【正文】 1溫 度 1溫 度 + 1溫 度 1確 認 鍵結(jié) 束NY 圖 20 鍵掃描 處理 子程序流程圖 實現(xiàn)溫度的實時顯示，如圖 21 所示 [13]。 各模塊子 程序設(shè)計 1． 鍵盤 掃描 處理子 程序 完成對 溫度上下限 的設(shè)定 警功能 。 (3)按鍵檢測 檢測是否有按鍵按下 ， 來調(diào)節(jié)上下線溫度。 控制算法在主程序中實現(xiàn)，軟件總體結(jié)構(gòu)如圖 19 所示 德州學(xué)院 機電工程系 2021 屆 機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 開 始系 統(tǒng) 初 始 化溫 度 測 試溫 度 顯 示是 否 有 按 鍵 按 鍵 處 理比 較 設(shè) 置 溫 度 與當 前 溫 度 大 小繼 電 器 控 制 程 序YN 圖 19 系統(tǒng)主程序流程圖 主程序主要完成以下幾部分任務(wù) [11]： (1)初始化 設(shè)置各參數(shù)的初始值，設(shè)定中斷及定時器。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、鍵盤等模塊。 7 DB0 低 4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位） 。 5 R/W R/W 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 引腳 符號 功能說明 1 VSS 一般接地 2 VDD 接電源（ +5V） 3 V0 液晶顯示器對比度調(diào)整端，接地電源時對比度最高 ， 接正電源時對比度最弱（使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比 度）。 1602 基本 參數(shù) 為 顯示容量 :162 個字符 、 芯片工作電壓 :— 、 工作電流 :()、 模塊最佳工作電壓 :、 字符尺寸 :(WH)mm 。主機輸出低電平延時 2微秒 ，然后主機轉(zhuǎn)入輸入模式 并 延時 12微秒 ，然后讀取總線當前電平， 最后再 延時 50 微秒 [8]。每個讀時序都由主機發(fā)起，至少拉低總線 1德州學(xué)院 機電工程系 2021 屆 機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 微秒 。 (3) 讀時序 圖 主機采樣主機采樣454511主機寫1時 序主機寫0時 序 圖 11 讀時序 主機發(fā)出讀時序 時 ，從機 才向主機傳輸數(shù)據(jù) ，所以 在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便從機能夠傳輸數(shù)據(jù) 。寫 1時序，主機 會 輸出低電平， 并 延時 2 微秒 ，然后釋放總線， 再 延時 60 微秒 。 (2) 寫時序 圖 采樣15~45采樣15~4511主機寫1 時序主機寫0 時序 圖 10 寫時序 寫時序包括寫 0和寫 1時序。主機 會 輸出低電平 并保持 時間 480 微秒 以德州學(xué)院 機電工程系 2021 屆 機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 上 ， 從而 產(chǎn)生復(fù)位 信號 。 (1) 初始化時序 圖 響應(yīng)脈沖60 ~2 40等待1 5 60主機 最小4 80主機復(fù)位脈沖最小4 80 US 圖 9 初始化時序 總線上的所有 操作 都 是 從 初始化 后 開始的，主機響應(yīng)應(yīng)答脈沖。 復(fù)位要求主 CPU將數(shù)據(jù)線下拉 500微秒，然后釋放， DS18B20 收到信號后等待 15～ 60微秒左右后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU收到此信號表示復(fù)位成功。 這時 溫度寄存器中的數(shù)值即為所測 的 溫度 [7]。 DS18B20 的測溫原理 ： 減法計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù) ， 當減法計數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時，溫度寄存器的值將 會自動 加 1。 減法計德州學(xué)院 機電工程系 2021 屆 機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 數(shù)器對脈沖信號進行減法計數(shù)。 溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生減法計數(shù)脈沖信號， 低溫度系數(shù)振蕩器受溫度的影響 度 很小 ， 所以 用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號 ，此信號 送給減法計數(shù)器 1， 高溫度系數(shù)振蕩器隨溫度變化其振蕩頻率 的改變而改變 ， 所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2的脈沖輸入 。 表 1 DS18B20 芯片的引腳功能圖 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 溫度傳感器 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 下 圖 6所示，主要 包括： 64 位 ROM、溫度傳感器、高速緩存器及配置寄存器等部分組成。 3 VDD 可選擇為 VDD引腳。開漏單總線接口引腳。 DS18B20 是 DALLAS 公司繼 DS1820 后推出的一種改進型智能數(shù)字溫度傳感器， 性價比非常好， 只需要一根線就能直接讀出被測溫度，并可根據(jù)實際需求編程實現(xiàn) 9～ 12 位數(shù)字值的讀數(shù)方式 [6]。其最小系統(tǒng)電路圖如下圖 5 所示 。 其復(fù)位 電路原理圖 如 圖 4 所示 。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路給電容 C 充電加至 RST 引腳一個短的高電平信號，次信號隨著 VCC 對電容 C的充電過程而逐漸回落，即 RST引腳上的高電平持續(xù)時間取決于電容 C的充電時間。 圖 3 時鐘電路原理圖 復(fù)位 是單片機的初始化操作，只需給 AT89S51 的復(fù)位引腳 RST加上大雨 2個機器周期（即 24個時鐘震蕩周期）的高電平就可使 AT89S51復(fù)位。因此時鐘頻率直 接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。 I/O口引腳 —— P0、 P P P3，為 4個 8 位 I/O 口的外部引腳 。 AT89S51 引腳簡單介紹 圖 2 AT89S51引腳圖 德州學(xué)院 機電工程系 2021 屆 機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 40個引腳按其功能可分為如下 3類： 電源及時鐘引腳 —— VCC、 VSS、 XTAL XTAL2。 3 系統(tǒng)的硬件及各 模塊 電路設(shè)計 中央處理器 中央微處理器 AT89S51： AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash 只讀程序存儲器，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80S51 引 腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 方案 二 ： 采用 LCD 液晶屏進行顯示。 顯示 模塊 方案一： 采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼 LED顯示器。但可以由多路加熱絲組成功率控制 ， 由單片機對溫差的處理實現(xiàn)分級功率控制提高系統(tǒng)動態(tài)性能。繼電器無需外加光耦，自身即可實現(xiàn)電氣隔離。 方案二：采用繼電器控制。 比較以上方案 ， 由于 DS18B20 將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、 A/D轉(zhuǎn)換、 接口全部集成于一芯片，與單片機連接簡單、方便 與 AD590 相比是更新一代的溫度傳感器， 所以溫度傳感器采用 DS18B20[3]。 其 典型產(chǎn) 品有 DS18B20。 由于 AD590 的增益有偏差 ，因此 應(yīng)對采集 電路進行調(diào)整，增加設(shè)計難度。 AD590 是溫度 電流傳感器，對于提高系統(tǒng)抗干擾能力有很大的幫助。 溫度 模塊 （ 1） 溫度采集單元 方案一： 采用模擬集成溫度傳感器 德州學(xué)院 機電工程系 2021 屆 機械設(shè)計制造及自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 模擬 集成傳感器是采用 硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器 。 其代表為 AT89S51。 方案二：采用單片機作為系統(tǒng)控制器。 DSP 具有對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部因素影響小，容易實現(xiàn)集成，可分時復(fù)用，共享處 理器，方便調(diào)整處理器的系數(shù)實現(xiàn)自適應(yīng)，可用于頻率非常低的信號等優(yōu)點。 系統(tǒng)框圖如圖 1： A T 8 9 S 5 1單 片 機鍵 盤溫 度 傳 感 器溫 度 控 制顯 示 電 路報 警 電 路 圖 1 系統(tǒng)框圖 2 系統(tǒng) 各模塊 方案論證 與選擇 主控 制器 模塊 方案一：采用 DSP 作為系統(tǒng)控制器。檢測范圍 5 攝氏度到 60 攝氏度。 采 用 DS18B20 數(shù)字 溫度傳感器 ，省卻了采樣 、 保持電路 ， 運放 ， 數(shù) 、模轉(zhuǎn)換電路以及進行長距離傳輸時的串、 并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了 制作 時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。 系統(tǒng)程序主要包括 ： 主程序 、 溫度采集子程序、 溫度控制子程序 、 顯示子程序 、報警子程序 。 用單片機將檢測到的溫度信號與輸入的溫度上限、溫度 下限進行比較 ， 并 作出判斷是否啟動繼電器以開啟 加熱制冷 設(shè)備 以控制溫度 ， 而且 在設(shè)計中還加入常用的 LCD液晶顯示及常用電路，使得整個設(shè)計更加 完善 。 溫度控制系統(tǒng)的主要要求是 確保 溫度在一定 規(guī)定的 范圍內(nèi)變化， 并要求其溫度 穩(wěn)定性好 且 不震蕩 。 溫度 在我們 日常生活中 是 無時不在的物理量，溫度的控制 問題 在各個 方向 領(lǐng)域都有著 積極的意義。軟件設(shè)計部分 在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有： 液晶 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、超溫報警程序 。 該控制系統(tǒng)的包括：溫度檢測電路、溫度控制電路、 液晶顯示電路 和一些接口電路 。 指導(dǎo)教師評議 （指出優(yōu)點和不足，如有其它建議，可另附頁） 簽 名： 年 月 日 備 注： 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................... 1 1 系統(tǒng)的總體設(shè)計 .......................................................................................................................... 1 設(shè)計背景 .................................................................................................................................. 1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案簡介 .......................................................................................................... 1 2 系統(tǒng)各模塊方案論證與選擇 ...................................................................................................... 2 主控制器模塊 .......................................................................................................................... 2 溫度模塊 .................................................................................................................................. 2 顯示模塊 .................................................................................................................................. 3 3 系統(tǒng)的硬件及各模塊電路設(shè)計 ................................................................................................. 4 中央處理器 .............................................................................................................................. 4 DS18B20 的簡介及其與單片機接口電路設(shè)計 ...................................................................... 6 LCD 顯示模塊及其與單片機的接口電路 ............................................................................ 10 電源、按鍵、報警、溫度控制模塊 ..................