【正文】 .... 27 參考文獻 ....................................................................................................................... 28 附錄 ............................................................................................................................... 30 第一章 緒論 1 第一章 緒論 日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，在冶金 、 食品加工 、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中，廣泛使用的各種加熱爐 、 熱處理爐 、 反應爐等，都要求對溫度進行嚴格控制。DS18B20 溫度計還可以在高溫報警、遠距離多點測溫控制等方面進行應用開發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。 DS18B20 新型單總線數(shù)字溫度傳感器 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器 , 集溫度測量和 A /D 轉換于一體 ,直接輸出數(shù)字量 ,具有接口簡單、精度高、抗干擾能力強、工作穩(wěn)定可靠等特點。 測溫控制電路由溫度傳感器 和預置溫度值比較報警電路組成，當實際測量溫度值大于預置溫度值時，發(fā)出報警信號，即發(fā)光二極管亮。主要包括硬件電路的設計和系統(tǒng)程序的設計。 編號 淮安信息職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 題 目 基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設計 學生姓名 學 號 系 部 電氣工程 專 業(yè) 電氣自動化 班 級 指導教師 顧問教師 摘要 I 摘 要 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人們生活與環(huán)境溫度息息相關，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在工業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和控制具有重要的意義。 本論文介紹了一種以單片機為主要控制器件，以 DS18B20 為溫度傳感器的新型數(shù)字溫度計。硬件電路主要包括主控制器，測溫 控制 電路和顯示電路等，主控制器采用單片機 AT89C52，溫度傳感器采用美國 DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的 DS18B20， 顯示電路采用 8 位共 陰極 LED 數(shù)碼管 ， ULN2803A 為驅動的 動態(tài)掃描直讀顯示。 系統(tǒng)程序主要包括主程序， 測 溫子程序 和 顯示子 程序等。 由于采用了改進型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元件，與傳統(tǒng)的溫度計相比 ,本數(shù)字溫度計減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。此外，還介紹了系統(tǒng)的調(diào)試和性能分析。在日常生活中，電烤箱 、 微波爐 、 電熱水器 、 烘干箱等電器也需要進行溫度檢測與控制。而熱電偶和熱電阻測出的一般是電壓，再轉換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支 持，硬件電路復雜，軟件調(diào)試復雜，制作成本高。 測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式 、 從集成化向智能化 、 網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。 這種設計需要用到 A/D 轉換電路， 因此 感溫電路 的設計 比較 復雜 。本數(shù)字溫度計的設計采用美國 DALLAS 半導體公司繼 DS1820 之后推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20 作為檢測元件，其溫度值可以直接被讀出來，通過核心器件單片機AT89C52 控制溫度的讀寫和顯示，用 LED 數(shù)碼管顯示。而且采用 3 線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。控制器使用 AT89C52，溫度傳感器使用 DS18B20，用 8 位共陰極 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描法實現(xiàn)溫度顯示。 綜上所述， 本設計以智能集成溫度傳感器 DS18B20 為例，介紹基于 DS18B20傳感器的數(shù)字溫度計的設計，該設計適用于人們的日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于溫度的檢測及控制。1 ℃ 。 （ 3） 系 統(tǒng)可由用戶 預設溫度值 ， 測溫 范圍為 － 55℃ ～＋ 125℃ 。 （ 5） 系統(tǒng)具有數(shù)碼顯示功能，能實時顯示設定溫度值和測得的實際溫度值。而熱電偶和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復雜，軟件調(diào)試復雜，制作成本高。 DS18B20 可以直接讀出被測 量的 溫度值，而采用 3 線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。數(shù)字溫度計總體電路框圖如圖 11 所示 。采用智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測元件，測溫范圍為 － 55℃ ～＋ 125℃ ，最大分辨率可達 ℃ 。 2．實現(xiàn)方法簡介 ： DS18B20 采用外接電源方式工作，一線測溫的一線與 AT89C52 的 連接并加上上拉電阻使其工作，測出 的數(shù)據(jù)存放在寄存器 10H12H 中，將數(shù)據(jù)經(jīng)過BCD 碼轉換后送 LED 顯示。 第二章 設計任務與方案分析 3 圖 11 總體電路框圖 3．測溫流程圖 ： 圖 12 測溫流程圖 主控制器 AT89C52 驅動顯示電路 按鍵電路 報警電路 DS18B20 初始化 跳過 ROM匹配 數(shù)碼管顯示 溫度變換 讀暫存器 轉換成顯示碼 延時 1S 跳過 ROM 匹配 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 4 第三章 .芯片功能簡介 AT89C52 芯片簡介 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電平，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 256 bytes的隨機存 取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM ),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和Flash 存儲單元， 32 個可編程 I/O 口線 , 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 , 低功耗空閑和掉電模式。 引腳功能說明如下： （ 1） VCC:電源電壓 （ 2） GND:地 （ 3） P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復用口。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定 時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 (P )和輸入 (P ),參見表 21。 表 21 和 的第二功能 引 腳 號 功能特性 T2（定時 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出 T2EX（定時 /計數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制） （ 5） P2 口 :P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅動 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令 )時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 （ 6） P3 口 :P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作 為輸入端口。 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，如表 22所示。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器 (地址為0000HFFFFH ) 。需注意的是 :如果加密位 LB1 被編程，復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VCC 。 （ 10） XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 字節(jié)的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但在物理上它們是分開的。 RAM 還是訪問特殊功能寄存器。 （ 12）中斷： AT89C52 共有 6 個中斷向量 :兩個外中斷（ INT0 和 INT1）， 3 個定時器中斷 (定時器 0, 1, 2)和串行口中斷。 這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電 路參見圖 21（ a）圖所示。 用戶也可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 DS18B20 的功能簡介 1．芯片簡介 （ 1） 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： V～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 第三章 芯片功能簡介 7 （ 3） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) ?！?。 （ 6） 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快 。 （ 8） 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 。 DS18B20的外形及管腳排列 如圖 23和表 23所示。開漏單總線接口引腳。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。 （ 1） 64 位 ROM ROM中的 64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20的地址序列碼，每個 DS18B20的 64位序列號均不相同。 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 。 DS18B20溫度值格式表24 ][2 如下所示。 例如＋ ℃的數(shù)字輸出為 0191H，－ ℃的數(shù)字輸出為 FF6FH。 （ 3）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下 表 25 所示。在 DS18B20 出廠時該位被設置為 0，用戶不要去改動。 （ 4）高速暫存器是一個 9字節(jié)的存儲器。高速暫存器 RAM結構圖如下表 27所示 。 其工作時序 ][3 包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖 44 （ a）（ b）（ c）所示。 寫時間片：將數(shù)據(jù)從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在開始另一個寫周期前必須有 1us以上的高電平恢復期。主機在讀時間片下降沿之后 15us 內(nèi)完成讀位。 主機寫“ 0”時隙 主機寫“ 1”時隙 VCC 60usTX120us 1ustxcc∞ 1Wire Bus GND DS18B20 采樣 1us DS18B20 采樣 15us MIN TYP MAX MIN TYP MAX 15us 30us 15us 15us 30us 圖 24（ b）寫時序 VCC 主機讀“ 0”時隙 主機讀“ 1”時隙 1Wire Bus GND 主機采樣 1us 15us 15us 30us 主機采樣