【正文】 溫控系統(tǒng)時，允許在單線總線上掛接多片 DS18B20。溫度 /數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間的典型值為 200ms，最大值為 500 ms。 （ 2）測溫范圍是 — 55～ +125℃。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。注意顯示字符時光標(biāo)是自動右移的，無需人工干預(yù)，每次輸入指令都先調(diào)用判斷液晶模塊是否忙的子程序 DELAY，然后輸入顯示位置的地址 0O0H，最后輸入要顯示的字符 A的代碼 41H。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符， 表 2— 7— 2 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。 指令 10：寫數(shù)據(jù) 指令 11：讀數(shù)據(jù) 1602 液晶顯示模塊可以和單片機(jī) 8051 直接連接，電路如 圖 2— 7— 3所示。高電平表示有效，低電平則無效 指令 4：顯示開關(guān)控制。 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如 表 2— 7— 1 所示 : 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 置字符發(fā)生存儲器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存儲器地址（ ACG） 置數(shù)據(jù)存儲器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存儲器地址（ ADD） 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址（ AC） 寫數(shù)到 CGRAM 或 DDRRAM 1 0 要寫的數(shù)據(jù) 從 CGRAM 或 DDRRAM 1 1 讀出的數(shù)據(jù) 表 2— 7— 1 1602 液晶模塊指令表 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都 可以 通過指令編程來實現(xiàn)。 D0~D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 本設(shè)計使用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，容量為1行 2行 16 個字。 8051 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2— 7— 2 所示。 CPU 在第二個機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，以后每一個機(jī)器周期重復(fù)一次，直至 RESET 端電平變低。 RESET 由高電平變低電平后，單片機(jī) 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 16 頁 共 57 頁 從 0000h 地址開始執(zhí)行程序，其初始復(fù)位不影響內(nèi)部 RAM 的狀態(tài)，包括工作寄存器 R7～R0。所謂復(fù)位，就是讓單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在正式工作之前處于一種特定狀態(tài)，即正式工作前的起點，這個任務(wù)就是由復(fù)位電路來完成。在本系統(tǒng)中采用 頻率。 8051 工作時所需的時鐘可通過其 XTALL 輸入引腳由外部輸入，也可采用芯片內(nèi)部的振蕩器。數(shù)據(jù)總線僅在 RALU 與寄存器陣列或 SFR 之間傳送數(shù)據(jù)，地址總線用作上述數(shù)據(jù)傳送 的地址總線或用作與寄存器控制器連接的多路復(fù)用地址 /數(shù)據(jù)總線。 CPU 內(nèi)部的一個控制單元和兩條總線寄存器陣列和 EALU 連接起來。 8051CPU的主要特色是體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，售價低，使用方便。 8051CPU中的主要元件有 ：高速寄存器陣列、特殊功能寄存器（ SFR）、寄存器控制器和算術(shù)邏輯單元（ RALU）。 8051單片機(jī)引腳采用 40雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。由于大的高度集成化已把許多常駐用的輸入檢測輸出控制通道都制作在同一塊硅片上，大大地靈活了外部連線，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且速度快（時鐘 12MHz），非常適合于工業(yè)環(huán)境下安裝使用。 主要元件簡介 1. 8051 單片機(jī) 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 57 頁 8051 是 Intel 公司于 80年代初推出的 8 位嵌入式微控制器（內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為 8位，外部數(shù)據(jù)總線為 8 位），它與 MCS－ 96系統(tǒng)中的其它芯 片相比，具有性能高、功能全、售價低廉、使用方便（ 48PINDIP）等優(yōu)點。 圖 2— 6— 1 電源系統(tǒng)電路圖 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)硬件配置 采用總線型結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 發(fā)光二極管在這里 作 為電源指示 ，R3 為 LED 的限流電阻。 繼電器和直流電機(jī)風(fēng)扇 用到 12V電源， 單片機(jī)等 使用 +5V電源。 本設(shè)計 使用 4 個二極管 構(gòu)成的 橋式整流電路 為其 整流電路，如 圖2— 6— 1 所示。其電路圖如圖 2— 5— 2 所示 。要實現(xiàn)的功能是在第一種工作模式下時，當(dāng)現(xiàn)場溫度高于用戶設(shè)定的上限溫度時，紅色發(fā)光二極管點亮；當(dāng)現(xiàn)場溫度低于用戶設(shè)定的下限溫 度時，藍(lán)色發(fā)光二極管點亮。其電路圖如圖 2— 5— 1 所示。聲報警通過 接控制愛迪克系統(tǒng)的音效模塊發(fā)聲，用單片機(jī)控制 產(chǎn)生一定頻率的方波就可以實現(xiàn)音效模塊的發(fā)聲。第一個鍵的作用是配合第三個鍵（加 1）和第四個鍵（減 1）對進(jìn)行時間設(shè)定，第二個鍵的作用是配合第三個鍵（加 1）和第四個鍵（減 1）對上、下限溫度進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)的連接圖如圖 2— 4— 1所示。系統(tǒng)給操作者提供容易理解和充分的信息提示，以方便操作者的正確使用。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 13 頁 共 57 頁 鍵盤顯示系統(tǒng) 本系統(tǒng)的用戶界面利用人機(jī)工程學(xué)原理，運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)理論和系統(tǒng)科學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計，使其能夠適合操作者的應(yīng)用需求。 為“ 1”時，輸出 12V； 為“ 0”時，輸出 0V。轉(zhuǎn)速大小則是由輸出脈沖的占空比來決定的，正向占空比越大則轉(zhuǎn)速越快，反向轉(zhuǎn)則占空比越小轉(zhuǎn)速越快。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 57 頁 圖 2— 3— 1 DDC 控制下的現(xiàn)場溫度曲線 此系統(tǒng)由繼電器及其驅(qū)動電路，直流電機(jī)風(fēng)扇，散熱片及電加熱器組成，完成溫度的升降。 DDC 控制 是當(dāng) 現(xiàn)場 溫度在 用戶 設(shè)定 的上、下限 溫度范圍內(nèi) 時 ，加熱器 或降溫器 的 工作 隨著溫度 接近臨界值 而 相應(yīng)調(diào)整 的一種控制方式，通常所說的 DDC 段一般定為 177。系統(tǒng)電路圖如下 圖 2— 2— 3所示。 DS18B20 與微處理器的電路接法如 圖 2— 2— 2所示： 寄生電源接法 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 57 頁 外部電源接法 圖 2— 2— 2 DS18B20 與微處理器連接圖 而傳統(tǒng)溫度采集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)則通過溫度 傳感器集成芯片將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電流值變化量，輸入放大電路轉(zhuǎn)換為電流變化量，再輸入 ADC0809 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單線總線加低電平的轉(zhuǎn)換時間超過 480us 時，總線上所有的器件均被復(fù)位。 單線總線雜空閑狀態(tài)下呈高電平。在單線總線上必須接上拉電阻，其電阻值約為 5KΩ（標(biāo)稱值可取 KΩ 或 KΩ）。 根據(jù)定義，單線總線只有一根線，這意味著總線上每個器件只能分時驅(qū)動單線總線，并 要 求 每 個 器 件 必 須 有 漏 極 開 路 輸 出 或 三 態(tài) 輸 出 的 特 性 。其工作在在 12 位模式下時，所對應(yīng)的溫度分辨力高達(dá) ℃?；诤喕娐?，提高性價比的考慮，本設(shè)計采用集成化智能型溫度傳感器 DS18B20 完成現(xiàn)場溫度的采集。 LED 燈在單片機(jī)的控制下點亮，同時蜂鳴器發(fā)出報警聲，通知用戶 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 57 頁 采取相應(yīng)的措施。 （ 6）紅、藍(lán)色 LED，蜂鳴器：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的報警功能。 圖 2— 1— 1系統(tǒng)基本硬件結(jié)構(gòu)框圖 （ 4）人機(jī)交互模塊：用 4X1 鍵盤和液晶顯示器構(gòu)成友善的人機(jī)交互界面。隨機(jī)型固態(tài)繼電器采用低電壓輸入方式，一般為 DC3～ 10V，用可控硅做輸出器件。其精度可精確到小數(shù)點后四位。其功能和原理如下： （ 1） 8051：負(fù)責(zé)中心運(yùn)算和控制，協(xié)調(diào)系統(tǒng)各個模塊的工作。數(shù)字控制器的輸出經(jīng)標(biāo)度變 換后送給 8051 內(nèi)部定時計數(shù)器轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩碗娖降牟煌掷m(xù)時間，送至 繼電器及其驅(qū)動電路 ，觸發(fā)晶閘管并改變其導(dǎo)通角大小，從而控制電加熱器的加熱電壓，起到控溫的作用。用戶設(shè)定值由鍵盤輸入。 2. 多功溫度控制系統(tǒng)總體分析與設(shè)計 溫度控制系統(tǒng)的組成和工作原理 多功能溫度控制系統(tǒng)能是以 8051 單片機(jī)作為核心，周邊設(shè)備使用 DS18B20 型單線智能溫度傳感器、液晶顯示芯片 74HC00、繼電器及其驅(qū)動電路、紅、藍(lán)色發(fā)光二極管、蜂鳴器、電加熱器、直流電機(jī)風(fēng)扇等。 （ 4）更加人性化的設(shè)計。 （ 2）能夠以 DDC 控制方式，進(jìn)行升溫、降溫過程。其中數(shù)字控制器的功能由 8051 單片機(jī)實現(xiàn)。本設(shè)計從成本、設(shè)計復(fù)雜度、實用性及開發(fā)時間諸多因素的考慮采用了 DDC 算法，主要體現(xiàn)在升降溫過程中。本系統(tǒng)模擬了熱時效的處理過程，采用“升溫－恒溫－升溫－恒溫－降溫－恒溫－降溫”的梯形曲線過程，如下圖 1— 3— 2 所示的： 溫度 ℃時間 秒 圖 1— 3— 2 圖 1— 3— 1 第二種控制 模式示意圖 這種模式對溫度控制的要求比較高，技術(shù)指標(biāo)也很多，例如必須保持采樣時間有單位并且均勻、升溫降溫的過程要穩(wěn)定、迅速 等。當(dāng)實際溫度超過用戶設(shè)定的上、 下限溫度時，系統(tǒng)還會通過聲音、警報燈來報警，同時啟動相應(yīng)的降升溫措施。如下 圖 1— 3— 1 所示： 用戶設(shè)定的下限溫度 用戶設(shè)定的下限溫度當(dāng)前實際溫度 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 57 頁 圖 1— 3— 1 第一種控制 模式示意圖 該時刻的實際溫度低于用戶設(shè)定的下限溫度，所以此時刻系統(tǒng)正處于升溫狀態(tài)，直到實際溫度到達(dá)上限溫度值，系統(tǒng)才停止升溫。系統(tǒng)工作在這種模式下時，首先系統(tǒng)會提示用戶輸入溫度的上限與下限的溫度值。 第一種控制模式類似于空調(diào)，鍋爐等需要保持在一定區(qū)間內(nèi)恒溫的設(shè)備，他們都需要有加溫或降溫功能，有的當(dāng)溫度超過 一定上限時會報警。 溫度控制系統(tǒng)的預(yù)期功能和基本原理 多功能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計初衷是滿足實際生產(chǎn)中溫度控制的需要。 使用 8051 型單片機(jī)設(shè)計溫度采集控制系統(tǒng)，可以即時、精確的反映溫度變化。 立題的目的和意義 8051 型單片機(jī)是常用的控制芯片，在智能儀器儀、工業(yè)檢測控制、機(jī)電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫度采集控制系統(tǒng)的實例也很多。 本文將使用 8051 型單片機(jī)對溫度控制的基本原理實例化，設(shè)計一個帶有多功能的、能夠減小時滯效應(yīng)的溫度采集控制系統(tǒng)。而由溫度 控制帶來的時滯效應(yīng)難題始終困擾著實際應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 57 頁 1 緒 論 課題背景 溫度控制是自動控制經(jīng)常討論的課題之一，它代表了一類自動控制的方法。除了上述可以將現(xiàn)場溫度維持在上限溫度和下限溫度之間的一定范圍內(nèi)外，當(dāng)設(shè)置的上限溫度 HT 和下限溫度 LT 為同一溫度值時，溫度測控系統(tǒng)將使現(xiàn)場溫度保持在相應(yīng)的恒溫狀態(tài)。當(dāng) CT 超過 HT，將點亮紅色 LED并驅(qū)動制冷控制所對應(yīng)的繼電器，從而進(jìn)行報警提示及制冷控制。 通過 口，單片機(jī)與溫度傳感器可互發(fā)信息，從而共同進(jìn)行相應(yīng)的信息處理?？販胤秶鸀?55～ +125℃，所采用的控制方案為直接數(shù)字控制（ DDC）中的最少拍控制。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 57 頁 本設(shè)計的控制對象