基于單片機(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)研究

1、2014屆題 目 基于單片機(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)研究姓 名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 2014年5月5日畢業(yè)論文任務(wù)書(shū)主要實(shí)現(xiàn)：實(shí)時(shí)溫度測(cè)量及顯示，超出溫度范圍相應(yīng)的繼電器工作，繼電器可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的加熱或制冷負(fù)載，上下限溫度可通過(guò)按鍵設(shè)定等功能。本保溫箱的溫控系統(tǒng)研究是基于51單片機(jī)及溫度傳感器ds18b20來(lái)設(shè)計(jì)的，溫度測(cè)量范圍0到99.9攝氏度，精度為0.1攝氏度，可見(jiàn)測(cè)量溫度的范圍廣，精度高的特點(diǎn)。可設(shè)置上下限溫度，默認(rèn)上限溫度為38、默認(rèn)下限溫度為5（通過(guò)程序可以更改上下限初始值）。報(bào)警值可設(shè)置范圍：最低上限報(bào)警值等于當(dāng)前下限報(bào)警值，最高下限報(bào)警值等于當(dāng)前上限報(bào)警值。將下限報(bào)警值調(diào)為0時(shí)

2、為關(guān)閉下限報(bào)警功能。開(kāi)啟相應(yīng)的繼電器工作時(shí)，有指示燈可以指示相應(yīng)的加熱和制冷。目 錄前言21 設(shè)計(jì)要求與方案論證31.1 設(shè)計(jì)要求31.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證31.2.1 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證31.2.2 溫度傳感器設(shè)計(jì)方案論證41.2.3 顯示模塊方案論證41.3 電路設(shè)計(jì)最終方案決定52 主要元件介紹52.1 stc89c51介紹52.1.1 stc89c51主要功能及pdip封裝52.1.2 stc89c51引腳介紹52.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)62.2 ds18b20傳感器介紹92.2.1 ds18b20概述92.2.2 ds18b20引腳介紹102.2.3 ds18b20的內(nèi)

3、部結(jié)構(gòu)102.2.4 ds18b20的程序流程圖112.3 數(shù)碼管介紹112.3 繼電器介紹123 程序流程圖12結(jié)論14參考文獻(xiàn)15致 謝16附錄1 系統(tǒng)原理圖17附錄2 系統(tǒng)pcb圖18附錄3 c語(yǔ)言程序19基于單片機(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)研究摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于單片機(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)研究，本恒溫箱屬于多功能多用途，可以設(shè)置上下控制溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的負(fù)載工作，同時(shí)聲光報(bào)警。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度。本文通過(guò)采用繼電器作為溫度的主要

4、控制元件，它可以直接驅(qū)動(dòng)2500w功率的負(fù)載，可以應(yīng)用于家庭、小型工廠等小電量用電設(shè)備，亦可以用繼電器來(lái)控制交流接觸器線圈等，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率負(fù)載的控制，應(yīng)用十分廣泛。采用蜂鳴器作為電聲元件的報(bào)警，led發(fā)光指示相應(yīng)的加熱或制冷工作。這種保溫箱的溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。工作時(shí)，溫度控制范圍為上下限之間，當(dāng)前環(huán)境溫度若超過(guò)設(shè)定的臨界溫度，由單片機(jī)發(fā)出控制和報(bào)警信號(hào)，從而負(fù)載控制溫度的變化?；趩纹瑱C(jī)保溫箱的溫控系統(tǒng)大部分使用是在實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)中。在實(shí)驗(yàn)室中特別是生物實(shí)驗(yàn)室，我們?yōu)榱说玫礁訙?zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于恒溫實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求嚴(yán)格。所以針對(duì)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，恒溫箱的作用顯得相

5、當(dāng)重要。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中我們對(duì)于恒溫箱的要求也相對(duì)更加嚴(yán)格，比如產(chǎn)品的熱處理、冷處理等，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。在醫(yī)藥方面醫(yī)用恒溫箱主要用于藥品和試劑的儲(chǔ)存、運(yùn)輸，疫苗、血液的冷藏保溫，透析液的加溫、生理鹽水的加溫等。 由以上我們可以明顯的看出恒溫箱的重要作用。在農(nóng)業(yè)溫室大棚中，溫控系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)至關(guān)重要，對(duì)于農(nóng)業(yè)方面，以至于生活中的各個(gè)方面溫控系統(tǒng)永遠(yuǎn)處于相當(dāng)重要的地位。關(guān)鍵詞:stc89c51單片機(jī) 溫度控制 恒溫箱 ds18b20 前言 隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求

6、越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本保溫箱溫控系統(tǒng)所介紹的與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，控制準(zhǔn)確，負(fù)載廣泛，有l(wèi)ed顯示相應(yīng)的工作方式，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī) stc89c51，測(cè)溫傳感器使用 ds18b20，用四位一體共陽(yáng)極 led 數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，用繼電器驅(qū)動(dòng)負(fù)載，用pnp三極管驅(qū)動(dòng)。1 設(shè)計(jì)要求與方案論證首先明確設(shè)計(jì)要求，再整體討論和確定方案，一一攻破設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。1.1 設(shè)計(jì)要求基本范圍0-99 ；精度誤差小于

7、 0.1 ；數(shù)碼管直讀顯示；可以溫度控制；擴(kuò)展功能：可以任意設(shè)定溫度的上下限控制及報(bào)警功能，可以驅(qū)動(dòng)加熱和制冷負(fù)載。1.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證 1.2.1 單片機(jī)芯片的選擇方案和論證由于單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、使用方便和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，被我們選定為制作該作品的首選芯片單片機(jī)特點(diǎn)：（1）高集成度，體積小，高可靠性 單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的cpu。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在rom中不易破壞，許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故

8、可靠性高。 （2）控制功能強(qiáng) 為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，i/o口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專(zhuān)門(mén)的控制功能。 （3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的最低工作電壓僅為1.8v3.6v，而工作電流僅為數(shù)百微安。 （4）易擴(kuò)展 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （5）優(yōu)異的性價(jià)比 單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開(kāi)始使用risc流水線和dsp等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破64kb的限

9、制，有的已可達(dá)到1mb和16mb，片內(nèi)的rom容量可達(dá)62mb，ram容量則可達(dá)2mb。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷(xiāo)量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。 方案一:采用stc89c51芯片作為硬件核心。stc89c51內(nèi)部具有4kb rom 存儲(chǔ)空間,512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，帶有2k字節(jié)的eeprom存儲(chǔ)空間，與mcs-51系列單片機(jī)完全兼容,stc89c51可以通過(guò)串口下載。方案二:采用at89s51。at89s51片內(nèi)具有4k字節(jié)程序存儲(chǔ)空間，256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間沒(méi)有eeprom存儲(chǔ)空間，也與mcs-51系列單片機(jī)完全兼容，具有在線編程可擦除技術(shù)。兩種單片機(jī)都

10、完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要，stc89c51相對(duì)ats89c51價(jià)格便宜，且下載簡(jiǎn)單方便?？紤]到方便因素，因此選用stc89c51。1.2.2 溫度傳感器設(shè)計(jì)方案論證利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類(lèi)。現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感

11、器/控制器；(3)智能溫度傳感器。國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位a/d轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1c。國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位a/d轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625c。由美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司新研制的ds1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125c，測(cè)溫精度為0.2c。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也

12、實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-wire)總線、i2c總線、smbus總線和spi總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過(guò)專(zhuān)用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。方案一: 由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化 的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到 a/d 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。方案二:進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 ds18b20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，

13、進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，兩種都完全能夠滿足設(shè)計(jì)需要，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。 1.2.3 顯示模塊方案論證方案一：1602液晶模塊1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等顯示模塊它有若干個(gè)5x7或者5x11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形 它的優(yōu)點(diǎn)是微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧。方案二：數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為

14、七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管：按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(com)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到+5v，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到地線gnd上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，

15、當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。由于它的價(jià)格便宜使用簡(jiǎn)單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。綜上所訴：lcd1602雖然顯示較全；但數(shù)碼管以完全能顯示溫度值，價(jià)格也差6倍之多，數(shù)碼管更適合本設(shè)計(jì)，固本設(shè)計(jì)用數(shù)碼管作為顯示模塊。1.3 電路設(shè)計(jì)最終方案決定綜上各方案所述,對(duì)此次作品的方案選定：采用stc89c51單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)；采用ds18b20為傳感器；采用數(shù)碼管作為顯示器件。2 主要元件介紹2.1 stc89c51介紹stc89c51是由宏晶科技公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)。（1）中央處理器（cpu）中央處理器是單片機(jī)的核心,完成運(yùn)算和控制功

16、能。8051的cpu能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。（2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部ram）8051芯片中共有256個(gè)ram單元，但其中后128單元被專(zhuān)用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部ram。（3）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部rom）8051共有4kb掩膜rom，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱(chēng)之為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部rom。（4）定時(shí)/計(jì)數(shù)器8051共有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 （5）并行i/o口 mcs-51共有4個(gè)8位的i/o口（p0、p1

17、、p2、p3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。（6）串行口8051單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。（7）中斷控制系統(tǒng)8051單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控制應(yīng)用的需要。8051共有5個(gè)中斷源，即外中斷兩個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)。全部中斷分為高級(jí)和低級(jí)共兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。 (8) 時(shí)鐘電路8051芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6 mhz和12 mhz。從上述內(nèi)容可以看出，mcs-51雖然是一個(gè)單片機(jī)芯

18、片，但作為計(jì)算機(jī)應(yīng)該具有的基本部件它都包括，因此，實(shí)際上它已是一個(gè)簡(jiǎn)單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了。2.1.1 stc89c51主要功能及pdip封裝stc89c51主要功能如表1所示，其pdip封裝如圖1所示主要功能特性兼容mcs51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫(xiě)flash rom32個(gè)雙向i/o口256x8bit內(nèi)部ram3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24mhz2個(gè)串行中斷可編程uart串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能表1：stc89c51主要功能2.1.2 stc89c51引腳介紹 主電源引腳（2根）vcc(pin40)：

19、電源輸入，接5v電源gnd(pin20)：接地線外接晶振引腳（2根）xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號(hào)psen(pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)ea/vpp(pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）stc89c51單片機(jī)有4組8位的可編程i/o口，分別位p0、p1、p2、p3口，每個(gè)口有8位（

20、8根引腳），共32根。p0口（pin39pin32）：8位雙向i/o口線，名稱(chēng)為p0.0p0.7p1口（pin1pin8）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱(chēng)為p1.0p1.7 p2口（pin21pin28）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱(chēng)為p2.0p2.7 p3口（pin10pin17）：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱(chēng)為p3.0p3.7圖1：stc89c51封裝圖2.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)：當(dāng)在stc89c51單片機(jī)的rst引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作，按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)rst端經(jīng)過(guò)電阻與電源vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。最小系統(tǒng)如圖2所示。圖2

21、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路（1）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路在8051芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳xtal1，其輸出端為引腳xtal2。而在芯片的外部，xtal1和xtal2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖3-3所示。時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。請(qǐng)讀者特別注意時(shí)鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關(guān)系，否則會(huì)造成概念上的錯(cuò)誤。一般地，電容c1和c2取30pf左右，晶體的振蕩頻率范圍是1.212mhz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。8051在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率

22、為6mhz或12mhz。圖 2-3 時(shí)鐘振蕩電路（2）外部方式時(shí)鐘電路在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入惟一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)，外部的脈沖信號(hào)是經(jīng)xtal2引腳注入，其連接如圖3-4所示。圖 2-4 外部時(shí)鐘源接法（3） 時(shí)序時(shí)序是用定時(shí)單位來(lái)說(shuō)明的。8051的時(shí)序定時(shí)單位共有4個(gè)，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。它們之間的關(guān)系如下：1）一個(gè)振蕩脈沖的周期為節(jié)拍；2）一個(gè)狀態(tài)就包含兩個(gè)節(jié)拍；3）一個(gè)機(jī)器周期的寬度為6個(gè)狀態(tài)；4）一條指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期組成。 （4） 單片機(jī)的復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使cpu和系統(tǒng)中的

23、其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，復(fù)位后pc=0000h，使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使rst/vpd 或rst引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。若時(shí)鐘頻率為12 mhz，每機(jī)器周期為1s，則只需2s以上時(shí)間的高電平，在rst引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ale和psen信號(hào)，即ale=1和psen=1。這表明單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作。復(fù)位后，內(nèi)部各專(zhuān)用寄存器狀態(tài)如下:pc： 0000h tmod：00hacc： 00h tcon： 00hb： 00h th0： 00hpsw： 00h

24、 tl0： 00hsp： 07h th1： 00hdptr： 0000h tl1： 00hp0p3：ffh scon： 00hip： *00000b sbuf： 不定ie： 0*00000b pcon： 0*0000其中，*表示無(wú)關(guān)位。注意：（1）復(fù)位后pc值為0000h，表明復(fù)位后程序從0000h開(kāi)始執(zhí)行，這一點(diǎn)在實(shí)訓(xùn)中已介紹。（2）sp值為07h，表明堆棧底部在07h。一般需重新設(shè)置sp值。（3）p0p3口值為ffh。p0p3口用作輸入口時(shí)，必須先寫(xiě)入“1”。單片機(jī)在復(fù)位后，已使p0p3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。電路以stc89c51單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制核心，測(cè)溫

25、電路由ds18b20提供，輸入部分采用三個(gè)獨(dú)立式按鍵s1、s2、s3。數(shù)碼管顯示部分。具體電路連接，詳見(jiàn)附錄1。2.2 ds18b20傳感器介紹2.2.1 ds18b20概述在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中，傳感器占據(jù)著不可動(dòng)搖的重要位置。主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力已經(jīng)相當(dāng)?shù)膹?qiáng)，但是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的模擬量卻無(wú)能為力。如果沒(méi)有各種精確可靠的傳感器對(duì)非電量和模擬信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并提供可靠的數(shù)據(jù)，那計(jì)算機(jī)也無(wú)法發(fā)揮他應(yīng)有的作用。傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過(guò)放大處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。從而傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，對(duì)自動(dòng)化和信息化起重要作用。采用各種傳感器和微處理技術(shù)可以對(duì)各種工業(yè)參數(shù)

26、及工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)控及檢驗(yàn)，準(zhǔn)確測(cè)量產(chǎn)品性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)產(chǎn)品性能，防止事故發(fā)生提供必要的信息和更可靠的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，且對(duì)測(cè)量要求比較高，所以選擇合適的傳感器很重要。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、從集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展。智能溫度傳感器ds18b20正是朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。因此，智能溫度傳感器ds18b20作為溫度測(cè)量裝置已廣泛應(yīng)用于人民的日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。美國(guó)dallas公司生產(chǎn)的 ds18b20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片

27、外加不銹鋼保護(hù)管封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。有獨(dú)特的單線接口方式，ds1820在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds1820的雙向通訊；其測(cè)溫范圍 55125，固有測(cè)溫分辨率0.5；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；多個(gè)ds1820可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫；工作電源為35v/dc；在使用中不需要任何外圍元件。18b20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是：rom 只讀存儲(chǔ)器，用于存放ds18b20id編碼，其前8位是單線系列編碼（ds18b20的編碼是19h），后面48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后8位是以上56位的

28、crc碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。ds18b20共64位rom。ram 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，ds18b20共9個(gè)字節(jié)ram，每個(gè)字節(jié)為8位。第1、2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個(gè)字節(jié)是用戶eeprom（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5個(gè)字節(jié)則是用戶第3個(gè)eeprom的鏡像。第6、7、8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9個(gè)字節(jié)為前8個(gè)字節(jié)的crc碼。eeprom 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，d

29、s18b20共3位eeprom，并在ram都存在鏡像，以方便用戶操作。ds18b20的性能特點(diǎn)如下：（1） 采用dallas公司獨(dú)特的單線接口方式：ds18b20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊； （2）在使用中不需要任何外圍元件；（3）可用數(shù)據(jù)線供電，供電電壓范圍：+3.0v+5.5v；（4）測(cè)溫范圍：-55+125。固有測(cè)溫分辨率為0.5。當(dāng)在-10+85范圍內(nèi)，可確保測(cè)量誤差不超過(guò)0.5，在-55+125范圍內(nèi)，測(cè)量誤差也不超過(guò)2；（5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值；（7）支持多點(diǎn)的組網(wǎng)功能，多個(gè)d

30、s18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫（8）負(fù)壓特性，即具有電源反接保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù)ds18b20不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但此時(shí)芯片無(wú)法正常工作；（9）ds18b20的轉(zhuǎn)換速率比較高，進(jìn)行9位的溫度值轉(zhuǎn)換只需93.75ms；（10）適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)；（11）內(nèi)含64位激光修正的只讀存儲(chǔ)rom，扣除8位產(chǎn)品系列號(hào)和8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(crc)之后，產(chǎn)品序號(hào)占48位。出廠前產(chǎn)品序號(hào)存入其rom中。在構(gòu)成大型溫控系統(tǒng)時(shí)，允許在單線總線上掛接多片ds18b20。2.2.2 ds18b20引腳介紹圖3：ds18b20引腳各引腳功能為：i/o為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線）

31、，它屬于漏極開(kāi)路輸出，外接上拉電阻后，常態(tài)下呈高電平。udd是可供選用的外部電源端，不用時(shí)接地，gnd為地，nc空腳。2.2.3 ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括7部分:寄生電源、溫度傳感器、64位激光（loser）rom與單線接口、高速暫存器（即便筏式ram，用于存放中間數(shù)據(jù)）、th觸發(fā)寄存器和tl觸發(fā)寄存器，分別用來(lái)存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、存儲(chǔ)和控制邏輯、位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（crc）發(fā)生器。圖4：ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2.4 ds18b20的程序流程圖否是發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令寫(xiě)入18b20讀溫度前復(fù)位顯示測(cè)溫點(diǎn)位置18b20復(fù)位開(kāi)始18b20存在？延時(shí)發(fā)出讀溫度命

32、令寫(xiě)入18b20讀入溫度值數(shù)據(jù)返回延時(shí)圖5程序流程圖2.3 數(shù)碼管介紹數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(com)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到+5v，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一

33、起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極com接到地線gnd上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。圖5：數(shù)碼管數(shù)碼顯示器是一種由led發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件，它使用了8個(gè)led發(fā)光二極管，其中七個(gè)用于顯示字符，一個(gè)顯示小數(shù)點(diǎn)，所以通稱(chēng)為七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖所示（數(shù)碼管的正面朝自己，小數(shù)點(diǎn)在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp為段引腳，s1、s2、s3、s4分別表示四個(gè)數(shù)碼管的位。2.3 繼電器介紹 電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的

34、。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。圖6：繼電器剖析圖3 程序流程圖開(kāi)始初始化讀取當(dāng)前溫度顯

35、示當(dāng)前溫度判斷set是否按下正常范圍否是否加減鍵是否按下當(dāng)前溫度與上下限位關(guān)系小于下限大于上限是下限繼電器工作，蜂鳴器閃響上限繼電器工作，蜂鳴器閃響相應(yīng)處理上下限位while循環(huán)返回圖7：程序流程圖結(jié)論通過(guò)對(duì)自己在大學(xué)兩年時(shí)間里所學(xué)的知識(shí)的回顧，并充分發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的思考及書(shū)面表達(dá)能力，最終完成了本設(shè)計(jì)。這為自己今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定寶貴的經(jīng)驗(yàn)。撰寫(xiě)論文的過(guò)程也是專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，它使我運(yùn)用已有的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問(wèn)題或?qū)嶋H問(wèn)題，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練。培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本次論文設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，并

36、且熟悉了單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，收獲豐碩。技術(shù)在不斷進(jìn)步，機(jī)械式時(shí)鐘已經(jīng)被淘汰，電子時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。做為新時(shí)代的我們，更應(yīng)該提高自身能力，適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展。知識(shí)來(lái)自實(shí)踐，多從生活中探尋所需要的。從這次的論文設(shè)計(jì)中，我真正的體會(huì)到，知識(shí)的重要性，特別是要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中，要用知識(shí)改變一切。參考文獻(xiàn)1 陳權(quán)昌,李興富.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2007.841022 李慶亮.c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)用教程m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.32583 楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)m.北京:高等教育出版社,2003.1251324 及力.protel 99 se原

37、理圖與pcb設(shè)計(jì)教程m.北京:電子工業(yè)出版社,2007.891505 徐江海.單片機(jī)實(shí)用教程m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.1281566 胡宴如.模擬電子技術(shù)m.北京:高等教育出版社,2008.601047 汪文，陳林.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.湖北:華中科技大學(xué)出版社,2007.36688 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分m.北京:高等教育出版社,2008.2032099 楊欣電子設(shè)計(jì)從零開(kāi)始m.北京:清華大學(xué)出版社,2005.28102致 謝首先，感謝學(xué)校三年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)。為我們營(yíng)造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，建設(shè)一流的教學(xué)設(shè)施，使我們身心愉快的投入到學(xué)習(xí)中。其次，感謝尊敬的指導(dǎo)老師，有了他的諄諄教

38、誨，處處提點(diǎn)，才使本論文的前期準(zhǔn)備以及整個(gè)研究過(guò)程順利完成。指導(dǎo)老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、全身心投入工作的精神以及對(duì)學(xué)生盡心盡力的態(tài)度給了我極大的幫助與鼓勵(lì)，使我受益匪淺。從指導(dǎo)老師的教學(xué)態(tài)度上，我學(xué)到的不僅僅只有書(shū)本上的知識(shí)，還有做人的道理。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。最后，感謝我的父母多年來(lái)給予我的支持和關(guān)懷，同時(shí)感謝我的舍友和朋友對(duì)我的幫助。附錄1 系統(tǒng)原理圖附錄2 系統(tǒng)pcb圖附錄3 c語(yǔ)言程序#include #define uint unsigned int#define ucha

39、r unsigned char /宏定義sbit set=p31; /定義調(diào)整鍵sbit dec=p32; /定義減少鍵sbit add=p33; /定義增加鍵sbit beep=p36; /定義蜂鳴器sbit alam=p12;/定義燈光報(bào)警sbit alam1=p14;sbit dq=p37; /定義ds18b20總線i/obit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit dian = p05; /小數(shù)點(diǎn)uchar x=0; /計(jì)數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0

40、; /狀態(tài)標(biāo)志signed char shangxian=38; /上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為38signed char xiaxian=5; /下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為5/uchar code leddata=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff;uchar code leddata=0x5f,0x44,0x9d,0xd5,0xc6,0xd3,0xdb,0x47,0xdf,0xd7,0xcf,0xda,0x9b,0xdc,0x9b,0x8b;/=/=ds18b20=/=/*延時(shí)子程序*/void delay_ds18b20(i

41、nt num) while(num-) ;/*初始化ds18b20*/void init_ds18b20(void) unsigned char x=0; dq = 1; /dq復(fù)位 delay_ds18b20(8); /稍做延時(shí) dq = 0; /單片機(jī)將dq拉低 delay_ds18b20(80); /精確延時(shí)，大于480us dq = 1; /拉高總線 delay_ds18b20(14); x = dq; /稍做延時(shí)后，如果x=0則初始化成功，x=1則初始化失敗 delay_ds18b20(20);/*讀一個(gè)字節(jié)*/unsigned char readonechar(void) unsi

42、gned char i=0; unsigned char dat = 0; for (i=8;i0;i-) dq = 0; / 給脈沖信號(hào) dat=1; dq = 1; / 給脈沖信號(hào) if(dq) dat|=0x80; delay_ds18b20(4); return(dat);/*寫(xiě)一個(gè)字節(jié)*/void writeonechar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) dq = 0; dq = dat&0x01; delay_ds18b20(5); dq = 1; dat=1; /*讀取溫度*/unsigned int

43、 readtemperature(void) unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float tt=0; init_ds18b20(); writeonechar(0xcc); /跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 writeonechar(0x44); /啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換 init_ds18b20(); writeonechar(0xcc); /跳過(guò)讀序號(hào)列號(hào)的操作 writeonechar(0xbe); /讀取溫度寄存器 a=readonechar(); /讀低8位 b=readonechar(); /讀高8位 t=b; t=8;

44、t=t|a; tt=t*0.0625; t= tt*10+0.5; /放大10倍輸出并四舍五入 return(t);/=/=/=/*延時(shí)子程序*/void delay(uint num) while( -num );/*初始化定時(shí)器0*/void inittimer(void)tmod=0x1;th0=0x3c;tl0=0xb0; /50ms（晶振12m）/*讀取溫度*/void check_wendu(void)uint a,b,c;c=readtemperature()-5; /獲取溫度值并減去ds18b20的溫漂誤差a=c/100; /計(jì)算得到十位數(shù)字b=c/10-a*10; /計(jì)算得到

45、個(gè)位數(shù)字m=c/10; /計(jì)算得到整數(shù)位n=c-a*100-b*10; /計(jì)算得到小數(shù)位if(m99)m=99;n=9; /設(shè)置溫度顯示上限 /*顯示開(kāi)機(jī)初始化等待畫(huà)面*/void disp_init(void) p0 = 0x80; /顯示-p2 = 0x7f;delay(200);p2 = 0xdf;delay(200); p2 = 0xf7;delay(200);p2 = 0xfd;delay(200);p2 = 0xff; /關(guān)閉顯示/*顯示溫度子程序*/void disp_temperature(void) /顯示溫度p0 = 0x98; /顯示cp2 = 0x7f;delay(400);p0=leddatan; /顯示個(gè)位p2 = 0xdf;delay(400);p0 =leddatam%10; /顯示十位dian = 0; /顯示小數(shù)點(diǎn)p2 = 0xf7;delay(400);p0 =l