【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理?；⒅悄芑x不開單片機的應(yīng)用。單片機由于其微小的體積和極低的成本，廣。泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力和流量也都是常用的被控參數(shù)。系統(tǒng)由DALLAS出品的新型單路串行數(shù)字式溫度傳感器DS18B20完成溫度測量；行通信特點）、魯棒性強、可擴展性強、體積小、功耗低等特點。限報警、下限報警、溫度控制及顯示功能。

　　

【正文】 儀的核心元件采用的是通用性較好的 AT89C51 單片機， 溫度 的測量采用最新的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20,系統(tǒng)可 直接讀出被測溫度并根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9 位的數(shù)字讀數(shù)方式，用鍵盤輸入數(shù)據(jù)信息。另外，LED 顯示器用共陰極的，單片機的晶振頻率選用 12MHZ,復(fù)位電路采用手動式的，電源采用 5V 穩(wěn)壓直流電源。元器件的詳細(xì)清單 見附錄所示。 降溫系統(tǒng) 采用低壓直流電風(fēng)扇。當(dāng)溫度高于設(shè)定最高限溫度時，啟動風(fēng)扇降溫，當(dāng)溫度降到指定最高溫度以下后，風(fēng)扇自動停止運轉(zhuǎn)。 溫控系統(tǒng)的溫度顯示和溫度的設(shè)定直接采用綜合實驗板上的顯示和鍵盤。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定的最低限溫度值時，采用蜂鳴器進行報警。用 0， 1鍵作為溫度最高限、最低限的設(shè)定功能鍵； 3鍵作為溫度值設(shè)定的增加和減小功能鍵。 0鍵：作為最高限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進入最高限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最高限溫度值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。 1鍵：作為最低限溫度的設(shè)定功能鍵。按一次進入最低 限溫度設(shè)定狀態(tài)，選擇最低限溫度值后，再按一次確認(rèn)設(shè)定完成。 2鍵：＋ 1 功能鍵，每按一次將溫度值加 1，范圍為 1～ 99℃ 。 3鍵： － 1 功能鍵，每按一次將溫度值減 1，范圍為 99～ 1℃ 。 167。 硬件結(jié)構(gòu)框圖 本次設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示，它由電源電路、溫度采集電路、加熱及降溫電路、 AT89C51 單片機、 LED 顯示電路、鍵盤和過溫報警電路七個部分組成。 四川理工學(xué)院 本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 22 圖 硬件結(jié)構(gòu)框圖 167。 Protel99 設(shè)計原理圖 一、使用 Protel 進行電 路板設(shè)計的第一步便是設(shè)計原理圖，原理圖決定了整個電路的基本功能，也是接下來生成網(wǎng)絡(luò)表和設(shè)計印刷電路板的基礎(chǔ) ??13 。 ① 在 Protel 99 的初始界面下新建一個設(shè)計庫，該數(shù)據(jù)庫用來管理項目。 FileNew改文件名－改保存路徑－ OK ② 進入設(shè)計庫文件中的文件夾 Document。 ③ 在 Document 文件夾中新建原理圖文件和印制板文件。 FileNewSchematic DocumentOk改文件名 FileNewPCB DocumentOk改文件名 ④ 打開原理圖文件。 ⑤ 添加原理圖文件庫。 DesignAdd/Remove Library 瀏覽所需零件庫－ AddOk ⑥ 放置電路所需的各種元件，圖件，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號等元器件。 DesignAdd/Remove Library 瀏覽所需零件庫－ AddOk 從零件庫中調(diào)出元件 Placepart 89 51 單 片 機 LED 顯示 鍵 盤 過溫報警電路 溫度采集電路 加熱及降溫電路 電源電路 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計 23 ⑦ 對原圖元件進行布局，布線，構(gòu)成一個完整的原理圖。 Placepart ⑧ 編輯和調(diào)整。然后進行輸出存檔。 右鍵－ Properies? .DesignationPartFootrint Save ⑨ 打印或建立報表。 圖 protel 設(shè)計的流程圖 四川理工學(xué)院 本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 24 二、 用 Protel99 軟件畫出的 電路原理圖如下圖 所示 ，元器件清單請看附錄。 圖 系統(tǒng)電路原理圖 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計 25 167。 各部件電路介紹 一 ．測溫電路（圖 ） 圖 測溫電路 此測溫電路是一種典型的接口設(shè)計， P11 端口接單線總線。當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 變換操作時，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，需要在數(shù) 據(jù)線上加一個 ，另外兩個腳分別接電源和地。 二．晶振電路（圖 ） 圖 晶振內(nèi)部電路 晶振全稱是石英晶體振蕩器 ，它是一種重要的電子元件， 它分為有源晶振和無源晶振。有源晶振接上正負(fù)電源就可以有振蕩波形輸出，一般它比較大 ；無源晶振要外接一定的線路才能產(chǎn)生振蕩，比如加上兩個非門等 。 其特點是振蕩穩(wěn)定，誤差小應(yīng)用在頻率穩(wěn)定性要求高的地方。晶振電路里面一般有兩個電四川理工學(xué)院 本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 26 容， 這兩個電容叫晶 振的負(fù)載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容，一般在幾十皮 法 。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，一般訂 購晶振時候供貨方會問你負(fù)載電容是多少。 本次設(shè)計中這兩個電容都是 20 皮法 ，選用 晶振 的振蕩 頻率是 12MHZ。 三、 LED 顯示器電路（圖 ） 圖 LED 顯示電路 LED 顯示電路如圖 所示，它是用發(fā)光二極管顯示字段，分為共陰極和共陽極兩種。圖 給出了八段 LED 數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)圖和原理圖。圖 （ a）是八段共陰極 LED 顯示器，它將把個發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某發(fā)光二極管要點亮?xí)r，只需在該發(fā)光二極管 的陽極加高電 平即可。圖 （ b）是八段共陽極 LED 顯示器，它的操作與共陰極相反。 LED 顯示器也有 七段的，它只比八段 LED 少一只發(fā)光二極管 DP，其它結(jié)構(gòu)與八段 LED 完全相同。 圖 七段 LED 顯示器 (a)共陰極； （ b）共陽極； （ c）管腳配置 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計 27 根據(jù) LED 顯示器的結(jié)構(gòu)原理圖可知，通過數(shù)據(jù)線按照圖 給每段提供不同的數(shù)據(jù)， LED 顯示器就能組成不同的字符，我們把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)稱為“字形碼”。顯然，不同的字符需要不同的字形碼。例如，用共陰極的數(shù)碼管顯示“ 0”，數(shù)碼管的 f、 e、 d、 c、 b、 a段送高電平， dp、 g段送低電平，對應(yīng)的字形碼數(shù)據(jù)格式就應(yīng)該是 00111111（ 3FH）。也就是說在數(shù)據(jù)線上送數(shù)據(jù) 3FH，選通的對應(yīng)數(shù)碼管上就可以顯示數(shù)據(jù)“ 0”。共陰極的字形碼與顯示字符的對應(yīng)關(guān)系如表 61 所示，當(dāng)然共陽極的字形碼根據(jù)這個原理也很容易寫出來 ??4 。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 dp g f e d c b a 圖 字形碼數(shù)據(jù)格式 表 61 共陰極 LED 數(shù)碼管字形碼表 字形碼 3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07 7F 6F 顯示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 四．溫度調(diào)節(jié)電路及報警電路 本次設(shè)計的要求只需有溫度調(diào)節(jié)信號的輸出即可，不需要設(shè)計出具體的降溫電路和升溫電路 。所以我用一個發(fā)光二極管來檢測溫度控制信號的輸出，溫度調(diào)節(jié)電路 如圖 （ a）所示。報警電路如圖 （ b）所示 圖 （ a）溫度調(diào)節(jié)電路 圖 （ b）報警電路 四川理工學(xué)院 本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 28 第 7 章 溫度控制儀的軟件設(shè)計 167。 程序模塊設(shè)計 本次設(shè)計我采用的是模塊化程序結(jié)構(gòu)，可 以分成以下程序模塊： （ 1）系統(tǒng)初始化程序：實現(xiàn)完成變量的設(shè)定、中斷入口的設(shè)定、堆棧、輸入輸出口及外部件 的初始化工作。 （ 2）主程序 MAIN：完成鍵盤掃描、溫度值采集及轉(zhuǎn)換、溫度值的顯示、當(dāng)溫度值高于設(shè)定最高限時，驅(qū)動風(fēng)扇工作；當(dāng)溫度低于設(shè)定最低限時，驅(qū)動蜂鳴器報警。 （ 3）鍵盤掃描程序 KEYSCAN：完成鍵盤的掃描并根據(jù)確定的鍵值執(zhí)行相應(yīng)的功能，主要完成最高溫度、最低溫度的設(shè)定。 （ 4）溫度采集程序 GET_TEMPER：完成 DS18B20 的初始化并發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，經(jīng)過指定時間后讀取轉(zhuǎn)換的溫度值。 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過 3 個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行復(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 DS18B20 進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500μs ，然后釋放。 DS18B20 收到信號后等待 16～ 60μs 左右后發(fā)出 60～240μs 的存在低脈沖， CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。 （ 5）溫度轉(zhuǎn)換程序 TEMPER_COV：根據(jù)精度要求對采集到的溫度值進行處理并轉(zhuǎn)換成便于顯示的 BCD 碼。 （ 6）顯示子程序 DISPLAY：顯示實時溫度及設(shè)定溫度值。 （ 7） DS18B20 初始化子程序 INIT_1820： DS18B20 在工作之前必須按照指定的要求完成初始化工作，否則無法正常工作。 （ 8） DS18B20 讀寫子程序 WRITE_18 READ_18 READ_1820T 完成對DS18B20 的讀寫功能，其中， READ_1820 從 DS18B20 中讀出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，READ_1820T 從 DS18B20 中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計 29 （ 9）延時程序 DELAY、 DELAY1 滿足 DS18B20 要求的延時間隔及程序中的延時功能。 （具體的 匯編程序見附錄所示） 167。 軟件流程圖 一、主程序流程圖： 圖 主程序流程圖 Y Y Y Y 開始 初始化命令（ CPU和傳感器） 寫 DS18B20 暫存器 溫度檢測？ 溫度顯示？ 溫度設(shè)定？ 溫度檢測子程序 溫度顯示子程序 溫度設(shè)定子程序 過溫？ 降溫 /升溫電路 N N N Y 四川理工學(xué)院 本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 30 二、 DS18B20 初始化程序流程圖： Y N DS18B20 初始化 CLR DQ向 DS18B20 發(fā)出 reset 脈沖 等待 480μs 以上 ? N SETB DQ 等待 15~60μs DQ 是否變低？ 置 FLAG 標(biāo)志 并延時 200μs 初始化結(jié)束 清除 FLAG 標(biāo)志 圖 DS18B20 初始化程序流程圖 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計 31 三、 DS18B20 寫入子程序和讀取子程序流程圖： Y Y DS18B20 初始化 寫入 CCH,SKIP ROM 寫入 44H,發(fā)送轉(zhuǎn)換命令 CLR DQ,準(zhǔn)備發(fā)送 延時 15μs 寫入 1 位數(shù)據(jù) 延時 15~45μs SETB DQ 完成 1 位寫入 8 位寫完了嗎？嗎？ N 完 成 圖 DS18B20 寫入子程序 開 始 寫入 CCH,SKIP ROM 寫入 BEH,發(fā)送轉(zhuǎn)換命令 CLR DQ 準(zhǔn)備發(fā)送 SETB DQ 釋放總線 開 始 DS18B20 初始化 SETB DQ 延時 1μs 以上 延時 1μs 以上 讀取 1 位數(shù)據(jù) 延時 15~45μs 8 位讀完了嗎？嗎？ 完 成 N 圖 DS18B20 讀取子程序 四川理工學(xué)院 本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 32 四、鍵盤掃描子程序流程圖： 圖 鍵盤掃描子程序流程圖 開 始 0FEH— PORTA 是否 有按鍵輸入？ 是 S1 嗎？ Y 是 S2 嗎？ N 是 S3 嗎？ N 是 S4 嗎？ N 是第一次 輸入嗎？ Y 設(shè) 定最高溫度值 顯示“ H— ” N 是在設(shè)置狀態(tài)嗎？ Y 滿 60 嗎？ Y N=N+1 N 顯示“ XX” 是第一次輸入嗎？ Y 設(shè)定最低溫度值 Y 顯示“ L— ” 是在設(shè)置狀態(tài)嗎？ Y 減到 0 了嗎 ？ Y N=N+1 N 顯示“ XX” RET 保持溫度值 N N Y N N Y 保存設(shè)定值 N 數(shù)顯溫度控制儀的設(shè)計 33 第 8 章 硬件電路板的制作步驟 制作硬件電路板 需要 1 個繼電器來復(fù)位， 2 個 LED 來提示溫度指示 ，還有一個 AT89C51 單片機，一個 DS18B20 溫度傳感器，鍵盤，一個晶體振蕩器及其外圍電阻電容等。在確定電路的正確性可行性之后，開始使用 PCB 系統(tǒng)設(shè)計 PCB板 ，具體分為以下幾個步驟： ① 有關(guān)參數(shù)的設(shè)置。這一步主要設(shè)定自動布參數(shù)、自動布線參數(shù)、板面參數(shù)等。 ② PCB 板尺寸設(shè)計。在禁止布線層上，沿設(shè)計的 PCB 邊畫邊框線，即指定自動布局的范圍。這一步為自動布局打基礎(chǔ)。同時，在上層板面（即元器件面）沿禁止布線層的邊框圖線放置銅線，這是 PCB 板最后成型所必須的。 ③ 布局 就是根據(jù)原理圖上元器件之間的連接關(guān)系， 并考慮電磁兼容性以及元器件的安裝空間和散熱等，總是將元器件放置在 PCB 電路板上適當(dāng)?shù)奈恢?。布局的好壞直接?