【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計（論文） 9 可以執(zhí)行跳過 CCH指令。 ③ 執(zhí)行 RAM指令 RAM指令負責(zé)啟動溫度轉(zhuǎn)換，讀寫暫存寄存器等指令。以上指令如下表 。 表 ROM與 RAM操作指令表 指令 16進制編碼 作用 跳 過 ROM CCH 僅當(dāng)總線上有一個 18B20時使用 ,作用是跳過 ROM序列號操作 ,直接進行寄存器操作 啟動轉(zhuǎn)換 44H 啟動溫度轉(zhuǎn)換 , 18B20回發(fā) 0則正在轉(zhuǎn)換溫度 ,回送 1表示溫度轉(zhuǎn)換完成 讀暫存存儲器 BEH 讀 0～ 8字節(jié)的暫存存儲器 ,任何時候都可以通過復(fù)位終止讀取 讀寫時序的實現(xiàn) : DS18B20的讀寫時序嚴格遵守 1線總線協(xié)議 。 1線總線主要時序包括 : 復(fù)位 脈沖、存在脈沖（復(fù)位和判斷 DS18B20存在時用）、寫 0、寫 讀 0和讀 1的時序。 寫時序：對 18B20寫時序以拉低數(shù)據(jù)線開始。寫時序分為寫 1和寫 0兩種。兩種寫時序必須至少維持 60us時間寬度，兩次寫時序的時間間隔至少為 1us，作為恢復(fù)時間。寫 1時序為：主機拉低數(shù)據(jù)線，然后釋放總線回到高電平， DS18B20在總線拉低后的 15～ 60us內(nèi)判斷數(shù)據(jù)線電平值，若為高，則是寫 1。因此若是寫 0，主機只需保持數(shù)據(jù)線為低電平至少 60us即可。如圖 。 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 讀時序 :主機讀 DS18B20 時序從主機拉低數(shù)據(jù)線開始 ,數(shù)據(jù)線先要保持低電平至少1us。 DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)從讀時序的下降沿開始保持 15us。因此主機拉低數(shù)據(jù)線1us 后需釋放總線，然后讀取 DS18B20 的狀態(tài)。若總線為 1，讀出內(nèi)容為 1，若總線為 0，則讀出數(shù)據(jù)為 0。如圖 讀時序。 圖 相關(guān)程序 具體 見附錄 B 系統(tǒng)程序 。 固體繼電器及其驅(qū)動電路 固體 繼電器介紹 固 體 繼電器有三部分組成 :輸入電路，隔離 (耦合 )和輸出電路。 是利用現(xiàn)代微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種新型無觸點電子開關(guān)器件。它可以實現(xiàn)用微弱的控制信導(dǎo) (幾毫安到幾十毫安 )控制 0． 1A直至幾百 A 電流負載，進行無觸點接通或分斷。 固體繼電器是一種四端器件，兩個輸入端，兩個輸出端。輸入端接控制信號，輸出端與負載、電源串聯(lián)， SSR 實際是一個受控的電力電子開關(guān) 。 固體繼電器與通常的電磁繼電器不同：無觸點、輸入電路與輸出電路之間光 (電 )隔離、由分立元件 ， 半導(dǎo)體微電子電路芯片和電力電子器件組裝而成，以阻燃型 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 環(huán)氧樹脂為原料，采用灌封技術(shù)持其封閉在外殼中、使與外界隔離，具有良好的耐壓、防腐、防潮抗震動性能。 固體 繼電器驅(qū)動電路 與工作指示電路 圖 與工作指示電路 通過控制 ACSSR 的導(dǎo)通和關(guān)斷 ， 以便切斷或接 通電爐的加熱交流電源 ,從而控制水溫穩(wěn)定在設(shè)定值上。采用 固體繼電器 ，控制電路簡單有效、靈敏度高、對系統(tǒng)電磁干擾小，并且對電網(wǎng)的沖擊極小。 溫度控制系統(tǒng)中的 固體繼電器驅(qū)動電路 部分，利用軟件控制輸出方波的占空比，使 輸出有效電平的時間不同，從而使固體繼電器的 導(dǎo)通 時間不同 , 輸出高電平時 ,8050導(dǎo)通 ,從而使 ACSSR輸出導(dǎo)通 ,接通電爐的加熱電源 ,電爐工作 ,開始加熱 ,水溫升高。 通過數(shù)字式溫度傳感器的工作和軟件的控制，對水溫進行控制，最后使水溫穩(wěn)定在設(shè)定值附近，完成控制目標。 電爐溫控系統(tǒng)的任務(wù)要求： 對裝有液體的容器加熱，并使液體的溫度誤差小于177。 3℃ ,因此系統(tǒng)直接采用了根據(jù)溫度實時值和設(shè)定值之間的△ t , 調(diào)整控制 的電壓脈寬， 從而調(diào)整 8050 導(dǎo)通時間， 調(diào)整控制加熱絲上的電壓脈寬 ， 實現(xiàn)升溫并使溫度恒定 。 實時溫度和設(shè)置溫度的差值 △ t 是可正可負的 ，但由于加熱溫度目標值為 30～ 99℃，故△ t為正值。 LED2 作為電爐工作指示燈，設(shè)計指示燈，對后來的系統(tǒng)調(diào)試和溫控值的測量進行幫助很大。比如：在系統(tǒng)控溫至 92℃時，由于電爐溫度高，使硬件線路中的的 J2 的 2 端和 SSR 的 4 端由于導(dǎo)線保護層熔化而使其直接導(dǎo)通，相當(dāng) 于電爐直接通 220V 交流電源，通過觀察 LED2 工作情況，迅速發(fā)現(xiàn)問題所在，并解決故障，使系統(tǒng)重新正常工作。 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 顯示與報警電路 顯示電路 系統(tǒng) 的顯示電路采用 6 片 74164 芯片和共陰極數(shù)碼管組成， 74164 為 8 位串行輸入并行輸出單向移位寄存器，管腳 與功能圖 如圖 。圖中 A， B 為串行碼輸入端， CLR 為清零輸入端， CLK 為時鐘脈沖輸入端 。通過軟件控制輸出 接A,B 串行碼輸入端 ， 接 CLK 時鐘脈沖輸入端。 圖 74164 管腳與功能圖 系統(tǒng)設(shè)計顯示電路 , 接 A和 B, 接 CLK 時鐘脈沖輸入端 ,MR 接高電平 。 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 系統(tǒng)的 顯示電路 分為兩部分：實時溫度顯示和控制溫度顯示。實時溫度顯示部分在系統(tǒng)通電時即顯示當(dāng)前溫度傳感器的環(huán)境溫度。例如：在調(diào)試過程中，溫度傳感器所在的實驗室環(huán)境溫度為 27℃， 則 A1， A2， A3數(shù)碼管 分別顯示 “ 2”、“ 7”、“ ℃ ”； 再由鍵盤設(shè)置控制溫度，并通過控制溫度顯示部分 的 A4， A5數(shù)碼管 顯示，如設(shè)置控制溫度為 70℃，則 A4， A5 數(shù)碼管 分別 顯示 “ 7”、“ 0” ，確定（取消）鍵顯示 A6為 “ ℃ ” ， A6 顯示時系統(tǒng)對電爐處 于控制狀態(tài)。 故系統(tǒng)工作時 6個 數(shù)碼管 顯示為 T1(實時溫度 ) ℃ T2(控制溫度 ) ℃ ,顯示直觀 ,可以直接通過顯示得知當(dāng)前水溫和控制溫度 ,以及二者的差值。 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 其中顯示電路中的 A3 和 A6 數(shù)碼管為倒置 ,由于都 為共陰極數(shù)碼管 ， 倒置 后不影響顯示 ,并 加以程序支持 ,使 A3 和 A6 數(shù)碼管 顯示 ℃ 。 采用 741648 位串行輸入并行輸出單向移位寄存器，占用單片機 I/O 口資源少，是系統(tǒng)便于擴展，比如溫控系統(tǒng)中可以直接擴展報警電路，降溫電路等。顯示程序詳見軟件結(jié)構(gòu)和附錄 C 中。 報警指示電路 報警指示電路由 8050 三極管、 LED3等組成，采用閃爍報警指示，接口為 ，通過軟件編程支持完成報警功能，當(dāng)（實時溫度 控制目標溫度） 2℃時，報警指示。 在調(diào)試中 ,未接 8050三極管 的時候發(fā)光二 極管 的亮度一直很微弱 ,用萬用表測量得知 ,其輸入電壓為 左右 ,AT89S52 負載重 ,導(dǎo)致 口的發(fā)光二 極管 分得的電流較小 ,使其不能正常發(fā)光。在此，使用 8050 起到放大作用，使其正常發(fā)光。同時，也可以采用同相放大器 7407 來驅(qū)動發(fā)光二 極管 正常工作。 按鍵控制電路 行列式操作鍵盤又稱矩陣式鍵盤。用 I/O 線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點上，行列線分別連接到開關(guān)兩端，鍵盤中有無按鍵按下是由列線送入掃描字，行線讀入行線狀態(tài)來判斷 。通過編程設(shè)置 4 個 按鍵 ， KEY1～ 4，其中 KEY1 為功能鍵，按下時 A4， A5 顯示 60； KEY2 為控制目標溫度 “ +” 鍵，最高可達到 99； KEY3為控制目標溫度 “ ” 鍵，最低可至 25； KEY4 為確定鍵，按下確定鍵時， A6顯示℃，系統(tǒng) 開始 工作，直到溫度穩(wěn)定在目標溫度。 圖 按鍵控制電路 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 軟件設(shè)計是根據(jù)總體方案和硬件結(jié)構(gòu)，設(shè)計出實用程序。這是應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中最基本、也往往是工作量較大的環(huán)節(jié)。 一個應(yīng)用系統(tǒng)并非一次就可以正確無誤地設(shè)計出來，尤其是設(shè)計的程序，必須經(jīng)過多次調(diào)試才能保證確鑿無誤的工作。所以先 安裝部分硬件，在專用的仿真器或開發(fā)實驗臺上進行調(diào)試。 仿真器本身也是由單片機組成的應(yīng)用系統(tǒng)。在軟件設(shè)計時候使用了上海星研 仿真器 ,使程序的編寫事半功倍 。 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 所示 。 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 在程序設(shè)計時，首先要弄清電爐控溫系統(tǒng)的工作過程和操作流程。電爐開始時處于停止狀態(tài)，系統(tǒng)顯示當(dāng)前實時溫度，鍵盤設(shè)定控制目標溫度值，溫度設(shè)定后確定， △ T（△ T 為 T2 與 T1 差值） 2℃ 時，啟動加熱，溫度檢測系統(tǒng)不斷檢測并顯示系統(tǒng)中 實時溫度 ，當(dāng)達到設(shè)定值誤差范圍之內(nèi)后停止加熱，當(dāng)溫度下降到下限（小于設(shè)定值 2℃）時自動啟動加熱，使溫度保持在設(shè)定值的誤差范圍之內(nèi)。啟動加熱后，可以改變設(shè)定溫度值，按下 KEY4（為確定鍵和取消鍵），取消加熱后， 在根據(jù)需要改變設(shè)定溫度值， 也可以按復(fù)位鍵來完成上述過程。 系統(tǒng)在未設(shè)定目標溫度，或為按下確定鍵時，電爐不工作，系統(tǒng)只顯示當(dāng)前實時溫度 。 系統(tǒng)分為兩個階段： ⑴通電或者復(fù)位后顯示 當(dāng)前 實時溫度 ，程序主要是鍵盤管理。 ⑵檢測并顯示系統(tǒng) 當(dāng)前 實時溫度 ，并根據(jù)檢測 結(jié)果控制電爐。 系統(tǒng)根據(jù) △ T 為本次實測溫度值與設(shè)定溫度值之間的差值 ， 為了精確控制溫度，進行脈寬調(diào)節(jié)（ PWM） ， 把每個溫度控制脈沖的占空比分為 5 檔：最大檔、較大檔、中間檔、較小檔 、最小檔，根據(jù)程序， 每個脈沖周期為 100S，使控制時間縮短。 其中最大檔為 100﹪脈寬，即全速加熱 ；最小檔為 0﹪脈寬，即關(guān)掉加熱絲 ，停止加熱 ； △ T2℃時， 脈寬取 最小 值 ，即停止加熱，各檔的占空比為 通過多次實驗測試的數(shù)據(jù)，經(jīng)過線性計算處理后得到的 。 為了獲得 PWM波，本設(shè)計使用了 T2定時器，作為 PWM 的周期定時。 鍵盤管理模塊 當(dāng)通電或者復(fù)位以后，系統(tǒng)進入鍵盤管理狀態(tài)，鍵盤只接受設(shè)定溫度和確定（取消）鍵，當(dāng)檢測到有鍵閉合時先延時去抖動，采用軟件延時的方法，再確定是否有鍵盤閉合，再存儲設(shè)定溫度值，調(diào)用顯示子程序，實時顯示設(shè)定溫度值，按下確定鍵，調(diào)用控制程序和報警程序，系統(tǒng) 開始 運行。 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 溫度檢測模塊 圖 溫度子程序 溫度子程序 流程圖如圖 所示，采用 DS18B20 采集溫度，經(jīng)過程序處理， 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 乘以 就可得到溫度值，再調(diào)用顯示程序，顯示即實時溫度。 程序如下： void Init_DS18B20(void) {uchar x=0。 DQ = 1。 //DQ 復(fù)位 delay(8)。 //稍做延時 DQ = 0。 //單片機將 DQ 拉低 delay(120)。 //精確延時 大于 480us DQ = 1。 //拉高總線 delay(14)。 x=DQ。 //稍做延時后 如果 x=0 則初始化成功 x=1 則初始化失敗 delay(20)。} //===========讀一個字節(jié) uchar ReadOneChar(void) { uchar i=0。 uchar dat = 0。 for(i=8。i0。i) {DQ = 0。 // 給脈沖信號 dat=1。 DQ = 1。 // 給脈沖信號 if(DQ)dat|=0x80。 delay(4)。} return(dat)。} //寫一個字節(jié) void WriteOneChar(unsigned char dat) { uchar i=0。 for(i=8。i0。i) {DQ = 0。 DQ = datamp。0x01。 delay(5)。 DQ = 1。 dat=1。}} long uint ReadTemperature(void) { uint a,b。 long uint tt=0。 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 Init_DS18B20()。 WriteOneChar(0xCC)。 // 跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0x44)。 // 啟動溫度轉(zhuǎn)換 Init_DS18B20()。 WriteOneChar(0xCC)。 //跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0xBE)。 //讀取溫度寄存器等（共可讀 9個寄存器）前兩個就是 溫 度 a=ReadOneChar()。 b=ReadOneChar()。 tt=b*256+a。 tt*=625。tt/=10000。 return(tt)。} 溫度控制模塊 ` 圖 溫度控制流程圖 △ T 為設(shè)定溫度值和實時溫度值差值， δT 則相反，為實時溫度值和設(shè)定溫度值差值。將 △ T2℃ 時，電爐工作，水溫升高。否則，電爐停止工作； δT 2℃ 時，報警電路工作，指示燈閃爍。 溫度控制程序 差值△ T2℃ 控制加熱 差值△ T2℃ 停止加熱 差值 δT 2℃ N Y 報警 中國計量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 3 系統(tǒng)調(diào)試 硬 件 與軟件 調(diào)試 在硬件設(shè)計過程中，采取模塊化設(shè)計，同樣在制作過程中，也采 取 模塊 化 焊接， 便