【正文】 0A2H＋℃0000 0000 0000 10000008H0℃0000 0000 0000 00000000H－ ℃1111 1111 1111 1000FFF8H－ ℃1111 1111 0101 1110FF5EH－℃1111 1110 0110 1111FF6FH－55 ℃1111 1100 1001 0000FC90H注：The poweron reset value of the temperature register is ＋85℃（3）DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和第溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。DS18B20溫度值格式表如表33所示表33：DS18B20溫度值格式表LS Bytebit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit02322212021222324BS Bytebit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8SSSSS262524 這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。: （1） 光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的,他可以看作是該DS18B20的地址序列碼。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。 DS18B20測溫原理如圖316所示。如圖315所示圖315 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： （1）DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端； （2）GND為電源地線； （3）VDD為外界供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。 DS18B20的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳定義。（8）測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。（6）可編程的分辨率為9～12位，℃、℃、℃℃，可實現(xiàn)高精度測溫。（5）溫度范圍－55℃～＋125℃，在10～+85℃時精度為177。（3）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。 DS18B20的主要特性[9]（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 數(shù)字溫度傳感器DS18B20的發(fā)展 美國Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持 一線總線接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ONB0ARD）專利技術(shù)。要判別是否有鍵按下，用單片機的位處理指令十分方便。這是最簡單的鍵盤結(jié)構(gòu)，該電路為查詢方式電路。圖313 獨立式鍵盤鍵盤可分為獨立連接式和行列式（矩陣式）兩類，本設(shè)計使用的是獨立連接式，所以這里只介紹獨立連接式。圖312 鍵按下和釋放時的電壓波形如果按鍵較多，常用軟件方法去抖動，及檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，產(chǎn)生5～10ms的延時；讓前沿抖動消失后，再一次檢測按鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平則確定真正有鍵按下。按鍵的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。為確保CPU對按鍵的一次閉合僅做一次處理，必須去除鍵抖動。按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，如圖312所示。通常按鍵所用的開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當機械觸點端來、閉合時，電壓信號波形如圖312所示。鍵盤中每個按鍵都是一個常開開關(guān)電路，如圖311所示。靠軟件識別的稱為非編碼鍵盤。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。下面我就來介紹一下LED顯示器動態(tài)顯示的軟件子程序清單（以圖39共陰極2位LED顯示器為例）：見附錄四（本設(shè)計就是采用這種方式顯示）。雖然這些字符是不在同一時刻出現(xiàn)的，但由于LED顯示器的余輝和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成“多位同時亮”的假象，達到同時顯示的效果。也就是說在同一時刻只有選通位才能顯示出相應(yīng)的字符，而其它位是熄滅的。這樣，在同一時刻2位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其它的LED則是熄滅的。因此，要在同一時刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，那兩位LED將顯示相同的字符。圖39用AT89C51單片機控制LED動態(tài)顯示方式接口圖310 集成塊7407的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖其中7407是同相器集成塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖310，它是用來驅(qū)動共陰極數(shù)碼管的。在多位LED顯示時,為簡化硬件電路,節(jié)省I/O口資源,通常將所有位的段碼線相應(yīng)的并聯(lián)在一起,由一個8位I/O口控制,而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時選通。這種顯示方式的每一個8段顯示器需要一個8位輸出口控制。 LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。表32 8段LED顯示器部分字型碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03FHC0H67DH82H106HF9H707HF8H25BHA4H87FH80H34FHB0H96FH90H466H99H“滅”00H88H56DH92H………注：段碼是相對的，它由個字段在字節(jié)中所處的位決定。各段與字節(jié)中的各位對應(yīng)的關(guān)系如表31。7段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計8段。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連結(jié)在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陽極為低電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示[11]。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連結(jié)在一起，通常此公共陰極接地。每一個段對應(yīng)一個發(fā)光二極管。LED顯示器在單片機中的應(yīng)用非常普遍。如圖36圖36 AT89C51最小系統(tǒng)連接原理圖 顯示部分的設(shè)計 LED顯示器接口原理[6] LED（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管的縮寫。其中電容一般為10UF的電解電容。單片機復位方式有二種：上電復位（如圖34）、人工復位（如圖35）。計算機在啟動運行時都需要復位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。接到晶振兩端的瓷片電容作用是使振蕩器起振和對f 微調(diào)補償，典型值為30PF，本設(shè)計中選用20PF瓷片電容。本設(shè)計采用12MHZ。 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。RST為復位輸入線，ALE、為系統(tǒng)擴展控制線，XTAL1和XTAL2為時鐘電路輸入/輸出線，VCC、VSS為電源輸入線，一般接＋5V和地。 軟件各模塊設(shè)計、修改硬件各部分設(shè)計、修改軟硬件劃分查資料整體工作電路設(shè)計結(jié)束軟硬件的聯(lián)調(diào)圖21 設(shè)計過程框圖 鍵盤 報警電路 顯示電路 單片機基本系統(tǒng) 繼電器傳感器 電爐圖 22 水溫控制電路總體框圖第三章 理論設(shè)計 控制部分的設(shè)計 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)[7] AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖31內(nèi)部中斷中斷控制 外部中斷 CPU OSC ALE 程序存貯器4K字節(jié) ROM總線控制 P0 P1 P2 P3 數(shù)據(jù)存貯器128字節(jié) RAM 48 I/O口TXD RXD 串行口外部計數(shù)脈沖定時器1定時器0 圖31 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖32 AT89C51引腳圖 AT89C51是雙列制插封裝形式的器件，其引腳圖如圖32所示。所以繼電器的要選用交流型（ACSSR），耐壓在220V以上。本設(shè)計中繼電器是由單片機控制的所以它的供電電壓選擇5V直流電。本設(shè)計采用同相器74LS07集成塊來驅(qū)動固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器（Solid state RelaySSR）是近幾年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，容易驅(qū)動，其輸出利用晶體管或可控硅驅(qū)動，無觸點。最后，控制部分的設(shè)計，這一部分主要就是繼電器的選擇。按鍵部分的設(shè)計考慮到單片機I/O資源不足的緣故，本設(shè)計采用三個按鍵分別用來設(shè)定門限值十位、個位和一位小數(shù)位。選用的是兩組共陰極數(shù)碼管，采用一塊同相器74LS07集成塊來驅(qū)動。再次，設(shè)計顯示部分、按鍵部分和報警。這個傳感器最大的特點就是能夠從一根總線直接輸出二進制的溫度信號，不需要A/D轉(zhuǎn)換和信號放大。DS18B20是DALLAS半導體公司（現(xiàn)屬MAXIM公司）設(shè)計生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，其測量溫度范圍為－55℃～＋125℃，在10～+85℃時精度為177。這是由于本設(shè)計中單片機除了要完成數(shù)據(jù)采集、處理、控制和顯示任務(wù)外，還要完成按鍵值得采集、處理。其次，要選擇一個溫度敏感元件，它能夠很靈敏的根據(jù)溫度變化輸出一定的信號。 簡述首先，要選擇一個CPU控制芯片。由此可見，對于指令執(zhí)行時間一般為幾個微妙的單片機應(yīng)用電路來說，控制速度幾乎沒有熱核限制。（1）軟、硬件功能劃分[4] 在絕大多數(shù)單片機應(yīng)用電路中，電路功能的軟、硬件劃分往往是由應(yīng)用電路對控制速度的要求決定的，在沒有速度限制的情況下可以考錄以軟件換取硬件電路的簡化，以求降低硬件成本。第二章 設(shè)計思路 總體設(shè)計此設(shè)計一個基于單片機的水溫控制電路，需要完成的功能是溫度的設(shè)定、檢測與顯示以及的溫度的控制和報警等。相當于一個由單片機控制的開關(guān)。 （6）報警電路 當按鍵輸入的溫度在軟件所限制的范圍之外時，報警電路報警。（4） 顯示 由六個七段數(shù)碼管以及數(shù)碼管的驅(qū)動電路組成，三位數(shù)碼管顯示出測量結(jié)果，三位數(shù)碼管顯示出限定溫度。（3）單片機基本系統(tǒng) ，進行相應(yīng)的處理，送往顯示部分；　，進行相應(yīng)的處理，送往顯示部分； ，進行相應(yīng)的處理，給出控制信號。（1）電爐 接上220V 交流電，由繼電器控制其開關(guān)，對水進行加熱。要求顯示實際溫度和門限溫度，并且要求門限水溫可以由人工通過鍵盤來設(shè)定。設(shè)計中使用7407同相器作為數(shù)碼管和固態(tài)繼電器的驅(qū)動。 本設(shè)計單片機控制部分采用AT89C51單片機為核心，采用軟件編程，實現(xiàn)用PID算法來控制PWM波的產(chǎn)生，進而控制電爐的加熱來實現(xiàn)溫度控制。本文正是介紹一個基于單片機的水溫控制電路來控制電爐內(nèi)的水溫。隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生產(chǎn)的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的溫度采集系統(tǒng)就是其中之一[2]。 基于單片機的水溫控制電路設(shè)計序言無論是工業(yè)控制領(lǐng)域還是消費電子領(lǐng)域，溫度控制的應(yīng)用都非常廣泛，如工業(yè)控制中的鍋爐、加熱爐的控制，消費電子領(lǐng)域的熱水器、飲水機的控制，內(nèi)部都涉及到溫度控制[1]。傳統(tǒng)靠人工控制的溫度、濕度、液位等信號的測壓﹑力控系統(tǒng)，外圍電路比較復雜，測量精度較低，分辨力不高，需進行溫度校準(非線性校準、溫度補償、傳感器標定等)；且它們的體積較大、使用不夠方便。采用MCS51單片機對溫度進行控制，不僅具有控制方便、簡單和靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高溫度控制的技術(shù)指標。水溫控制在工業(yè)及日常生活中應(yīng)用廣泛,分類較多,不同水溫控制系統(tǒng)的控制方法也不盡相同,其中以PID控制法最為常見,但是,常規(guī)調(diào)節(jié)三個參數(shù)的整定一般需要經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員來完成,步驟繁瑣復雜,又要重新整定,并且在現(xiàn)代工業(yè)控制過程中，許多被控對象機理復雜,這種情況下,采用常規(guī)PID調(diào)節(jié)器，三個參數(shù)的整定比較困難，為此本文提出了采用歸一參數(shù)整定法，即只整定一個參數(shù),這樣減少了許多工作量，提高了工作效率，為實現(xiàn)簡易的自整定控制帶來方便[3]。適用于環(huán)境參數(shù)經(jīng)常變化的小型水溫控制電路。 第一章 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計的任務(wù)是：用電爐對水加熱，基于單片機設(shè)計一個電爐水加熱控制電路。電路可以通過對實際溫度和門限溫度的差值的處理來控制繼電器進而控制電爐的開關(guān)，從而對水溫進行控制，使水溫保持在一定溫度上。（2）傳感器 對水溫進行實時檢測，輸出溫度信號給單片機?？刂评^電器開關(guān)，從而控制電爐開關(guān)。（5） 按鍵鍵入門限值。（7） 繼電器 接受單片機傳來的信號，通過其驅(qū)動，然后作出相應(yīng)的操作來控制電爐工作與否。 技術(shù)指標 1．門限溫度可以在40～90℃之間設(shè)定； 2．可以通過用鍵盤人工設(shè)定門限溫度； 3．用數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度和實際溫度。當溫度小于設(shè)定溫度時電爐工作，當溫度大于設(shè)定溫度時電爐不工作。