【正文】 ........................................................................ 33 附錄 C 主要參考文獻(xiàn)題錄及摘要 ............................................................................ 37 附錄 D 主要源程序 .................................................................................................... 39 劉楊：基于單片機(jī)的智能恒溫箱的設(shè)計(jì) IV 插圖清單 圖 21 系統(tǒng)主要功能模塊方框圖 ............................................................................... 4 圖 22 恒溫箱 工作流程 ............................................................................................... 6 圖 31 總體硬件原理圖 ............................................................................................... 9 圖 32 外部振蕩電路 ................................................................................................. 10 圖 33 硬件復(fù)位電路 ................................................................................................. 11 圖 34 一位共陰極數(shù)碼管引腳圖 ............................................................................. 12 圖 35 顯示電路 ......................................................................................................... 13 圖 36 開關(guān)電路 ......................................................................................................... 14 圖 37 按鍵抖動(dòng)電壓波形 ......................................................................................... 15 圖 39 溫度指示燈電路 ............................................................................................. 16 圖 310 溫度采集電路 ................................................................................................ 16 圖 41 主程序流程圖 ................................................................................................. 21 圖 42 溫度設(shè)定子程序流程圖 ................................................................................. 22 圖 43 溫度采集計(jì)算子 程序流程圖 ......................................................................... 23 圖 44 溫度比較處理子程序 流程圖 ......................................................................... 24 圖 45 溫度顯示子程序 流程圖 ................................................................................. 24 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 表格清單 表 31 七段顯示譯碼器的真值表及段碼表 ........................................................... 12 表 32 DS18B20 暫存器字節(jié)分配 ........................................................................... 19 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會生活的各個(gè)領(lǐng)域 ， 如家電、汽車、材料、電力電子等 ， 常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 ， 在工業(yè)企業(yè)中 ， 如何提高溫度控制 對象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場技術(shù)人員努力解決的問題， 開發(fā)出性能較好的溫度控制系統(tǒng)對于測控技術(shù)的發(fā)展具有很大的意義 。數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。更能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20 進(jìn)行 多 范圍的溫度檢測。 劉楊：基于單片機(jī)的智能恒溫箱的設(shè)計(jì) 2 第 1章 緒 論 課題研究的背景 二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的信息時(shí)代，電子技術(shù)、微型單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的。智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡化了設(shè)計(jì)。同時(shí)，它也不斷地完善和發(fā)展。市場上常見的溫度傳感器以電壓輸出為主要形式，不同的的傳感器其非線性曲線也各不相同，缺乏一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)具備的通用性和互換性。常規(guī)方法測量溫度誤差大、準(zhǔn)確度低、測量滯后的時(shí)間長。 在智能恒溫箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中， 用數(shù)字傳感器將溫度信號以數(shù)字信號的方式傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后的溫度數(shù)值，一方面送 LED 數(shù)碼管顯示；另一方面與給 定值經(jīng)行比較，判斷溫度高低，從而采取相應(yīng)的措施：加熱或者制冷。 智能恒溫箱主要是用來控制溫度，他為農(nóng)業(yè)研究、生物技術(shù)、測試提供所需的各種環(huán)境模擬條件，因此可廣泛適用于藥物、紡織、食品加工等無菌試驗(yàn)、穩(wěn)定性檢查以及工業(yè)產(chǎn)品的原料性能、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品壽命等測試。 課題研究的意義 智能恒溫箱的性能在很大程度上取決于對溫度的控制性能，本課題采用單片機(jī)為主控制器，通過數(shù)字傳感器測得箱內(nèi)溫度，再將溫度信號送入主控制器，來完成恒溫箱的溫度控制系統(tǒng)的硬件。 課題研究的內(nèi)容 本次課題只設(shè)計(jì)溫度采集，溫度顯 示，和溫度控制信號的送出部分，對于如安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 何保溫，如何加熱和制冷不在此次設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)好后 系統(tǒng)會將采集來的實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度進(jìn)行比較，如果實(shí)時(shí)溫度比設(shè)定溫度高就開啟制冷設(shè)備，如果實(shí)時(shí)溫度比預(yù)期溫度低就開啟加熱設(shè)備。在顯示電路上通常顯示的是實(shí)時(shí)的溫度，即傳感器采 集來的溫度，如果想要顯示人們設(shè)定的預(yù)期溫度可以按顯示切換鍵，這時(shí) 顯示器上就會顯示預(yù)期溫 度，幾秒鐘后跳回，顯示實(shí)時(shí)溫度。而顯示預(yù)期溫度的時(shí)候，表示顯示的是預(yù)期溫度的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。簡要介紹了 智能 恒溫箱 的發(fā)展現(xiàn)狀，說明了課題研究的內(nèi)容。說明了 恒溫箱 的 工作過程和主要功能， 介紹了設(shè)計(jì)中需要用的單片機(jī)的基礎(chǔ)知識， 確定了 本課題要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)。詳細(xì)描述了本課題各個(gè)組成電路單元的設(shè)計(jì)。 編 寫 程序?？偨Y(jié)本次設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)中的一些問 題，提出改善意見，并展望未來的設(shè)計(jì)。顯示系統(tǒng)除了顯示實(shí)時(shí)的溫度還能顯示設(shè)定的溫度，也就是人們想要保持的溫度。 圖 21 系統(tǒng)主要功能模 塊方框圖 本系統(tǒng)是采用模塊化設(shè)計(jì)的智能 恒溫箱 ，在生活中有廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)上電后默認(rèn)設(shè)定的恒溫溫度為 20℃ ，使用時(shí)可以自行調(diào)節(jié)預(yù)期的恒溫溫度，調(diào)節(jié)范圍為 0~99℃ 。如果溫度一樣則不開啟加熱或制冷設(shè)備。顯示實(shí)時(shí)溫度 時(shí)，表示顯示的是實(shí)時(shí)溫度的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 時(shí)鐘 80C51單片機(jī) 復(fù)位電路 進(jìn) 入 溫 度 設(shè) 定，溫度加、減按鍵輸入 電路 溫度采集電 路 顯示切換按鍵電路 2 位七段數(shù)碼管顯示 2 個(gè)發(fā)光二極管顯示 溫度調(diào)節(jié)電路 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 單片機(jī)整個(gè) 恒溫箱 的核心，內(nèi)部電路設(shè)計(jì)用匯編語言編寫。 系統(tǒng)需求分析 。 ，以正常調(diào)節(jié)溫度。 ，當(dāng)按下顯示切換鍵后能顯示幾秒鐘的 預(yù)期溫度。并且系統(tǒng)能夠顯示實(shí)時(shí)的溫度和設(shè)定的預(yù)期溫度。如果想調(diào)節(jié)預(yù)期的溫度，先閉合“溫度設(shè)定”開關(guān)，進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)會顯示設(shè)定的溫度值，如果想加一攝氏度就按下“加 1℃”鍵，如果想減一攝氏度就按一下“減 1℃”鍵，溫度 LED 顯示器上會顯示改變后的溫度 ，調(diào)整范圍為 0~99℃。要退出調(diào)節(jié)狀態(tài)，斷開“溫度設(shè)定”開關(guān)即可。單片機(jī)通過與溫度傳感器進(jìn)行通信，獲取實(shí)時(shí)溫度信息，并將所獲取的溫度信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 化為攝氏溫度的形式存儲起來。將存儲的實(shí)時(shí)攝氏溫度與設(shè)定的預(yù)期溫度經(jīng)行比較。 。 。若再想查 看預(yù)期溫度顯示需再次按下“溫度顯示切換”按鍵。 本章小結(jié) 本章主要講述了 恒溫箱 的工作原理和本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程。在說明系統(tǒng)流程時(shí)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的內(nèi)容，指出了參數(shù)設(shè)置的方法和意義。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，硬件設(shè)計(jì)的大量返工是比較少的，軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是貫徹始終的，到中后期基本上都是軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，隨著集成電路計(jì)數(shù) 器 的飛速發(fā)展，各種功能很強(qiáng)的芯片不斷出現(xiàn)，使硬件電路的集成度越來越高，硬件設(shè)計(jì)的工作量在整個(gè)項(xiàng)目中所占的比重逐漸下降，為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： ，以簡化電路 。 。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用 80C51 單片機(jī)。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一些空間。如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的 RAM，如 626 62256 等。只要在硬件電路設(shè)計(jì)初期考慮到這一點(diǎn)，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級留有足夠的 RAM 空間，哪怕多設(shè)計(jì)一個(gè) RAM 插座，暫時(shí)不插芯片也好。如果有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端：有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。 總體硬件原理圖 總體硬件原理圖如圖 31 所示，圖中主要部分 U1 芯片為 80C51 單片機(jī)， U2為溫度傳感器 DS18B20。兩個(gè)發(fā)光二極管“ HEAT”和“ COOL”分別表示傳送給加熱器和制冷器的啟動(dòng)信號，分別接到單片機(jī)的 ， 口。按鍵“溫度顯示切換”是用于切換顯示預(yù)設(shè)的溫度的按鍵，接單片機(jī)的 口。兩個(gè)數(shù)碼管分別接單片機(jī)的 ， 口。開關(guān)“溫度設(shè)定”接單片機(jī)的 口，按鈕“加 1℃”和“減 1℃”分別接單片機(jī)的 和 口。 時(shí)鐘頻率電路 設(shè)計(jì) 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時(shí)鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片的工作頻率，時(shí)鐘電路如圖 32 所示。此電路大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在 XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為 3V 左右的正弦波時(shí)鐘信號，其振蕩頻率主要有石英晶體的頻率確定。 C C2 的典型值為 30pF。圖中時(shí)鐘頻率為 12MHz，即 fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為 1/12μs。 圖 33 中由按鍵以及電容 C電阻 R R2 構(gòu)成上電復(fù)位及手動(dòng)電路。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)的 9 腳 RST管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。軟件復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡 單，但占用端口資源多；動(dòng)態(tài)掃描的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定程度沒有靜態(tài)顯示好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(tài)顯示而言最大的優(yōu)點(diǎn)是占用端口資源少。以下將對顯示電路的各個(gè)部件及整體設(shè)計(jì)做詳細(xì)的介紹。數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管 兩種。 本次設(shè)計(jì)所用的到的共陰極數(shù)碼管的引腳如圖 34 所示，外部有 10 個(gè)引腳，其中 1 和 6 引腳連通，作為公共端接地。將