基于单片机的家电热水器控制系统设计毕业设计[借鉴分享]

1、u5ap 南京工程学院 康尼学院康尼学院 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 题目： 家电热水器控制系统设计家电热水器控制系统设计 专 业： 自动化（数控技术）自动化（数控技术） 班 级： 数控数控 XXXX 学 号：XXXXXXXXXXXXXXXX 学生姓名： XXXXXX 指导教师： XXXXXX 实验师实验师 起迄日期： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 设计地点： 实实验验楼楼 _ u5ap Graduation Design (Thesis) Design of Microwave Oven Operating System By XXXXX Supervi

2、sed by ExperimentalistXXXX School of Automation Nanjing Institute of Technology June, 2014 u5ap 摘摘 要要 随着社会的发展，人类科技的进步，各行各业都在使自己的产品智能化、 数字化，因老式的热水器使用煤气或天然气对水进行燃烧加热，用手动的方式 调节温度，不仅不能够精确的确定使用者需要的水温，而且还存在一定的危险 性。 电热水器是一种可供浴室、洗手间及厨房使用的家用电器，随着人们生活 质量的提高，现代的家用电热水器已经摒弃了以前的做法，而采用一种更加精 确、安全的实施方案。 C 语言对单片机编程有诸多

3、优点，例如：便于移植、句法检查时错误少、 坚固性好、头文件种类诸多，能够方便快捷使用各种函数等。 本文采用 AT89S52 单片机作为控制器，使用 C 语言编写程序,设计了一款 智能家用电热水器。使用按键键盘输入温度，温度可以精确到 0.1 摄氏度，并 使用 LED 灯显示，能够提供用户所需温度的温水。采用 DS18B20 采集温度，使 用 LED 灯显示，显示出采集的水温。当所需温度高于当前采集的水温时，触发 加热，当水温达到设定温度时，则停止加热。基本实现了智能控制功能。 关键词关键词：单片机；C 语言；采集；家用电热水器 u5ap AbstractAbstract With the de

4、velopment of social and program of human technology, every trade all transfer own product into intelligence, digitize, because the water heater of old style uses gas or natural gas to heat water and manually adjust mode conditioning temperature, not only unable to sufficiently accurately recognize t

5、he user need of water temperature, but also exist some certain risk. The electrical water heater is a kind of home appliances that bathroom, loo and kitchen can use, with raising of quality of human live, the modernistic household electrical water heater has abandonned the past way, but adopts a kin

6、d of implementation scheme of more accurate ,safety. C language possess many merits for programming of singlechip, such as:Is easy to ransplant, having little bug when sentence construction review, fastness good, the head document type is so many that expediently quickly using various function etc.

7、The writer adopts an AT89S52 singlechip to be the controller and using C languages to write programming ,design a style of intelligence household electrical water heater.Use array form keyboard input temperature, the temperature can be accuratly recognized to 0.1 , and use LED light display it, can

8、provide to the warm water of temperature that user needs.Adopt DS18B20 to collect temperature, use LED light display, the accurately displays to collect water temperature.When the temperature needed higher than to collect water temperature at present, lead to heating , when the temperature needed is

9、 lower than the collect water temperature at present, stop heating.The simply carry out intelligence control function. Key Words： singlechip; C language; collect; household electric water heater u5ap 目录目录 摘摘 要要 .I ABSTRACT.II 第一章第一章 绪绪 论论.1 1.1 引言.1 1.2 选题的背景及意义.1 1.3 国内外研究状况和成果.2 1.4 整体设计方案.3 第二章第二

10、章 系统硬件设计系统硬件设计.4 2.1 单片机的最小系统.4 2.1.1 AT89S52 单片机.4 2.1.2 AT89S52 定时器/计数器.7 2.1.3 复位电路和晶振电路.8 2.2 温度检测电路.9 2.2.1 数字式温度传感器 DS18B20.10 2.2.2 DS18B20 的初始化与读写操作.12 2.2.3 DS18B20 的指令.14 2.3 键盘接口电路设计.15 2.4 数码管.16 2.4.1 数码管简介.16 2.4.2 数码管的显示.17 2.5 继电器电路.19 2.6 电源电路.19 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计.21 3.1 PROTEUS(I

11、SIS)和 KEIL 简介 .21 3.2 程序设计.21 3.2.1 主程序的流程图.23 3.2.2 读温度子程序的流程图.24 3.2.3 电加热继电器控制子程序流程图.25 u5ap 3.2.4 LED 显示程序流程图.26 3.2.5 定时器中断流程图.26 3.2.6 仿真原理图.27 3.3 调试中遇到的问题及解决方法.30 第四章第四章 分析与总结分析与总结.31 4.1 论文总结.31 4.2 可改善提高的地方.31 参考文献参考文献.32 致谢致谢.33 附录附录.34 程序清单.34 u5ap 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 引言引言 单片机是一种与我们生活息息相关的控

12、制器，它存在于许多地方，例如：电子 手表、掌上游戏机、数码相机、录音笔、电视机遥控器等等。单片机主要由中央处 理器、内存、输入/输出设备组成，它就好像是一台小型电脑，它能够执行人们对它 编写的程序，从而发出各种不同的控制命令，与外部电路结合后，便可以完成各种 各样的功能。通过单片机人们的生活将会变得更加方便、快捷。 1.2 选题的背景及意义选题的背景及意义 据不完全统计，我市城镇居民家庭以电热水器为主，占总量的 60以上；从前 风光无限的燃气热水器渐渐地黯然失色，市场份额仅剩不足 20；新兴的太阳能热 水器虽然受到安装条件的限制，但其安全、环保的性能广受消费者青睐，发展态势 迅猛，市场占有率已

13、达到 15左右。于安全方面的考虑是城镇居民更多选择电热水 器和太阳能热水器的主要原因。时下的商品房通风效果并不好，燃气产生的污染无 法及时消除，而电热水器和太阳能热水器则基本没有这方面的忧虑。三大热水器： 燃气热水器廉颇老矣；电热水器风头正劲；太阳能热水器后劲 十足。电热水器的优点：易安装，不受天气的影响，不受楼层和供水管道的限制， 投入小。随着技术进步和新品的开发，下置式、嵌入式等多种安装形式的电热水器 先后上市，彻底摆脱了房间空间的限制。中央供水和数码智能的电热水器也已进入 市场。电热水器的安全问题涉及到消费者的生命，又加上近些年的能源危机，人们 生活节奏的加快，智能化电热水器越来越受到消

14、费者的青睐。在当今社会，科技日 新月异，热水器技术飞速发展，越来越多的科技成果被运用到热水器的制造中。如 今的热水器产品已经绝对不是一个简单的加热器，而是科技含量高的现代化家电产 品。随着我国人民生活水平的逐渐提高，其生活条件有了很大的改善，智能化电器 在人们日常生活中占有比重越来越大，与家庭生活密切相关的热水器品种层出不穷， 花样翻新。正是在这样的背景下，本设计选择基于 AT89S52 单片机的家电热水器的 设计研究。 本选题目的是基于人们对现代家庭舒适、便利、安全以及多元化信息服务的需 要，基于 AT89S52 单片机设计具有智能特征的电热水器控制器。 选用 AT89S52 单片机作为控制

15、芯片，就是为了实现电热水器的智能化，持续稳 u5ap 定的热水供应，自动断电的安全功能，使人们洗浴时能放心享受，利于人们的身体 健康，其务实性能快速满足人们对现代生活快节奏的需求。 1.3 国内外研究状况和成果国内外研究状况和成果 据了解，热水器内胆最关键，如果内胆损坏就意味着整台机器报废。与其他家 用产品不同的是，电热水器没有必要频繁升级换代，出于安全性和经济性的考虑， 热水器的耐用性才是厂商需要绞尽脑汁的。对于热水器来说内胆是最关键的，从一 定意义来说，内胆的品质就代表热水器的品质。目前的内胆技术纷 繁复杂，但究其 本质目标都是一样的：保温、耐压、不生锈、无水垢、不渗水是内胆的基本要求。

16、市场上常见的类型有搪瓷内胆、不锈钢内胆、钛金内胆、金圭内胆等，搪瓷内胆抗 疲劳性差，不锈钢内胆焊缝容易漏水，目前比较先进的内胆主要是钛金内胆。 除了对耐用性的不懈追求，智能化技术运用是今后技术发展的一个普遍趋势。 燃气热水器设有自动恒温控制，停气自动关机，超水温泄压等安全保护功能，即使 临时停气，仍有储存的热水使用。智能化技术的运用有两个好处，一是更方便，二 是更节能，按照用户的使用习惯提前预先加热，让使用者随心享用热水。而在非用 水时间则启动中温保温方程式，根据设定温度计算出最节能的保温温度，减小热水 器内外温差，因而大大减少保温加热次数，真正做到不拔插头更省电。在节能上冰 箱等家电产品已经

17、走在了前面，热水器这种用电量很大的产品更加应该推进节能技 术的普及。 对于传统的电热水器行业而言，要想出现本质性的突破几乎是不可能的，而在 功能上不断提升，抓住人性化需求，却是一条可行之路。而事实正是如此。阿里斯 顿、比利奇、史密斯、海尔、美的争先恐后推出了超大液晶屏、电子线控、超薄时 尚、双管加热、漏电保护器、防电墙、多口出水等新技术，尤其是海尔，甚至在电 热水器上增加了按摩功能，专门的喷雾按摩喷嘴，让消费者可以足不出户就感受按 摩的快乐。国外对智能电热水器的主要研究成果有： 西门子智能电热水器，采用德国新电脑温控技术，确保出水温度均匀恒定，使 沐浴成为真正的享受。西门子家电集团采用西门子在

18、电站技术上的强大防漏电安全 技术为基础，开发出独有的 ELCB 德国安全专家模式功能。除具有正常的防漏电装 置外，还具备安全电流自我检测功能，随时检测防漏电系统是否正常工作，双重保 险将个体与电源完全分开，杜绝意外发生。樱花 IMES 智能记忆节能系统，突破了传 统单时段节能模式，提供了独一无二的三时段定时预热和七种供水模式，其工作过 程“聪明伶俐” ，它不断自动存储、分析主人近一个月用水的具体数据，以最经济的 模式提前为主人准备热水，真正实现全天候节能供水。特别是还具备体贴的停电数 据保留功能，就算停电 48 小时，也能自动记忆所有参数，让主人毫无后顾之忧。全 u5ap 新的智能中温保温功能

19、，彻底弥补了传统中温保温的缺陷，根据设定水温、环境、 季节的不同，自动选择最节能的保温状态，避免固定中温技术大幅度温差造成不必 要的浪费，缩短加热时间，切实做到省电节能。配合特有超厚高密度聚氨脂发泡层， 节能指标全面达到国家专业标准，当然倍受信赖。完美的节能系统整合，把 IMES 智能记忆作为系统节能的核心，将各种节能的细节整合到尽善尽美，智能记忆与自 动加热技术的融合应用，自动加热、实时加热、定时加热三种工作模式任意选择。 就中国的具体情况而言, 其研究成果虽稍逊于国外，但是学者们也在努力寻求 技术的突破，比如海尔就走在了同行的前面。近日，海尔推出了一款全新产品 银海象 A6 智能专家，成为

20、国内第一款具备记忆和计算能力双重智能的热水器。 能记是 A6 的最大特色。它独有的断电自动记忆功能，即使突然停电，系统也 会将之前设置的参数自动保存，从而在来电开机时仍保持原有设计，无需重新设置， 方便简单。 会算是 A6 的又一特色。许多热水器也有预约功能，但预约的都是加热时间。 用户一般不知道该提前多长时间加热，因此不是早了就是晚了。而 A6 产品只需设定 好你的洗浴时间即可。它会自动根据当前的室温及水温计算好所需的加热时间，并 自动提前加热，从而可以最大限度的减少用电损耗。 除了能记会算， A6 的外观也独具一格。它使用 LED 超大显示屏，清晰明了； 同时，A6 引入无线智能遥控技术，

21、不仅使热水器安装彻底摆脱了高度的限制，操作 更自由方便。另外，A6 采用了下倾式控制面板，实现半隐藏式安装，使浴室装修更 完美。 此外，A6 的节能效果同样出色，智能预约、中温保温、分层加热等让您省钱到 家。实验证明，仅中温保温一项技术，就能在 24 小时内节能约 0.33 度。如深圳市 明佳实业发展有限公司获得了 19 项热水器发明专利的授权。在热水器研发中模拟大 自然中的负离子功效，利用热水器的电能、空气气压、水压形成的势能和动能，作 用于空气或水中的水分子使其发生破裂，使空气中带负电荷的氧分子和微小的水分 子结合，生成大量的负离子。 1.4 整体设计方案整体设计方案 设计家电热水器控制系

22、统，可以显示当前水温和设置水温，低于设定温度自动 加热，可以进行水温设置和实时时间的设置，实现低功率和标准功率的加热模式选 择功能，利用发光二极管对加热模式进行显示。系统硬件电路主要包括温度检测、 复位电路、加热电路等电路组成。利用数码管来显示设定温度和当前温度。 u5ap 第二章第二章 系统硬件设计系统硬件设计 系统设计硬件原理结构见图 2.1 所示。系统以高性价比的 AT89S52 单片机为核 心，由复位电路、晶振电路、键盘输入、DS18B20 温度采集、数码管显示电路、继 电器加热电路组成 。 图 2.1 系统设计硬件原理结构 其中 AT89S52 为核心控制器件，DS18B20 为水温

23、的信号采集器件，数码管为显 示器件，继电器为加热器件。 单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内 部的功能单元。如 ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用 系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系 统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、 A/D、D/A 转换器等，要设计适合的接口电路。本设计中只用最小系统加上键盘、 显示、温度测量电路，单片机本身资源可以满足设计要求，所以不必对单片机进行 扩展。 2.1 单片机的最小系统单片机的最小系统 所谓最小系统就是指由单片机和一些基本的外围电路

24、所组成的一个可以工作的 单片机系统。一般来说，它包括单片机、晶振电路和复位电路。晶振电路： AT89S52 片内有一个由高增益反相放大器构成的振荡电路。XTALl 和 XTAL2 分别 为振荡电路的输入输出端。其振荡电路有 2 种组成方式：片内振荡器和片外振荡器。 复位电路：在 RST 输入端出现高电平时实现复位和初始化5。 2.1.1 AT89S52 单片机单片机 单片机的全称是微型计算机（Single Chip Microcomputer） 。我们知道 8031 芯片 AT89S52 单片机 键盘输入温度采集 复位电路 加热电路 数码管显示 晶振电路 u5ap 内部无 ROM，需要外扩程序

25、存储器，由此造成电路焊接的困难，况且使用 8031 还 需要另外购买其他的芯片，如 A/D 转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成 成本较高，不实用。 热水器控制电路数控部分采用 AT89S52 单片机作为控制核心。AT89S52 是一种 带 4k 可擦除存储器的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89S52 具有以下标准功能：4k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I0 口，看门狗定时器， 2 个数据指针，2 个 16 位定时器计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行 口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操

26、作，支持 2 种软 件可选择节电模式。空闲模式下，单片机停止工作，允许 RAM、定时器计数器、 串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机 一切工作停止。直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8 k 字节为在系统可 编程 Flash7。 AT89S52 单片机的管脚图如图 2.2 所示： 图 2.2 AT89S52 单片机的管脚图 各引脚介绍如下： P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写 “1”时，可作为高阻抗输入端用

27、。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口 线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要 u5ap 求外接上拉电阻。 P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端 口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个 引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与 AT89S51 不同之处是，P1.0 和 P1.1 还可分别作为

28、定时/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX） ， Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。 P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱 动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1” ，通过内部的上拉电 阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻， 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的

29、外部数据存储器 （如执行 MOVXRI 指令）时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时， P2 亦接收高位地址和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可 驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部 上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流 （IIL） 。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3 口还 接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。当振荡器工作时，

30、RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将 使单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许） 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当 访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 Flash 存储器编程期间，该引脚还 用于输入编程脉冲（PROG） 。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引

31、脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序 时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效， 即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H u5ap FFFFH） ，EA 端必须保持低电平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程， 复位时内部会锁存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行内部 程序存储器中

32、的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这 必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 2.1.2 AT89S52 定时器定时器/ /计数器计数器 AT89S52 单片机内部有三个 16 位可编程的定时器/计数器，即定时器 T0、定时 器 T1 和定时器 T2。它们既可用作定时器方式，又可用作计数器方式，且都有 4 种 工作方式可供选择。图 2.3 是定时器/计数器的结构框图。由图可知，定时器/计数 器由定时器 0、定时器 1、定时器方式寄存器 TMOD

33、 和定时器控制寄存器 TCON 组 成。 定时器 0，定时器 1 是 16 位加法计数器，分别由两个 8 位专用寄存器组成：定 时器 0 由 TH0 和 TL0 组成，定时器 1 由 TH1 和 TL1 组成。 图 2.3 定时器/计数器结构框图 TL0、TL1、TH0、TH1 的访问地址依次为 8AH8DH，每个寄存器均可单独访 问。定时器 0 或定时器 1 用作计数器时，对芯片引脚 T0（P3.4）或 T1（P3.5）上输 入的脉冲计数，每输入一个脉冲，加法计数器加 1；其用作定时器时，对内部机器 u5ap 周期脉冲计数，由于机器周期是定值，故计数值确定时，时间也随之确定。 TMOD、TC

34、ON 与定时器 0、定时器 1 间通过内部总线及逻辑电路连接，TMOD 用于设置定时器的工作方式，TCON 用于控制定时器的启动与停止。 计数方式时，T 的功能是计来自 T0(P3.4)T1(P3.5)的外部脉冲信号的个数。 输入 脉冲由 1 变 0 的下降沿时，计数器的值增加 1 直到回零产生溢出中断，表示计数已 达预期个数。外部输入信号的下降沿将触发计数，识别一个从1到0的跳变 需 2 个机器周期，所以，对外部输入信号最高的计数速率是晶振频率的 1/24。若晶 振频率为 6MHz，则计数脉冲频率应低于 1/4MHz。当计数器满后，再来一个计数脉 冲，计数器全部回 0，这就是溢出。 脉冲的计

35、数长度与计数器预先装入的初值有关。初值越大，计数长度越小；初 值越小，计数长度越大。最大计数长度为 65536（216）个脉冲（初值为 0） 。 定时方式时，T 记录单片机内部振荡器输出的脉冲(机器周期信号)个数。每一个 机器周期使 T0 或 T1 的计数器增加 1，直至计满回零自动产生溢出中断请求。 定时器的定时时间不仅与定时器的初值有关，而且还与系统的时钟频率有关。 在机器周期一定的情况下，初值越大，定时时间越短；初值越小，定时时间越长。 最长的定时时间为 65536（216）个机器周期（初值为 0） 。 2.1.3 复位电路和晶振电路复位电路和晶振电路 复位是单片机的初始化操作。其主要功

36、能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机 从 0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出 错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需按复位键重新启动。 整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密 特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进 行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。并且在外围设计晶振电路使单片 机正常工作。 晶振电路：AT89S52 片内有一个由高增益反相放大器构成的振荡电路。XTALl 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入输出端。 本系统的复位和晶振电路采

37、用图 2.4 所示的复位方式 u5ap 图 2.4 晶振和复位电路 2.2 温度检测电路温度检测电路 本文采用温度传感器 DS18B20 采集热水器的实时温度，提供给 AT89S52 的 P3.7 口作为数据输入。在本次设计中我们所控的对象为水温。其电路原理图如下： 图 2.5 温度检测电路 DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，具有 3 引脚 T092 小体积封装形式；温度测量范围为55+125,可编程为 9 为12 为 A/D 转换 精度，测温分辨率可达 0.0625，被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出， 支持 3V5.5V 的电压范围，使系统设计

38、更灵活、方便；其工作电源既可在远端引 入，也可采用寄生电源方式产生；多个 DS18B20 可以并联到 3 根或 2 根线上，CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量 的引线和逻辑电路。以上特点使 DS18B20 非常适用于远距离多点温度检测系统。分 u5ap 辨率设定，及用户设定的报警温度存储在 EEPROM 中，掉电后依然保存。DS18B20 使电压、特性有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。如图 2.5 所示 DS18B20 的 2 脚 DQ 为数字信号输入/输出端；1 脚 GND 为电源地；3 脚 VDD 为外接供电电源输

39、入端。 当传感器工作时，如果水温低于设定温度时，将温度传给单片机，热水器开始 工作，加热指示灯亮。 2.2.1 数字式温度传感器数字式温度传感器 DS18B20 功能特性描述 DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 简介新的“一线器件”体积更小、 适用电压更宽、更经济，Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS1820 是世界上 第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用 户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的 “DS1820”体积更小、更经济、更灵活。使您可以充分发挥“一线总线”的长处。 DS18B20、 D

40、S18B22 “一线总线”数字化温度传感器 同 DS18B20 一样，DS18B20 也 支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C 范 围内,精度为0.5C。DS1822 的精度较差为 2C 。现场温度直接以“一线总线” 的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量， 如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新 的产品支持 3V5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便 宜，体积更小。DS18B20 可以程序设定 912 位的分辨率，精度为0.5C。可选 更小的封装方式，更宽的电压适

41、用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储 在 EEPROM 中，掉电后依然保存。DS18B20 的性能是新一代产品中最好的！性能 价格比也非常出色！ DS1822 与 DS18B20 软件兼容，是 DS18B20 的简化版本。省 略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的 EEPROM，精度降低为2C，适用于 对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。继“一线总线”的早期产 品后，DS1820 开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20 和 DS1822 使电压、特性 及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 管脚描述 DS18B20 可编程温度传感器有 3 个管

42、脚，如图 2.6 所示。GND 为接地线，DQ 为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。VDD 为电源接口， 既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围 3 V5.5V。本文使用外部电 源供电。 u5ap 图 2.6 DS18B20 管脚图 1、测温功能： 当 DSI8B20 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 0，1 字节。单片机可 通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以 00625 LSB 形式表示。温度值格式表 2.1 示: 表 2.1 温度格式 LS ByteMS

43、 Byte Bit723Bit15S Bit622Bit14S Bit521Bit13S Bit420Bit12S Bit32-1Bit11S Bit22-2Bit1026 Bit12-3Bit925 Bit02-4Bit824 其中“S”为标志位，对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转 换为十进制；当 S=1 时，先将补码变换为原码，再计算十进制值。表 2.1 表是对应 的一部分温度值。DSI8B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 TH 做比较，若 TTH 或 TTL，则将该器件内的告警标志置位，并对主机发出的告警搜索命令做出 响应。温度转换算法及分析如下: 由于 DS

44、18B20 转换后的代码并不是实际的温度值，所以要进行计算转换。温度 高字节（MS Byte）高 5 位是用来保存温度的正负（标志为 S 的 bit11bit15） ，高字 节（MS Byte）低 3 位和低字节来保存温度值（bit0bit10） 。其中低字节（LS Byte）的低 4 位来保存温度的小数位（bit0bit3） 。由于本程序采用的是 0.0625 的 精度，小数部分的值，可以用后四位代表的实际数值乘以 0.0625，得到真正的数值， u5ap 数值可能带几个小数位，所以采取小数舍入，保留一位小数即可。也就说，本系统 的温度精确到了 0.1 度。 2.2.2 DS18B20 的初

45、始化与读写操作的初始化与读写操作 1. DS18B20 的的初初始始化化 （1） 先将数据线置高电平 “1”； （2） 延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）； （3） 数据线拉到低电平 “0”； （4） 延时 750 微秒（该时间的时间范围可以从 480 到 960 微秒）； （5） 数据线拉到高电平 “1”； （6） 延时等待（如果初始化成功则在 15 到 60 毫秒时间之内产生一个由 DS18B20 所返回的低电平 “0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能 无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）； （7） 若 CPU 读到了数据线上的低电平 “

46、0”后，还要做延时，其延时的时间从 发出的高电平算起（第（ 5）步的时间算起）最少要 480 微秒； （8） 将数据线再次拉高到高电平 “1”后结束。 DS18B20 的的初始化见图 2.7 所示。 图 2.7 DS18B20 的的初始化 2. DS18B20 的的写写操操作作 （1） 数据线先置低电平 “0”； （2） 延时确定的时间为 15 微秒； （3） 按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）； （4） 延时时间为 45 微秒； （5） 将数据线拉到高电平； （6） 重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止； u5ap （7） 最后将数据线拉高。 在这里要注意的是（

47、3） ，写数据时时 1bit 单独传送，这里有两种情况。 当需要传送“1”时，单片机应该给 DS18B20 芯片的 DQ 接口赋低电平，大约 15 秒以后，将 DQ 释放为高电平，延时约 45 微妙即可。 当需要传送“0”时，单片机应该给 DS18B20 芯片的 DQ 接口赋低电平，并且持 续拉低最少 60 微妙，然后将 DQ 释放为高电平，再延时约 15 秒即可。 DS18B20 的写操作时序图 见图 2.8 所示。 图 2.8 DS18B20 的写操作时序图 3. DS18B20 的的读读操操作作 （1）将数据线拉高 “1”； （2）延时 2 微秒； （3）将数据线拉低 “0”； （4）延

48、时 15 微秒； （5）将数据线拉高 “1”； （6）延时 15 微秒； （7）读数据线的状态得到一个状态位，并进行数据处理； （8）延时 30 微秒； 这里只要按以上操作将状态位的各各 bit 按顺序储存好即可。 DS18B20 的读操作时序图见图 2.9 所示。 u5ap 图 2.9 DS18B20 的读操作时序图 2.2.3 DS18B20 的指令的指令 DS18B20 温度传感器的存储器 DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高 速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发 器 TH、TL 和结构寄存器。配置寄存器，该字节各位的意义见表

49、2.2 所示。 表 2.2 配置寄存器结构 温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制） +1250000 0111 1101 000007D0 +850000 0101 0101 00000550 +25.06250000 0001 1001 00010191 +10.1250000 0000 1010 001000A2 +0.50000 0000 0000 10000008 00000 0000 0000 00000000 -0.51111 1111 1111 1000FFF8 -10.1251111 1111 0101 1110FF5E -25.06251111 1110 0110 111

50、1FE6F -551111 1100 1001 0000FC90 高速暂存存储器由 9 个字节组成。其分配见表 2.3 所示，当温度转换命令发布 后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个 字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后。对应的温 度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变 为原码，再计算十进制值。第九个字节是冗余检验字节。 表 2.3 DS18B20 暂存寄存器分布 寄存器内容字节地址 温度值低位 （LS Byte）0 温度值高位 （MS Byte）1 高温限值（TH）2 低温限值

51、（TL）3 配置寄存器4 保留5 u5ap 保留6 保留7 CRC 校验值8 根据 DS18B20 的通讯协议，主机（单片机）控制 DS18B20 完成温度转换必须 经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位操作，复位成功后发送一 条 ROM 指令，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，当 DS18B20 收到信号后等待 1660 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。 ROM 指令表见表 2.4 所示，RAM 指令表见表 2.5 所示。

52、表 2.4 ROM 指令表 表 2.5 RAM 指令表 指 令约定代码功 能 温度变换44H启动 DS1820 进行温度转换，12 位转换时最长为 750ms（ 9 位为 93.75ms）。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 3、4 字节写上、下限温度数据命令 ，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据。 复制暂存器48H将 RAM 中第 3 、4 字节的内容复制到 EEPROM 中。 重调 EEPROM0B8H将 EEPROM 中内容恢复到 RAM 中的第 3 、4 字节。 指 令约定代码功 能 读 ROM

53、33H读 DS1820 温度传感器 ROM 中的编码（即 64 位地址） 符合 ROM55H发出此命令之后，接着发出 64 位 ROM 编码，访问单总 线上与该编码相对应的 DS1820 使之作出响应，为下一步 对该 DS1820 的读写作准备。 搜索 ROM 0FOH用于确定挂接在同一总线上 DS1820 的个数和识别 64 位 ROM 地址。为操作各器件作好准备。 跳过 ROM 0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 发温度变换命 令。适用于单片工作。 警告搜索命令 0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应 。 u5ap 读供电方式0B4H读 DS18

54、20 的供电模式。寄生供电时 DS1820 发送“ 0 ”， 外接电源供电 DS1820 发送“ 1 ”。 2.3 键盘接口电路设计键盘接口电路设计 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人机 交流的主要手段。在单片机系统中常用的键盘有两种：机械式按键键盘和薄膜键盘。 本设计中采用的是机械按键键盘。 方案一：采用矩阵式键盘，其优点是可以按键多，适合于要求使用多按键的场 合，如计算器，电子密码锁等。缺点是占用较多的 I/O 口，软件编程复杂，键盘扫 描时间较长。 方案二：采用独立式按键，其优点是响应速度快，接口简单，易于编程，使用 方便。 本设计需要按键不多，故通过上述

55、两个方案的比较，本设计采用方案二，使用 独立式按键。共设置四个按键，第一个按键为选择键，第二个按键为加一键，第三 个按键为减一键。第四个按键为键。键盘连接如图 2.10 所示： 图 2.10 独立式键盘连接 按键的闭合与否，反映在行线输出电压上呈高、低电平的变化。如果输出高电 平表示按键断开，低电平则表示按键闭合。通过对行线电平状态的检测，便可确认 按键按下与否。 2.4 数码管数码管 2.4.1 数码管简介数码管简介 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个 发光二极管单元（多一个小数点显示） ；按能显示多少个

56、“8”可分为 1 位、2 位、4 位 u5ap 等等数码管。 按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是 指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在 应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应 字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将 所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用 时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时， 相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 使用 LE

57、D 显示器时，要注意区分这两种不同的接法。为了显示数字或字符，必 须对数字或字符进行编码。七段数码管加上一个小数点，共计 8 段。因此为 LED 显 示器提供的编码正好是一个字节。本设计中采用共阳及 LED 显示器，根据电路连接 图显示十六进制数的编码见表 2.6。 表 2.6 六进制数的编码 十六进制编码 数码管显数 值 十六进制编 码 数码管显数 值 十六进制编 码 数码管显数 值 0 xC000 x8260 xC6C 0 xF910 xF870 xA1D 0 xA420 x8080 x86E 0 xB030 x9090 x8EF 0 x9940 x88A0 xFF无显示 0 x9250

58、x83B 2.4.2 数码管的数码管的显示显示 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我 们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 1) 静态显示驱动 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单 片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进制译码器译码进行驱动。静 态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动 5 个数码 管静态显示则需要 5840 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 89S51 单片机可用的 I/O u5ap 端口才 32 个呢：） ，实际应用时必须增

59、加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的 复杂性。 2) 动态显示驱动 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱 动是将所有数码管的 8 个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个 数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单 片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显 示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示 的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过 分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管

60、轮流受控显示，这就是动 态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 12ms，由于人的视觉暂留 现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描 的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的 效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。本文中设计 的显示是动态显示。 主要参数 1)8 字高度 8 字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般为 0.25- 20 英寸。 2)长*宽*高 长数码管正放时，水平方向的长度；宽数码管正放时，垂直方向上的 长度；高数码管的厚度。 3)时钟点 四位数码管中，第