【導讀】制系統(tǒng)在很多領域得到廣泛應用。溫度監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務是實時監(jiān)測并調節(jié)所處的環(huán)境。證產品能夠在適宜溫度下高效工作。主要論述了基于STC89C52RC單片機的熱水器溫度檢測與控制系統(tǒng)的設計。際生產中具備一定的應用價值。論文主要內容和結構安排…………………

　　

【正文】 。 溫度傳感器 DS18B20 的操作時序 由于 DS18B20 采用的是 1Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數據線實現數據的雙向傳輸，而對 STC89C52 單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。所以，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。 DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。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。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數據的傳輸都是從單片機主動地啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數據，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數據接收。數據和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20 需要嚴格的協(xié)議以確保數據的完整性。協(xié)議包括幾種單線信號類型：復位脈沖、存在脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1。 DS18B20 的通信協(xié)議為： 1． 每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復位； 2． 復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令； 3． 最后發(fā)送 RAM 指 令 [15]。讀寫所有這些信號，除存在脈沖外，都是由總線控制器發(fā)出的。和 DS18B20 間的任何通訊都需要以初始化序列開始。一個復位脈沖跟著一個存在脈沖表明 DS18B20 已經準備好發(fā)送和接收數據（適當的 ROM 命令和存儲器操作命令 )。 DS18B20 的復位時序如圖 。 低溫度系數晶振 高溫度系數晶振 預置 斜率累加器 計數器 1 =0 計數器 2 =0 比較 預置 溫度寄存器 圖 DS18B20 測溫原理圖 南通大學畢業(yè)設計（論文） 18 圖 DS18B20 的復位時序 對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程，如圖 所示。 DS18B20的讀時序是從主機把單總線拉低之后，在 15 微秒之內就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數據傳輸到單總線上。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60μs 才能完成。 圖 DS18B20 的讀時序 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程，如圖 所示。對于DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當要寫 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，當要寫 1時序時，單總線被拉低之后，在 15μs 之內就得釋放單總線。 南通大學畢業(yè)設計（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，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題： 1． DS18B20 從測溫結束到將溫度值轉換成數字量需要一定的轉換時間，這是必須保證的，不然會出現轉換錯誤的現象，使溫度輸出總是顯示 85； 2．在實際使用中發(fā)現，應使電源電壓保持在 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雜的軟件進行補償，由于 DS1820 與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對 DS1820 進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測 溫結果。在使用 PL/M、 C 等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對 DS1820 操作部分最好采用匯編語言實現 [16]； 4．在 DS18B20 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS18B20，在實際應用中并非如此，當單總線上所掛 DS18B20 超過 8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意 ； 5．在 DS18B20 測溫程序設計中，向 DS18B20 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20 的返回信號，一旦某個 DS18B20 接觸不好或 斷線，當程序讀該 DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)，這一點在進行 DS18B20 硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。 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)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數字攝像機、 PDA 移動通信工具等眾多領域。 在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： 1．顯示質量高：由于液晶顯示器每 一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，南通大學畢業(yè)設計（論文） 20 恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器 (CRT)那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。 2．數字式接口：液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 3．體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 4．功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動 IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 1602LCD 的引腳功能 1602LCD 采用標準的 16 腳 （ 帶背光）接口，具體引腳功能如下 [17]： 第 1 腳： VSS 為地電源 ； 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 ； 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度 ； 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器 ； 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙 信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數據 ； 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令 ； 第 7~14 腳： D0~D7 為 8 位雙向數據線 ； 第 15 腳：背光源正極 ； 第 16 腳：背光源負極。 1602LCD 的指令說明 1602 液晶模塊內部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示 。 南通大學畢業(yè)設計（論文） 21 表 控制命令表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清 除 顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數據存貯器地址 0 0 1 顯示數據存貯器地址 9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數器地址 10 寫數到 CGRAM 或 DDRAM 1 0 要寫的數據內容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數 1 1 讀出的數據內容 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的 [18]。 （ 說明：1 為高電平、 0 為低電平 ） 指令 1：清 除 顯示，指令碼 01H， 光標復位到地址 00H 位置。 指令 2：光標復位，光標返回到地址 00H。 指令 3：光標和顯示模式設置 。 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 。 S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 。 C：控 制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 。 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標或顯示移位 。 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。 指令 6：功能設置命令 。 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 。 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 。 F： 低電平時顯示 57 的點陣字符，高電平時顯示 510的點陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設置。 指令 8： DDRAM 地址設置。 指令 9：讀忙信號和光標地址 。 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據， 如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數據。 指令 11：讀數據。 南通大學畢業(yè)設計（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 /寫數據操作均需要檢測忙信號 ； 8． 寫指令 38H：顯示模式設置 ； 9． 寫指令 08H：顯示關閉 ； 10． 寫指令 01H：顯示清屏 ； 11． 寫指令 06H：顯示光標移動設置 ； 12． 寫指令 0CH：顯示開及光標設置 。 南通大學畢業(yè)設計（論文） 23 第 四 章 系統(tǒng)硬件及軟件設計 系統(tǒng)各部分硬件電路圖 本設計的硬件電路由 5 部分構成，分別為 CPU 核心、溫度檢測模塊、顯示模塊、報警模塊、溫度控制模塊。 所以系統(tǒng)以 STC89C52RC 為核心，以 DS18B20 作為檢測輸入設備，通過 DS18B20 直接讀取被測溫度值，進行數據轉換，按鍵作為調節(jié)溫度按鈕，能夠設置溫度上下限來設置報警溫度。并且在到達報警溫度后，系統(tǒng)會自動報警 。 以 1602 液晶屏作為顯示輸出設備，采用 PID 控制算法通過電磁閥及電加熱器進行控制溫度。 1． STC89C52RC 單片機的 封裝形式為雙排直列式結構 (DIP)，引腳共 40 個 ， 32 可編程 I/O 線 、 3 個 16 位定時器 /計數器 、 2 個外部中斷源 。 單片機電路部分如圖 。 圖 單片機電路引腳圖 2． 在晶振電路中， STC89C52RC 單片機具有兩種晶振方式，一種是片內時鐘振蕩方式，但需要在引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 1030pf[19]。另一種是外部時鐘方式，即將 XTAL1 接外部時鐘， XTAL2 腳懸空。 晶振電路部分如圖 ，選用 12MHz 晶振 加兩個 33pF 電容。在晶振電路中，主要用到了 XTAL1 和 XTAL2 兩個引腳。 XTAL1：反 向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 南通大學畢業(yè)設計（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，構成了片內時鐘振蕩方式。而振蕩周期指的就是單片機外接石英晶體振蕩器的周期。當時鐘起振后，產生一定的頻率的時鐘信號，單片機的 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)相關的周期還有振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期。 電容 C1 和 C2 主要用于校正波形，振蕩器的作用主要是產生時鐘振蕩。而整個電路的作用則是為了 產生自激振蕩。 3． 復位電路部分如圖 ， 對于復位電路， STC89C52 有兩種復位方式，分別是上點復位和按鍵復位。本設計采用的是按鍵復位，即利用一個復位電容和按鍵的組合使得復位變得更加直接和簡單。 圖 復位電路 引腳 RST 作用是復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。在按下按鍵后，系統(tǒng)自動復位，十分方便。在復位電路中添加按鍵主要是為了能夠使得復位更加方便，電容主要是在復位后進行充電，而上拉電阻起到限流的作用，保護了電路。 4． 溫度 采集 電路部分如圖 ，只需要一個 I/O 口通信，硬件電路非常簡單。 圖 溫 度傳感器電路引腳圖 在硬件上， DS18B20 與單片機的連接有兩種方法，一種是 VCC 接外部電源， GND 接南通大學畢業(yè)設計（論文） 25 地， I/O 與單片機的 I/O 線相連；另一種是用寄生電源供電，此時 UDD、 GND 接地， I/O接單片機 I/O。內部寄生電源 I/O 口線要接 5KΩ 左右的上拉電阻。 溫度 采集電路主要 是 指DS18B20 溫度傳感器與單片機的接口電路。 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。 采用 寄生電源供電方式 時考慮到實際應用中 寄生電源供電方式適應能力差且易損壞，此處采用電源供電方式， I/O口接單片機的 口。 5． 顯示電路部分 圖 1602 液晶屏模塊 顯示電路采用了 1602 液晶屏模塊，該模塊與 LED