，再換另一個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，直到把所有的參數(shù)優(yōu)選完畢為止。 8051 內(nèi)核的單片機(jī)是常用的控制芯片，在智能儀器儀、工業(yè)檢測(cè)控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成 果，用其作為溫度采集控制系統(tǒng)的實(shí)例也很多。 實(shí)際功過頻率可達(dá) 48MHz； 4． 32 可編程 I/O 線 ； 5． 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 6． 2 個(gè)外部中斷源，共 6 個(gè)中斷源 ； 7． 通用異步串行口 (UART)，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 8． 工作溫度范圍： 40℃ ~+85℃ ； 9． 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。同時(shí)，與同類 51 單片機(jī)相比，STC89C52RC 具有更強(qiáng)的可操作性及方便的下載方式，避免了購(gòu)買燒錄器的麻煩。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此 時(shí) P0 外部電位必須被拉高。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過 1 個(gè) ALE 脈沖。溫度傳感器經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段： 1． 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器； 2． 模南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 擬集成溫度傳感器； 3． 智能集成溫度傳感器。測(cè)溫范圍一般在 55~300℃ 。 根據(jù)溫度傳感器的輸出信號(hào)方式，可以分為模擬溫度傳感器、邏輯溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器。 邏輯溫度傳感器：邏輯溫度傳感器 在有些文獻(xiàn)中將其劃分為模擬傳感器，稱為輸出跳變信號(hào)的模擬溫度傳感器。常見的輸出方 式有時(shí)間輸出、頻率輸出及數(shù)值輸出等。 總線制：隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了總線制傳輸方式。 ） 的溫度傳感器。 DS18B20 的具體特性如下 [12]： 1． 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ~，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 ； 2． 溫 度 范圍 55℃ ~+125℃ ，在 10~+85℃ 時(shí)精度為 177。溫度范圍較廣，使得整體的測(cè)溫范圍能大幅度的上升，零待機(jī)消耗更是起到了節(jié)能的作用。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。讀寫所有這些信號(hào)，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。對(duì)于DS18B20 寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫 0 時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少 60μs，保證 DS18B20 能夠在 15μs 到 45μs 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的 “ 0” 電平，當(dāng)要寫 1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在 15μs 之內(nèi)就得釋放單總線。 3．體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 。 以 1602 液晶屏作為顯示輸出設(shè)備，采用 PID 控制算法通過電磁閥及電加熱器進(jìn)行控制溫度。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 圖 復(fù)位電路 引腳 RST 作用是復(fù)位輸入。 DS18B20 可以采用兩種方式供電，采用電源供電方式時(shí) DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳作為信號(hào)線， 3 腳接電源。 4． 溫度 采集 電路部分如圖 ，只需要一個(gè) I/O 口通信，硬件電路非常簡(jiǎn)單。 電容 C1 和 C2 主要用于校正波形，振蕩器的作用主要是產(chǎn)生時(shí)鐘振蕩。另一種是外部時(shí)鐘方式，即將 XTAL1 接外部時(shí)鐘， XTAL2 腳懸空。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 1602LCD 的一般初始化過程 1． 延時(shí) 15ms； 2． 寫指令 38H（ 不檢測(cè)忙信號(hào)） ； 3． 延時(shí) 5ms； 4． 寫指令 38H（ 不檢測(cè)忙信號(hào)） ； 5． 延時(shí) 5ms； 6． 寫指令 38H（ 不檢測(cè)忙信號(hào)） ； 7． 以后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào) ； 8． 寫指令 38H：顯示模式設(shè)置 ； 9． 寫指令 08H：顯示關(guān)閉 ； 10． 寫指令 01H：顯示清屏 ； 11． 寫指令 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 ； 12． 寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置 。 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 1602LCD 的指令說明 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示 。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA 移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。 低溫度系數(shù)晶振 高溫度系數(shù)晶振 預(yù)置 斜率累加器 計(jì)數(shù)器 1 =0 計(jì)數(shù)器 2 =0 比較 預(yù)置 溫度寄存器 圖 DS18B20 測(cè)溫原理圖 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 DS18B20 的復(fù)位時(shí)序 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序分為讀 0 時(shí)序和讀 1 時(shí)序兩個(gè)過程，如圖 所示。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 計(jì)數(shù)門的 開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將 55℃ 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃ 所南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。另外，模擬傳感器特征參數(shù)的不一致性和放大器的零點(diǎn)漂移問題使系統(tǒng)調(diào)試變得十分困難。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH