【正文】 FH（ 4KB）內(nèi)部程序存儲器，再執(zhí)行地址為 1000H－ FFFFH（ 60KB）的外部程序存儲器。 AT89S51 單片機引腳如圖 32 所示。 DS18B20 應(yīng)用廣泛，性能可以滿足 系統(tǒng) 的設(shè)計要求。 DALLAS 半導(dǎo)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。 DS18B20 測量溫度范圍為 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃范圍內(nèi)，精度為177?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。 DS18B20 可以程序設(shè)定 9～ 12 位的分辨率，精度為177?？蛇x更小的封 裝方式，更寬的電壓適用范圍。 DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！ 繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后， DS18B20 開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。 （ 2） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 光刻 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。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。如表 33所示。 例如 +125℃的數(shù)字輸出為 07D0H， +℃的數(shù)字輸出為 0191H，℃的數(shù)字輸出為 FE6FH， 55℃的數(shù)字輸出為 FC90H。 暫存存儲器包含了 9個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。 DS18B20 暫 存 寄存器 分布如表 34所示。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。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 收到此信號表示復(fù)位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序，如圖 3圖 36和圖 37 所示。 圖 36 寫操作時序 寫“ 0” 的時候，首先單片機發(fā)復(fù)位信號，然后發(fā)“ 0” 于是低電平持續(xù) 60us 就完成了寫“ 0” ,寫“ 1”的時候首先單片機發(fā)復(fù)位信號，持續(xù)時間大于 1us 小于 15us 然后發(fā)“ 1”持續(xù) 50us 以上即可。 （ 5） DS18B20 的使用注意事項 DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口 線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： 較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于 DS18B20 與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對 DS18B20 進行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。 在 DS18B20 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個 DS18B20，在實際應(yīng)用中并非如此。 連接 DS18B20 的總線電纜是有長度限制的。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。因此，在用 DS18B20 進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。這一點在進行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。 DS18B20 的測溫電路如圖 38所示。 它是通過計數(shù)時鐘周期來實現(xiàn)的 。 如果計數(shù)器在高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束前計數(shù)到零 ,表示測量的溫度值高于－ 55℃, 被預(yù)置在－ 55℃ 的溫度寄存器的值就增加 1℃, 然后重復(fù)這個過程 , 直到高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束為止 。 斜率累加器在補償溫度震蕩的拋物線特性 。 圖 39 DS18B20 測溫原理 20 DS18B20 在使用時 ,一般都采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 。 加熱，制冷控制部分 由于本系統(tǒng)要控制電熱絲加熱，壓縮制冷器制冷，功率較大，因此要借助功率電路。加熱部分采用繼電器控制，電路簡單可靠。三極管 9014 導(dǎo)通，繼電器動作對儲藏室加熱處理 ，反之亦然。在軟件中對儲藏室溫測量精確到 ℃，而在溫度設(shè)定時只取整數(shù)。 繼電器電路中有一個三極管 9014 的保護電路，即將一個二極管反向接到繼電器兩端。二極管的作用是將反向電流分流，使流過三級管 9014 的電流比較小，達到保護三極管 9014 的作用。 圖 310加熱制冷控制電路 21 鍵盤控制器部分 鍵盤采用按鍵開關(guān)經(jīng)上拉電阻分別接 、 、 口上，起到控制 、上調(diào)和下調(diào)作用。 按鍵功能： 1. Enter → (k2) 控制鍵 2. Up → (k3) 加 1鍵 3. Down → (k4) 減 1鍵 鍵盤控制原理圖如圖 311所示。數(shù)碼管采用共陽極， AT89S51 單片機每個 I/O 的拉電流只有 1— 2mA。由于單片機的時鐘頻率達到 12MHZ，移位寄存器的移位速度相當(dāng)快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)摹? 當(dāng)移位寄存器芯片 74LS164 清除端（ CLEAR）為低電平時，輸出端（ QA－ QH）均為低電平。當(dāng) A、 B 任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（ CLOCK）脈沖上升沿作用下 Q0 為低電平。 圖 312 74LS164邏輯封裝圖 移位寄存器芯片 74LS164 引出端符號： CLOCK 時鐘輸入端； CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效）； A， B串行數(shù)據(jù)輸入端； Q0－ Q7 輸出端。 23 表 36 74LS164真值表 移位寄存器 74LS16七段數(shù)碼管與單片機的具體接線電路如圖 313 所示。所以單片機會控制 揚聲器發(fā)出警笛聲 來提示。 圖 314 警報電路 電源輸入部分 控制系統(tǒng)主控制部分電源需要用 5V直流電源供電，其電路如圖 315 所示，把頻率為 50Hz、有效值為 220V 的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的 5V 直流 電壓。 由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波 25 動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。 圖 315 電源電路 26 溫度控制系統(tǒng)仿真 圖 圖 316 溫度控制系統(tǒng) 仿真圖 27 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)的主程序設(shè)計 本系統(tǒng)的執(zhí)行方法是循環(huán)查詢執(zhí)行的，鍵盤掃描也是用循環(huán)查詢的辦法，由于本系統(tǒng)對實時性要求不是很高，所以沒有用到中斷方式來處理。 主程序?qū)δK進行初始化，而后調(diào)用讀溫度、處理溫度、顯示溫度、鍵盤掃描和繼電器各模塊。 讀取 DS18B20 溫度模塊子程序 每次對 DA18B20 操作時都要按造 DS18B20 工作過程中的協(xié)議 進行。 圖 41 讀取 DS18B20溫度 子程序流程圖 初始化 開始 DS18B20 存在？ 讀取溫度值 返回 存儲操作命令 ROM 操作命令 是 否 28 數(shù)據(jù)處理子程序 由于 DS18B20 轉(zhuǎn)換后的代碼并不是實際的溫度值，所以要進行 數(shù)據(jù)處理 。也就說，本系統(tǒng)的溫度精確到了 度。處理過后把 DS18B20 的溫度 復(fù)制 到單片機的 RAM 中，里面已經(jīng)是溫度值的 Hex 碼了，然后轉(zhuǎn)換 Hex 碼到 BCD碼，分別把小數(shù)位，個位，十位的 BCD 碼存入 RAM 中 。 圖 42 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖 鍵盤掃描子程序 按鍵功能： 1. Enter → (k2) 控制鍵 2. Up → (k3) 加 1鍵 3. Down → (k4) 減 1鍵 鍵盤子程序流程圖如圖 43 所示。本軟件設(shè)計采用循環(huán)查詢來處理各個模塊，溫度是緩慢變化量所以可以滿足性能要求。在 工業(yè) 生產(chǎn)和日常生活中，對溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不振蕩，對系統(tǒng)的快速性要求不高。本系統(tǒng)的測溫范圍為 0℃ ～ 30℃，溫度信號由溫度芯片 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機。單片機通過對信號進行相應(yīng)處理，從而實現(xiàn)溫度控制的目的。 溫度檢測系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的溫度范圍完成一定范圍的溫度控制。它不僅是一個對我四年學(xué)習(xí)知識情況和應(yīng)用動手能力的檢驗，而且還是對我的鉆研精神，面對困難的心態(tài)，做事的毅力和耐心的考驗。 通過做本課題，我了解并掌握了傳感器的基本理論知識，更深入的掌握單片機的開發(fā)應(yīng)用能力。 [7]周潤景，張 麗娜．基于 PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真 [M]．北京：航空航天大學(xué)出版社 ,～ P326 [8]王忠飛，胥芳． MCS51單片機原理及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 [M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020． P268273 [9] 胡炎，基于單片機的水溫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 [J].通信技術(shù)， 2020. [10]何力民 . 單片機高級教程 .北京 :北京航空大學(xué)出版社 ,2020 [11]金發(fā)慶等編 .傳感器技術(shù)與應(yīng)用 .北京機械工業(yè)出版社 ,2020 [12] 薛鈞義 . 凌陽 16位單片機原理及應(yīng)用 . 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [13]謝劍英、賈青 . 微型計算機控制技術(shù) . 北京：國防工業(yè)出版社， 2020 [14]侯志林 . 過程控制與自動化儀表 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [15] 王威等 . 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