【正文】 設(shè)計(jì)的過(guò)程中給了我很大的幫助。17結(jié)　論本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心，通過(guò)DS18B20溫度傳感器采集燒水爐內(nèi)溫度值，并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。鍵盤輸入沒有錯(cuò)誤，能夠爭(zhēng)取輸入想要輸入的數(shù)值，并在數(shù)碼管后兩位顯示出來(lái)。圖47 溫度高于目標(biāo)設(shè)定溫度測(cè)試結(jié)果如上圖圖47所示，鍵盤輸入目標(biāo)溫度值62℃，℃，低于目標(biāo)溫度，不需要繼續(xù)加熱，溫度控制模塊斷開加熱設(shè)備的電源，停止加熱，同時(shí)LED指示燈的綠燈亮，表示已經(jīng)停止加熱。溫度控制模塊能夠正確控制加熱設(shè)備通斷電，圖41所示為測(cè)量溫度低于目標(biāo)設(shè)定溫度，繼電器不工作，加熱設(shè)備正常加熱（L1亮表示加熱）；圖42所示為測(cè)量溫度高于目標(biāo)設(shè)定值，繼電器工作，加熱設(shè)備停止加熱（L1滅表示停止加熱）。本系統(tǒng)在仿真時(shí)，LED數(shù)碼管能夠正常顯示測(cè)量溫度值與目標(biāo)設(shè)定溫度值，如圖41與圖42所示，數(shù)碼管前4位顯示測(cè)量溫度，后2位是目標(biāo)設(shè)定溫度值。硬件是軟件的載體，軟件是硬件的靈魂，只有兩者結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)我們想要的功能。應(yīng)當(dāng)指出的是，盡管編譯沒有提示錯(cuò)誤并不是代表程序就能讓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完整的功能，這就需要進(jìn)行第二步的軟硬件聯(lián)合調(diào)試。第一步：軟件調(diào)試。圖45 溫度控制模塊仿真結(jié)果圖采集溫度高于目標(biāo)設(shè)置溫度167。當(dāng)燒水爐內(nèi)溫度高于目標(biāo)設(shè)置溫度時(shí)，繼電器控制加熱設(shè)備切斷電源，停止加熱（L1滅表示停止加熱），此時(shí)LED提示燈綠燈亮，表示已停止加熱。 溫度控制模塊仿真圖44 溫度控制模塊仿真結(jié)果圖采集溫度低于目標(biāo)設(shè)置溫度溫度控制模塊由固態(tài)繼電器控制完成，當(dāng)燒水爐內(nèi)溫度低于目標(biāo)設(shè)置溫度時(shí)，加熱設(shè)備不斷電繼續(xù)加熱（L1亮表示加熱），此時(shí)LED提示燈紅燈亮，表示正在加熱。如圖43所示，℃，℃，說(shuō)明溫度傳感器可以完成對(duì)燒水爐內(nèi)溫度的采集工作。圖42 鍵盤輸入模塊仿真結(jié)果圖167。167。 數(shù)碼管顯示模塊仿真圖41 數(shù)碼管顯示模塊仿真結(jié)果圖如圖41所示，數(shù)碼管顯示模塊采用6個(gè)8段共陰極數(shù)碼管組顯示，其中前4位顯示的是由DS18B20測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)，后兩位現(xiàn)實(shí)的是由鍵盤輸入的設(shè)定目標(biāo)溫度值。開始取溫度采樣值關(guān)斷電源接通電源大于設(shè)定值？小于設(shè)定值？返回YYNN圖34 控制子程序流程圖12 第4章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析167。 控制字程序流程圖當(dāng)需要將燒水爐的溫度穩(wěn)定在某一設(shè)定值范圍時(shí)，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)控制電路對(duì)電源進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燒水爐的間歇性加熱。顯示子程序流程圖如圖33所示。它涉及定時(shí)器的定時(shí)，溫度的采集，對(duì)照等環(huán)節(jié)，采樣子程序流程圖如圖32所示開始定時(shí)器T0初始化T0定時(shí)開始溫度采集T0定時(shí)到？比對(duì)溫度輸出溫度值返回NY圖32 采樣子程序流程圖167。主程序流程圖如圖3–1所示初始化子程序采樣子程序控制字程序顯示子程序開始圖31 數(shù)碼管顯示模塊167。167。第二步：參照流程圖編寫相應(yīng)的程序。軟件的編寫一般分為兩步。其中LEDRED與LEDGREEN兩個(gè)提示燈分別表示正在加熱和已停止加熱。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際需要將控制電路設(shè)計(jì)為常閉型即無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，輸出端是閉路的。 溫度控制模塊圖24 溫度控制模塊溫度控制模塊由繼電器控制電源對(duì)燒水爐中加熱部件通斷電的控制。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(hào)后等待16～60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(hào)表示復(fù)位成功。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的，也就是你要做的是配置寄存器。光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。 溫度采集模塊溫度采集模塊采用DS18B20這款溫度傳感器，其與單片機(jī)連接如圖23所示。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進(jìn)行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會(huì)連續(xù)多次進(jìn)行同樣的鍵操作。第二步，行線輪流輸出低電平，從列線P14~P17讀入數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對(duì)應(yīng)行線上有鍵按下。當(dāng)有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連的兩條I/O口線之間短路。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。 鍵盤輸入模塊此模塊采用10個(gè)按鍵，分別可以輸入0、這10個(gè)數(shù)值以滿足通過(guò)鍵盤輸入目標(biāo)溫度設(shè)定值的任務(wù)要求。該系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方法，雖然這種方法占用CPU資源較多，但是6個(gè)數(shù)碼管共占用8個(gè)I/O接口，不存在I/O接口浪費(fèi)的情況，可以有效的降低成本，故采用此種方法。本系統(tǒng)采用6個(gè)共陰極8段數(shù)碼管對(duì)采集到的溫度值以及鍵盤輸入的目標(biāo)值進(jìn)行顯示，接口電路如圖21所示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示就是通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的DPY端，使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都可以由一個(gè)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。數(shù)碼管的顯示有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示兩種方法。 數(shù)碼管顯示模塊八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小LED發(fā)光二極管，通過(guò)控制不同的LED的亮滅來(lái)顯示出不同的字形。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。表11一部分溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/℃二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+0000 0001 1001 00000191H+0000 0000 1010 000100A2H+0000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H1111 1111 1111 0000FFF8H1111 1111 0101 1110FF5EH1111 1110 0110 1111FE6FH551111 1100 1001 0000FC90H預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器１重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。 DS18B20溫度傳感器工作原理DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。由于計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響較小，且必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行有利。由于位置式算法每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，算式中用到過(guò)去偏差的累加值i=1nen ，容易產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差。 PID算法在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。DS18B20溫度傳感器43矩陣鍵盤AT89C52單片機(jī)6位數(shù)碼管顯示控制輸出控制對(duì)象信號(hào)處理圖11 數(shù)字式溫度控制儀總體設(shè)計(jì)框圖167。167。指令系統(tǒng)和引腳與典型的MCS51系列完全兼容，方便軟件的編寫。同時(shí)本系統(tǒng)采用AT89C52作為溫度控制系統(tǒng)主控單元。 總體設(shè)計(jì)方案167。3℃。4 溫度測(cè)量范圍在30℃~90℃，測(cè)量精度為177。2 通過(guò)按鍵給定目標(biāo)溫度值，并顯示。167。 主要研究?jī)?nèi)容熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，了解以單片機(jī)為核心的電路設(shè)計(jì)的基本方法。第1章 系統(tǒng)原理分析167。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)為核心的燒水爐溫度監(jiān)控系統(tǒng)，能在一定的范圍內(nèi)采集監(jiān)控水溫，控制精度有所提升，同時(shí)具有較好的快速性，報(bào)警，八段數(shù)碼管顯示等功能。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異更新。近年來(lái)，已取得了許多可喜的成果。就目前我國(guó)的技術(shù)水平和生產(chǎn)設(shè)備來(lái)看，我們已經(jīng)有能力研制和生產(chǎn)出高標(biāo)準(zhǔn)的控溫儀表。國(guó)內(nèi)的溫度控制儀發(fā)展經(jīng)歷了３個(gè)階段：第一階段為動(dòng)圈式控溫儀，主要缺點(diǎn)是控溫精度差，其最小刻度為20℃，升溫速度和加熱時(shí)間都不能自動(dòng)控制；第二階段為數(shù)字式控溫儀，顯示精度有所提高，但控制精度低，反應(yīng)遲鈍，并需人工設(shè)定所控溫度；第三階段為智能型控溫儀，帶有專用程序，控制精度高，基本事實(shí)現(xiàn)升溫、控溫的自動(dòng)化，減少了認(rèn)為誤差。 系統(tǒng)整體調(diào)試結(jié)果與仿真 17結(jié)　論 19參考文獻(xiàn) 20致　謝 21附　錄 22II前　言隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的發(fā)展，人們對(duì)溫度過(guò)程控制的要求越來(lái)越高，具體表現(xiàn)在溫控的精度、穩(wěn)定性、可靠性和多功能性等方面。 溫度采集模塊仿真 15167。 數(shù)碼管顯示模塊仿真 14167。 控制字程序流程圖 13第4章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 14167。 采樣子程序流程圖 10167。 溫度控制模塊 9第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 10167。 鍵盤輸入模塊 7167。 DS18B20溫度傳感器工作原理 4第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6167。 系統(tǒng)工作基本原理 3167。 總體設(shè)計(jì)框圖 2167。 總體設(shè)計(jì)方案 2167。 主要研究?jī)?nèi)容 2167。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)字式溫度控制儀畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目　錄前　言 1第1章 系統(tǒng)原理分析 2167。 主要研究?jī)?nèi)容與技術(shù)指標(biāo) 2167。 主要技術(shù)指標(biāo) 2167。 方案的提出 2167。 167。 PID算法 3167。 數(shù)碼管顯示模塊 6167。 溫度采集模塊 8167。 主程序流程圖 10167。 顯示子程序流程圖 11167。 系統(tǒng)各模塊仿真 14167。 鍵盤輸入模塊仿真 14167。 溫度控制模塊仿真 16167。傳統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)溫控設(shè)備已經(jīng)不能滿足這些要求，特別在一些精密器件的生產(chǎn)線和標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)領(lǐng)域方面，經(jīng)常需要配套相應(yīng)的測(cè)溫設(shè)備。在一些測(cè)溫產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、保證產(chǎn)品質(zhì)量的過(guò)程中，就需要提供更高要求的溫度控制儀。為此，國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)及廠家紛紛投入這類儀表的研制和生產(chǎn)。綜觀當(dāng)前國(guó)內(nèi)溫控儀的研制和生產(chǎn)水平，有兩個(gè)主要問(wèn)題明顯地?cái)[在我們面前:其一是溫控儀的高精度測(cè)量問(wèn)題:其二溫度的高精度控制的問(wèn)題。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的， 還 應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。并且價(jià)格低廉，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 主要研究?jī)?nèi)容與技術(shù)指標(biāo)167。設(shè)計(jì)一個(gè)能夠顯示當(dāng)前溫度和目標(biāo)溫度的溫度控制系統(tǒng)。 主要技術(shù)指標(biāo)1 通過(guò)溫度傳感器采集燒水爐中的當(dāng)前溫度值，并顯示。3 設(shè)計(jì)控制電路對(duì)燒水爐的通斷電狀態(tài)進(jìn)行控制，使燒水爐中的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。℃，控制精度為177。167。 方案的提出考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。AT89C52是一種帶4 kB閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS的8位微處理器。系統(tǒng)整體電路包括：主控電路、鍵盤輸入、數(shù)碼管顯示、控制輸出、控制對(duì)象。 總體設(shè)計(jì)框圖溫度控制電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖11所示，控制器采用單片機(jī)AT89C52，溫度傳感器采用DS18B20，用6位LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)測(cè)量溫度顯示與目標(biāo)設(shè)定溫度顯示功能，用43矩陣鍵盤對(duì)目標(biāo)溫度進(jìn)行輸入設(shè)定。 系統(tǒng)工作基本原理167。工業(yè)控制算法常用位置型PID算法，經(jīng)離散化后的算式為Un=Kpen+Kii=1nen+Kdenen1 式中，U(n)為第n個(gè)采樣時(shí)刻控制器的輸出量，e(n)第n個(gè)采樣時(shí)刻的偏差值，Kp為比例系數(shù)，Ki為積分作用系數(shù)，Kd為微分作用系數(shù)。而增量式中只需計(jì)算增量，算式中不需要累加，控制增量的確定僅與幾次偏差采樣值有關(guān)，當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí)，對(duì)控制量計(jì)算的影響較小，且容易通過(guò)加權(quán)處理獲得較好的控制效果。167。DS18B20的測(cè)溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器１；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器２的脈沖輸入。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器１、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器１和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)167。共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示出來(lái)。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)數(shù)碼管顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二級(jí)管恒定的導(dǎo)通或截止。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，但缺點(diǎn)是占用I/O口多，容易造成I/O接口的浪費(fèi)，不易控制成本。在輪流顯示過(guò)程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。其中74LS373鎖存器起到對(duì)輸出數(shù)據(jù)所存的作用，74LS138則是將P2P2P24三個(gè)管腳輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼轉(zhuǎn)