【正文】 本文能夠成功的完成，要特別感謝我的指導(dǎo)老師對我的精心指導(dǎo)，讓我獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力 。在仿真過程中，由于仿真軟件庫內(nèi)沒有 DS18B20 這個元件，并且動態(tài)顯示在仿真時數(shù)碼顯示不穩(wěn)定，所以仿真時采用了靜態(tài)顯示，并利用軟件來模擬溫度的變換，從而仿真得到系統(tǒng)工作的整個過程。設(shè)計中用到了 KEIL C51 、 PROTEL99SE、 等設(shè)計與仿真軟件，作者本著安全性、可靠性、穩(wěn)定性和易擴展性等設(shè)計原則，對各方案進行了細心的比較， 并對設(shè)計中使用的芯片進行了仔細的分析， 力求設(shè)計出一個安全、穩(wěn)定、可靠的溫度控制系統(tǒng)。 基于單片機的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計 19 9 系統(tǒng)制作與測試 系統(tǒng)的 PCB 板見圖 18，所用元件見表 3。 掉電保護 : 在掉電中斷子程序中，首先進行現(xiàn)場保護，保存當時重要的狀態(tài)參數(shù)，當電源恢復(fù)正常時， CPU 重新復(fù)位，恢復(fù)現(xiàn)場，繼續(xù)未完成的工作。 軟件抗干擾技術(shù) 人工復(fù)位 : 對于失控的 CPU，最簡單的方法是使其復(fù)位，程序自動從 0000H 開始執(zhí)行。 配置去耦電容 : 原則上每個集成電路芯片都應(yīng)安置一個 的陶瓷電容器，可以消除大部分高頻干擾。 基于單片機的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計 18 圖 17 系統(tǒng)進入保溫狀態(tài)仿真圖 8 抗干擾技術(shù) 硬件抗干擾技術(shù) 光電隔離 : 在輸入和輸出通道上采用光電隔離器來進行信息傳輸 是很有好處的，它將微機系統(tǒng)與各種傳感器、開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)從電氣上隔離開來，很大一部分干擾將被阻擋。綠色“加熱狀態(tài)燈” D2 亮，黃色“輸出控制狀態(tài)燈” D3 亮，系統(tǒng)控制加熱器對水進行加熱。 圖 14 二進制文件的調(diào)入 仿真開始時，仿真圖如圖 15 所示，數(shù)碼管都顯示為零，只有紅色“未加熱狀態(tài)燈” D1亮。 由于 Proteus 軟件庫內(nèi)沒有本系統(tǒng)所用到的 DS18B20 測溫元件，所以在仿真時，系統(tǒng)電路作了一些調(diào)整。 Proteus 軟件 是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件，Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等， Proteus 為使用者建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境！ Proteus 產(chǎn)品系列也包含了革 命性的 VSM 技術(shù) [8],用戶可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真，是一款非常優(yōu)秀的單片機仿真軟件。 以上 3 種方法調(diào)試完成以后，即可通過 EPROM 寫入器，將目標代碼寫入 EPROM 中，并將其插至機器的相應(yīng)插座上，系統(tǒng)便可投入運行。在進行手工匯編時，要特別注意轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令、查表指令。 手工匯編 這種方法是最原始，但又是一種最簡捷 的調(diào)試方法，且不必增加調(diào)試設(shè)備。 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試根據(jù)開發(fā)的設(shè)備情況可以有以下方法： 交叉匯編 用 IBM PC/XT 機對 MCS— 51系列單片機程序進行交叉匯編時，可借助 IBM PC/XT機的行編輯和屏幕編輯功能，將源程序按規(guī)定的格式輸入到 PC 機，生成 MCS— 51 HEX目標代碼和 LIST 文件。 對擴展的 RAM、 ROM 進行檢查調(diào)試 一般先后寫入 55H、 AAH，再讀出比較，以此判斷是否正常。 基于單片機的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計 15 檢查 I/O 地址分配器。 檢查 CPU的時鐘電路 通過測試 ALE信號，如沒有 ALE信號，則判斷是晶體或 CPU 故障，這稱之為 “ 心臟 ” 檢查。這部分工作是一種經(jīng)驗性很強的工作，一般來說，設(shè)計制作的樣機不可能一次性完好， 總是需要調(diào)試的。有時為保護芯片，先對各管座的電位（或電源）進行檢查，確定其無誤后再插入芯片檢查。 調(diào)試工作的主要任務(wù)是排除樣機故障，其中包括設(shè)計錯誤和工藝性故障。但系統(tǒng)采用 6 MHz晶振，最大定時為 130 ms，為實現(xiàn) 15 s 定時，這里另行設(shè)了一個軟件計數(shù)器。定時器 0 中斷服務(wù)基于單片機的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計 13 子程序是溫度控制體系的主體，用于溫度檢測、控制和報警（包括啟動溫度轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處理、輸出控制脈沖等）。 圖 11 報警子程序流程 主程序和中斷服務(wù)程序流程 主程序采用中斷嵌套方式設(shè)計，各功能模塊可直接調(diào)用。根據(jù)設(shè)計要求，當檢測到當前溫度值高于設(shè)定溫度值 3℃時報警，報警的同時關(guān)閉電熱器。 控制模塊 溫度控制子程序流程如圖 10 所示，將當前溫度與設(shè)定好的溫度比較，當當前溫度小于設(shè)定溫度 時，開啟電熱器；當當前溫度大于設(shè)定溫度時，關(guān)閉電熱器；當二者相等時，電熱器保持這一狀態(tài)。 系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯示為零，根據(jù)按 KEY1 次數(shù) ,決定顯示的狀態(tài)，根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)，利用 KEY KEY3 進行加減，當溫度設(shè)定好之后，再按 KEY1 確定，系統(tǒng)開始測溫，開啟加熱器。 KEY2（ ） : 設(shè)置溫度“ +”。共三個按鍵。當檢測到有鍵閉合時先去除抖動，這里采用軟件延時的方法，延時一段時間后，再確定是否有鍵閉合，然后將設(shè)定好的值送入預(yù)置溫度數(shù)據(jù)區(qū)，并調(diào)用溫度合法檢測報警程序，當設(shè)定溫度超過最大值如 90℃時就會報警，最后當啟動鍵閉合時啟動加熱。 鍵盤管理模塊 鍵盤管理子程序流程如圖 9所示 。 根據(jù)以上對操作和工作過程的分析，程序應(yīng)分為兩個階段：一是通電或復(fù)位后到啟動加熱，程序主要是按鍵設(shè)定、顯示器顯示設(shè)定溫度；二是檢測并顯示系統(tǒng)的實時溫度，并根據(jù)檢測的結(jié)果控制電熱器，這時系統(tǒng)不接收鍵盤的輸入。啟動加熱以后就不能再設(shè)定溫度，因為溫度的設(shè)定可以根據(jù)實驗要求改變。加熱器開始時處于停止狀態(tài)，首先設(shè)定溫度，顯示器顯示溫度，溫度設(shè)定后則可以啟動加熱。同時，電路中的發(fā)光二極管指示出電路的工作狀態(tài)。 R8 和 C6是 Q2 的保護電路。 當電源控制電路的輸出管腳送出的開關(guān)控制指令為高電平， MOC3041 截止， Q2截止，電器被關(guān)閉；當電源控制電路送出的開關(guān)控制指令為低電平， MOC3041 導(dǎo)通， Q2 導(dǎo)通，電器被打開。電路連接如圖 6所示， 其在電路中的工作原理是單片機根據(jù) 傳感器和設(shè)定開關(guān)輸入的控制指令，控制電器的電源通斷。加熱電路中采用 MOC3041 的目的有兩個 :其一是實現(xiàn)強電與弱電的隔離 。當一方完成數(shù)據(jù)通信需要釋放總線時，只需將總線置高點平即可；若需要獲得總線進行通信時則要監(jiān)視總線是否空閑，若空閑，則置低電平獲得總線控制權(quán)。 （ 4） DS18B20 在電路中的連接，見圖 6。 圖 5 DS18B20的寫時序圖 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0時序和寫 1時序兩個過程。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成。 圖 4 DS18B20的讀時序圖 對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0時序和讀 1時序兩個過程。 （ 1） DS18B20 的復(fù)位時序，見圖 3 圖 3 DS18B20的復(fù)位時序圖 置總線為低電平并保持至少 480us，然后拉高電平，等待從端重新拉低電平作為響應(yīng)，則總線復(fù)位完成。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要 求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。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。 由于 DS18B20 是在一根 I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。當被用著在寄生電 源下，也可以向器件提供電源。 DS18B20 的引腳及功能介紹 DS18B20 的外形及 TO－ 92 封裝引腳排列見左圖，其引腳功能描述見表 1，實測溫度和數(shù)字輸出的對應(yīng)關(guān)系見表 2. 表 1 DS18B20詳細引腳功能描述 表 2 溫度值分辨率配置表 溫度 數(shù)字輸出（二進制） 數(shù)字輸出（十六進制） +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +℃ 0000 0001 1001 0001 0191H