【正文】 ： 表 35 ：配置寄存器結(jié)構(gòu) TM R1 R0 1 1 1 1 1 低 5位一直都是 1， TM 是測試模式位，用于設置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。圖 33中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1的預置值 [9]。 如圖 314所示 圖 314 DS18B20 的外形及管腳排列 單片機水溫控制電路設計 第 14 頁 二 .DS18B20 的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 （ 4） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，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) 。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)。 當檢測到按鍵釋放后，也要經(jīng)過5～ 10ms 的延時，待后沿抖動消失后，才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。抖動的時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為 5～10ms。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件譯碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼或鍵值的稱為編碼鍵盤。同樣，在下一 時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)。 如圖 38用 AT89C51 單片機控制 LED 靜態(tài)顯示方式接口 AT89C51單片機 單片機水溫控制電路設計 第 10 頁 圖 38 用 AT89C51 單片機控制 LED 靜態(tài)顯示方式接口 動態(tài)顯示方式 所謂的動態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描）。因此提供給 LED 顯示器的字型碼正好是一個字節(jié)。 一 .LED 顯示器的結(jié)構(gòu) 常用的 LED 顯示器 為 8段（或 7段， 8段比 7 段多了一個小數(shù)點“ dip” 段）。 單片機的復位引腳是 RST，當振蕩器起振后，該引腳上 出現(xiàn) 2 個周期的高電平，是器件復位，只要 RST 保持高電平，單片機保持復位狀態(tài)。 AT89C51 單片機最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)包括單片機的基本供電、時鐘電路和復位電路。另外在選擇繼電器時還要注意它的供電電壓和帶負載能力。動態(tài)掃描顯示。如果用常規(guī)的數(shù)字加模擬電路實現(xiàn)就會相對困難一些。 a) 速度估算 在不考慮容器熱容量和環(huán)境溫度影響的情況下，水溫上升 1℃所需的時間達到秒，如果考慮容器熱容量和環(huán)境溫度的影響，時間可能更長。 （ 5） 按鍵 鍵入門限值。 單片機水溫控制電路設計 第 2 頁 第一章 設計任務 功能 本設計的任務是：用電爐對水 加熱，基于單片機設計一個電爐水加熱控制電路。 傳統(tǒng)靠人工控制的溫度、濕度、液位等信號的測壓﹑力控系統(tǒng)，外圍電路比較復雜，測量精度較低，分辨力不高，需進行溫度校準 (非線性校準、溫度補償、傳感器標定等 )；且它們的體積較大、使用不夠方便。 本設計 單片機控制部分采用 AT89C51 單片機為核心，采用軟件編程，實現(xiàn)用PID算法來控制 PWM 波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。 （ 3） 單片機基本系統(tǒng) ，進行相應的處理，送往顯示部分； 的信號，進行相應的處理，送往顯示部分； ，進行相應的處理，給出控制信號。 第二章 設計思路 總體設計 此 設計 一個基于單片機的水溫控制電路，需要完成的功能 是溫度的設定、檢測與顯示以及的溫度的控制和報警等。 其次， 要 選擇一個溫度敏感元件，它能夠很靈敏的根據(jù)溫度變化輸出一定的單片機水溫控制電路設計 第 4 頁 信號。 再 次， 設計 顯示部分 、 按鍵部分 和報警 。固態(tài)繼電器（ Solid state RelaySSR） 是近幾年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，容易驅(qū)動，其輸出利用晶體管或可控硅驅(qū)動，無觸點。 設計框圖 21 查資料 整體工作電路設計 單片機水溫控制電路設計 第 5 頁 圖 21 設計過程框圖 22 圖 22 水溫控制電路總體框圖 第三章 理論 設計 控制部分的設計 AT89C51 單片機的結(jié)構(gòu) [7] 鍵盤 報警電路 顯示電路 單片機基本系統(tǒng) 繼電器 傳感器 電爐 單片機水溫控制電路設計 第 6 頁 一 .AT89C51 結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 內(nèi)部 結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 圖 31 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 二 .引腳功能說明 AT89C51 是雙列制插封裝形式的器件，其引腳圖如圖32所示。 接到晶振兩端的瓷片電容作用是使振蕩器起振和對 f 微調(diào)補償，典型值為 30PF，本設計中選用 20PF 瓷片電容 。如圖 36 圖 36 AT89C51 最小系統(tǒng)連接原理圖 顯示 部分 的設計 LED 顯示器 接口原理 [6] LED（ Light Emitting Diode） 是發(fā)光二極管的縮寫。同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連結(jié)在一起，通常此公共陽極接正電壓，(a) 外形 （ b）共陽極 （ c）共陰極 圖 37 七段發(fā)光顯示器的結(jié)構(gòu) 單片機水溫控制電路設計 第 9 頁 當某個發(fā)光二極管的陽極為 低 電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段 被 顯示 [11]。 二 .LED 顯示器工作原理 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。因此，要在同一時刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，那兩位 LED 將顯示相同的字符。下面我就來介紹一下 LED 顯示器動態(tài)顯示的軟件 子程序清單 （以圖 39 共陰極 2 位 LED 顯示器為例） ： 見附 錄 四 （ 本設計就是采用這種方式顯示 ）。通常按鍵所用的開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當機械觸點端來、閉合時，電壓信號波形如 圖 312所示。按鍵的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。要判別是否有鍵按下，用單片機的位處理指令十分方便。 DS18B20 的主要特性 [9] （ 1）適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 （ 8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2的脈沖輸入。 DS18B20 溫度值格式表 如表 33所示 表 33： DS18B20 溫度值格式表 LS Byte bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 23 22 21 20 21 22 23 24 BS Byte bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S 26 25 24 這是 12位轉(zhuǎn)化后得到的 12位數(shù)據(jù)，存儲在 DS18B20的兩個 8比特的 RAM中，二進制中的前面 5位 是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實際溫度。對應的溫度計算：當符號位 S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當 S=1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。為操作個器件做好準備。 復制暫存器 0CCH 將 RAM中內(nèi)容恢復到 RAM 中的第 4 字節(jié)。 因此，圖 34 電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不是一待用電池供電系統(tǒng)中。 單片機水溫控制電路設計 第 21 頁 圖 319 DS18B20 的外部電源供電方式 注意：在外部供電的方式下， DS18B20 的 GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ 。因此，在用 DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考慮總線分 布電容和阻抗匹配問題。這種方法不僅十輸出通道省去了 D/A 轉(zhuǎn)換器和移向觸發(fā)電路，大大簡化了硬件系統(tǒng) [4]。由于電磁繼電器啟動瞬間會產(chǎn)生電磁火花干擾，所以在實際應用中如本設計類似的控制一般都選用固態(tài)繼電器 SSR[10]。 （ 5） 對縣原電壓適應能力強：交流型 SSR 的負載電源電壓可以在 30～ 220V 范圍內(nèi)任選。目前市場上以常開式為多。 （ 3） CMOS 驅(qū)動 SSR，見圖 323。所以繼電器的要選用交流型（ ACSSR），耐壓在220V 以上，電流為 以上。當負荷變化時，抗干擾能力強，過渡過程時間短 ,但過程終了存在余差。因此， PID 控制適用于負荷變化大、容量滯后較大、控制 品質(zhì)要求有很高的控制系統(tǒng)。 顯示 40℃ Y 調(diào)顯示子程序 顯示 90℃ 報警 Y 按鍵預置溫度〉 40℃ ？ N 按鍵預置溫度 〈 90℃ ？ N 報警 單片機水溫控制電路設計 第 28 頁 圖 330 PWM 流程圖 [1 15] 溫度控制系統(tǒng)可采用比例積分調(diào)節(jié)器來校正，按一定采樣周期采集 r(k)和F(k),其偏差值為 e（ k） = r（ k） F（ k） （ ） 根據(jù)偏差值來計算輸出 u(k)，其對應差分方程為： u(k)= u(k1)+ a0e(k) a1e(k1) （ ） 其中： a0=Kp(1+T/T1) （ ） a1= Kp （ ） e（ k） = r（ k） F（ k） （ ） u(k)為輸出 比例積分調(diào)節(jié)流程圖如圖 331 所示 否 是 P1=0？ 100？ P← 初值 UK 置 高（上升沿） T送初值 100 返回 置 低（下降 沿） P← 初值 UK 單片機水溫控制電路設計 第 29 頁 圖 331 比例積分調(diào)節(jié)流程圖 取溫度 F（ k） 取給定 溫 度 r（ k） e（ k） = r（ k）－ F（ k）， 存放在 EK單元 計算 a0e(k)結(jié)果存在 A0Ek單元 Ek1← Ek 返回 Uk1← Uk 從 EK1取出 e(k1) 計算 a1e(k1)結(jié)果存在 A1Ek單元 計算 uk1+ a0e(k) a1e(k1)結(jié)果存在 Uk 將 Uk送入 PWM單元 單片機水溫控制電路設計 第 30 頁 第四章 電路安裝和調(diào)試 安 裝和調(diào)試工具 一 .安裝工具 二 .調(diào)試工具 型萬用表 設計中遇到的問題 在設計按鍵電路的時候我最初的想法是用矩陣鍵盤，我用到了 AT89C51 芯片的 、 。 所以需要提出一個充分利用 CPU 的智能，采用以軟件為主、軟硬件結(jié)合檢測程序跑飛的方法，使智能儀器在受嚴重干擾、發(fā)生程序跑飛時能實現(xiàn)自診 斷和自恢復運行。 一．程序跑飛的表現(xiàn) 當儀器遇到某種強的干擾時，可能會影響和破壞程序的正常運行。 3. 全部或某些中斷不響應。 根據(jù)上面的思路，我們采用一片雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多謝震蕩器 74LS12一片四 2輸入或門 743一片四 2輸入或非門 7402 及機制電阻電容來組成這個電路。復位時程序計數(shù)器置 0000H。從而使 UA被處罰， QA 輸出一個暫穩(wěn)態(tài)負脈沖（合理選擇 R0B 和 C0B 的值，是脈沖寬度為超過 CPU 兩個及其周期）。設定溫度通過三個按鍵送到 P2 口，采用動態(tài)顯示三個數(shù)（十位、個位和小數(shù)位）， 設定溫度可以在 40～ 90℃之間 調(diào)整 ， 小數(shù)位可以顯示 0和 5，設定值 非法報警 。并且他 在繁忙的工作之余， 他 還能抽出 寶貴 時間 主動 來指導我的 畢業(yè) 設計，并對我設計中的每一個環(huán)節(jié)，每一個步驟和方案 的 設計單片機水溫控制電路設計 第 37 頁 都做了一一的了解、糾正和補充 。溫度值低位字節(jié)送 LSB ACALL READ_BYTE MOV MSB,A 。再次鄭重地向他說聲：謝謝您，老師！