【正文】 作者：楊玉娟 2020 年 4 月 10 日 37 參考文獻 [1] 何立民 . 單片機高級教程應用與設計 [M].北京：北京航空航天大學出版社 ， [2] 胡漢才 .單片機原理及接口技術 [M].北京：清華大學出版社， 1999 [3]歐陽文 .ATMEL89 系列單片機的原理與開發(fā)實踐 [M].北京：中國電力出版社 ， [4]樊尚春 .傳感器技術及應用 [M].北京航空航天大學出版社 ， [5]高鵬等 .Protel99 入門與提高 [M].人民郵電出版社 ， 2020 [6]劉亮 .先進傳感器及應用 [M].化學工業(yè)出版社， 2020 [7]潘永雄 .新編單片機原理與應用 [M].西安 :西安電子科技大學出版社 ，2020 [8]徐鳳霞，趙。在我大學期間每一個教過我的老師，他們悉心的指導才有我今天的成績，洛陽理工學院電氣工 程與自動化系的各位老師，謝謝你們！ 另外，我還要對平時幫助我的同學致以誠摯的謝意，沒有他們在我平時的學習生活中對我的批評指正，我不會進步。通過這次畢業(yè)設計，我在張老師的悉心指導下學到了學會了很多東西。 36 謝 辭 本次設計最終得以順利完成，張娟梅老師功不可沒，因為是她帶領我們一路走來的。由于采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 采集溫度，所以，詳細介紹了 DS18B20 的運用；軟件設計方面采用匯編語言對系統(tǒng)的軟件編程，為了便于編寫、調試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設計方法。 設計是以 80C51 單片機為核心進行的，數(shù)據(jù)采樣模塊采用可直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，使系統(tǒng)的軟、硬件都簡化了很多；采用繼電器驅動模塊作為為系統(tǒng)的降溫部分，大大地簡化了系統(tǒng)硬件電路。將程序下載到硬件電路中，實現(xiàn) 溫控 功能。 C退 出 ?返 回跳 到 9 9 39。 C ?溫 度 加 1 39。 C ?溫 度 減 1 39。也可以將全部程序均安排在前臺，后臺程序為“使系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。整個系統(tǒng)軟件可分為后臺程序（背景程序）和前臺程序。這如同當一名操作工人比較容易，而當一個廠長就比較難一樣。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結構。在對各執(zhí)行模塊進行定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。這兩類軟件的設計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設計偏重算法效率，與硬件關系密切，千變萬化。 軟件任務分析環(huán)節(jié)是為軟件設計做一個總體規(guī)劃。接著將程序下載到硬件電路中，配合周邊的溫度采集電路，時鐘電路，溫度控制電路，顯示電路等，制作出符合設計要求的恒溫箱。 本章小結 本章詳細的講述了以 80C51 為核心元件的恒溫箱的硬件電路具體設計過程，分析了具體電路的工作原理。在這條命令發(fā)出之后，對于所發(fā)出的第一個讀數(shù)據(jù)時間片，器件會輸出溫度轉換忙的標識： “ 0” =忙， “ 1” =準備就緒。 ? Recall E2（重新調整 E2） [B8H] 21 這條命令把貯存在 E2 中溫度觸發(fā)器的值重新調至暫存存儲器。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙 ，而 DS18B20 又忙于做時間轉換的話， DS18B20將在總線上輸出 “0”，若溫度轉換完成，則輸出 “ 1” 。 ? Convert T（溫度變換） [44H] ? 這條命令啟動一次溫度轉換而無需其他數(shù)據(jù)。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而 DS18B20 又正在忙于把暫存器拷貝到E2 存儲器， DS18B20 就會輸出一個 “ 0” ，如果拷貝結束的話，DS18B20 則輸出 “ 1” 。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復位命令來中止讀取。 ? Read Scratchpad（讀暫存存儲器） [BEH] ? 這個命令讀取暫存器的內容。接下來寫入的兩個字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置 2 和 3。貯存在EEPROM 內的觸發(fā)器值用于告警。告警的條件定義為溫度高于 TH 或低于 TL。 ? Alarm Search(告警搜索 )[ECH] ? 此命令的流程與搜索 ROM 命令相同。 ⑩ Search ROM( 搜索 ROM)[F0H] ? 當系統(tǒng)開始工作時，總線主機可能不知道單線總線上的器件個數(shù)或者不知道其 64 位 ROM 編碼。 ⑧ Skip ROM( 跳過 ROM )[CCH] ⑨ 在單點總線系統(tǒng)中，此命令通過允許總線主機不提供 64 位 ROM 編碼而訪問存儲器操作來節(jié)省時間。所有與 64 位 ROM 序列不符的從片 將等待復位脈沖。 ⑥ Match ROM( 符合 ROM)[55H] ⑦ 此命令后繼以 64 位的 ROM 數(shù)據(jù)序列，允許總線主機對多點總線上特定的 DS18B20 尋址。此命令只能在總線上僅有一個 DS18B20的情況下可以使用。所有 ROM 操作命令均為 8 位長。存在脈沖讓總線控制器知道 DS1820 在總線上且已準備好操作。 DS18B20 工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化 ——ROM 操作命令 ——存儲器操作命令 ——處理數(shù)據(jù) ① 初始化 ② 單總線上的所有處理均從初始化序列開始。測量結果存入溫度寄存器中。當計數(shù)門打開時， DS18B20 進行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。 DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術。 溫度寄存器中的溫度值以 9 位數(shù)據(jù)格式表示 ，最高位為符號位，其余 8 位以二進制補碼形式表示溫度值。這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終 27 讀取的溫度值了，其最后位代表 ℃ ，四舍五入最大量化誤差為 177。 DS18B20 內部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預置數(shù)也隨溫度相應變化。 初始時，計數(shù)器 1 預置的是與 55℃ 相對應的一個預置值。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I N T 012P 3 .3 /I N T 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115U18 0 C 5 1S R C F I L E = te x t. U v 22 5 . 0DQ2V C C3G N D1U2D S 1 8 B 2 0H E A TC O O LR31 0 kR41 0 kR51 0 k 圖 39 溫度采集電路 高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器 2 提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。 26 溫度采集電路 溫度采集電路如圖 39 所示，圖中 U2 為溫度采集電路的核心部件，溫度傳感器 DS18B20，下面將詳細介紹它的參數(shù)和用法。如圖 38 所示為溫度指示燈電路。 指示燈電路 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I N T 012P 3 .3 /I N T 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115U18 0 C 5 1S R C F I L E = te x t. U v 2溫度顯示切換溫度設定實時 設定R 1 11 0 kR 1 21 0 kR61 0 k 圖 38 溫度指示燈電路 在實時溫度和設定溫度切換時，為了明白 LED 數(shù)碼管顯示的是哪種溫度，可以用兩個發(fā)光二極管來指示，如果標有“實時溫度”標記的發(fā)光二極管點亮，則表示數(shù)碼管顯示的是實時溫度，如果標有“設定溫度” 標記的發(fā)光二極管點亮，則表示數(shù)碼管顯示的是設定溫度。 如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時子程序便可直接插入讀鍵過程中。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷哪個鍵按 下了。在控制電路中，如果按鍵數(shù)不多是可以使用 25 一個按鍵對應一條輸入位線控制，即獨立式按鍵。一般在按鍵較多時，采用軟件的方法消除抖動，即在第一次檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一段延時 12~15ms 的子程序后，再確認該鍵電平是否任保持為閉合狀態(tài)電平，如果保持為閉合狀態(tài)電平就可以確認真有按鍵按下，從而消除抖動的影響。按鍵的確認反映在電壓上，就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。按鍵抖動波形如圖 37 所示。 按鍵開關 理 想 按 鍵 電 壓 波 形按 下 釋 放實 際 按 鍵 電 壓 波 形前 沿抖 動后 沿抖 動穩(wěn) 定 閉 合 圖 37 按鍵抖動電壓 波形 按鍵開關為機械彈性開關，當按下鍵帽時，按鍵內的復位彈簧片被壓縮，動片觸電與靜片觸電相連，鍵盤的兩個引腳被接通；松手后，復位彈簧將動片彈開，使動片與靜片脫離接觸，鍵盤的兩個引腳被斷開。若要以開關作為輸入電路，通常會接一個電阻到 Vcc 或 GND，做上拉電阻或下拉電阻，如圖 36 所示有兩種開關電路可供選擇。而單片機的~ 口則負責將字段碼數(shù)據(jù)傳送給 LED 數(shù)碼管。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的方 法，輪流控制各個 LED 數(shù)碼管的公共端，使各個顯示器輪流點亮。 表 31 七段顯示譯碼器的真值表及段碼表 字 符 h g f e d c b a 字段碼 0 0 0 1 1 1 1 1 1 共陰字碼段 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 共陰字碼段 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 共陰字碼段 5BH 3 0 1 0 0 1 1 1 1 共陰字碼段 4FH 4 0 1 1 0 0 1 1 0 共陰字碼段 66H 5 0 1 1 0 1 1 0 1 共陰字碼段 6DH 6 0 1 1 1 1 1 0 1 共陰字碼段 7DH 7 0 0 0 0 0 1 1 1 共陰字碼段 07H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 共陰字碼段 7FH 9 0 1 1 0 1 1 1 1 共陰字碼段 6FH A 0 1 1 1