【導讀】控制系統(tǒng)具有重要意義?？刂齐娐贰?shù)碼顯示電路、鍵盤控制電路、報警電路。信號進行相應處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟

　　

【正文】 率達到 12MHZ，移位寄存器的移位速度相當快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)?。從人類視覺的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時顯示的一樣。 當移位寄存器芯片 74LS164 清除端（ CLEAR）為低電平時，輸出端（ QA－ QH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。當 A、 B 任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（ CLOCK）脈沖上升沿作用下 Q0 為低電平。當 A、B 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用下決定 Q0 的狀態(tài)， 74LS164 邏輯封裝圖如圖 312 所示。 圖 312 74LS164邏輯封裝圖 移位寄存器芯片 74LS164 引出端符號： CLOCK 時鐘輸入端； CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效）； A， B串行數(shù)據(jù)輸入端； Q0－ Q7 輸出端。移位寄存器芯片 74LS164 的真值表如表 36所示。 23 表 36 74LS164真值表 移位寄存器 74LS16七段數(shù)碼管與單片機的具體接線電路如圖 313 所示。 圖 313 數(shù)碼顯示電路 輸入（ inputs） 輸出（ outputs） CLEAR Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 CLOCK A B L H H H H L ↑ ↑ ↑ H H L L L L L L L L L L Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 H Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 L Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 L Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 24 警報器部分 本設計中溫度傳感器為主要測溫部分，所以當 溫度傳感頭出現(xiàn)故障 或檢測不到時，要及時讓工作人員知道，并處理相應問題。所以單片機會控制 揚聲器發(fā)出警笛聲 來提示。具體接線電路如圖 314所示。 圖 314 警報電路 電源輸入部分 控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用 5V直流電源供電，其電路如圖 315 所示，把頻率為 50Hz、有效值為 220V 的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的 5V 直流 電壓。其主要原理是把單相交流電經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。 由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波 25 動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。 設計中 使用集 成穩(wěn)壓芯片 7805 解決了電源穩(wěn)壓問題。 圖 315 電源電路 26 溫度控制系統(tǒng)仿真 圖 圖 316 溫度控制系統(tǒng) 仿真圖 27 第四章 系統(tǒng)的軟件設計 系統(tǒng)的主程序設計 本系統(tǒng)的執(zhí)行方法是循環(huán)查詢執(zhí)行的，鍵盤掃描也是用循環(huán)查詢的辦法，由于本系統(tǒng)對實時性要求不是很高，所以沒有用到中斷方式來處理。 系統(tǒng)的軟件設計采用匯編語言，對單片機進行編程并實現(xiàn)各項功能。 主程序?qū)δK進行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示溫度、鍵盤掃描和繼電器各模塊。 用的是循環(huán)查詢方式，來顯示和控制溫度。 讀取 DS18B20 溫度模塊子程序 每次對 DA18B20 操作時都要按造 DS18B20 工作過程中的協(xié)議 進行。 初始化 ROM 操作命令 存儲器操作命令 處理數(shù)據(jù) 程序流程圖如圖 41所示。 圖 41 讀取 DS18B20溫度 子程序流程圖 初始化 開始 DS18B20 存在？ 讀取溫度值 返回 存儲操作命令 ROM 操作命令 是 否 28 數(shù)據(jù)處理子程序 由于 DS18B20 轉(zhuǎn)換后的代碼并不是實際的溫度值，所以要進行 數(shù)據(jù)處理 。由于本程序采用的是 的精度，小數(shù)部分的值，可以用后四位代表的實際數(shù)值乘以 ，得到真正的數(shù)值， 數(shù)值可能帶幾個小數(shù)位，所以采取 四舍五入 ，保留一位小數(shù)即可。也就說，本系統(tǒng)的溫度精確到了 度。 首先程序判斷溫度是否是零下，如果是 ， 則 DS18B20 保存的是溫度的補碼值，需要對其低 8 位（ LS Byte）取反加一變成原碼。處理過后把 DS18B20 的溫度 復制 到單片機的 RAM 中，里面已經(jīng)是溫度值的 Hex 碼了，然后轉(zhuǎn)換 Hex 碼到 BCD碼，分別把小數(shù)位，個位，十位的 BCD 碼存入 RAM 中 。 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖 42 所示。 圖 42 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖 鍵盤掃描子程序 按鍵功能： 1. Enter → (k2) 控制鍵 2. Up → (k3) 加 1鍵 3. Down → (k4) 減 1鍵 鍵盤子程序流程圖如圖 43 所示。 數(shù)據(jù)傳遞 返回 溫度是否為負？ 求補運算 BCD 碼轉(zhuǎn)換 29 圖 43 鍵盤子程序流程圖 開始 返回主程序 ENTER 鍵是否按下？ ENTER 子程 序 FLAG=1 ENTER_FLAG是否為 1？ 是否有 ENTER鍵按下？ 是否有 UP 鍵 按下？ 是否有 DOWN鍵按下？ UP 子程序 DOWN 子程序 DISPLAY 顯示 是 否 是 是 是 是 否 否 否 否 30 主程序流程圖 總模塊流程圖如圖 44 所示。本軟件設計采用循環(huán)查詢來處理各個模塊，溫度是緩慢變化量所以可以滿足性能要求。 圖 44 主程序流程 圖 開始 初始化 DS18B20 存在？ 數(shù)據(jù)處理子程序 顯示子程序 錯誤處理 鍵盤掃描子程序 繼電器控制子程序 DS18B20 初始化 31 第 五 章 結(jié)論與展望 通過本次溫度控制系統(tǒng)的設計 ,我大有收獲，在設計過程中，一定要注意每個工作步驟的檢查，從整體來說這是一個復雜的過程，要細心謹慎，沉著冷靜。在 工業(yè) 生產(chǎn)和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。 在論文中 簡單分析了單片機溫度控制系統(tǒng)設計過程及實現(xiàn)方法。本系統(tǒng)的測溫范圍為 0℃ ～ 30℃，溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、數(shù)碼顯示電 路、鍵盤控制電路、報警電路。單片機通過對信號進行相應處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。軟件設計部分采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號處理程序、繼電器控制程序、報警程序。 溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。 經(jīng)過四年學習的積累，在已經(jīng)掌握相關(guān)專業(yè)方面知識及其它各方面知識的情況下，我認真嚴肅的完成了我的畢業(yè)設計。它不僅是一個對我四年學習知識情況和應用動手能力的檢驗，而且還是對我的鉆研精神，面對困難的心態(tài)，做事的毅力和耐心的考驗。 本課題的重點、難點是： （ 1）初步接觸溫度傳感器，要對傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應用等各方面從頭開始琢磨； （ 2）考慮單片機與各個電路模塊的連接及接口； （ 3）通過對程序的編譯來優(yōu)化系統(tǒng)的性能； （ 4）考究調(diào)整電路的實現(xiàn)過程以及怎么樣通過單片機來間接的控制。 通過做本課題，我了解并掌握了傳感器的基本理論知識，更深入的掌握單片機的開發(fā)應用能力。為以后從事單片機軟硬件產(chǎn)品的設計開發(fā)、 PC 軟件開發(fā)打下了良好的基礎， 樹立獨立從事產(chǎn)品研發(fā)的信心，并在這種能力上得到了比較充分的鍛煉 32 參考文獻 [1]曹巧媛主編 . 單片機原理及應用 (第二版 ).北 京 :電子工業(yè)出版社 ,2020 [2]魏英智，基于 DS18B20的定時溫控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) [J].哈爾濱工業(yè)大學學報， 2020. [3]余永權(quán)，單片機模糊邏輯控制 [M].北京：北京航空航天大學出版社， . [4]陸坤，電子設計技術(shù) [M].成都，電子科技大學出版社， . [5]房樺，電腦可調(diào)溫度控制器 [J].北京：《無線電》合訂本，人民郵電出版社， 2020. [6]趙娜，趙剛，于珍珠等 .基于 51單片機的溫度測量系統(tǒng) [J]. 微計算機信息， 2020， 12：146148。 [7]周潤景，張 麗娜．基于 PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設計與仿真 [M]．北京：航空航天大學出版社 ,～ P326 [8]王忠飛，胥芳． MCS51單片機原理及嵌入式系統(tǒng)應用 [M]．西安：西安電子科技大學出版社， 2020． P268273 [9] 胡炎，基于單片機的水溫監(jiān)控系統(tǒng)設計 [J].通信技術(shù)， 2020. [10]何力民 . 單片機高級教程 .北京 :北京航空大學出版社 ,2020 [11]金發(fā)慶等編 .傳感器技術(shù)與應用 .北京機械工業(yè)出版社 ,2020 [12] 薛鈞義 . 凌陽 16位單片機原理及應用 . 北京： 北京航空航天大學出版社， 2020 [13]謝劍英、賈青 . 微型計算機控制技術(shù) . 北京：國防工業(yè)出版社， 2020 [14]侯志林 . 過程控制與自動化儀表 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [15] 王威等 . HCS12微控制器原理及應用 .北京：北京航空航天大學出版社， 2020： 1181. [16] 高吉祥 . 全國大學生電子設計競賽培訓系列教程 — 數(shù)字系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)設計 .北京：電子工 業(yè)出版社， 2020:106116. [17] 胡漢才 . 單片機原理及其接口技術(shù)（第 2版） . 北京：清華大學出版社， 2020： 360440. [18] 劉寶坤 . 計算機過程控制系統(tǒng) .北京：機械工業(yè)出版社， 2020:1140. [5] 熊善清．基于單片機 C8051F040的 CAN通訊程序設計 [J]．通信電源技術(shù)， 2020， 22(4):3638． [19] 康華光 . 電子技術(shù)基礎（數(shù)字部分）第五版 [M].北京：高等教育出版社， 2020,1. [20] 劉常澍等 .數(shù)字電路與 FPGA[M].北京：人民郵電出版社 , 33 附 錄 溫度控制系統(tǒng)原理圖