【正文】 制方法。圖38 溫度控制模塊接口電路與此同時(shí)，單片機(jī)通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。圖37 溫度顯示模塊接口電路，一般的51單片機(jī)的P0口都是OC門電路，所以需要加上拉電阻，不過(guò)有些單片機(jī)內(nèi)部有弱上拉電阻，此時(shí)就可以不接外部上拉電阻，但對(duì)于電路完整性來(lái)說(shuō)，一般都加上外部上拉電阻。本系統(tǒng)采用LCD與C52相聯(lián)接的方法，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的效果。（4）顯示地址：LCD16字*2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F圖36 LCD1602顯示地址LCD1602內(nèi)部RAM顯示緩沖區(qū)地址的映射圖如圖36所示，00～0F、40～4F分別對(duì)應(yīng)LCD1602的上下兩行的每一個(gè)字符，只要往對(duì)應(yīng)的RAM地址寫入要顯示字符的ASCII代碼，就可以顯示出來(lái)。讀/寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。 LCD芯片介紹（1）LCD1602接口信號(hào)說(shuō)明：表38 1602型液晶接口信號(hào)說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1GND電源地9D2數(shù)據(jù)口2VCC電源正極10D3數(shù)據(jù)口3V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)解端11D4數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)命令選擇端12D5數(shù)據(jù)口5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6數(shù)據(jù)口6EN使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)口7D0數(shù)據(jù)口15A背光電源正極8D1數(shù)據(jù)口16K背光電源負(fù)極（2）基本操作時(shí)序：讀狀態(tài)： 輸入：RS=L, R/W=H,E=H， 輸出：D0～D7=狀態(tài)字；讀數(shù)據(jù)： 輸入：RS=H, R/W=H,E=H， 輸出：無(wú)；寫指令： 輸入：RS=L, R/W=L,D0～D7=指令碼，EN=高脈沖， 輸出：D0～D7=數(shù)據(jù)；寫數(shù)據(jù)： 輸入：RS=H, R/W=L, ,D0～D7=數(shù)據(jù)，EN=高脈沖， 輸出：無(wú)。也有液晶顯示器是圖形型液晶，通過(guò)點(diǎn)陣來(lái)顯示各種圖形。各種型號(hào)的液晶屏通常按照顯示字符的行數(shù)或液晶點(diǎn)陣的行，列數(shù)來(lái)命名。液晶屏顯示器體積小，低功耗，顯示操作簡(jiǎn)單，但液晶屏幕本身對(duì)溫度要求比較高，能使用的溫度范圍比較窄，其正常工作范圍為20℃～70℃。PSEN：外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效 溫度顯示模塊此模塊主要是將實(shí)時(shí)溫度信息通過(guò)液晶屏LCD顯示出來(lái)。EA=1，選擇片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；EA=0，選擇片外程序存儲(chǔ)器。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平輸入到RST 時(shí)，使單片微機(jī)復(fù)位。：RD 低電平有效，輸出端口，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口讀選通。：T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的外部輸入端口。：INT1 外部中斷1輸入。：TXD表示串行輸出口。P3口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3：8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2：8位、準(zhǔn)雙向I/O口。對(duì)于80C52，：T2，是定時(shí)器2的計(jì)數(shù)輸入端；：T2EX，是定時(shí)器2的外部輸入端。在編程/校驗(yàn)期間，用作輸入低位字節(jié)地址。P0口(作為總線時(shí))能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器(ROM及RAM)時(shí)，作低8位地址和8位數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。（3）STC89C52引腳功能圖如圖35所示。當(dāng)?shù)綦姳Ｗo(hù)方式時(shí)，RAM得以保護(hù)，振蕩器停止，單片機(jī)停止所有工作，直至有另一個(gè)中斷輸入或者硬件自己復(fù)位。除此之外，STC89C52可以在0Hz時(shí)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)邏輯操作，能夠在2種軟件模式下，實(shí)現(xiàn)節(jié)電功能。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)，使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。所以選擇了宏晶公司的STC89C52。圖34 DS18B20接口電路 數(shù)據(jù)處理模塊單片機(jī)選用的是比較通用的51單片機(jī)，生產(chǎn)51單片機(jī)的公司有很多，例如AT公司，Philips公司，Intel公司等。DS18B20連接到單片機(jī)的I/O端口上，DS18B20的數(shù)據(jù)線為漏極開(kāi)路，則接10K的強(qiáng)上拉電阻。外部供電時(shí)，GND端口不能懸空，否則溫度轉(zhuǎn)換不了，導(dǎo)致溫度總是顯示85℃。若電壓VCC只有3V時(shí),依然能夠達(dá)到要求的精度。與寄生電源方式相比，多接了一根VCC引線。列舉DS18B20的幾個(gè)不同應(yīng)用方式下的測(cè)溫電路：①DS18B20寄生電影供電方式 ②DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式 ③DS18B20的外部電源供電方式。 圖33 防水型DS18B20實(shí)物輸出引線：紅色（VCC），藍(lán)色（DQ）,黑色（GND）。讀供電方式0B4H寄生供電時(shí)，DS18B20發(fā)送“0”；外接電源供電時(shí)，DS18B20發(fā)送“1”。復(fù)制暫存器48H將RAM中第4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中。表37 RAM指令表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動(dòng)DS18B20開(kāi)始溫度轉(zhuǎn)換，12位最長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms()，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，則主CPU需將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后，等待大約16～60us，這之后，主CPU發(fā)送低平脈沖，持續(xù)60～240us。最后發(fā)送RAM指令如表37所示。指令約定代碼功能跳過(guò)ROM0CCH忽略64位ROM地址，向DS18B20發(fā)布溫度變換指令。符合ROM55H發(fā)出此指令之后，然后發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單總線上與之對(duì)應(yīng)的DS18B20，作出響應(yīng)，為下一步讀寫作準(zhǔn)備。根據(jù)DS18B20通訊協(xié)議，DS18B20要實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換，需要三個(gè)步驟：讀寫之前，需要對(duì)DS18B20復(fù)位，之后發(fā)送一條ROM指令如表36所示。表35 DS18B20溫度值格式表Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0LS Byte2322212021222324Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8MS ByteSSSSS262524若符號(hào)位S=0，將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；若S=1，將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)變?cè)a，然后計(jì)算十進(jìn)制值。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換執(zhí)行時(shí)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后，所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式，存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。R1和R0是分辨率設(shè)置位，如表33所示（一般情況，出廠時(shí)，DS18B20被設(shè)置為12位）。測(cè)試模式位TM，TM是判斷DS18B20處于工作模式還是處于測(cè)試模式。表32 配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111表31 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表TemperatureDigital output (Binary)Digital output (Hex)+125℃0000 0111 1101 000007D0h+85℃0000 0101 0101 00000550h+℃0000 0001 1001 00010191h+℃0000 0000 1010 001000A2h+℃0000 0000 0000 10000008h0℃0000 0000 0000 00000000h℃1111 1111 1111 1000FFF8h℃1111 1111 0101 1110FF5Eh℃1111 1110 0110 1111FE6Fh55℃1111 1100 1001 0000FC90h3）DS18B20的存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器包括高速暫存RAM、可擦除RAM，可擦除RAM用來(lái)存放觸發(fā)器TH（高溫度）、TL（低溫度）和結(jié)構(gòu)寄存器。12位分辨率轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，溫度值格式前5位為符號(hào)位，若測(cè)量溫度大于0，前5位設(shè)定為0，；若溫度小于0，前5位設(shè)定為1。2）DS18B20中的溫度傳感元件對(duì)溫度實(shí)施測(cè)量。64位光刻ROM的排列是：產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)由開(kāi)始的8位表示，之后48位為自身的序列號(hào)，最后8位可以作為前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。系統(tǒng)選擇此芯片正是因?yàn)樗芎玫募葾/D轉(zhuǎn)換與溫度測(cè)量，降低了成本，同時(shí)方便我們的讀取溫度，芯片只有三個(gè)引腳，相對(duì)簡(jiǎn)單，方便使用。DS18B20的存儲(chǔ)器資源分為三種：ROM只讀存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)在出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)置好，用戶不得更改。（5） DS18B20的工作原理：DS18B20的溫度采集與數(shù)字信號(hào)的輸出集成在同一個(gè)芯片上，因此抗干擾能力強(qiáng)。圖31 DS18B20外形及引腳存儲(chǔ)器和控制器高速緩存存儲(chǔ)器溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置寄存器8位CRC生成器64位ROM和單線接口電源檢測(cè)圖32 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)（4）DS18B20溫度芯片的引腳說(shuō)明：1)DQ端口是數(shù)字信號(hào)輸入輸出端口；（3）DS18B20外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20外形及管腳排列如圖31所示，半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路集成，外形似三極管。（2）DS18B20的主要特性1）電壓范圍：～，在寄生電源方式下，數(shù)據(jù)線為DS18B20提供電力；2）單線接口，DS18B20與微處理器的數(shù)據(jù)只依靠一條線連接，從而實(shí)現(xiàn)雙向通訊；3）DS18B20能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20由一根數(shù)據(jù)線作為總線，相互并聯(lián)的組合，多點(diǎn)測(cè)溫就得以實(shí)施；4）DS18B20可以獨(dú)立使用，而不用外圍元件加以輔助，半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路集成一個(gè)芯片中，外形就像三極管；5）溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃，在10～+85℃時(shí)，測(cè)溫誤差不超過(guò)177。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)置的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM中，掉電后依然保存?！妗，F(xiàn)在，新一代的“DS18B20”傳感器在工藝方面體積越來(lái)越小、靈活性更高、價(jià)格普遍下降。 DS1820溫度采集芯片介紹（1）芯片特性DS1820是一個(gè)集成芯片，是迄今為止世界上第一片支持“一線總線”功能的接口溫度傳感器，由DALLAS半導(dǎo)體公司研制，是一種數(shù)字化溫度傳感器。采用DALLAS公司的DS18B20系列溫度傳感器，可直接輸出數(shù)字信號(hào)。方案2：直接使用輸出是數(shù)字信號(hào)的溫度傳感器，而避免方案一中的測(cè)量得到的模擬信號(hào)，再結(jié)合單片機(jī)組成采集模塊?？紤]到一般的A/D輸入通道都只能接收大信號(hào)，所以還應(yīng)該設(shè)計(jì)相應(yīng)的放大電路。 溫度測(cè)量采集模塊 方案設(shè)計(jì)方案1：采用熱電偶測(cè)溫，將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測(cè)量該溫差電壓，查熱電偶分度表后，便可以得出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。從實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能和簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的不二選擇。它的特點(diǎn)是功能強(qiáng)大、運(yùn)算速度快、體積小巧、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛。另外，模擬電路依靠元器件之間的電氣關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法，復(fù)雜的控制算法難于實(shí)現(xiàn)。模擬控制電路對(duì)信號(hào)響應(yīng)迅速，且能夠?qū)崟r(shí)控制。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件方案分析溫度控制儀的硬件電路一般采用模擬電路或單片機(jī)控制兩種形式。 系統(tǒng)工作原理溫度傳感器DS18B20采集環(huán)境溫度，單片機(jī)STC89C52獲取采集到的溫度值，由設(shè)置的溫度上下閥值，使用兩個(gè)控制通路（加熱棒與風(fēng)扇）來(lái)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，若實(shí)際溫度高于設(shè)置的溫度上閥值，單片機(jī)發(fā)出TTL低電平，使三極管導(dǎo)通，以此驅(qū)動(dòng)電磁繼電器開(kāi)啟降溫設(shè)備（風(fēng)扇），同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲；若實(shí)際溫度低于設(shè)置的溫度下閥值，單片機(jī)發(fā)出TTL低電平，使三極管導(dǎo)通，以此驅(qū)動(dòng)電磁繼電器開(kāi)啟升溫設(shè)備（加熱棒），同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。系統(tǒng)主要功能如圖21所示。管理程序是對(duì)顯示LCD進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新，控制指示燈，處理鍵盤的掃描和響應(yīng)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序等。(1)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：溫度測(cè)量采集電路、LCD顯示電路，報(bào)警電路，鍵盤電路，繼電器控制電路，散熱器及加熱器工作電路。實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)顯示及溫度的超限報(bào)警系統(tǒng)，若實(shí)際溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)，相應(yīng)的加熱器啟動(dòng)升溫；高于設(shè)定溫度上限時(shí)，關(guān)閉相應(yīng)的加熱器并啟動(dòng)降溫風(fēng)扇進(jìn)行降溫。方案3的測(cè)溫裝置電路簡(jiǎn)單，精確度較高、實(shí)現(xiàn)方便，體積小，軟件設(shè)計(jì)也較簡(jiǎn)單，故選擇方案3。從上述三個(gè)方案，可以看出方案1測(cè)溫裝置可測(cè)溫度范圍較寬、體積小，但線性誤差較大。而且STC89C52在工業(yè)控制上也有很寬廣的應(yīng)用，編程技術(shù)及配套的外圍功能擴(kuò)展電路都很成熟。采用51系列單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算法和邏輯控制，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。因?yàn)樵撔酒奈锢砘瘜W(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，測(cè)溫范圍 55℃～+125℃，℃。這種方案系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，但響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)速度緩慢，數(shù)碼管和驅(qū)動(dòng)程序部分占用硬件資源大，不夠理想。并且這種設(shè)計(jì)需要配置A/D轉(zhuǎn)換電路，所以感溫電路比較麻煩。熱電偶作為溫度采集部分，由分度表得出的電壓差，通過(guò)A/D模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，與此同時(shí)，溫度值在顯示器上顯示。 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)的是高精度數(shù)顯溫度測(cè)控儀，該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集處理、控制兩部分組成，實(shí)現(xiàn)的方法有很多種，下面列出幾種在生產(chǎn)生活中經(jīng)常用到的方案。因此溫度測(cè)控系統(tǒng)的確會(huì)為社會(huì)生產(chǎn)創(chuàng)造出驚人的成果，所以溫度測(cè)控系統(tǒng)更加智能化，更加高精度，更加先進(jìn)的研究與應(yīng)用是符合社會(huì)及人們生產(chǎn)生活需要的，依然具有強(qiáng)勁的發(fā)展動(dòng)力。 研究的意義現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中，對(duì)溫度的要求普遍提高，不再滿