【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 S18B20 主要由 一下幾部分 組成 ： 溫度系數(shù)振蕩器、減法計(jì)數(shù)器、 斜率累加器 、 溫度寄存器。 溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生減法計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)， 低溫度系數(shù)振蕩器受溫度的影響 度 很小 ， 所以 用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào) ，此信號(hào) 送給減法計(jì)數(shù)器 1， 高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率 的改變而改變 ， 所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入 。 斜率累加器用于補(bǔ)償和 修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的欲置值。 減法計(jì)德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。溫度寄存器 存放轉(zhuǎn)化后的 溫度數(shù)值。 DS18B20 的測(cè)溫原理 ： 減法計(jì)數(shù)器 1對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù) ， 當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將 會(huì)自動(dòng) 加 1。減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將 被重新 裝入 ， 減法計(jì)數(shù)器 1將 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 循環(huán)一 直到減法計(jì)數(shù)器 2減到 0為止 ,溫度寄存器值的 將停止 累 加 。 這時(shí) 溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè) 的 溫度 [7]。 DS18B20 與單片機(jī)的接口 設(shè)計(jì) 及工作時(shí)序 圖 8 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 由 DS18B20 的通訊協(xié)議 可知 ， 其 溫度轉(zhuǎn)換 包括以下三個(gè)步驟 [8]： 1. 每次讀寫(xiě)前都 必須 要進(jìn)行復(fù)位 ； 2. 復(fù)位成功后 必須 發(fā)送一條 ROM 指令 ； 3. 最后發(fā)送 RAM指令，才 可以 對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 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(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。 工作時(shí) 序包括 以下幾個(gè)步驟： 初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序， 其是時(shí)序圖如 圖 9。 (1) 初始化時(shí)序 圖 響應(yīng)脈沖60 ~2 40等待1 5 60主機(jī) 最小4 80主機(jī)復(fù)位脈沖最小4 80 US 圖 9 初始化時(shí)序 總線上的所有 操作 都 是 從 初始化 后 開(kāi)始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道總線上有從機(jī)設(shè)備 并且從機(jī)設(shè)備 準(zhǔn)備就緒。主機(jī) 會(huì) 輸出低電平 并保持 時(shí)間 480 微秒 以德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 上 ， 從而 產(chǎn)生復(fù)位 信號(hào) 。接著主機(jī) 將會(huì) 釋放 掉 總線， 會(huì) 將總線拉高 并延時(shí)15～ 60 微 秒 ， 此時(shí) 主機(jī) 進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖， 此 低電平要 延時(shí) 480 微秒 。 (2) 寫(xiě)時(shí)序 圖 采樣15~45采樣15~4511主機(jī)寫(xiě)1 時(shí)序主機(jī)寫(xiě)0 時(shí)序 圖 10 寫(xiě)時(shí)序 寫(xiě)時(shí)序包括寫(xiě) 0和寫(xiě) 1時(shí)序。所有寫(xiě)時(shí)序至少需要 60微秒 ， 而 且在 2次獨(dú)立的寫(xiě)時(shí)序之間至少需要 1us的恢復(fù)時(shí)間， 并且 都是以總線拉低開(kāi)始 的 。寫(xiě) 1時(shí)序，主機(jī) 會(huì) 輸出低電平， 并 延時(shí) 2 微秒 ，然后釋放總線， 再 延時(shí) 60 微秒 。寫(xiě) 0 時(shí)序，主機(jī) 會(huì) 輸出低電平，并 延時(shí) 60 微秒 ，然后 再 釋放 掉 總線 并 延時(shí) 2微秒 。 (3) 讀時(shí)序 圖 主機(jī)采樣主機(jī)采樣454511主機(jī)寫(xiě)1時(shí) 序主機(jī)寫(xiě)0時(shí) 序 圖 11 讀時(shí)序 主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序 時(shí) ，從機(jī) 才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù) ，所以 在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù) 。所有讀時(shí)序至少需要 60微秒 ， 并 且在 2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要 1 微秒 的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 微秒 。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須 保持 總線 釋放 ，并且在時(shí)序起始后的 15微秒 之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí) 2微秒 ，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式 并 延時(shí) 12微秒 ，然后讀取總線當(dāng)前電平， 最后再 延時(shí) 50 微秒 [8]。 LCD 顯示 模塊及 其 與單片機(jī)的接口電路 1602 字符型 LCD 簡(jiǎn)介 及 引腳功能說(shuō)明 字符型液晶顯示模塊是一種專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。 1602 基本 參數(shù) 為 顯示容量 :162 個(gè)字符 、 芯片工作電壓 :— 、 工作電流 :()、 模塊最佳工作電壓 :、 字符尺寸 :(WH)mm 。 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無(wú)背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說(shuō)明如 下表 2所示 [8]。 引腳 符號(hào) 功能說(shuō)明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接地電源時(shí)對(duì)比度最高 ， 接正電源時(shí)對(duì)比度最弱（使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比 度）。 4 RS RS 為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令寄存器。 5 R/W R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 6 E E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。 7 DB0 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位） 。 8 DB1 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位 9 DB2 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位 10 DB3 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位 11 DB4 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位 12 DB5 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位 13 DB6 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位 14 DB7 高 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是 busy flag） 15 BLA 背光電源正極 16 BLK 背光 電源負(fù)極 表 2 LCD1602 的引腳功能圖 1602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如 表 3所示 [9]： 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 序號(hào) 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 確定 輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 控制 顯示開(kāi) /關(guān) 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 確定 字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 確定 數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計(jì)數(shù)器地址 10 寫(xiě)數(shù)到 DDRAM 或 CGRAM 1 0 要寫(xiě)的數(shù)據(jù) 的 內(nèi)容 11 從 DDRAM或 CGRAM讀數(shù) 據(jù) 1 1 要讀 的數(shù)據(jù) 的 內(nèi)容 表 3 LCD1602 控制命令表 1602LCD 與單片機(jī)的接口電路 圖 12 LCD1602 與單片機(jī)的接口電路圖 電源、按鍵、報(bào)警 、溫度控制 模塊 （ 1）電源 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 圖 13 系統(tǒng)電源電路圖 （ 2）按鍵電路 圖 14 按鍵電路圖 （ 3） 報(bào)警 電路 圖 15報(bào)警電路 （ 4）溫度控制電路 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 圖 16溫度加熱控制電路 圖 17溫度制冷控制電路 （ 5） 系統(tǒng)整體 電路 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 圖 18 系統(tǒng)整體 電路 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件主要是采用 C語(yǔ)言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行變成實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。主程序?qū)δK進(jìn)行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示、鍵盤(pán)等模塊。用的是循環(huán)查詢方式，來(lái)顯示和控制溫度，主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 DS18B20 的測(cè)量的當(dāng)前溫度值并負(fù)責(zé)調(diào)用各子程序 [10]。 控制算法在主程序中實(shí)現(xiàn)，軟件總體結(jié)構(gòu)如圖 19 所示 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化溫 度 測(cè) 試溫 度 顯 示是 否 有 按 鍵 按 鍵 處 理比 較 設(shè) 置 溫 度 與當(dāng) 前 溫 度 大 小繼 電 器 控 制 程 序YN 圖 19 系統(tǒng)主程序流程圖 主程序主要完成以下幾部分任務(wù) [11]： (1)初始化 設(shè)置各參數(shù)的初始值，設(shè)定中斷及定時(shí)器。 (2)溫度 檢測(cè) 此部分通過(guò)傳感器以及一些輔助設(shè)備，對(duì) 溫度 進(jìn)行采集。 (3)按鍵檢測(cè) 檢測(cè)是否有按鍵按下 ， 來(lái)調(diào)節(jié)上下線溫度。 (4)繼電器程序 通過(guò) 繼電器來(lái)控制加熱、制冷設(shè)備進(jìn)行控制 (這里 本設(shè)計(jì)以 LED 燈代替，紅燈為加熱，綠燈為制冷 )。 各模塊子 程序設(shè)計(jì) 1． 鍵盤(pán) 掃描 處理子 程序 完成對(duì) 溫度上下限 的設(shè)定 警功能 。 如圖 20 所示 [12]。 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 開(kāi) 始按 鍵 掃 描按 鍵 按 下溫 度 上 限 溫 度 下 限+ 鍵 鍵+ 鍵 鍵溫 度 + 1溫 度 1溫 度 + 1溫 度 1確 認(rèn) 鍵結(jié) 束NY 圖 20 鍵掃描 處理 子程序流程圖 實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示，如圖 21 所示 [13]。 初 始 化跳 過(guò) R O M匹 配延 時(shí) 1秒溫 度 變 化跳 過(guò) R O M匹 配轉(zhuǎn) 換 成 顯 示 碼LC D顯 示讀 暫 存 器 圖 21 顯示子程序流程圖 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 3 溫度控制子程序?qū)崿F(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)控制 ， 如圖 21 所示 [14] 。 開(kāi) 始溫 度 低 于 設(shè) 定 時(shí)溫 度 高 于 設(shè) 定 時(shí)溫 度 達(dá) 到 設(shè) 定 時(shí)加 熱 控 制制 冷 控 制斷 電NYYYNN 圖 22 溫控程序流程圖 3 報(bào)警子程序，如圖 23 所示。 程 序 初 始 化報(bào) 警 程 序溫 度 檢 測(cè)開(kāi) 始溫 度 高 于 上 限 值 ？ / 溫 度 低 于下 限 值 ？YN 圖 23 報(bào)警電路程序流 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 5 全文總結(jié) 經(jīng)濟(jì)效益分析 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。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本很低， 如果采用大批量生產(chǎn)的話，生產(chǎn)成本會(huì)更低 。本系統(tǒng)能夠很穩(wěn)定的控制溫度而且穩(wěn)定性很高。只要配上適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅?，這個(gè)系統(tǒng)便還可以實(shí)現(xiàn)很多領(lǐng)域的溫度自動(dòng)控制。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。在本系統(tǒng)的作用下，可以為工作系統(tǒng)提供一個(gè)良好的環(huán)境，使產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量有很大的提高。使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本降低，從而使系統(tǒng)的使用者獲得的利潤(rùn)提高了。 通過(guò)分析表明：本系統(tǒng)是一個(gè)性價(jià)比比較好的系統(tǒng)，不論對(duì)于生產(chǎn)者還是使用者來(lái)說(shuō)，它都可以帶來(lái)好的經(jīng)濟(jì)效益。 社會(huì)效益分析 本設(shè)計(jì) 是以 AT89S51 為核心，利用軟硬件相結(jié)合的自動(dòng)控制的典型例子。在單片機(jī)自動(dòng)控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的今天，傳統(tǒng)用模擬電路來(lái)控制溫度的做法，已經(jīng)逐漸被淘汰。這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法，為溫度的控制開(kāi)辟了一條新的道路。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。實(shí)現(xiàn)我國(guó)的工業(yè)化，自動(dòng)控制是其中的一個(gè)重要目標(biāo)，自動(dòng)控制系統(tǒng)正廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功知識(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的“冰山一角”，但它為以后更加智能化、人 性化的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 作了鋪墊。因此 這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有比較好的社會(huì)效益 [14]。 經(jīng)過(guò) 長(zhǎng)時(shí)間 的方案論證、系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機(jī)及其接口電路、以及控制方面的理論。經(jīng)過(guò)了一番特殊的體驗(yàn)后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。檢查了自己的知識(shí)水平，使我對(duì)自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉自己分析問(wèn)題、處理問(wèn)題的能力，還提高了自己的動(dòng) 手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對(duì)于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來(lái)說(shuō) 是很重要的。 這次畢業(yè)設(shè)