溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

摘 要在日常生活及工農業(yè)生產中，對溫度的檢測及控制時常顯得極其重要。因此，對數(shù)字顯示溫度計的設計有著實際意義和廣泛的應用。本文介紹一種利用單片機實現(xiàn)對溫度只能控制及顯示方案。本畢業(yè)設計主要研究的是對高精度的數(shù)字溫度計的設計，繼而實現(xiàn)對對象的測溫。測溫系數(shù)主要包括供電電源，數(shù)字溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集電路，LED顯示電路，蜂鳴報警電路，繼電器控制，按鍵電路，單片機主板電路。高精度數(shù)字溫度計的測溫過程，由數(shù)字溫度傳感器采集所測對象的溫度，并將溫度傳輸?shù)絾纹瑱C，最終由液晶顯示器顯示溫度值。該數(shù)字溫度計測溫范圍在-55+125，精度誤差在0.5以內，然后通過LED數(shù)碼管直接顯示出溫度值。數(shù)字溫度計完全可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水銀溫度計，可以在家庭以及工業(yè)中都可以應用，實用價值很高。關鍵詞：單片機：ds18b20：LED顯示：數(shù)字溫度.AbstractIn our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could replace the traditional mercurial thermometer, can be used in family or industrial and production, it has a great value.Key words: MCU: DS18B20 : LED display: Digital thermometer。1.緒 論31.1課題背景31.2立題的目的和意義41.3溫度控制系統(tǒng)的預期功能和基本原理41.4本系統(tǒng)主要研究內容62.多功溫度控制系統(tǒng)總體分析與設計72.1 溫度控制系統(tǒng)的組成和工作原理72.2 溫度采集轉換系統(tǒng)82.3 升降溫控制系統(tǒng)102.4鍵盤顯示系統(tǒng)112.5報警系統(tǒng)122.6電源系統(tǒng)132.7 硬件電路設計142.7.1 系統(tǒng)硬件配置142.7.2 主要元件簡介143.軟件系統(tǒng)設計283.1軟件總體設計283.2系統(tǒng)初始化函數(shù)303.3 控制函數(shù)303.4鍵盤顯示函數(shù)313.5降溫函數(shù)323.6曲線算法333.7采樣34結 論35致 謝37參考文獻38系統(tǒng)源程序39基于8051單片機的溫度采集器1緒 論1.1課題背景溫度控制是自動控制經常討論的課題之一，它代表了一類自動控制的方法。而且其應用十分廣泛，可以說在生產生活中無處不在，例如鍋爐、電冰箱等。而由溫度控制帶來的時滯效應難題始終困擾著實際應用。隨著科學技術的高速發(fā)展，溫度控制技術得到了很大的進步，其應用的領域也不斷的擴大。本文將使用8051型單片機對溫度控制的基本原理實例化，設計一個帶有多功能的、能夠減小時滯效應的溫度采集控制系統(tǒng)。目的是利用畢業(yè)設計的這段時間學習一種利用8051型單片機進行溫度采集控制的方法。1.2立題的目的和意義8051型單片機是常用的控制芯片，在智能儀器儀、工業(yè)檢測控制、機電一體化等方面取得了令人矚目的成果，用其作為溫度采集控制系統(tǒng)的實例也很多。使用8051單片機能夠實現(xiàn)溫度全程的自動控制，而且8051單片機易于學習、掌握，性能價格比高。使用8051型單片機設計溫度采集控制系統(tǒng)，可以即時、精確的反映溫度變化。完成諸如升溫到特定溫度、降溫到特定溫度、在溫度點保持恒溫等多種控制方式，可以應用到空調、鍋爐、電熱器一類的設備上。1.3溫度控制系統(tǒng)的預期功能和基本原理多功能溫度控制系統(tǒng)的設計初衷是滿足實際生產中溫度控制的需要。為此本系統(tǒng)針對實際應用開發(fā)了兩種溫度控制的模式。第一種控制模式類似于空調，鍋爐等需要保持在一定區(qū)間內恒溫的設備，他們都需要有加溫或降溫功能，有的當溫度超過一定上限時會報警。本系統(tǒng)中把這種工作模式命名為Control模式，簡寫為C模式。系統(tǒng)工作在這種模式下時，首先系統(tǒng)會提示用戶輸入溫度的上限與下限的溫度值。然后根據(jù)實際溫度的情況決定采取那些方案。如下圖131所示： 圖131 第一種控制模式示意圖該時刻的實際溫度低于用戶設定的下限溫度，所以此時刻系統(tǒng)正處于升溫狀態(tài)，直到實際溫度到達上限溫度值，系統(tǒng)才停止升溫。反之，如果實際溫度高于用戶設定的下限值時，系統(tǒng)處于降溫狀態(tài)。當實際溫度超過用戶設定的上、下限溫度時，系統(tǒng)還會通過聲音、警報燈來報警，同時啟動相應的降升溫措施。第二種模式在日常生產中是十分普遍的，例如鑄造模具、熱時效處理等都需要完成“升溫恒溫降溫”反復的過程。本系統(tǒng)模擬了熱時效的處理過程，采用“升溫恒溫升溫恒溫降溫恒溫降溫”的梯形曲線過程，如下圖132所示的： 圖132圖131 第二種控制模式示意圖這種模式對溫度控制的要求比較高，技術指標也很多，例如必須保持采樣時間有單位并且均勻、升溫降溫的過程要穩(wěn)定、迅速等。常用的溫度控制算法都采用PID算法。本設計從成本、設計復雜度、實用性及開發(fā)時間諸多因素的考慮采用了DDC算法，主要體現(xiàn)在升降溫過程中。系統(tǒng)為典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，組成部分見圖133。其中數(shù)字控制器的功能由8051單片機實現(xiàn)。 圖133溫度控制系統(tǒng)組成框圖1.4本系統(tǒng)主要研究內容本系統(tǒng)所要完成的任務是：（1）能夠實時、準確的采樣溫度值。（2）能夠以DDC控制方式，進行升溫、降溫過程。（3）完成溫度梯形曲線的變化過程。（4）更加人性化的設計。上、下界限溫度能夠用戶輸入并顯示，聲音、警報燈的報警功能等。2.多功溫度控制系統(tǒng)總體分析與設計2.1 溫度控制系統(tǒng)的組成和工作原理多功能溫度控制系統(tǒng)能是以8051單片機作為核心，周邊設備使用DS18B20型單線智能溫度傳感器、液晶顯示芯片74HC00、繼電器及其驅動電路、紅、藍色發(fā)光二極管、蜂鳴器、電加熱器、直流電機風扇等。經DS18B20采集到的數(shù)字量與用戶設定的溫度值進行比較，即可得到現(xiàn)場溫度和設定溫度的偏差。用戶設定值由鍵盤輸入。由8051單片機構成的數(shù)字控制器按最小拍進行運算，計算出所需要的控制量。數(shù)字控制器的輸出經標度變換后送給8051內部定時計數(shù)器轉變?yōu)楦叩碗娖降牟煌掷m(xù)時間，送至繼電器及其驅動電路，觸發(fā)晶閘管并改變其導通角大小，從而控制電加熱器的加熱電壓，起到控溫的作用。系統(tǒng)基本硬件結構框圖如圖211所示。其功能和原理如下：（1）8051：負責中心運算和控制，協(xié)調系統(tǒng)各個模塊的工作。（2）溫度溫度傳感器DS18B20：負責溫度與數(shù)字量的轉化。其精度可精確到小數(shù)點后四位。（3）功率模塊：采用隨機型固態(tài)繼電器控制加熱設備的方式。隨機型固態(tài)繼電器采用低電壓輸入方式，一般為DC310V，用可控硅做輸出器件。這樣控制部分與大功率部分實現(xiàn)隔離，可抑制干擾。 圖211系統(tǒng)基本硬件結構框圖（4）人機交互模塊：用4X1鍵盤和液晶顯示器構成友善的人機交互界面。（5）抗干擾模塊：使用看門狗芯片X25045，其看門狗功能將對系統(tǒng)起到有效的監(jiān)視作用，內含512B串行E2PROM，具有掉電非易失特性，在本系統(tǒng)中做數(shù)據(jù)備份用。（6）紅、藍色LED，蜂鳴器：負責系統(tǒng)的報警功能。當溫度超過用戶設定的上、下限值時系統(tǒng)將報警。LED燈在單片機的控制下點亮，同時蜂鳴器發(fā)出報警聲，通知用戶采取相應的措施。2.2 溫度采集轉換系統(tǒng)在設計此類系統(tǒng)時，傳統(tǒng)的方法是通過熱敏電阻或模擬集成溫度傳感器采集溫度的模擬量，再用A/D器將轉換后的數(shù)字量送給單片機，這些方案的主要缺點是精度差，（例如典型的模擬集成溫度傳感器AD590的精度僅為0.5）并且因為采用了A/D轉換器使電路過于復雜?；诤喕娐?，提高性價比的考慮，本設計采用集成化智能型溫度傳感器DS18B20完成現(xiàn)場溫度的采集。系統(tǒng)電路圖如圖221所示 圖221溫度轉換采集系統(tǒng)電路圖DS18B20是美國DALLAS公司生產單線智能溫度傳感器，其采用DALLAS公司獨特的“單線（1Wire）總線”專有技術，通過串行通信接口（I/O）直接輸出被測溫度值（912位二進制數(shù)據(jù)，含符號位）。其工作在在12位模式下時，所對應的溫度分辨力高達0.0625。溫度/數(shù)字轉換時間的典型值為93.75ms。根據(jù)定義，單線總線只有一根線，這意味著總線上每個器件只能分時驅動單線總線，并要求每個器件必須有漏極開路輸出或三態(tài)輸出的特性。 DS18B20的單線接口I/O就屬于漏極開路輸出。在單線總線上必須接上拉電阻，其電阻值約為5K（標稱值可取5.1 K或4.7 K）。當單線總線上掛有多個從屬器件時，也稱之為多點總線。單線總線雜空閑狀態(tài)下呈高電平。操作單線總線時，必須從空閑狀態(tài)開始。單線總線加低電平的轉換時間超過480us時，總線上所有的器件均被復位。在主CPU發(fā)出復位脈沖后，從屬器件就發(fā)出應答脈沖（PRESENCE PULSE），來通知主CPU它已經作好了接收數(shù)據(jù)和命令的準備工作。DS18B20與微處理器的電路接法如圖222所示：寄生電源接法外部電源接法 圖222 DS18B20與微處理器連接圖而傳統(tǒng)溫度采集轉換系統(tǒng)則通過溫度傳感器集成芯片將溫度變化量轉換成電流值變化量，輸入放大電路轉換為電流變化量，再輸入ADC0809將模擬信號轉換為數(shù)字信號。利用單片機采集并存儲采集到的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)電路圖如下圖223所示。 圖223傳統(tǒng)溫度采集轉換系統(tǒng)電路圖2.3 升降溫控制系統(tǒng)本系統(tǒng)使用DDC控制技術。DDC控制是當現(xiàn)場溫度在用戶設定的上、下限溫度范圍內時，加熱器或降溫器的工作隨著溫度接近臨界值而相應調整的一種控制方式，通常所說的DDC段一般定為5，當溫度變化超出這個范圍時，加熱器或降溫器被控制為DDC控制，一般有下面二種控制方式：時間DDC型、電流DDC型，DDC控制能消除"開關"型控制產生的鋸齒波形，減少對電網的沖擊，如圖231的DDC控制一般不用在負載變化范圍較大而控制精度又較高的場合。 圖231 DDC控制下的現(xiàn)場溫度曲線此系統(tǒng)由繼電器及其驅動電路，直流電機風扇，散熱片及電加熱器組成，完成溫度的升降。利用繼電器及其驅動電路，直流電機風扇相組合可實現(xiàn)風扇的轉速控制，驅動電路實際上是一個復雜的放大電路，如圖232所示： 圖232繼電器及其驅動電路電路圖連接到直流電機風扇后，轉動方向是由電壓來控制的，電壓為正則正轉，電壓為負則反轉。轉速大小則是由輸出脈沖的占空比來決定的，正向占空比越大則轉速越快，反向轉則占空比越小轉速越快。見下面圖233: 圖233直流電機風扇控制脈沖圖在程序設計中用P1.4控制送出脈沖。P1.4為“1”時，輸出12V；P1.4為“0”時，輸出0V。用輸出脈沖后的延時時間來決定輸出電壓值，具體的情況將在第三章中說明。2.4鍵盤顯示系統(tǒng)本系統(tǒng)的用戶界面利用人機工程學原理，運用系統(tǒng)科學理論和系統(tǒng)科學方法進行設計，使其能夠適合操作者的應用需求。LCD的應用使操作者能夠用容易理解的方式顯示控制系統(tǒng)的當前狀態(tài)和操作者關心的信息，例如當前時間、當前溫度、上限溫度、下限溫度。系統(tǒng)給操作者提供容易理解和充分的信息提示，以方便操作者的正確使用。同時，還考慮了用戶操作界面有較好的容錯能力，提高了系統(tǒng)的整體綜合能力。系統(tǒng)的連接圖如圖241所示。 圖241鍵盤顯示系統(tǒng)電路圖本設計由74HC00芯片控制的4鍵鍵盤和液晶顯示器組成，以實現(xiàn)用戶的輸入與數(shù)據(jù)輸出。第一個鍵的作用是配合第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對進行時間設定，第二個鍵的作用是配合第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對上、下限溫度進行設定。2.5報警系統(tǒng)報警系統(tǒng)由聲報警和光報警組成。聲報警通過P1.6接控制愛迪克系統(tǒng)的音效模塊發(fā)聲，用單片機控制P1.6產生一定頻率的方波就可以實現(xiàn)音效模塊的發(fā)聲。音效模塊是一個帶有揚聲器的放大電路。其電路圖如圖251所示。 圖251報警系統(tǒng)（聲報警）電路圖光報警由1個紅色發(fā)光二極管和1個藍色發(fā)光二極管組成，一共需要2根數(shù)據(jù)線，使用單片機直接控制。要實現(xiàn)的功能是在第一種工作模式下時，當現(xiàn)場溫度高于用戶設定的上限溫度時，紅色發(fā)光二極管點亮；當現(xiàn)場溫度低于用戶設定的下限溫度時，藍色發(fā)光二極管點亮。在第二種工作模式下，保持恒久熄滅狀態(tài)。其電路圖如圖252所示。 圖252報警系統(tǒng)（光報警）電路圖2.6電源系統(tǒng)電源的濾波、保護電路對電源有重要的意義，系統(tǒng)能否安全使用，很大程度上取決于電源的穩(wěn)定和保護。本設計使用4個二極管構成的橋式整流電路為其整流電路，如圖261所示。濾波電路選用電容濾波，穩(wěn)壓選用三穩(wěn)壓塊7805和7812，此電路簡單適用。繼電器和直流電機風扇用到12V電源，單片機等使用+5V電源。本電源系統(tǒng)由U1（7805）、U2（7812）和發(fā)光二極管LED及相關阻容元件構成，其中U1輸出穩(wěn)定的5V電壓，U1輸出穩(wěn)定的12V電壓。發(fā)光二極管在這里作為電源指示，R3為LED的限流電阻。C8，C9，C10，C11為電源濾波電容。 圖261電源系統(tǒng)電路圖2.7 硬件電路設計2.7.1 系統(tǒng)硬件配置采用總線型結構的設計。由P0口作數(shù)據(jù)線，P0口和P2口共同作地址線。2.7.2 主要元件簡介8051單片機8051是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器（內部數(shù)據(jù)總線為8位，外部數(shù)據(jù)總線為8位），它與MCS96系統(tǒng)中的其它芯片相比，具有性能高、功能全、售價低廉、使用方便（48PINDIP）等優(yōu)點。8051在工業(yè)應用方面有許多明顯的特點，它具有靈活方便的8位總線外圍支援器擴展功能，而在數(shù)據(jù)處理方面又有8位微機的快速功能。由于大的高度集成化已把許多常駐用的輸入檢測輸出控制通道都制作在同一塊硅片上，大大地靈活了外部連線，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且速度快（時鐘12MHz），非常適合于工業(yè)環(huán)境下安裝使用。因此本系統(tǒng)CPU選用8051芯片。8051單片機引腳采用40雙列直插式封裝結構。其引腳圖如圖271所示。8051CPU中的主要元件有：高速寄存器陣列、特殊功能寄存器（SFR）、寄存器控制器和算術邏輯單元（RALU）。它與外部通訊是通過特殊功能寄存器SFR或存儲器控制器進行的。8051CPU的主要特色是體積小，重量輕，抗干擾能力強，售價低，使用方便。此外，通過SFR還可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效運行。CPU內部的一個控制單元和兩條總線寄存器陣列和EALU連接起來。這兩條總線是：16位地址總線（A-BUS）和8位數(shù)據(jù)總線（D-BUS）。數(shù)據(jù)總線僅在RALU與寄存器陣列或SFR之間傳送數(shù)據(jù)，地址總線用作上述數(shù)據(jù)傳送的地址總線或用作與寄存器控制器連接的多路復用地址/數(shù)據(jù)總線。CPU對片內RAM訪問是直接訪問和通過寄存器R0，R1間接訪問的。8051工作時所需的時鐘可通過其XTALL輸入引腳由外部輸入，也可采用芯片內部的振蕩器。8051的工作頻率為612MHz。在本系統(tǒng)中采用11.0592MHz頻率。圖271 8051單片機引腳圖8051每次上電時必須復位。所謂復位，就是讓單片機應用系統(tǒng)在正式工作之前處于一種特定狀態(tài)，即正式工作前的起點，這個任務就是由復位電路來完成。8051單片機在引腳RESET/Vpp出現(xiàn)高電平時實現(xiàn)復位和初始化。RESET由高電平變低電平后，單片機從0000h地址開始執(zhí)行程序，其初始復位不影響內部RAM的狀態(tài)，包括工作寄存器R7R0。在正常運行的情況下，要實現(xiàn)復位操作，必須使RESET引腳至少保持兩個機器周期的高電平。CPU在第二個機器周期內執(zhí)行內部復位操作，以后每一個機器周期重復一次，直至RESET端電平變低。復位期間不產生ALE及PSEN信號。8051的內部結構框圖如圖272所示。 圖272 8051單片機內部結構框圖2. 1602液晶顯示器液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。本設計使用的字符型液晶模塊是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，容量為1行2行16個字。 1602采用標準的16腳接口，其中VSS為地電源，VDD接5V正電源，V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，可通過一10K的電位器調整對比度。RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)存儲了160個點陣字符圖形，如圖2-7-1所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表271所示: 表271 1602液晶模塊指令表指令S/W76543210清顯示0000000001光標返回000000001*置輸入模式00000001/DS顯示開/關控制0000001DCB光標或字符移位000001/C/L*置功能00001LNF*置字符發(fā)生存儲器地址0001字符發(fā)生存儲器地址（ACG）置數(shù)據(jù)存儲器地址001顯示數(shù)據(jù)存儲器地址（ADD）讀忙標志或地址01F計數(shù)器地址（AC）寫數(shù)到CGRAM或DDRRAM10要寫的數(shù)據(jù)從CGRAM或DDRRAM11讀出的數(shù)據(jù)1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都可以通過指令編程來實現(xiàn)。（說明：1為高電平、0為低電平） 指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置 指令2：光標復位，光標返回到地址00H 指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效 指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍 指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標 指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符 指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置 指令8：DDRAM地址設置 指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令10：寫數(shù)據(jù) 指令11：讀數(shù)據(jù)1602液晶顯示模塊可以和單片機8051直接連接，電路如圖273所示。圖2731602液晶模塊與8051單片機連接圖液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。1602的內部顯示地址。 表272 1602液晶模塊內部顯示地址圖1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16100 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F240 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F比如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是01000000B（40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H) 以下是在液晶模塊的第二行第一個字符的位置顯示字母“A”的程序：RS EQU P3.0RW EQU P3.1E EQU P3.5ORG 0000HMOV P1,#00000001B ；清屏ACALL ENABLEMOV P1,#00111000B ；8位2行5x7點陣ACALL ENABLEMOV P1,#00001111B ；顯示器開、光標開、閃爍開ACALL ENABLEMOV P1,#00000110B ；文字不動，光標自動右移ACALL ENABLEMOV P1,#0C0H ；寫入顯示起始地址（第二行第一個位置）ACALL ENABLEMOV P1,01000001B ；字母A的代碼SETB RS ；RS=1CLR RW ；RW=0CLR E ；E=0ACALL DELAYSETB E ；E=1AJMP $ENABLE: CLR RS ；寫入控制命令的子程序CLR RWCLR EACALL DELAYSETB ERETDELAY: MOV P1,#0FFH ；判斷液晶顯示器是否忙的子程序CLR RSSETB RWCLR ENOPSETB EJB P1.7,DELAY ；如果P1.7為高電平表示忙就循環(huán)等待RET 程序在開始時對液晶模塊功能進行了初始化設置，約定了顯示格式。注意顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預，每次輸入指令都先調用判斷液晶模塊是否忙的子程序DELAY，然后輸入顯示位置的地址0O0H，最后輸入要顯示的字符A的代碼41H。3. DS18B20數(shù)字溫度傳感器 DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產的1Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。一、DS18B20的性能特點（1）DS18B20采用DALLAS公司獨特的“單線（1-Wire）總線”專有技術，通過串行通信接口（I/O）直接輸出被測溫度值（9位二進制數(shù)，含符號位）。（2）測溫范圍是55+125。其分辯力為0.5，但若采用高分辨力模式，分辯力可達0.1。溫度/數(shù)字量轉換時間的典型值為200ms，最大值為500 ms。（3）內含64位經過激光修正的只讀存儲器ROM，扣除8位產品系列號和8位循環(huán)冗余校驗碼CRC之后，產品序號占48位。出廠前就作為DS18B20唯一的產品序號，存入其ROM中，在構成大型溫控系統(tǒng)時，允許在單線總線上掛接多片DS18B20。（4）適配各種單片機或系統(tǒng)機。（5）用戶可分別設定各路溫度的上、下限并寫入隨機存儲器RAM中。利用報警搜索命令和尋址功能，可迅速識別出發(fā)生了溫度越限報警的器件。（6）內含寄生電源。該器件既可以由單線總線供電，也可選用外部+5V電源（允許電壓范圍是3.45.5V），進行溫度/數(shù)字轉換時的工作電流約為1.5 mA，待機電流僅為25uA，典型功耗為5mW。二、DS18B20的引腳介紹PR35封裝的DS18B20的引腳排列圖274，其引腳功能描述見表2-7-1。 圖274 DS18B20的引腳排列圖DS18B20詳細引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 表273 DS18B20引腳功能描述圖三、DS1820的工作原理 DS1820的內部結構如圖275所示。由圖275可知，DS1820由三個主要數(shù)字器件組成： 64bit閃速ROM；溫度傳感器；非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL。64bit閃速ROM的結構如圖276所示圖275 DS1820內部結構圖 圖276 DS1820內部的64bit閃速ROM結構圖它既可寄生供電也可由外部電源供電。在寄生供電情況下，當總線為高電平時，DS1820從總線上獲得能量并儲存在內部電容上當總線為低電平時，由電容向DS1820供電。DS1820的測溫原理：內部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當?shù)竭_某一設置高溫時振蕩器的脈沖無法通過門電路。計數(shù)器設置為-55時的值，如果計數(shù)器到達0之前，門電路未關閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當前溫度高于-55。同時，計數(shù)器復位在當前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進行補償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。如果門電路仍然未關閉，則重復以上過程。溫度表示值為9bit，高位為符號位，其結構如下： 對DS1820的使用，多采用單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。處理時，將DS1820信號線與單片機一位口線相連，單片機可掛接多片DS1820，從而實現(xiàn)多點溫度檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)對DS1820的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現(xiàn)。 （1）ROM命令代碼及其含義 READROM命令代碼33H：如果只有一片DS1820，可用此命令讀出其序列號，若在線DS1820多于一個，將發(fā)生沖突。 MATCHROM命令代碼55H：多個DS1820在線時，可用此命令匹配一個給定序列號的DS1820，此后的命令就針對該DS1820。 SKIPROM命令代碼CCH：此命令執(zhí)行后的存儲器操作將針對在線的所有DS1820。SEARCHRDH命令代碼F0H：用以讀出在線的DS1820的序列號。ALARMSEARCH命令代碼ECH：當溫度值高于TH或低于TL中的數(shù)值時，此命令可以讀出報警的DS1820。 （2）存儲器操作命令代碼及其含義 WRITESCRATCHPAD命令代碼4EH：寫兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)到溫度寄存器。 READSCRATCHPAD命令代碼BEH：讀取溫度寄存器的溫度值。 COPYSCRATCHPAD命令代碼48H：將溫度寄存器的數(shù)值拷貝到EERAM中，保證溫度值不丟失。 CONVERT命令代碼44H：啟動在線DS1280做溫度A/D轉換。 RECALL EE命令代碼B8H：將EERAM中的數(shù)值拷貝到溫度寄存器中。 READPOWERSUPPLY命令代碼B4H：在本命令送到DS1280之后的每一個讀數(shù)據(jù)間隙，指出電源模式：“0”為寄生電源；“1”為外部電源四、DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89S51單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的復位時序 DS18B20的讀時序對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。DS18B20的寫時序對于DS18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內就得釋放單總線。X25045看門狗芯片在微機智能測控系統(tǒng)的設計中，斷電數(shù)據(jù)保存功能、看門狗功能、上電掉電復位功能、電源電壓監(jiān)控功能等對系 統(tǒng)是非常重要的。美國Xicro公司生產的X25045芯片集上述功能于一身，這種組合大大簡化了硬件設計，提高了系統(tǒng)的 可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗。 X25045芯片的引腳排列如圖277所示。圖277看門狗芯片X25045引腳圖CS（腳）為片選輸入端，CS電平變化將復位看門狗定時器。 SO（腳）為串行輸出端，數(shù)據(jù)由此腳輸出，串行時鐘SCK（腳）的下降沿同步輸出數(shù)據(jù)。 WP（腳）為寫保護輸入端，當WP為低電平時，X25045的非易失性寫操作被禁止，其它功能正常，WP為高電平時所有功能正常。 SI（腳）為串行輸入端，所有寫入的數(shù)據(jù)、操作碼、字節(jié)地址在此腳上輸入，數(shù)據(jù)由串行時鐘的上升沿鎖存。 RESET（腳）為復位輸出端，高電平有效，漏極開路輸出方式。用于電源檢測和看門狗定時器。 Vss（腳）為接地端。 Vcc（腳）為電源正端，X25045芯片的電源電壓有兩種規(guī)格，一種是45V至55V，另一種是27V至55V。 X25045芯片有4K位串行E2PROM；可編程的看門狗定時器；低電壓Vcc檢測；直至Vcc1V復位輸出有效；SPI接口方式；低功耗，待機電流為10A，工作電流為3mA，工作電壓為27V至5V；具有塊鎖定保護功能，可以保護14，12，或所有E2PROM陣列；片內異常事件寫保護：上電、掉電保護電路，寫鎖存，寫保護引腳；1MHz時鐘頻率；可擦寫次數(shù)為 100000次，數(shù)據(jù)保存期為100年；ESD靜電放電保護；有8引腳DIP和SOIC或14引腳TSSOP封裝三種形式；高電平復位信號 輸出。 X25045共有6條指令，如表274所示。所有指令都以MSB（最高有效位）2在前方式傳送。讀寫指令中3位的A8是高位地址，此位用于選擇器件的上半部或下半部。表274 X25045指令表X25045內部的狀態(tài)寄存器格式、 表275 X25045內部狀態(tài)寄存器格式表D7D6D5D4D3D2D1D0XXWD1WD0BL1BL0WLEWIPWIP位表示X25045是否忙于向E2PROM寫數(shù)據(jù)。該位是只讀位，WIP為0表示沒有寫操作在進行，可向E2PROM寫數(shù)據(jù)；WIP為1時表示正在進行寫操作，此時不能向E2PROM寫數(shù)據(jù)。 WEL位表示寫使能鎖存器的狀態(tài)。該位是只讀位，由 WRDI指令復位，寫使能鎖存器被復位時向E2PROM寫操作被禁止。 WRSR指令可以對狀態(tài)寄存器中非易失性位BL1、BL0、WD1、WD0進行設置。BL1和BL0位確定E2PROM的塊保護地址范圍，被保護地址范圍與這兩位的關系如表276所示。 表276 BL1和BL0位與被保護地址范圍關系表WD1和WD0位是看門狗定時器超時選擇的設定位，超時選擇如表277所示。 表277 WD1和WD0位與看門狗定時值關系表三軟件系統(tǒng)設計3.1軟件總體設計軟件設計是為了滿足系統(tǒng)功能的需要。其總體流程圖如圖311所示： 圖311軟件總體流程圖本系統(tǒng)的軟件設計采用了模塊化設計方法，對每一個功能編寫了一個或幾個功能函數(shù)，下表311說明了功能所對應的函數(shù)。 表311本設計各項功能所對應的功能函數(shù)功能函數(shù)主函數(shù)void main(void)聲音警報、提示音void sound(short)LED燈報警void led(void)用戶數(shù)據(jù)輸入void in8051(short *p)延時void delay(int)DDC降溫void cool(short)液晶顯示void display(short,short)采樣轉換溫度Short ds18b20(void)設定系統(tǒng)工作模式，系統(tǒng)初始化short getmode(void)A模式下的溫度控制void control(short,short)3.2系統(tǒng)初始化函數(shù)系統(tǒng)初始化函數(shù)主要完成系統(tǒng)的初始化和設定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。它的工作步驟是：（1）系統(tǒng)啟動時，液晶顯示器的時間顯示為“000000”，當前溫度顯示為當前的環(huán)境溫度值，用戶設定的上、下限溫度默認為30和10。表示系統(tǒng)已經正常啟動，可以工作。（2）等待用戶設定工作模式。用戶可通過第一個鍵選擇設定時間，然后配合使用第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對進行時間設定；也可通過第二個鍵選擇設定上、下限溫度，然后配合第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對上、下限溫度進行設定。當設定的上、下限溫度為同一值時進入第一種工作模式，當設定的上、下限溫度為不同值時進入第二種工作模式。程序的流程圖如下圖321所示：圖321系統(tǒng)初始化程序流程圖3.3 控制函數(shù)控制函數(shù)是決定系統(tǒng)將要進行什么工作的。如溫度高于上限時需要降溫，低于下限時需要升溫，溫度過高時啟動報警等等。在系統(tǒng)的1模式下專有一個控制函數(shù)，名為void control(short i,short j)。實際上主函數(shù)也算的上一個控制函數(shù)，其C模式的控制方式和control()函數(shù)類似，只不過比control()函數(shù)更加完善些?？刂坪瘮?shù)的流程采用分支結構設計，程序流程如圖331所示。 圖331控制程序流程圖3.4鍵盤顯示函數(shù)第一個鍵的作用是選擇設定時間，可配合使用第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對進行時間設定；第二個鍵的作用是選擇設定上、下限溫度，可配合第三個鍵（加1）和第四個鍵（減1）對上、下限溫度進行設定。程序的流程圖如下圖341所示： 圖341 按鍵處理子程序流程圖3.5降溫函數(shù)降溫函數(shù)是實現(xiàn)溫度控制比例控制方式的重要環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了整個系統(tǒng)的先進性。函數(shù)名為void cool(short i)，其中i為主函數(shù)中給定的參數(shù)，參數(shù)值等于實際溫度與上限溫度的差。當（實際溫度上限溫度）>0時，cool()函數(shù)將啟用控制直流電機風扇，根據(jù)差值的大小決定風扇的轉速。根據(jù)2.3小節(jié)中說明的那樣，驅動電路的輸出電壓和輸入脈沖的占空比有關，可根據(jù)參數(shù)i的值來決定占空比。cool()函數(shù)使用脈沖信號在正方向的延時時間和在負方向的延時時間的比值來決定占空比。另外說明以下本系統(tǒng)使用的風扇占空比越小轉速越快，也就是反轉。如下程序：j=10000;/保持一個加到勻速的時間while(j>0)/比值大,轉速小P1_1=1;delay(21-3*i);/電壓關系P1_1=0;delay(1);j-;占空比delay(21-3*i)：delay(1)21-3i這個公式是經過反復實驗得出的。首先這個公式滿足參數(shù)i越大占空比越小，并且實際測量的電壓區(qū)間也滿足風扇電壓的需要。i由1到7的參數(shù)占空比和電壓的關系表 351占空比和電壓關系表參數(shù)i電壓（伏特）占空比15.122625.632236.111846.741457.541068.56679.922實際上在參數(shù)i為1、2時風扇的轉速不理想，所以使用了3及其之后的參數(shù)值，當0<i<3時都使用3作為參數(shù)。變量j的作用是使風扇保持一個從靜止加速到勻速的時間。因為決定占空比的延時時間微乎其微，運行一次不能使風扇啟動，只能反映驅動電路的電壓輸出關系。3.6曲線算法此部分功能是為了滿足圖361中的曲線要求。從圖中可以看出曲線共有“升溫恒溫升溫恒溫降溫恒溫降溫”7個過程，如采用順序結構代碼的重復率將會很高，可以設計使用循環(huán)完成。 圖361 溫度控制曲線圖可將7個過程分成圖中的4段，每段都包括一個升溫或降溫過程和一個恒溫過程。恒溫過程使溫度保持恒定，高于恒定溫度啟動降溫設備，低于恒定溫度啟動升溫設備，同時使用計時器計時，本系統(tǒng)恒溫時間為60秒。編寫一段4次的循環(huán)完成該功能，代碼如下：for (i=0;i<4;i+)/4個過程:溫度變化+恒溫.i case 0,1升.2,3降numstart; /開始計時if (i<2)do 升溫 while(溫度<界限i);elsedo 降溫while(溫度>界限i);if (i<3) do 恒溫 while(60秒以內)；numend; /結束計時3.7采樣為了滿足曲線的技術指標，對系統(tǒng)的采樣方式進行了改進。一般的溫度控制程序采樣是根據(jù)系統(tǒng)的速度采樣或是延時采樣，前者會使系統(tǒng)反復振蕩。例如溫度升高時由27度到28度，系統(tǒng)會由27度到28度來回振蕩，從液晶顯示器上根本看清顯示的是什么。如果使用打印機將十分可怕，系統(tǒng)將始終打印而不做其它工作。雖然使用采樣延時可以緩解這種情況，但延時的時間過長會影響控制，因為延時時間是占用CPU的，延時時間內什么工作也做不了。通?？吹降默F(xiàn)象是系統(tǒng)不連續(xù)工作，例如系統(tǒng)處于降溫過程，但風扇不連續(xù)旋轉，而是一會停一會轉。并且采樣的時間沒有單位，滿足不了溫度曲線的要求。解決這個問題的根本方法是采用定時采樣的方法。具體方法是使用計時器計時，每到特定的時間采樣一次，例如本系統(tǒng)是每隔2秒采樣一次。采樣后根據(jù)采樣結果再采取方案，采樣以外的時間來實施方案。由于采樣的時間非常短，用戶是感覺不到系統(tǒng)停頓的。更為重要的是采樣時間有了單位，這樣曲線的縱軸（溫度）、橫軸（時間）都有了單位，滿足了曲線的技術指標。采樣的代碼如下： if (sec%2=0&&k=0) t_last=t; t=adc0809(); control(tti,t); print(t_last,t); k=1; 變量k的作用是每到2的倍數(shù)秒時保證只取樣一次，否則在這一秒之內將連續(xù)采樣。 時間函數(shù)時鐘的基本顯示原理：時鐘開始顯示為0時0分0秒，也就是液晶顯示器顯示000000，然后每秒秒位加1，到9后，10秒位加1，秒位回0。10秒位到5后，即59秒 ，分鐘加1，10秒位回0。依次類推，時鐘最大的顯示值為23小時59分59秒。這里只要確定了1秒的定時時間， 其他位均以此為基準往上累加。開始程序定義了秒， 十秒， 分， 十分，小時， 十小時，共6位的寄存器， 分別存在30h，31h，32h，33h，34h，35h單元，便于程序以后調用和理解。結 論本次畢業(yè)設計使我受益匪淺，不但了解了8051型單片機及其相關芯片的系統(tǒng)結構、工作原理，還學會了單片機C語言的設計方法。對今后走上工作崗位打下了良好的基礎。本系統(tǒng)采用了符合溫度控制需要的DDC控制方法，有效的減小了所控溫度的振蕩。對數(shù)據(jù)的每一次轉化過程都保持了科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。其兩種工作模式能夠滿足多數(shù)設備溫度控制的需要，尤其是溫度曲線的設計采用了循環(huán)算法、改進了采樣原理。還增加了液晶顯示功能，將系統(tǒng)的實用型大大提高。人性化的設計理念始終貫穿系統(tǒng)設計的全過程，對用戶的每一步操作都有相應的提示。由于時間的倉促，系統(tǒng)還有許多不完善之處。個人還有不少想法沒有應用到系統(tǒng)設計中去。例如：提高數(shù)據(jù)的精度，將數(shù)據(jù)精度提高到小數(shù)點后五位；可更好的解決溫度保持在絕對恒定溫度值?？傮w來說這次所設計的溫度測控系統(tǒng)符合技術指標，能夠達到預期的目標。致 謝此次畢業(yè)設計是在朱愛軍導師的精心指導及全力支持下完成的。本系統(tǒng)的設計成功全賴朱老師毫不吝惜的把所有的相關知識教授于我。朱老師對新知識、新事物有獨到的理解，這也影響了我對知識的學習態(tài)度，將使我一生受益匪淺。同時還要感謝在很多模塊設計上指導過我的黃新導師。朱老師對單片機有著非常獨到的見解和想法，黃老師對單片機的知識十分全面，他們一絲不茍的態(tài)度和認真負責的教導同樣給了巨大的收益和鼓舞。這些將使我畢生受用！最后，再次感謝本次畢業(yè)設計的所有導師，是你們用辛勤的勞動、無私的奉獻換來了我們巨大的進步。感謝各位同學對我的幫助，只有我們不斷的學習，明天才會更加美好參考文獻1.翟生輝, 馮毛官.單片計算機原理與應用M.西安交通大學出版社，19952.何立民.單片機應用技術選編1-7M.北京航天航空大學出版社，19923.竇振中.單片機外圍器件實用手冊M.北京航天航空大學出版社,20034.公茂法.單片機人機接口實例集M. 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