机电一体化毕业设计（论文）-单片机温度控制系统.doc

山东山东工业职业学院毕业设计（论文）2010届学生毕业设计(论文)材料学号 20071422学 生 毕 业 设 计（论 文）课题名称单片机温度控制系统专业班级机电一体化0703班姓 名 系 部电气工程系实习单位莱钢永锋钢铁有限公司指导教师二0一0年 六 月 vi摘 要温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。本温度设计采用现在流行的at89s51单片机，配以ds18b20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。该设计已应用于花房，可对花房温度进行智能监控。关键词: 温度箱；at89s51；单片机；控制；模拟目 录摘 要i目 录ii前 言3第一章 at89s51单片机简介41.1at89s51单片机41.2主要特性41.3管脚说明4第二章 ds18b20温度传感器简介72.1 温度传感器的历史及简介72.2 ds18b20的工作原理72.2.1 ds18b20工作时序72.2.2 rom操作命令92.3 ds18b20的测温原理92.3.1 ds18b20的测温原理:92.3.2 ds18b20的测温流程11第三章 总体设计方案123.1 方案一123.2 方案二12第四章 单片机接口设计174.1 设计原则174.2 引脚连接174.2.1 晶振电路174.2.2 串口引脚174.2.3 其它引脚18第五章 系统整体设计195.1 系统硬件电路设计195.1.1 主板电路设计195.1.2 各部分电路195.2 系统软件设计215.2.1 系统软件设计整体思路215.2.2 系统程序流图225.3 调试26结论28参考文献29致 谢30附 录31ii山东山东工业职业学院毕业设计（论文）前 言随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。三个数码管即时显示温度，精确到小数点一位。 第一章 at89s51单片机简介 1.1at89s51单片机at89s51是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写1000次的flash只读程序存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和isp flash存储单元，功能强大的微型计算机的at89s51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 at89s51具有如下特点：40个引脚，4k bytes flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。 此外，at89s51设计和配置了振荡频率可为0hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 1.2主要特性 8031 cpu与mcs-51 兼容 4k字节可编程flash存储器(寿命：1000写/擦循环) 全静态工作：0hz-33mhz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部ram 32条可编程i/o线 两个16位定时器/计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 1.3管脚说明 vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通） p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 i/o口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器cpu将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0q端为0q为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类i/o口被称为准双向口。89c51的p0/p1/p2/p3口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别，除了p1口外p0p2p3口都还有其他的功能。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 at89sxx系列单片机实现了isp下载功能，故而取代了89cxx系列的下载方式，也是因为这样，atmel公司已经停止生产89cxx系列的单片机。7第二章 ds18b20温度传感器简介2.1 温度传感器的历史及简介温度的测量是从金属(物质)的热胀冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。不过在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、pn结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。2.2 ds18b20的工作原理2.2.1 ds18b20工作时序根据ds18b20的通讯协议，ds18b20完成温度转换必须经过三个步骤：1. 每一次读写之前都必须要对ds18b20进行复位；2. 复位成功后发送一条rom指令；3. 最后发送ram指令，这样才能对ds18b20进行预定的操作。复位要求主cpu将数据线下拉500微秒，然后释放，ds18b20收到信号后等待1560微秒左右后发出60240微秒的存在低脉冲，主cpu收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，具体工作方法如图2.1，2.2，2.3所示。(1) 初始化时序 图2.1 初始化时序总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7k上拉电阻将总线拉高，延时1560us，并进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us12。(2) 写时序图2.2 写时序 写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us8。(3) 读时序 图2.3 读时序总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取总线当前电平，然后延时50us42.2.2 rom操作命令当主机收到dsl8b20 的响应信号后，便可以发出rom 操作命令之一，这些命令如表2.2,om操作命令。2.3 ds18b20的测温原理2.3.1 ds18b20的测温原理:每一片dsl8b20在其rom中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内rom 中。主机在进入操作程序前必须用读rom(33h)命令将该dsl8b20的序列号读出。程序可以先跳过rom，启动所有dsl8b20进行温度变换，之后通过匹配rom，再逐一地读回每个dsl8b20的温度数据。ds18b20的测温原理如图2.4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，ds18b20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2.3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值. 指令约定代码功 能读rom33h读ds18b20 rom中的编码符合rom55h发出此命令之后，接着发出64位rom编码，访问单线总线上与该编码相对应的ds18b20 使之作出响应，为下一步对该ds18b20的读写作准备搜索rom0f0h用于确定挂接在同一总线上ds18b20的个数和识别64位rom地址，为操作各器件作好准备跳过rom0cch忽略64位rom地址，直接向ds18b20发温度变换命令，适用于单片工作。续告警搜索命 令0ech执行后，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应温度变换44h启动ds18b20进行温度转换，转换时间最长为500ms，结果存入内部9字节ram中读暂存器0beh读内部ram中9字节的内容写暂存器4eh发出向内部ram的第3，4字节写上、下限温度数据命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据复制暂存器48h将e2pram中第3，4字节内容复制到e2pram中重调e2pram0bbh将e2pram中内容恢复到ram中的第3，4字节读 供 电方 式0b4h读ds18b20的供电模式，寄生供电时ds18b20发送“0”，外接电源供电ds18b20发送“1”表2.1 rom操作命令另外，由于ds18b20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对ds18b20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化ds18b20（发复位脉冲）发rom功能命令发存储器操作命令处理数据。减法计数器斜坡累加器减到0减法计数器预 置低温度系数振 荡 器高温度系数振 荡 器计数比较器预 置温度寄存器减到0图2.4 测温原理内部装置2.3.2 ds18b20的测温流程初始化ds18b20跳过rom匹配温度变换延时1s跳过rom匹配读暂存器转换成显示码数码管显示图2.5 ds18b20测温流程第三章 总体设计方案3.1 方案一测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行a/d转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到a/d转换电路，感温电路比较麻烦。3.2 方案二考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只ds18b20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。在本系统的电路设计方框图如图3.1所示，它由三部分组成:控制部分主芯片采用单片机at89s51；显示部分采用3位led数码管以动态扫描方式实现温度显示；温度采集部分采用ds18b20温度传感器。加热继电器电风扇继电器单 片 机ds18b20led显示指示灯 图3.1 温度计电路总体设计方案1. 控制部分单片机at89s51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。2. 显示部分显示电路采用3位共阳led数码管，从p0口送数，p2口扫描。3. 温度采集部分ds18b20温度传感器是美国dallas半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由ds18b20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器ds18b20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的p1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到ds18b20和单片机，硬件很简单(1) ds18b20的性能特点如下9：1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2) 多个ds18b20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3) 无须外部器件；4) 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5v；5) 零待机功耗；6) 温度以3位数字显示；7) 用户可定义报警设置；8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；9) 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 (2) ds18b20的内部结构ds18b20采用3脚pr35封装，如图3.2所示；ds18b20的内部结构，如图3.2所示。图3.2 ds18b20封装(3) ds18b20内部结构主要由四部分组成5：1) 64位光刻rom。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的crc校验码，这也是多个ds18b20可以采用一线进行通信的原因10。64位闪速rom的结构如下.8b检验crc48b序列号8b工厂代码（10h） msb lsb msb lsb msb lsb表3.1 rom结构图3.3 ds18b20内部结构2) 非挥发的温度报警触发器th和tl，可通过软件写入用户报警上下限值。ds18b20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ram和一个非易失性的可电擦除的e2pram。高速暂存ram的结构为8字节的存储器，结构如图3.3所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节th和tl的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。ds18b20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如图3.3所示。低5位一直为，tm是工作模式位，用于设置ds18b20在工作模式还是在测试模式。 byte0温度测量值lsb（50h）byte1温度测量值msb（50h）e2prombyte2th高温寄存器-th高温寄存器byte3tl低温寄存器-tl 低温寄存器byte4配位寄存器-配位寄存器byte5预留（ffh）byte6预留（0ch）byte7预留（ioh）byte8循环冗余码校验（crc）表3.3ds18b20内部存储器结构38山东山东工业职业学院毕业设计（论文）2) 非挥发的温度报警触发器th和tl，可通过软件写入用户报警上下限值。3) 高速暂存存储，可以设置ds18b20温度转换的精度。ds18b20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，r1和r0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。由表3-1可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。高速暂存ram的第6、7、8字节保留未用，表现为全逻辑1。第9字节读出前面所有8字节的crc码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当ds18b20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625lsb形式表示。当符号位s0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位s1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 r1r0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750表3.4 ds18b20温度转换时间表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h表3.5一部分温度对应值表4) crc的产生 在64 b rom的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（crc）。主机根据rom的前56位来计算crc值，并和存入ds18b20中的crc值做比较，以判断主机收到的rom数据是否正确。另外，由于ds18b20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对ds18b20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化ds18b20（发复位脉冲）发rom功能命令发存储器操作命令处理数据。第四章 单片机接口设计4.1 设计原则ds18b20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时ds18b20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，如图3.1所示单片机端口接单线总线，为保证在有效的ds18b20时钟周期内提供足够的电流，可用一个mosfet管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， p1.1口接单线总线为保证在有效的ds18b20时钟周期内提供足够的电流，可用一个mosfet管和89s51的p1.0来完成对总线的上拉。当ds18b20处于写存储器操作和温度a/d变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10 s。采用寄生电源供电方式是vdd和gnd端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机控制ds18b20完成温度转换必须经过3个步骤：1：初始化；2：rom操作指令；3：存储器操作指令。4.2 引脚连接4.2.1 晶振电路单片机xial1和xial2分别接30pf的电容，中间再并个12mhz的晶振，形成单片机的晶振电路。4.2.2 串口引脚 p0口接9个2.2k的排阻然后接到显示电路上。p1.0温度传感器ds18b20如图4.1所示。18b20单 片 机p1.0vccgnd 图4.1 ds18b20与单片机的接口电路p1.1和p1.2引脚接继电器电路的4.7k电阻上，p1口其他引脚悬空p2口中p2.0、p2.1、p2.2、p2.3分别接到显示电路的4.7k电阻上，p2.5接蜂鸣器电路，其他引脚悬空p3口中p3.5、p3.6、p3.7接到按键电路4.2.3 其它引脚 ale引脚悬空，复位引脚接到复位电路、vcc接电源、vss接地、ea接第五章 系统整体设计5.1 系统硬件电路设计5.1.1 主板电路设计单片机的p1.0接ds18b20的2号引脚，p0口送数p2口扫描，p1.1、p1.2控制加热器和电风扇的继电器。如附录2。5.1.2 各部分电路(1) 显示电路显示电路采用了7段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。图5.1 显示电路图(2) 单片机电路图5.2 单片机电路引脚图(3) ds18b20温度传感器电路图5.3 温度传感器电路引脚图(4) 继电器电路图中p1.1引脚控制加热器继电器。给.p1.1低电平，三极管导通，电磁铁触头放下来开始工作. 图5.4 继电器电路图(5)晶振控制电路图5.5 晶振控制电路图(6)复位电路图5.6复位电路图5.2 系统软件设计5.2.1 系统软件设计整体思路一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与s51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。mcs51指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。而且mcs51指令系统有丰富的位操作（或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是mcs51指令系统主要的优点之一。对于要求反应灵敏与控制及时的工控、检测等实时控制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关ds18b20的程序（初始化子程序、写程序和读程序）5.2.2 系统程序流图系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等。1）主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理ds18b20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来图5.7 主程序流程图山东山东工业职业学院毕业设计（论文）ds18b20复位、应答子程序跳过rom匹配命令写入子程序温度转换命令写入子程序显示子程序(延时)ds18b20复位、应答子程序跳过rom匹配命令写入子程序读温度命令子程序终 止 图5.8 读出温度子程序2）读出温度子程序 读出温度子程序的主要功能是读出ram中的9字节，在读出时需进行crc校验，校验有错时不进行温度数据的改写。 ds18b20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。3）复位、应答子程序p1.0口清0开始延时537usp1.0口置1否50us是否有低电平是标志位置1p1.0口置1有234us低电平标志位置1终止图5.9复位、应答子程序4）写入子程序开始进位c清0终止r2是否为0p1.0置 0延时46us带进位右移延时12usp1.0清0图5.10写入子程序5)系统总的流程图山东山东工业职业学院毕业设计（论文）开 始初始化ds18b20显示当前温度判断当前温度值超过设定温度上限启动风扇降低温度红灯亮设定温度上、下限启动电热炉升高温度是否低于设定温度下限是绿灯亮否图5.11系统总的流程图5.3 调试主程序的功能是：启动ds18b20测量温度，将测量值与给定值进行比较，若测得温度小于设定值，则进入加热阶段，置p1.1为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置p1.1为高电平断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。当测得温度大于设定值，则进入降温阶段，则置p1.2为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置p1.2为高电平断开，关闭风扇，等待下一次的启动命令。第一次接电调试，设置温度上限为90摄氏度，温度下限为20摄氏度。加热后，温度有时超过90摄氏度却不报警，后经检查，发现是进位c没有清0，于是在如下写入程序中加入进位c清零，便排除了这个异常。wr1:clr p1.0mov r3,#6djnz r3,$rrc amov p1.0,cmov r3,#23djnz r3,$setb p1.0nopdjnz r2,wr1ret; 读ds18b2再经实际接电调试，一切运行正常。加热到90摄氏度时，红灯亮起，自动断电，而低于20摄氏度时，绿灯亮起，开始加热。结论本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定的实际应用价值。该智能温度控制器只是ds18b20在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进行监控。此外，还能广泛地应用于其他一些工业生产领域，如建筑，仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合，像的温度、育婴房的温度、水温的控制。用户可灵活选择本设计的用途，有很强的实用价值。参考文献1李朝青,单片机原理及接口技术(简明修订版)m. 北京:北京航空航天大学出版社，19982李广弟.单片机基础m. 北京:北京航空航天大学出版社，19943金伟正.单线数字温度传感器的原理与应用j.电子技术与应用，20004李 钢.1-wire总线数字温度传感器ds18b20原理及应用.现代电子技术j,20055steven f.barrett,daniel j.pack.embedded systemm.北京：电子工业出版社，20066. 陈跃东.ds18b20集成温度传感器原理与应用j.安徽机电学院学报,20027. 阎石.数字电子技术基础（第三版）m. 北京：高等教育出版社，1989致 谢大学三年的学习和生活就要随着这篇论文的答辩而结束了。有许许多多的舍不得，也有许许多多的感谢要说。首先要衷心感谢的是我的指导教师周伟伟老师！在我学习期间不仅传授了做学问的秘诀，还传授了做人的准则。这些都将使我终生受益。无论是在理论学习阶段，还是在论文的选题、资料查询、开题、研究和撰写的每一个环节，无不得到导师的悉心指导和帮助。我愿借此机会向导师表示衷心的感谢！其次要感谢所有教育过我的老师！你们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完成本论文的基础。我还要向关心和支持我学习的朋友们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心、关注和支持！ 大学的生活让我有了坚强的性格，冷静的头脑和永远乐观的态度。最重要的是让我有了责任感，对自己、对家人和对社会。我愿在未来的学习过程中，以更加丰厚的成果来答谢曾经关心、帮助和支持过我的所有领导、老师、同学和朋友。永远以一颗为人民服务的心来回报。附 录附录1电源线插接说明：所提供的电池盒，红线为正，黑线为负。板子所留出来的电源插口用vcc（表示电源正）和gnd（表示电源负）标明。若没有标明，我们会刻有记号，刻有+号处为电源正。附录2主板电路图附录3程序代码org 0000htemper_l equ 29htemper_h equ 28hflag1 equ 38h;是否检测到ds18b20标志位a_bit equ 20h ;数码管个位数存放内存位置b_bit equ 21h ;数码管十位数存放内存位置xs equ 30hmov a,#00hmov p2,amain:lcall get_temper;调用读温度子程序mov a,29hmov b,aclr crlc aclr crlc aclr crlc aclr crlc aswap amov 31h,amov a,bmov c,40h;将28h中的最低位移入crrc amov c,41hrrc amov c,42hrrc amov c,43hrrc amov 29h,alcall display;调用数码管显示子程序ajmp main; 这是ds18b20复位初始化子程序init_1820:setb p1.0nopclr p1.0;主机发出延时537微秒的复位低脉冲mov r1,#3tsr1:mov r0,#107djnz r0,$djnz r1,tsr1setb p1.0;然后拉高数据线nopnopnopmov r0,#25htsr2:jnb p1.0,tsr3;等待ds18b20回应djnz r0,tsr2ljmp tsr4 ; 延时tsr3:setb flag1 ; 置标志位,表示ds1820存在ljmp tsr5tsr4:clr flag1 ; 清标志位,表示ds1820不存在ljmp tsr7tsr5:mov r0,#117tsr6:djnz r0,tsr6 ; 时序要求延时一段时间tsr7:setb p1.0ret; 读出转换后的温度值get_temp