【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道12DB5數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道13DB6數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道14DB7數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道15A背光的正端+5V16K背光的負(fù)端0V LCD1602的結(jié)構(gòu)塊圖 MCU溫度控制模塊在本溫度控制系統(tǒng)中，為了更加方便控制加熱設(shè)備，我們采用了AT89C51單片機(jī)控制加熱設(shè)備來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，加熱設(shè)備主要包括兩部分：繼電器和加熱器。由DS18B20溫度傳感器采集來(lái)的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，通過(guò)繼電器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，進(jìn)而為加熱器提供額定電壓驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行正常的加熱工作。 繼電器的作用及選型繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)，也稱(chēng)輸入回路和輸出回路，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換電路、安全保護(hù)等作用[13]。[13]：當(dāng)繼電器的輸入信號(hào)a0從零開(kāi)始，連續(xù)增加達(dá)到銜鐵開(kāi)始吸合時(shí)的值a1,繼電器的輸出信號(hào)立刻從b=0跳躍到b=bm,即常開(kāi)觸點(diǎn)從斷開(kāi)到導(dǎo)通。一旦觸點(diǎn)閉合，輸入量a0繼續(xù)增大，輸出信號(hào)b將不再起變化。當(dāng)輸入量a0從某一大于a1值下降到a2,繼電器開(kāi)始釋放，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。繼電器的這種特性即為繼電特性，也叫繼電器的輸入輸出特性。反饋系數(shù)——釋放值a2與動(dòng)作值a1的比值，即：Kf= a2 /a1?？刂葡禂?shù)——觸點(diǎn)上輸出的控制功率PC與線圈吸收的最小功率P0之比，即：Kc=PC/P0。2. 電磁繼電器的工作原理和特性:電磁式繼電器由鐵芯、線圈、磁鐵和觸點(diǎn)簧片等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁引力的作用下克服彈簧的拉力而被吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)相吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸引力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)釋放。經(jīng)過(guò)這樣的吸合與釋放，達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通與切斷的目的。3. 選用繼電器的一般原則：1) 繼電器的主要技術(shù)性能，如觸點(diǎn)負(fù)荷,動(dòng)作時(shí)間的參數(shù)，機(jī)械和電氣壽命等,應(yīng)滿足整機(jī)系統(tǒng)的要求；2) 繼電器的結(jié)構(gòu)型式(包括安裝方式)與外形尺寸應(yīng)能適合使用條件的需要；3) 經(jīng)濟(jì)合理。在本溫控系統(tǒng)中，我們選用RTE24005F作為本次設(shè)計(jì)的所選用的繼電器。 加熱器的工作原理及分類(lèi)[13]加熱器的工作原理是把一個(gè)匝數(shù)較多的初級(jí)線圈與一個(gè)匝數(shù)較少的次級(jí)線圈裝在同一個(gè)鐵芯上。其特性是輸入與輸出的電壓比等于線圈匝數(shù)之比，同時(shí)總能量保持不變。因此，次級(jí)線圈可以在低電壓的條件下產(chǎn)生較大電流。[13]1) 功率大，體積小，升溫快。2) 采用智能控制模式，控溫精度高，可能與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。 　　3) 應(yīng)用范圍廣，壽命長(zhǎng)，可靠性高。：1) 陶瓷加熱器2) 不銹鋼加熱器3) 鑄件加熱器 KEIL C51與Proteus的簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和調(diào)試采用單片機(jī) C 語(yǔ)言編程，使用KEIL uVsion2 軟件對(duì)程序進(jìn)行編輯、編譯和調(diào)試，并使用Proteus電子仿真軟件對(duì)硬件電路原理圖進(jìn)行仿真 。 KEIL C51開(kāi)發(fā)環(huán)境C 語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它提供高效的代碼，結(jié)構(gòu)化的編程，和豐富的操作符。其語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，使用靈活方便，可移植性好，表達(dá)能力強(qiáng)，具有直接訪問(wèn)機(jī)器物理地址的能力。C 不是一種大語(yǔ)言，不是為任何特殊應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)，它一般來(lái)說(shuō)限制較少，可以為各種軟件任務(wù)提供方便和有效的編程。許多應(yīng)用程序用 C 編寫(xiě)比其他語(yǔ)言編寫(xiě)更方便和有效[8]。Keil C51是51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng),是由美國(guó)Keil Software公司出品的。與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。另外， Keil C51軟件還提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。除此之外， Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。KEIL C51 編譯器可以直接對(duì) 51 系列單片機(jī)的內(nèi)部特殊功能寄存器和 I/O口進(jìn)行操作，可以直接訪問(wèn)片內(nèi)或片外存儲(chǔ)器，還可以進(jìn)行各種位操作。優(yōu)化的 KEIL C51 編譯器完整的實(shí)現(xiàn)了 ANSI 的 C 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。對(duì) 8051 及其兼容的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，KEIL C51不是一個(gè)通用的 C 編譯器，它首先的目標(biāo)是生成針對(duì) 8051 的最快和最緊湊的代碼，KEIL C具有C 編程的彈性，具有高效的代碼和匯編速度。C 語(yǔ)言不能執(zhí)行的操作 （如輸入和輸出） 需要操作系統(tǒng)的支持。這些操作作為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的一部分提供。因?yàn)檫@些函數(shù)和語(yǔ)言本身無(wú)關(guān)，所以 C 特別適合對(duì)多平臺(tái)提供代碼。既然 KEIL C51 是一個(gè)交叉編譯器，C 語(yǔ)言的某些方面和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)就有了改變或增強(qiáng)，以適應(yīng)一個(gè)嵌套的目標(biāo)處理器的特性。Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。目前，keil的版本已經(jīng)出到keil uVision4。keil軟件常與proteus電子仿真軟件相配合使用。 Proteus電子仿真軟件Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的一款實(shí)用的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及其外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。它是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805AVR、ARM、8086和MSP430等，并在持續(xù)增加其他系列處理器模型。另外，在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器[4]。　Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（如multisim）的功能。這些功能是： 　　 （1）原理布圖 　　 （2）PCB自動(dòng)布線或人工布線 　　 （3）SPICE電路仿真 　　 Proteus的特殊的優(yōu)點(diǎn) ：　　 （1）互動(dòng)的電路仿真 　 （2）仿真處理器及其外圍電路 　　[4] （1）智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS）（2）完善的電路仿真功能（Prospice）（3）獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（VSM）（4）實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)?。?）Proteus可提供的仿真元器件資源——仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元器件庫(kù)。 （2）Proteus可提供的仿真儀表資源——示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表等。理論上，同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 （3）除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能的減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 （4）Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)?！　≡赑roteus中繪制好電路原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件 *.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中觀察到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程。Proteus不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例的功能形象具體化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例的運(yùn)行過(guò)程形象具體化。后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等也和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。第三章 溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章主要介紹整個(gè)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件配置。將從溫度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和溫度數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)三方面進(jìn)行闡述。其中還進(jìn)一步附帶介紹了各個(gè)部分所用主要器件的簡(jiǎn)單介紹。該硬件部分設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是軟件程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 溫度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) DS18B20串行數(shù)字傳感器的介紹 本系統(tǒng)中溫度檢測(cè)模塊主要使用的是DS18B20為傳感器。該芯片性?xún)r(jià)比很高，可達(dá)到精度11位的精度，測(cè)溫范圍為(55,125)。MCU與其通信只需要一個(gè)線，使用很方便，電路連接上也是非常簡(jiǎn)單。通過(guò)DS18B20直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，該器件的物理化學(xué)性能穩(wěn)定，線性度較好，在0℃～100℃℃。該器件可直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)已在本文第二章中有過(guò)簡(jiǎn)要介紹，這里主要對(duì)DS18B20的測(cè)溫原理和其主要的兩種工作方式等方面作簡(jiǎn)要介紹。 的內(nèi)部測(cè)溫電路框圖如圖 。 DS18B20 的內(nèi)部測(cè)溫電路框圖，DS18B20主要由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器等部分組成。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值。溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生減法計(jì)數(shù)器脈沖信號(hào)，其中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1 ，為計(jì)數(shù)器提供頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。而高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率會(huì)明顯改變，是很敏感的振蕩器，其所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，為計(jì)數(shù)器 2 提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖[9]。2. DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器和設(shè)置寄存器[9]DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 E2RAM, 后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH 、TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。數(shù)據(jù)先寫(xiě)入 RAM ，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給 E2RAM 。 DS18B20的暫存寄存器分布如下表 ：表 暫存寄存器的分布寄存器的內(nèi)容地址溫度的低八位數(shù)據(jù)0溫度的高八位數(shù)據(jù)1高溫閥值2低溫閥值3保留4保留5計(jì)數(shù)剩余值6每度計(jì)數(shù)值7CRC校驗(yàn)8 在 64B ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC ）。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 中的 CRC 值做比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20的設(shè)置寄存器位于高速閃存的低5個(gè)字節(jié)，這個(gè)寄存器中的內(nèi)容被用來(lái)確定溫度的轉(zhuǎn)換精度。寄存器各位的內(nèi)容如下表 ： 表 設(shè)置寄存器的分布BIT 7BIT 6BIT 5BIT 4BIT 3BIT 2BIT 1BIT 0TMR1R011111該寄存器的低五位一直都是1，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在 DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。 R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率。3. DS18B20 使用中注意事項(xiàng)[10]DS1820雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面：（1）每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對(duì) DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。（2）在寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，寫(xiě) 0 時(shí)單總線至少被拉低 60us，寫(xiě) 1 時(shí) ，15us內(nèi)就得釋放總線。（3）轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在 DS18B20 的兩個(gè) 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5 位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這 5 位為 0 ，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為 1 ，測(cè)到的數(shù)值需要取反加 1 再乘于 即可得到實(shí)際溫度。（4）較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820 進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。（5）當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過(guò) 8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。（6）在 DS1820 測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向 DS1820 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待 DS1820 的返回信號(hào)，一旦某個(gè) DS1820 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該 DS1820 時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。 溫度采集電路這里對(duì)DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做一簡(jiǎn)要介紹，以便于理解和設(shè)計(jì)其與AT89C51單片機(jī)的接口連接電路。，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL以及配置寄存器。，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端；GND為電源地；VDD為外接電源輸入端。 ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以達(dá)到一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。 圖 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20的管腳排列圖 DS18B20主要引腳功能引腳名稱(chēng)功能說(shuō)明1GND地信號(hào)接地2DQ數(shù)據(jù)輸入輸出引腳開(kāi)漏單總線接口引腳，當(dāng)備用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD電源端外接供電電源輸入端，若使用寄生電源，此引腳必須接地。4NC——無(wú)連接。基于DS18B20的單總線結(jié)構(gòu)及幾個(gè)引腳的功能，我們?cè)O(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的DS18B20與單片機(jī)的接口電路。 單片機(jī)與DS18B20的接口電路 溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的