【正文】 電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源 (VPP)。其測溫范圍一般在 55~150℃ 。 數(shù)字溫度傳感器：習(xí)慣上將具有數(shù)字輸出能力的溫度傳感器稱為數(shù)字溫度傳感器。 DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的 “ 一線器件 ” ，如圖 所示，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。另外，模擬傳感器特征參數(shù)的不一致性和放大器的零點漂移問題使系統(tǒng)調(diào)試變得十分困難。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。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、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，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 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 1602LCD 的一般初始化過程 1． 延時 15ms； 2． 寫指令 38H（ 不檢測忙信號） ； 3． 延時 5ms； 4． 寫指令 38H（ 不檢測忙信號） ； 5． 延時 5ms； 6． 寫指令 38H（ 不檢測忙信號） ； 7． 以后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號 ； 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)移動設(shè)置 ； 12． 寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置 。 電容 C1 和 C2 主要用于校正波形，振蕩器的作用主要是產(chǎn)生時鐘振蕩。 DS18B20 可以采用兩種方式供電，采用電源供電方式時 DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳作為信號線， 3 腳接電源。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 。對于DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當(dāng)要寫 0 時序時，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時序時，單總線被拉低之后，在 15μs 之內(nèi)就得釋放單總線。 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。 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℃ 時精度為 177。 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。 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，稱為輸出跳變信號的模擬溫度傳感器。測溫范圍一般在 55~300℃ 。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6，它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的，要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過 1 個 ALE 脈沖。在 FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此 時 P0 外部電位必須被拉高。 實際功過頻率可達(dá) 48MHz； 4． 32 可編程 I/O 線 ； 5． 三個 16 位定時器 /計數(shù)器 ； 6． 2 個外部中斷源，共 6 個中斷源 ； 7． 通用異步串行口 (UART)，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART； 8． 工作溫度范圍： 40℃ ~+85℃ ； 9． 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 本次設(shè)計的 PID 控制參數(shù)選用經(jīng)驗法的一種 — 優(yōu)選法進(jìn)行確定，具體做法為：根據(jù)經(jīng)驗，先把其他參數(shù)固定，然后用 法對其中某一參數(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。對一個自動控制系pK STK ip/ STK Dp 對象 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（論文） 8 統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steadystate Error)。選用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，輸出信號全數(shù)字化。在 0~100 攝氏度時，最大線性偏差小于 1 攝氏度。 5． 當(dāng)達(dá)到報警溫度后，能夠自動發(fā)出報警聲。社會的發(fā)展使人們對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、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。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。南畢業(yè)設(shè)計（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 溫度檢測與控制 姓 名： 劉付川 指導(dǎo)教師： 宋長青 專 業(yè)： 集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng) 南 通 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （論文） 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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 的逐步實現(xiàn)，溫度自動檢測 、 顯示 及控制 系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。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)在國外也是單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛的一個領(lǐng)域。我們現(xiàn)在完全可以運用單片機(jī)和電子溫度傳感器對某處進(jìn)行溫度檢測，而且我們可以很容易地做到多點的溫度檢測，如果對此原理圖稍加改進(jìn)，我們還可以進(jìn)行不同地點的實時溫度檢測和控制。 6． 做出相應(yīng)溫度控制。 DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計 DS18B20 和微控制器 STC89C52 構(gòu)成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號，可直接與計算機(jī)連接。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路，省卻了采樣 /保持電路、運放、數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行長距離傳輸時的串 /并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項 ” 。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。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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。 P1 口 (1~8)： P1 口是一個內(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。 PSEN(29)：外部程序存儲器的選通信號。 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。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?？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，每個溫度傳感器擁有自己獨立的地址以區(qū)別其它溫度傳感器?！?； 3． 零待機(jī)功耗 ； 4． 可編程 的分辨率為 9~12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 ； 64 位 ROM 和 單 線 接 口 存儲器與控制邏輯 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（論文） 16 5． 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 ； 6． 用戶可定義報警設(shè)置 ； 7． 報警搜索命令識別并標(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，以 “ 一線總線 ” 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力。該協(xié)議定 義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 DS18B20 的寫 時序 溫度傳感器 DS18B20 的使用注意事項 DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用接口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 1． DS18B20 從測溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示 85； 2．在實際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在 5V 左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低 ； 3．較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS1820 進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測 溫結(jié)果。 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 。 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)， 如果為低電平表示不忙。 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 晶振電路 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，外接石英晶體和振蕩電容，構(gòu)成了片內(nèi)時鐘振蕩方式。 采用 寄生電源供電方式 時考慮到實際應(yīng)用中 寄生電源供電方式適應(yīng)能力差且易損壞，此處采用電源供電方式， I/O口接單片機(jī)的 口。當(dāng)時鐘起振后，產(chǎn)生一定的頻率的時鐘信號，單片機(jī)的 CPU 在時鐘信號的控制下能一步一步完成自己的工作，同時與整個系統(tǒng)相關(guān)的周期還有振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。高電平表示有效，低電平則無效。 顯示器件： LCD 液晶屏 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從單片機(jī)主動地啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。 如果采用模擬溫度傳感器，模擬信號在傳輸過程中遇到的干擾問題往往得不到徹底的解決，當(dāng)傳感器與數(shù)據(jù)采集器距離較遠(yuǎn)，信號線周圍存在電磁干擾源時，該問題顯得尤為突出。 溫度傳感器 DS18B20 的介紹 DS18B20 是美國 DALLAS 公司繼 DS1820 之后推出的增強(qiáng)型單總線數(shù)字式溫度傳感器，它在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較之前產(chǎn)品有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便、更令人滿意的效果。如 Maxim 公司的MAX6501/6502， AD 公司的 AD22105 等均屬此類產(chǎn)品 [9]。 半導(dǎo)體溫度傳感器：半導(dǎo)體溫度傳感器的溫度檢測依據(jù)是 PN 結(jié)正向電壓和溫度的 關(guān)系。 EA/VPP(31)：當(dāng) EA 保持低電平時， 外部程序存儲器地址為 (0000H~FFFFH)不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止 。下面給出增量型和位置型的具體公式： ΔY(n)=Y(n)Y(n1) =KP[e(n)e(n1)]+KIe(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)] （ 式 22） Y(n)=Y(n1)+ KP[e(n)e(n1)]+ KI e(n)+KD[e(n)2e(n1)+e(n2)] （ 式 23） 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 式 22 和 式 23 中 KI=KP TiT ，稱為積分常數(shù)； KD=KP TTd ，稱為微分常數(shù) ； e(t)為第 n次采樣的偏差值； e(n1)為第 (n1)次采樣時的偏差值； n 為采樣序列， n=0， 1， 2， ? [4]。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小 ，直到等于零。當(dāng)用計算機(jī)實現(xiàn)后，數(shù)字 PID 控制器更顯示出參數(shù)調(diào)整靈活、算法變化多樣、簡單方便的優(yōu)點。采用 51 單片機(jī)控制，軟件編程的自由 度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。 方案選擇 實現(xiàn)溫度控制的方法有多種，可以用工 業(yè) 控 制 機(jī)作為控制器，用熱電阻測量溫度；也可以用單片機(jī)作為控制器，用熱電偶進(jìn)行溫度測量。使本南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 課題內(nèi)容 能應(yīng)用到火警報警、鍋爐、電熱器一類的設(shè)備上。 現(xiàn)代自動控制越來越朝著智能化發(fā)展，在很多自動控制系統(tǒng)中都用到了工控機(jī)，小型機(jī)、甚至是巨型機(jī)處理機(jī)等，當(dāng)然這些處理機(jī)有一個很大的特點，那就是很高的運行速度，很大的內(nèi)存，大量的數(shù)據(jù)存儲器 ， 但隨之而來的是巨額的成本 頁 。 主要論述了基于 STC89C52RC 單片機(jī)的熱水器溫度檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計 。將單片機(jī)控制方法運