【正文】 管顯示電路組成。然后是溫度控制 模塊，升溫部分是通過光耦 MOC3021控制可控硅 BTA16的導(dǎo)通角來控制電熱爐功率加熱水箱內(nèi)部水單片機(jī)是 AT89C51。 17 系統(tǒng)電路圖 圖 系統(tǒng)電路圖 系統(tǒng)主要組成部分：主要由單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 組成的溫度采集模塊，它通過溫度信號采集并經(jīng)溫度轉(zhuǎn)換后把信號輸入單片機(jī)，然后送 LED 進(jìn)行顯示。整 個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠；不僅適用于水溫控制，也可適用于工業(yè)環(huán)境 溫度的監(jiān)測和控制。 溫度控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 對于溫度控制，采用單片機(jī) AT89C51 組成的自動(dòng)控制系統(tǒng) ，其系統(tǒng)硬件總體方框圖如圖 所示 : 圖 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)原理圖 在圖 的系統(tǒng)中，以高性能 /價(jià)格比的 AT89C51 為核心，采用新型單片數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來測量溫度，由雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路 MOC3041 和雙向可控硅 TLC336A(T1)組成輸出控制通道。 16 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件是一個(gè)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的主要組成部分，它支撐并構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)骨架，缺少這一骨架，就智只能紙上 談兵，虛無縹緲。 P0 口與 74LS245 輸入端相連 ,/E 端接地，保證數(shù)據(jù)現(xiàn)暢通。 15 圖 74LS245 邏輯圖 表 ： 74LS245功能 Enable G Direction Control DIR Operation L L L L H X B data to A bus A data to B bus Isolation 表 推薦工作條件 Enable G Direction Control DIR Operation L L H L H X B data to A bus A data to B bus Isolation 當(dāng)片選端 /CE 低電平有效時(shí)， DIR=“0” ，信號由 B 向 A 傳輸；（接收） DIR=“1” ，信 號由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送）當(dāng) /CE 為高電平時(shí)， A、 B均為高阻態(tài)。 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能 [9]，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 表 模式 程序存儲區(qū) ALE PSEN PSEN P0 P1 P2 P3 空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 74LS245 概述 74LS245 邏輯圖與功能表如下所示。 掉電模式：在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM和特殊功能寄存器的內(nèi) 容在終止掉電模式前被凍結(jié)。需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時(shí)， CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一 條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)時(shí)鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU 訪問片內(nèi) RAM，而允許訪問其它端口。程序會首先響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨 RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式那條指令后面的一條指令?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。在空閑工作模式狀態(tài)， CPU 保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。 IDL 是空閑等待方式，當(dāng) IDL=1，激活空閑工作模式，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這兩種方式是控制專用寄存器 PCON（即電源控制寄存器）中的 PD（ ）和 IDL（ ）位來實(shí)現(xiàn)的。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 Flash 存儲器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 EA／ VPP：外部訪問允許。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。 對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 l／ 6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 P3 口除了作 為一般的 I／ O 口 線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 P3口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)／計(jì)數(shù)器 1 外部輸入） 13 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 對 P3口 寫 入 “1” 時(shí) ， 它們被 內(nèi) 部上拉 電 阻拉高 并 可作 為輸 入端口。 P3 口： P3 口是一 組帶 有 內(nèi) 部上拉 電 阻的 8位 雙向 I／ O 口。在 訪問 8 位地址的外部 數(shù) 據(jù)存 儲 器（如 執(zhí)行 MOVXRI 指令） 時(shí) ， P2 口 線 上的 內(nèi) 容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2 寄存器的 內(nèi)容 ），在整 個(gè)訪問期間不改變。 對 端口 寫 “1” ，通 過內(nèi) 部的上拉 電 阻把端口拉到高 電平 ，此 時(shí) 可作 輸 入口，作 輸 入口使用 時(shí) ，因 為內(nèi) 部存在上拉 電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流（ IIL）。 FIash 編 程和程序校 驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 對 端口 寫 “1” ，通 過 內(nèi) 部的上拉 電 阻把端口拉到高 電 平，此 時(shí) 可作 輸 入口。 在 FIash 編程時(shí)， P0 口接收指令字 節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。作 為輸 出口用 時(shí) ，每位能吸收 電 流的方式 驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯門電路，對端口寫 “1” 可作 為高阻抗輸入端用。掉電方式保存 RAM 中的 內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。同 時(shí) ， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏 輯 操作， 并 支持 兩種軟 件可 選 的 節(jié)電 工作模式。 AT89C51 概述 單片機(jī) AT89C51 介紹 AT89C51[7] 是美 國 ATMEL 公司生 產(chǎn) 的低 電壓 ，高性能 CMOS8 位 單 片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反 復(fù) 擦 寫 的只 讀 程序存 儲 器（ PEROM）和 128 bytes 的 隨機(jī)存取 數(shù) 據(jù)存 儲器 （ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存 儲 技 術(shù) 10 生產(chǎn)， 兼容 標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系 統(tǒng) ，片 內(nèi) 置通用 8 位中央 處 理器（ CPU）和 Flash 存 儲單 元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單 片機(jī)可 為您提 供 許多高性 價(jià)比的 應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。命令代碼為 B4H。該操作是在 DS18B20 上 電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，若執(zhí)行該命令后又發(fā)出讀操作， DS18B20 會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙標(biāo)識： 0 為忙， 1 完成。命令代碼為 B8H。命令代碼為 44H，啟動(dòng)一次溫度轉(zhuǎn)換，若主機(jī)在該命令之后又發(fā)出其它操作，而 DS18B20 又忙于溫度轉(zhuǎn)換， DS18B20 就會輸出一個(gè)“ 0”，若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則 DS18B20 輸出一個(gè)“ 1”。若主機(jī)在該命令之后 又發(fā)出讀操作，而DS18B20又忙于將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM時(shí)， DS18B20就會輸出一個(gè)“ 0” ,若復(fù)制結(jié)束，則 DS18B20 輸出一個(gè)“ 1”。 Copy scratchpad(復(fù)制暫存器 )。從第一個(gè)字節(jié)開始直到讀完第九個(gè)字節(jié) CRC 讀完。 Read scratchpad(讀暫存器 )。命令代碼為 4EH，允許主設(shè)備向 DS18B20 的暫存器寫入兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中第一個(gè)字節(jié)寫入 TH 中，第二個(gè)字節(jié)寫入 TL中。命令代碼為 ECH，該命令用于鑒別和定位系統(tǒng)中超出程序設(shè)定的報(bào)警溫度值。命令代碼為 F0H,當(dāng)系統(tǒng)初次啟動(dòng)時(shí)，主設(shè)備可能不知縱向上有多少個(gè)從設(shè)備或者它們的 ROM 代碼，適用該命令可確定系統(tǒng)中的從設(shè)備個(gè)數(shù)及其 RON 代碼。命令代碼為 CCH，在啟動(dòng)所有 DS18B20 轉(zhuǎn)換之前或系統(tǒng)只有一個(gè) DS18B20 時(shí)，該命令將允許主設(shè)備不提供 64 位二進(jìn)制 ROM 代碼就適用存儲器操作命令。命令代碼為 55H，若總線上有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，適用該命令可選中某一指定的 DS18B20，即只有和 64 位二進(jìn)制 ROM 代碼完全匹配的DS18B20 才能響應(yīng)其 操作。 表 溫度數(shù)據(jù)關(guān)系 溫度 ℃ 數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制） +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 + 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 11111111 11111111 FFFF 25 11111111 11001110 FFCE 55 11111111 10010010 FF92 S18B20 遵循單總線協(xié)議，每次測溫時(shí)都必須有 4個(gè)過程 [6]： ? 初始化； ? 傳送 ROM 操作命令； ? 傳送 ROM 操作命令； ? 數(shù)據(jù)交換； DS18B20 的 ROM 命令 read ROM（讀 ROM） .命令代碼為 33H，允許主設(shè)備讀出 DS18B20 的 64 位二進(jìn)制 ROM 代碼。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。 DS18B20 內(nèi)部對此計(jì)算的結(jié)果可提供 ℃的分辨率。這是通過改變計(jì)數(shù)器對溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的的值來實(shí)現(xiàn)的。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃）的值增加，表明所測溫度大于 55℃。 圖 DS18B20 的測溫原理 DS1820 是這樣測溫 [5]的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門周期內(nèi)對一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。 寄生電源供電模式如圖 所示：從圖中可知， DS18B20 的 GND和 VDD 均直接接地， DQ與單總線相連，單片機(jī)其中一個(gè) I/O 口與 DS18B20 的 DQ端相連。外部電源供電模式是將 DS18B20的 GND 直接接地， DQ 與但單總線相連作為信號線， VDD 與外部電源正極相連。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫。如果沒有對 DS18B20 使用報(bào)警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用。測量結(jié)果放在 DS18B20 的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。成功執(zhí)行完一條 ROM 操作序列后，即可進(jìn)行存儲器和控制操作，控 6 制器可以提供 6 條存儲器和控制操作指令中的任一條。因此，控制器必須首先提供下面 5 個(gè) ROM 操作命令之一： 1）讀 ROM； 2）匹配 ROM； 3）搜索 ROM； 4）跳過 ROM； 5）報(bào)警搜索。 DS18B20 分辨率的設(shè)置如表 ： 表 DS18B20分辨率的設(shè)置 R1 R0 分辨率 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 /ms 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 375 1 1 12位 750 DS18B20 依靠一個(gè)單線端口通訊 。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。非易失性可點(diǎn)擦除 EEPROM 用來存放高溫觸發(fā)器 TH、低溫觸發(fā)器 TL 和配置寄存器中的信息。 （ 3）高速緩存器。當(dāng)接收到溫度轉(zhuǎn)換命令（ 44H）后，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度以 16 位帶符號擴(kuò)展的的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示，存儲在高 64 位ROM 和單線接口 存儲和控制邏輯 高速緩存器 溫度傳感器