【正文】 基于單片機的溫度監(jiān)控主要有以下幾部分：溫度檢測數(shù)據(jù)采集部分， LED 數(shù)碼管顯示電路、報警及控制輸出部分、單片機及按鍵電路設(shè)計等幾個部分，下面分別加以介紹，硬件模塊如圖 所示。如若VDD脫開未接好，傳感器將只送 +℃的溫度值。如圖 （ b）所示。此時應(yīng)注意將 VDD、 DQ、 GND 三線焊接牢固。 DS18B20 的硬件連接 DS18B20 與單片機的接口極其簡單，只需將 DS18B20 的信號線與單片機的一位雙向端口相連即可。 DS18B20 內(nèi)部暫存存儲器的第 5 個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器，它主要用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。 圖 DS18B20的管腳排列圖 北京理工大學珠海學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 15 其中暫存存儲器作用是在單線通信時確保數(shù)據(jù)的完整性，它包括 8個字節(jié)，頭兩個字節(jié)表示測得的溫度讀數(shù)，數(shù)據(jù)格式如下： S=1 時表示溫度為負， S=0 時表示溫度為正，其余低于以二進制補碼形式表示，最低位為 1時表示 ℃。 DS18B20 在完成溫度變換后，所測溫度值將自動與存儲在TH和 TL 內(nèi)的觸發(fā)值相比較，如果測溫結(jié)果高與 TH或低于 TL， DS18B20 內(nèi)部的告警標志就會被置位，表示溫值超出了測量范圍，同時還有報警搜索命令識別出溫度超限 DS18B20。每個 DS18B20 在出廠時已具有唯一的 64 位序列號，因此一條總線上可以同時掛接多個 DS18B20，而不會出現(xiàn)混亂現(xiàn)象。C 時，精度為 ? 186。C，在 10186。其內(nèi)部采用在板溫度測量專用技術(shù)，測量范圍為 55186。 由圖 可見， DS18B20 只是一個數(shù)據(jù)輸入 /輸出口，屬于單總線專用芯片之一。另外， DS18B20有多種封裝可選，如 TO9 SOIC 及 CSP封裝。 DS18B20 簡介 DS18B20 是美國 DALLAS 公司最新推出的一種可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，與 DS1820 相同， DS18B20 也能夠直接讀取被測物體的溫度值，但是與 DS1820 相比， DS18B20 的功能更強大些。而可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 則是 DS1820的更新產(chǎn)品，它在電壓、特性及封裝方面都更具有優(yōu)勢，給了用戶更多的選擇，讓用戶可以更方便的構(gòu)建適合自己的測溫 系統(tǒng)。然而，定時器 2的標志位 TF2在計數(shù)溢出的那個周期的 S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。定時器 0 和定時器 1 標志位 TF0 和 TF1 在計數(shù)溢出的那個周期的 S5P2 被置位。程序進入中斷服務(wù)后，這些標志位都可以由硬件清 0。它們?yōu)?AT89 系列新產(chǎn)品預(yù)留。對于 AT89S52， 位也是不能用的。 IE 還包括一個中斷允許總控制位 EA，它能一次禁止所有中斷。如表 34所示 表 34 中斷： AT89S52 有 6個中斷源：兩個外部中斷（ INT0 和 INT1），三個定時中斷（定時器 0、 2）和一個串行中斷。 定時器 0和定時器 1：在 AT89S52 中，定時器 0和定時器 1 的操作于 AT89S51 和 AT89C51北京理工大學珠海學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 13 一樣。 看門狗定時器： WDT 是一種需要軟件控制的復(fù)位方式， WDT 有 13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器構(gòu)成， WDT 在默認情況下無法工作，位了激活 WDT，用戶必須往 WDTRST 寄存器中依次寫入 01EH 和 0E1H，當 WDT 激活后，晶振工作， WDT 在美國機器周 期都會增加， WDT 計時周期依賴于外部晶振的時鐘頻率。 掉電標志位：掉電標志位（ P0F）位于特殊寄存器 PCON 的第四位，上點期間， POF 置“ 1”。 圖 P1口作通用 I/O口使用 北京理工大學珠海學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 11 特殊功能寄存器（ SFR）的地址空間如表 32所示 表 32 定時器 2 寄存器： 寄存器 T2CON 和 T2MOD 包含定時器 2 的控制位和狀態(tài)位（如表 33） 表 33 北京理工大學珠海學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 12 中斷寄存器：各中斷允許位在 IE 寄存器中，六個中斷源的兩個優(yōu)先級也可以在 IE 中設(shè)置。 表 31端口引腳功能 P1口也是一 個 準 雙向 口，作通用 I/O 口使用。 P3 口的每一 位能驅(qū)動 (吸收或 輸出 電 流 )4 個 LS 型 TTL負載 。作為輸入使用時，被外部拉底的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流在訪問外部程序存儲器時， P2 口送出高八位地址。 P2 口的每一 位能驅(qū)動 4個 LS型TTL 負載 。 在 Flash 編程和校驗時， P1 口接受低 8位地址字節(jié)。 P1口： P1口是一 個帶 上拉 電阻 的 8位準 雙向 I/O端口每一 位能驅(qū)動 (吸收 成輸 出 電 流 )4個 LS 型 TTL 負載 。這種情模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 當 P0口作 為輸 入口使用 時 ，其先向 鎖 存器 (地址 80H)寫 入全 1，此 時 P0 口的全部引 腳懸 空，叫做 為 高阻抗 輸 入。 (輸 入 /輸 出 )P0、 P P2 和 P3 標 準 51 單 片機，如 805 803 AT89C5 AT89S5 AT89S52 等有 4 個 I/O(輸 入 /輸 出 )口，分 別為： P0 口： P0 口是 一 個 漏極 開 路的 8 位 雙向 I/O 口。 北京理工大學珠海學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 9 號 引 腳 RST RES(8 腳 )“ RST 是復(fù)位信 號輸 入端，高 電平 有效。在 片內(nèi) 它是振 蕩電 路反相放大器的輸 入端。要 檢 查 單 片機的振 蕩電 路是否正確工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有 脈沖 信 號輸 出。 路引 腳 XTALl 和 XTAL2 XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微 調(diào)電 容的一端。 ATMEL 公司的功能 強大 ，低價位 AT89S52單 片機可 為 您提供 許 多高性價比的 應(yīng) 用 場 合，它 靈 活 應(yīng) 用于各種控制 領(lǐng) 域。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口 ,片內(nèi)晶振及時鐘電路。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52是美 國 ATMEL 公司生產(chǎn) 的低功、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編 程 Flash 存儲器。 由此 來 看， 單 片機有 著 微 處 理器所不具 備 的功能，它可 單獨地 完成 現(xiàn) 代 工業(yè) 控制所要求的智能化控制功能， 這 是 單 片機最大的特征。要求使用 浮點和 啟 用函 數(shù)時只 有具 備匯編編程經(jīng)驗 才能 避免生 成龐 大的、效率低的程序， 這 需要考 慮簡單 的算 術(shù)運 算或先算好的查表法。 盡 管懂得 匯編語 言不是你的目的，看懂一些可 幫 助你了解影響 任何 語 言效率的 51特殊 規(guī) 定。指令系 統(tǒng) 比第一代微 處 理器要 強 一些。 這 種方式可使程序 結(jié) 構(gòu)化 將可變 的 選擇與 特殊操作組 合在一起的能力，改善了程序的可 讀 性 編 程及程 序調(diào)試時間顯著縮 短， 從 而提高效率提供的 庫 包 含 許 多 標 準子程序，具有 較強 的 數(shù) 據(jù) 處 理能 將 已 編 好程序可容易的植入新程序，因 為 它具有方便的模 塊 化 編 程技 術(shù) C 語 言作 為 一種非常方便的 語 言而得到 廣泛 的支持， C 語 言程序本 身并不依 賴于 機器硬件系 統(tǒng) ，基本上不做修改就可根據(jù) 單 片機不同 較快地移植 過來 。 C可以 進 行 許 多機器 級 函 數(shù) 控制而不用 匯編語 言。 北京理工大學珠海學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 6 C語 言是一種源于 編寫 UNIX 操作系 統(tǒng) 的 語 言，它是一種 結(jié) 構(gòu) 化語 言，可 產(chǎn) 生 壓縮 代 碼 。但 對 51系列， PL/M不支持復(fù) 雜的 算 術(shù)運 算、 浮點變 量而 無 豐富的 庫 函 數(shù) 支持。 PL/M 編譯 器好像 匯編器一樣 可 產(chǎn) 生 緊湊代 碼 。 PL/M 是 Intel 從 8080 微 處 理器 開始為 其系列 產(chǎn) 品 開發(fā)的編 程 語 言。 BASIC 為簡 化使用 變 量，所有 變 量都用 浮點 值。一 個 新 變 量名定 義 之后可在程序中作 變 量使用，非常易 學 ，根據(jù) 解釋 的行可以找到 錯誤而 不是 當 程 序執(zhí) 行完才能 顯現(xiàn) 出 來 。 單片機編程語言介紹 對 于 51系列 單 片機， 現(xiàn) 有四 種語 言支持，即 匯編 、 PL/M， C 和 BASIC。 統(tǒng)時鐘 通常需要外接石英晶體或其它振 蕩 源 來 提供 時鐘 信 號輸 入，也有的使用 內(nèi) 部 RC 振 蕩器 。不同的 單片機可能提供不同 標 準的串行通信接口，如 UART、 SPI、 2IC、 Micro Wire 等。串口 輸 入 /輸 出口：用于 單 片機和串行 設(shè)備或其它單 片機的通信。 現(xiàn)代的 單 片機的 I/O口也有不同的功能，有的 內(nèi) 部具有上拉或下拉 電阻 ，有的是漏極 開 路 輸出，有的能提供足 夠 的 電 流可以直 接驅(qū)動 外部 設(shè)備 。 CPU 就象人的大 腦 一 樣 ， 決定了單 片機的 運 算能力和 處 理速度。 單 片機通常 還有特殊寄存器和通用寄存器，它 們 是 單 片機中存取速度最快的 內(nèi) 存，但通常存 儲空間 很小。 RAM 的 內(nèi) 容是易失性（也有的 稱 易 揮發(fā) 性）的，掉 電 后 會丟 失。 Flash 型 單 片機 ,即可用于 開發(fā)過 程，也可用于批量生 產(chǎn) ， 隨著 制造 工藝 的改 進 ， Flash 型 單 片機價格不 斷 下降，使用越 來 越普遍，它已是 現(xiàn) 代 單 片機 的發(fā)展 趨勢。OTP型 單 片機生 產(chǎn)多 少完全可由用 戶 自己掌握，不存在 ROM 型有最小起 訂 量和掩膜 費問題，另外， 該類單 片機價格已同掩膜型十分接近，故特 別 受中小批量客 戶 的 歡 迎。 由于 ROM 型 單 片機的代 碼 只能由生 產(chǎn) 廠商在制造芯片 時寫 入，故用 戶 要更改程序代 碼 就十分不便，在 產(chǎn) 品未成熟 時選用 ROM型 單 片機 風險較 高。 EPROM 型 內(nèi) 存 編 程后其 內(nèi) 容可用紫外 線 擦除，用 戶 可反復(fù)使用，故特 別 適用于 開發(fā)過程，但 EPROM 型 單 片機價格很高。 片機的 結(jié) 構(gòu)與 組 成 目前， 單 片機的系 統(tǒng)結(jié) 構(gòu) 有兩種類 型：一種 是將 程序和 數(shù) 據(jù)存 儲 器分 開 使用，即哈佛（ Harvard）結(jié) 構(gòu)， 當 前的 單 片機大都是 這 種 結(jié) 構(gòu)。 單 片機以其高性價比和 靈 活性，牢固 樹 立了其在嵌入式微控制系統(tǒng) 中的“霸主”地位，在 PC 機以 28 38 Pentium、 PⅢ 高速更新 換代 的同 時 ， 單 片機卻 “始 終如 一”保持旺盛的生命力。 單 片機功能 強 、價格便宜、使 用靈 活，在 計 算機 應(yīng)用領(lǐng) 域中 發(fā)揮著 極其重要的作用。一般的 說 ， 單 片機就是在一 塊 硅片上集成 CPU、 RAM、 ROM、 定 時 器 /計 數(shù) 器、和多種 I/O 的完整的 數(shù)字處 理系 統(tǒng) 。 北京理工大學珠海學院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 3 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計 單片機的溫度控制系統(tǒng)需要完成溫度的檢測并可以通過按鍵設(shè)定調(diào)整最高溫度和最低溫度值、能夠顯示當前溫度值、最高溫度和最低溫度值，同時要實現(xiàn)溫度超過最高溫度+3 度時，停止電熱器件加熱并報警；當溫度低于最低溫度 3 度時，啟動電熱器件加熱等功能。 本次設(shè)計主要是對制冷設(shè)備的溫度控制，其主要任務(wù)如下： 保持制冷設(shè)備在 18 — 22攝氏度之間，用單片機實現(xiàn)控制； 除霜功能：定期進行自動除霜和手動除霜； 具有溫度顯示和校正功能； 出現(xiàn)故障報警；延時保護功能； 本次設(shè)計的主要技術(shù)指標如下： 溫度顯示范圍： 40 — +50 攝氏度； 壓縮機輸出節(jié)點容量： 10A/240V AC； 蜂鳴器和 LED 燈閃爍報警； 延時保護時間： 3MIN 溫度校正范圍：177。但是由于傳統(tǒng)的信號調(diào)理電路實現(xiàn)復(fù)雜、易受干擾、不易控制且 精度不高。 課題設(shè)計的主要內(nèi)容 該設(shè)計 是以單片機 AT89C51為控制核心，從 DS18B20溫度檢測的數(shù)據(jù)采集、設(shè)定值調(diào)整、LED數(shù)碼管顯示電路、報警及輸出控制電加熱器等幾個方面出發(fā)，詳細研究和設(shè)計了基于單片機的溫度控制的各個部分內(nèi)容，設(shè)計了單片機及其外圍電路，并結(jié)合一套經(jīng)典的程序算法。溫度傳感器隨著溫度變化而引起變化的物理參數(shù)有 : 膨脹、電阻、電容、熱電動勢 ,磁性能、頻率、光學特性及熱噪聲等等。測溫儀器由溫度傳感器和信號處理兩部分組成。 (1)晶體管溫度檢測元件 (2)集成電路溫度檢測元件 (3)核磁共振溫度檢測器 (4)熱噪聲溫度檢