電烤箱溫度控制器的設計

1、合肥學院計算機科學與技術(shù)系微機原理與接口技術(shù)課程設計 課程設計科目電烤箱溫度控制器的設計學生姓名計方偉 學號1404011023班級14級計科1班指導教師張向東、龍夏時間2017年02月25日電烤箱溫度控制器的設計一、需求背景溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的控制，有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量，因而設計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的?？鞠涫菬崽幚砩a(chǎn)中應用最廣的加熱設備，它通過電流元件產(chǎn)生熱量，借助輻射和對流的傳遞方式，將熱量傳遞給所要加熱的物品，使其加熱到所需求的溫度。采用烤箱的溫度控制可以為我們的生活提供很多便利。它的適用范圍也非常廣泛，如工廠、餐廳、家庭，其

2、適用的場合根據(jù)它的規(guī)格、功率及功能不同進行選擇。對于家庭自用，一般選擇功率較小500-1000W左右，烤箱的功能只要能滿足基本的加熱即可，容量也比較小：9-12L基本滿足家用；但對于餐廳、工廠這些人流量比較大、對烤箱要求比較高的地方，一般會選擇功率很大、功能齊全（比如控溫定時型、三控自動型）而且容量也相對很大的電烤箱。二、 題意與需求分析在STAR ES598單板機開發(fā)機上實現(xiàn)對電烤箱溫度和時間的控制功能。1.設計要求：（） 通過鍵盤設定溫度和加熱時間（） 使用DS18B20采集溫度，采用七段數(shù)碼管顯示當前溫度和剩余時間，并和設置的溫度進行比較。（3）當溫度低于設定值時，通過DAC0832輸出

3、電壓供給發(fā)熱電阻RT1,使其溫度升高。（4）使溫度恒定在設定溫度附近，時間到了停止加熱，并提示操作完畢2.提出問題（1）如何設置時間界限和目標溫度（2）如何通過DS18B20讀出環(huán)境溫度并顯示在LED上（3）當溫度低于設定溫度時，如何實現(xiàn)加熱（4）DAC0832輸出電壓加熱效果較弱，如何提高加熱強度三、解決問題的方法與思路 根據(jù)上面提出的問題，給出如下解決方法：（） 硬件部分選擇8279芯片和七段LED顯示器與鍵盤相連，設置矩陣鍵盤的功能，0-9數(shù)字鍵輸入溫度值，D鍵位啟動鍵，F(xiàn)鍵位復位鍵。DS18B20與8255的PC0口相連，通過軟件向PC0發(fā)出讀命令，將溫度從DS18B20讀出，并通過8

4、279芯片顯示在數(shù)碼管上。DAC0832輸出的電壓加熱效果過弱，考慮添加一個功能放大器PW(實驗板上為E2區(qū))來提高加熱效果。8255的PC7口連接邏輯筆(B2區(qū))來測量發(fā)熱電阻的工作情況，通過顯示不同的顏色燈來反映是否加熱到目標溫度。（） 軟件部分對通用控制芯片8279進行編程以從實現(xiàn)從鍵盤輸入溫度設定值，顯示溫度，清除顯示等功能)；對溫度傳感器DS18B20進行編程以實現(xiàn)初始化/啟動、讀寫溫度、溫度轉(zhuǎn)換等功能。對控制芯片8255A的控制及操作(如讀出DS18B20的溫度，控制發(fā)熱電阻產(chǎn)生加熱所需的熱量)；通過將讀出的溫度與設定的溫度比較來決定是否對發(fā)熱電阻RT1的加熱操作設置一定的延時程序

5、以滿足不同芯片及元器件的工作時序解決進制之間的轉(zhuǎn)換問題四、硬件設計1.可編程并行接口芯片8255A(1)8255A在本設計中的作用 利用8255A將界限值和溫度值通過LED顯示出來，同時8255A的PC0與DS18B20相連，向其發(fā)出溫度檢測命令及接受溫度數(shù)據(jù)，PC7和發(fā)光二極管相連，用于光報警，PC7口與功能放大區(qū)的IN1連接，加強加熱效果。 (2)8255A功能分析及技術(shù)參數(shù)8255A是可編程并行接口，內(nèi)部有3個相互獨立的8位數(shù)據(jù)端口，即A口、口和口。三個端口都可以作為輸入端口或輸出端口。口三種工作方式：即方式0、方式1和方式2，而口只能工作在方式0或方式1下，口通常作為聯(lián)絡信號使用。82

6、55A的工作只有當片選CS效時才能進行。而控制邏輯端口實現(xiàn)對其他端口的控制。端口A：包含一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器，輸入輸出數(shù)據(jù)均受到鎖存。端口B和C: 都包含一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器和一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，輸出數(shù)據(jù)能鎖存，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。 端口C:可分成兩個4位端口，分別定義為輸入或輸出端口，還可定義為控制、狀態(tài)端口，配合端口A和端口B工作。8255A是可編程外圍設備接口(Programmable Peripheral Interface, 簡寫為PPI)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示：圖1-18255內(nèi)部結(jié)構(gòu)RESETB組控制部件CSA0A1WRRDD7D0雙向P

7、B7PB0PC3PC0PC7PC4PaPA7PA0B組端口C低4位A組控制部件A組端口A8位B組端口B8位A組端口C高4位讀/寫控制部件數(shù)據(jù)總線緩沖器(3)8255A工作在方式0方式0的工作特點：這種方式通常不用聯(lián)絡信號，不使用中斷，三個通道中的每一個都有可以由程序選定作為輸入或輸出。其功能為：兩個8位通道：通道A、B。兩個四位通道：通道C高4位和低四位；任何一個通道可以作輸入/輸出；輸出是鎖存的；輸入是不鎖存的；在方式0時各個通道的輸入/輸出可有16種不同的組合。方式0的使用場合：同步傳送是在外設控制過程的各種動作時間為固定，且已知的條件下使用的。因此，傳送中不要應答信號。輸入時，執(zhí)行程序只

8、要給出IN指令；而輸出時，也只給出OUT指令，就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入或輸出。優(yōu)點是程序簡單，接口的硬件開銷小。查詢式傳輸時，要先查詢一個外設的狀態(tài)，當該狀態(tài)表示外設已準備好時，方能開始查詢傳輸，否則CPU將繼續(xù)查詢。但在方式0，沒有規(guī)定固定的應答信號，所以，這時將通道A、B作為數(shù)據(jù)通道，把通道C的4個位（高4位或低4位）規(guī)定為輸出口，用來輸出一些控制信號，而把通道C的另外4個位規(guī)定為輸入口，用來輸入外設的狀態(tài)。這樣，利用通道C來配合通道A和B的輸入/輸出操作。8255方式選擇控制字說明： 控制字格式如下：圖1-28255A控制字格式D7=1工作方式控制標志。D5D6組合設定A口工作方式：00方式0

9、；01方式1；1011方式2。D4設定A口的輸入輸出，D41時A口輸入，D40時A口輸出。D3為C口高4位輸入輸出選擇，D31時為輸入，D30時為輸出。D2為B口工作方式選擇，D21時B口方式1；D20時B口方式0。D1為B口輸入輸出選擇，D11時輸入；D10時輸出。D0為C口低4位輸入輸出選擇，D01時為輸入，D00時為輸出。(4)8255技術(shù)參數(shù)8255A工作最大電流為120MA,VCC=-5V+5V，I（DAR）工作電流最大為4MA。8255的輸出電壓不高，連接到LED時，最好加入一個驅(qū)動器起到電流放大的作用。下表為8255A主要參數(shù)說明：8255A技術(shù)參數(shù)測試條件規(guī)范值單位大小輸入低電

10、平電壓VIL0.8-0.5V輸入高電平電壓VIHVCC2.0V輸出低電平電壓VOLOL2.5mA0.45V輸出低電平電壓VOLOL1.7mA0.45V輸出高電平電壓VOHOR- 400mA2.4V輸出高電平電壓VOHOH- 200mA2.4V達林頓驅(qū)動電流OAR-4.0-1.0mA電源電流CC120mA輸入負載電流ILIN0 VCC10- 10mA輸出浮動電流OFOR0.45 VCC10- 10mA表1-18255A主要技術(shù)參數(shù)2. 專用接口芯片8279(1)8279在本設計中的作用在本設計中，8279作為專用接口芯片連接著七段LED顯示器和鍵盤，實現(xiàn)對輸入溫度設定值和顯示實時溫度的控制。IR

11、0(2)8279功能分析 D0 D7FIFO/傳感器RAM的狀態(tài)寄存器時鐘復位 RD WR CS A0I/O控制數(shù)據(jù)緩沖器8X8 FIFO/傳感器RAM鍵盤去抖動與控制控制與定時寄存器16X8 顯示RAM顯示地址寄存器顯示寄存器掃描計數(shù)器定時與控制回復OUTA0OUTA3BDCNTL/STBOUTB0OUTB3SL0SL3 shiftRL0RL7圖2-18279內(nèi)部邏輯框圖8279采用單±5V電源供電，40腳封裝。 DB0DB7:雙向數(shù)據(jù)總線，用來傳送8279與CPU之間的數(shù)據(jù)和命令。CLK:時鐘輸入線，用以產(chǎn)生內(nèi)部定時的時鐘脈沖。RESET:復位輸入線，8279復位后被置為字符顯示

12、左端輸入，二鍵閉鎖的觸點回彈型式程序 時鐘前置分頻器被置為31,RESET信號為高電平有效。CS:片選輸入線，低電平有效，單片機在CS端為低時可以對8279讀/寫操作。A0:緩沖器低位地址，當A0為高電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為命令或狀態(tài)， 當為低電平時，表示數(shù)據(jù)總線上為數(shù)據(jù)。RD:讀信號輸入線，低電平有效，將緩沖器讀出，數(shù)據(jù)送往外部總線。WR:寫信號輸入線，低電平有效，將緩立器讀出,將數(shù)據(jù)從外部數(shù)據(jù)總線寫入8279的緩沖器。IRQ:中斷請求輸出線，高電平有效，在鍵盤工作方式下，當FIFO/傳感器RAM中有數(shù)據(jù)時，此中斷線變?yōu)楦唠娖剑贔IFO/傳感器RAM每次讀出時，中斷線就下降為低電平，若在R

13、AM中還有信息，則此線重又變?yōu)楦唠娖?。在傳感器工作方式中?每當探測到傳感器信號變化時，中斷線就變?yōu)楦唠娖?。SL0SL3:掃描線，用來掃描按鍵開關，傳感器陣列和顯示數(shù)字， 這些可被編程或被譯碼。RL0RL7:回送線，經(jīng)過按鍵或傳感器開關與掃描線聯(lián)接， 這些回送線內(nèi)部設置有上拉電路，使之保持為高電平，只有當一個按閉合時，對應的返回線變?yōu)榈碗娖?；無按鍵閉合時，均保持高電平。 SHIFT:換位功能，當有開關閉合時被拉為低電平，沒有按下SHIFT開關時，SHIFT輸入端保持高電平，在鍵盤掃描方式中，按鍵一閉合，按鍵位置和換位輸入狀態(tài)一起被存貯起來。CNTL/STB:當CNTL/STB開關閉合時將其拉到

14、低電平，否則始終保持高電平,對于鍵盤輸入方式，此線用作控制輸入端，當鍵被按下時，按鍵位置就和控制輸入狀態(tài)一起被存貯起來，在選通輸入方式中，作選通用，把數(shù)據(jù)存入FIFO RAM中。OUTA3OUTA0及OUTB3OUTB0:顯示輸出A口及B口，這兩個口是16×4切換的數(shù)字顯示。這兩個端口可被獨立控制，也可看成一個8位端口。BD:空格顯示,此輸出端信號用于在數(shù)字轉(zhuǎn)換時將顯示空格或者用顯示空格命令控制其顯示空格字符。VCC:5V電源輸入線。 VSS:地線輸入線。(3)8279的編程方法1）8279可按其功能分為：鍵盤功能塊；顯示功能塊；控制功能塊；與CPU接口功能塊控制功能塊包括控制和定時

15、寄存器，定時和控制，掃描計數(shù)器三部分，它主要用來控制鍵盤和顯示功能塊工作。 控制和定時寄存器：用于存貯來自CPU的編程命令，CPU對8279編程以確定鍵盤與顯示器工作方式和其它工作條件時，先把命令控制數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上,然后使A0=1，WR=0，CS=0，并在WR上升沿把命令鍵存在控制和定時寄存器中，經(jīng)譯碼，建立適當功能。 控制：它含基本的定時計數(shù)器，第一個計數(shù)器是一個分頻系數(shù)為2-31的前置定時器，分頻系數(shù)可由程序預置，使內(nèi)部頻率為100KHz，從而能給出5.1ms鍵盤掃描時間和10.3ms反跳時間，其它計數(shù)器將此基本頻率分頻后，提供適當?shù)陌存I掃描、行掃描、鍵盤陣列掃描、以及顯示器掃描次數(shù)。

16、 掃描計數(shù)器：掃描計數(shù)器有兩種工作方式，在編碼工作方式時，計數(shù)器提供一種二進制計數(shù)，通過管腳SL0-SL3輸出后經(jīng)外部譯碼才能提供給鍵盤和顯示器的掃描作用，在譯碼工作方式時，掃描計數(shù)器對最低二位進行譯碼，SL0-SL3輸出4選1的譯碼信號，作為顯示器和鍵盤的譯碼掃描。 鍵盤功能塊包括：返回緩沖器，鍵盤反跳及控制，8x8 FIFO傳感器RAM，F(xiàn)IFO/傳感器RAM狀態(tài)。2）返回緩沖器與鍵盤反跳及控制8條返回線被返回緩沖器緩沖，在鍵盤工作方式中，這幾條線被逐個檢測，以找出該行鍵中閉合的鍵。如果反跳電路測知某鍵閉合，則它等待10.3ms，然后重核此鍵是否仍然閉合。如果仍閉合，那么該鍵在矩陣中的行列

17、地址以及SHIFT和CNTL的狀態(tài)一起被送到FIFORAM中，其在FIFO RAM中的數(shù)據(jù)格式如下:D7D6D5D4D3D2D1D0 CNTL SHIFT SCAN RETURN 數(shù)據(jù)格式中，最高位CNTL，次高位為SHIFT狀態(tài)，D5-D3來自掃描計數(shù)器，D2-D0來自返回計數(shù)器，掃描線計數(shù)器和回掃線計數(shù)器的值分別反映出被按下鍵的行、列的值，如果在傳感器陣列中，返回線上的數(shù)據(jù)直接進入傳感器RAM中相應于陣列中正被掃中的那行，這樣每個開關位置就直接反映為一個傳感器RAM的位置。 顯示RAM和顯示寄存器8279內(nèi)部有16X8的顯示RAM，通過顯示寄存器和兩個四位端口0UTA0-3，OUTB0-3

18、來刷新顯示。顯示器可以是白熾燈，也可以是8段數(shù)碼管，顯示RAM可以是16X8的形式，也可以構(gòu)成兩個16x4的RAM形式。顯示RAM可由CPU進行讀寫，被讀寫的RAM字節(jié)地址由顯示地址寄存器指示。顯示地址寄存器保存當前CPU讀或?qū)懙哪莻€RAM地址，以及正顯示著的那兩個4位半字節(jié)的地址。讀寫地址由CPU命令編程,也可置為每次讀寫后地址自動加1的工作方式。在設置了正確的工作方式后，顯示RAM可直接由CPU讀出，半字節(jié)A和半字節(jié)B地址自動由8279更新，以適應由CPU送入的數(shù)據(jù),A和B半字節(jié)可獨立送入，也可作為一個字送入，隨CPU所設置的工作方式而定。3）FIFO/傳感器RAM及其狀態(tài)寄存器FIFO/

19、傳感器RAM是一個雙重功能的8×8位RAM。在鍵盤或選通工作方式時，它是FIFO RAM，其輸入/輸出遵循先入后出的原則。此時，F(xiàn)IFO狀態(tài)寄存器存放FIFO的工作狀態(tài)，若FIFO不空，IRQ信號為高電平，向CPU申請中斷。在傳感器矩陣方式工作時，該存儲器用于存放傳感器矩陣中每一個傳感器的狀態(tài)。在此方式中，若檢出傳感器發(fā)生變化，則IRQ信號變?yōu)楦唠娖剑駽PU申請中斷。4）顯示RAM和顯示地址寄存器顯示RAM用于存儲顯示數(shù)據(jù)，容量為16×8。在顯示過程中，存儲的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示寄存器輸出。顯示寄存器分為A、B兩組，OUTA30、OUTB30。它們即可以單獨送數(shù)，也可以組成

20、一個8位的字，OUT A輸出高4位，OUTB輸出低4位。顯示寄存器的輸出與顯示掃描配合，輪流驅(qū)動被選中的顯示器件，實現(xiàn)穩(wěn)定的動態(tài)顯示。顯示地址寄存器用來寄存CPU讀/寫顯示RAM的地址，它可以由命令設定，也可以設置成在每次讀出或?qū)懭胫笞詣舆f增。(4)8279工作方式 1）鍵盤工作方式通過命令字可將鍵盤工作方式設定為雙鍵互鎖與N鍵巡回兩種工作方式。雙鍵互鎖：若有兩個鍵或多個鍵同時按下，8279電路只識別最后一個釋放的鍵，并把鍵值送入FIFO/傳感器RAM中。N鍵巡回：若有多個按鍵同時按下時，鍵盤掃描將各鍵鍵值依按下順序依次存入FIFO/傳感器RAM中。2）顯示器工作方式通過設置鍵盤/顯示命令字

21、和寫顯示RAM命令字，顯示數(shù)據(jù)寫入顯示緩沖器時可置為左端送入和右端送入兩種方式。左端送入為依次填入方式，右端送入為移入方式。3）傳感器矩陣方式 通過設置讀FIFO/傳感器命令字，8279可工作于傳感器矩陣方式，此時傳感器的開關狀態(tài)直接送到傳感器RAM。CPU對傳感器陣列掃描時，如果檢測到某個傳感器狀態(tài)發(fā)生變化，則產(chǎn)生中斷請求信號IRQ。(4)8279命令字1）鍵盤/顯示方式設置命令D7D6D5D4D3D2D1D0000DDKKK D7、D6、D5是方式設置的特征位。D4、D3為顯示方式設定位，D2、D1、D0位鍵盤/顯示工作方式設定位。2）時鐘編程命令D7D6D5D4D3D2D1D0001PP

22、PPPD7、D6、D5是時鐘編程命令的特征位，D4、D3、D2、D1用于設定對CLK輸入端輸入的外部時鐘信號進行分頻的分頻系數(shù)N。3) 讀FIFO/傳感器RAM命令D7D6D5D4D3D2D1D0010AI×AAAD7、D6、D5是讀FIFO/傳感器RAM命令的特征位，D4自動遞增設置位，D2、D1、D0為FIFO/傳感器RAM地址。4) 讀顯示RAM命令D7D6D5D4D3D2D1D0011AIAAAAD7、D6、D5是讀顯示RAM命令的特征位，D4自動遞增設定位，D3、D2、D1、D0為顯示RAM的存儲單元地址。5）寫顯示RAM命令D7D6D5D4D3D2D1D0100AIAAA

23、AD7、D6、D5是寫顯示RAM命令的特征位，D3、D2、D1、D0為寫入顯示RAM的存儲單元地址。6）顯示禁止寫入/消隱命令D7D6D5D4D3D2D1D0101×IWAIWBBLABLBD7、D6、D5是顯示禁止寫入/消隱命令的特征位，D3、D2為A、B組顯示RAM寫入屏蔽位，當D3=1時，A組的顯示RAM禁止寫入，從CPU寫入顯示RAM數(shù)據(jù)時，這種情況通常用于雙4位顯示器，當D2=1時，可屏蔽B組顯示器。D1、D0位A 、B組的消隱設置位。7）清除命令D7D6D5D4D3D2D1D0110CDCDCDCFCAD7、D6、D5是清除命令的特征位，D4、D3、D2為清除顯示RAM方

24、式設定位，D1為置空FIFO存儲器設定位，D0為總清楚設定位。8）結(jié)束中斷/出錯方式設置命令D7D6D5D4D3D2D1D0111E××××D7、D6、D5為111是結(jié)束中斷/出錯方式設置命令的特征位，D4為1時，N鍵輪回工作方式可工作得特殊出錯方式，對傳感器工作方式，此命令使IRQ變低，結(jié)束中斷，并允許對RAM進一步寫入。(5) 芯片8279的技術(shù)參數(shù)symbolParameterMinMaxUnitTest ConditionsVIL1Input Low Voltage For Return Line0.51.4VVIL2Input Low Volt

25、age For All Other0.50.8VVIH1Input High Voltage For Return Lines2.2VVIH2Input High Voltage For All Others2.0VVOLOutput Low Voltage0.45V(note 1)VOH1Output high voltage on interrupt line3.5V(note 2)VOH2Other Outputs2.4IOH=-400A 8279-5 -100A 8279IIL1Input Current On Shift,Control And Return Lines+10100A

26、AVIN=VCCVIN=0VIIL2Input Leakage Current On All Others±10AVIN=VCC to 0VIOFLOutput Float Leakage±10AVOUT=VCC to 0.45VICCPower Supply Current120mACINInput Capacitance10pFfC=1MHZ UnmeasuredPins Returned to Vss(6)COUTOutput Capacitance20pF表2-18279主要性能參數(shù)3.DS18B20溫度傳感器(1) DS18B20在本設計中的作用本實驗設計中DS1

27、8B20作為唯一的溫度傳感器，其作用是測量出試驗中各種所需溫度并經(jīng)由可編程接口芯片8255A以及專用接口芯片8279將溫度顯示于LED上，最終實驗溫度的比較，制熱等功能。(2) DS18B20的功能特點和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20可編程溫度傳感器有三個管腳：GND為接地線；DQ為數(shù)據(jù)輸入輸出接口，通過一個較弱的上拉電阻與CPU相連；VDD為電源接口，既可由數(shù)據(jù)線提供電源，又可由外部提供電源，范圍3.05.5V。本系統(tǒng)中使用外部電源供電。其主要特點為： 用戶可以自行設定報警上下限溫度值； 不需要外部組件，能測量-55+125°C范圍內(nèi)的溫度； 在-10+85°C范圍內(nèi)的測溫準確度

28、為±0.5°C； 通過編程可以實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式，可在至多750MS內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字，測溫分辨率可達到0.0625°C； 獨特的單總線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條線既可實現(xiàn)和微處理器的雙向通訊。 圖3-1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20的內(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。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8

29、位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。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。(3) DS18B20測溫原理和技術(shù)參數(shù)斜率累加器預置比較LSB置位/清除低溫度系數(shù)晶振計數(shù)器 1預置加1= 0溫度寄存器高溫系數(shù)晶振計數(shù)器 2= 0圖3-2DS18B20測溫原理 DS18B20的測溫原理如圖所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS

30、18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在 -55  所對應的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖中的斜率

31、累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。 DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達，其中S為符號位。 下表顯示了DS18B20用12位來存放溫度的存儲方式，其中最高位為符號位，負溫度時 S=1，正溫度時 S=0。表3-112位存放溫度時的格式這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5

32、位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。DS18B20的存儲器：DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。    暫存存儲器包含了8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。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時被刷新

33、。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。該字節(jié)各位的意義如下：8 76 5 4 32 1 TMR1R011111表3-2暫存器格式字低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設置為12位）分辨率設置表:R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms 0110位187.5ms 1011位375ms 1112位750ms 表3-3分辨率表根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步

34、驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。4、LED顯示器（1）芯片在本設計中的作用 LED發(fā)光二極管在本設計中采用7段數(shù)字發(fā)光二極管，作為終端顯示。顯示時間的分秒。（2）LED的功能分析 物理構(gòu)造：LED發(fā)光二級管，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴．斣诎l(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時，PN結(jié)勢

35、壘降低，載流子的擴散運動大于漂移運動，致使P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會產(chǎn)生復合，復合時產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)。將七個發(fā)光管進行組合，排列成數(shù)字圖形8，再根據(jù)需要控制七個管的亮與滅，即可顯示出定義數(shù)字。有段選碼和位選碼確定數(shù)字18的輸出并在延時程序中保持復位。它是一種當外加電壓超過額定電壓時發(fā)生擊穿，并因此而產(chǎn)生可見光的器件。這種數(shù)碼管是有7段或8段筆畫顯示器組成一個字符而形成的。 圖4-1 LED內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4-2 LED顯示表4-1 LED顯示管段選碼編碼表數(shù)字dpgfedcba二進制編碼011000000C0h111111001F9h2

36、10100100A4h310110000B0h41001100199h51001001092h61000001082h711111000F8h81000000080h91001000090h(3)LED的技術(shù)參數(shù)分析LED發(fā)光二極管的壓降一般為1.5-2.0V，其工作電流一般取10-20Ma，發(fā)光二極管可應用于直流驅(qū)動電路、交流驅(qū)動電路和脈沖驅(qū)動電路。 由于8255A的最大驅(qū)動電流為4.0mA，而LED的工作電流一般為10-20mA，所以需要加一個驅(qū)動器74LS244。5、矩陣鍵盤（1）矩陣鍵盤在本設計中的作用 矩陣鍵盤在工作時，是按照行線和列線交叉點的電平值來識別按鍵的，由人手按動鍵盤。當鍵

37、釋放后，該鍵就有效。矩陣鍵盤將0F這16個鍵按行和列排列成矩陣形式。對于m×n哥鍵的鍵盤，只需要m+n位I/O端口，我們的實驗采用的是4×4鍵盤。（2）矩陣鍵盤的功能分析在矩陣鍵盤中，通過行列交叉點上的電平值來識別按鍵，而行列線通過鍵盤數(shù)據(jù)格式確定，鍵盤數(shù)據(jù)格式如下： 表5-1 鍵盤數(shù)據(jù)格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0CNTLSSHIFTSL2SL1SL0R2R1R0控制移位行編碼列編碼其中，控制和移位由兩個獨立的附加開關決定；SL2 SL1 SL0為按下鍵的行編碼，來自掃描計數(shù)器的低三位，R2 R1 R0是根據(jù)返回信號確定的列編碼。通常使用的鍵盤是矩陣

38、結(jié)構(gòu)的。對于4×4=16個鍵的鍵盤，采用矩陣方式只要用8條引線和2個8位端口便完成鍵盤的連接。如圖，這個矩陣分為4行4列，如果鍵5按下，則第1行和第1列線接通而形成通路。如果第1行線接低電平，則鍵5的閉合，會使第1列線也輸出低電平。矩陣式鍵盤工作時，就是按行線和列線的電平來識別閉合鍵的。 圖5-1 4×4鍵盤矩陣圖行掃描法識別按鍵的原理如下：先使第0行接低電平，其余行為高電平，然后看第0行是否有鍵閉合。這是通過檢查列線電位來實現(xiàn)的，即在第0行接低電平時，看是否有哪條列線變成低電平。如果有某列線變?yōu)榈碗娖剑瑒t表示第0行和此列線相交位置上的鍵被按下；如果沒有任何一條列線為低電平

39、，則說明第0行沒有任何鍵被按下。此后，再將第1行接低電平，檢測是否有變?yōu)榈碗娖降牧芯€。如此重復地掃描，直到最后一行。在掃描過程中，當發(fā)現(xiàn)某一行有鍵閉合時，也就是列線輸入中有一位為0時，便退出掃描，通過組合行線和列線即可識別此刻按下的是哪一鍵。6. 功能放大器LF351(1) LF351在本設計中的作用由于所設計的系統(tǒng)中并不包含功能放大器，在實際應用時應該外接運算放大器。本設計中采用的同樣是National Semiconductor生產(chǎn)的運算放大器LF351，使由8255A傳遞到發(fā)熱電阻的信號效果增強，使演示效果更明顯。(2) LF351功能分析LF351是一款低價位高速度、具有內(nèi)部電壓平衡功

40、能的JFET（Junction Field Effect Transistor，結(jié)晶型場效應晶體管）運算放大器。它只需要微量的電流，就可以產(chǎn)生并保持寬帶高速的回轉(zhuǎn)電流。另外，它可以很好的匹配輸入，產(chǎn)生相當電壓伏度。LF351可以用在高速求積器、快速數(shù)/模轉(zhuǎn)換、抽樣保持電路及諸多要求低輸入偏移電壓、低輸入偏轉(zhuǎn)電流、高回轉(zhuǎn)速率和廣帶寬的場合?？偟膩碚f，LF351是一個很好的選擇。本實驗要用LF351將8255A給出的信號放大使發(fā)熱電阻能很快上升溫度，縮短由于等待實驗現(xiàn)象所花費的時間。7、硬件總邏輯圖及說明圖7-1 總邏輯原理圖對于上面的硬件總邏輯圖說明如下：首先利用和主機直接相連的可編程接口芯片8

41、255的PC0口接到溫度傳感器DS18B20的TOUT端，來控制其工作；8255A的PC7口通過運算放大器再經(jīng)由發(fā)熱電阻RT1接到DS18B20的Tctrl端，實現(xiàn)對溫度傳感器的加熱(RT1接收到高墊片則發(fā)熱，反之若接收到低電平則停止加熱)。另一方面，通過專用接口芯片8279來控制鍵盤的輸入接收與LED燈的顯示，反映溫度的變化情況和實現(xiàn)對其的控制。注：原理圖中作了部分簡化，省去了接地端與時鐘輸入以使整張圖緊湊，分布合理。STAR ES598PCI試驗儀接線說明：G1區(qū)：TOUT-B4區(qū)：PC0(8255)G1區(qū)：TCtrl-E2區(qū)：OUT1B4區(qū)：PC7(8255) - B2區(qū):TEST E2

42、區(qū)：IN1B4區(qū)：CS(8255)-A3區(qū)：CS1B4區(qū)：A0、A1-ESPCI:A0、A1E5區(qū)：CS-A3區(qū)：CS5E5區(qū)：A0-ESPCI:A0E5區(qū)：CLK-B2區(qū)：2ME5區(qū)：A、B、C、D-G5區(qū)：A、B、C、D表7-1主機連線說明五、控制程序設計1、控制程序設計思路說明本程序采用模塊化的程序設計思想，將完成整個作業(yè)所需要的全部功能按要求劃分為若干子模塊。具體到本設計而言，控制程序主要有：主程序塊，設定溫度、時間初值子模塊，倒計時子模塊、初始化DS18B20子模塊，讀溫度子模塊，顯示讀出的溫度值子模塊，初始化8279子模塊，掃描按鍵子模塊，顯示輸入的溫度設定值子程序，啟動加熱子程序

43、及其他一些初始化程序和延時子程序。具體設計思路如下：（） 首先對8279、8255進行初始化。（） 編程讓8279控制鍵盤輸入兩個值：時間和溫度，在七段LED顯示器前兩位顯示設定溫度，后四位顯示時間。（） 初始化DS18B20，DS18B20采集溫度傳輸?shù)?255，將采集的溫度顯示在七段LED顯示器的最后兩位。（） 將采集的溫度顯示在并與界限值比較，小于界限就通過功率放大器進行加熱，大于或等于界線值則停止加熱。溫度和時間一秒刷新顯示一次，通過調(diào)用延時，使主程序循環(huán)一次是一秒。輸入的時間以分鐘計時，60秒后時間減一，時間到停止加熱。由于DS18B20采用串行數(shù)據(jù)傳送和單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，其數(shù)據(jù)輸

44、入輸出都由同一條線完成，因此，對讀寫的操作時序要求嚴格，需要做較精確的延時。2、程序流程圖開始（1）倒計時流程圖顯示分鐘顯示秒鐘秒數(shù)減1秒數(shù)為0結(jié)束NY分數(shù)減1YN分數(shù)為0束倒計時退出結(jié) 束（2）DS18B20初始化子程序流程圖開始主機發(fā)出延時501us低脈沖等待15次DS18B20回復回復？ NO15次等待結(jié)束YES18B20存在，置復位18B20不存在，結(jié)束（） 啟動DS18B20開始復位DS18B20CF=0?NY控制字寫入DS18B20發(fā)讀溫度指令結(jié)束（） 讀溫度字操作流程圖開始開始時讓PC0口維持低電平寫入新的控制字，準備接收溫度值調(diào)用延時子程序，溫度經(jīng)由PC0口寫入AL右移AL最低

45、位至標志位CF標志位轉(zhuǎn)移至BL，備份AL中的值，PC0口置低電平準備讀下一位RET結(jié)束（） 讀出DS18B20的溫度存放在AX開始首先復位DS18B20跳過ROM匹配發(fā)出度溫度指令讀出溫度，存放至AX；還原寄存器結(jié)束RET（） 掃描按鍵子函數(shù)流程圖寫入8279控制字有鍵按下？NOYESNO KEY讀FIFO/ROM,鍵號轉(zhuǎn)化為鍵值并輸出RET結(jié)束(7)顯示溫度設定值開始保護寄存器SI，BX將鍵入的溫度值存入中間量KEYCOUNT_NUM調(diào)用顯示子函數(shù)，顯示值寄存器出棧RET結(jié)束（） 啟動加熱子程序流程圖開始將溫度設定值寫入AX將鍵入的值轉(zhuǎn)化成16進制數(shù)，便于與存在BX中的測得的溫度進行比較將溫

46、度設定值與測量的溫度值進行比較YES設定值高于測量值？ NO啟動加熱無需操作調(diào)用延時，是加熱維持一段時間RET結(jié)束（） 主程序流程圖初始化板卡子程序初始化8255和8279向DS18B20發(fā)送讀溫度命令延遲讀出溫度，放入AL中8279顯示溫度值倒計時（1S）向DS18B20發(fā)送讀溫度命令延遲讀出溫度，并且8279顯示溫度 倒計時結(jié)束Y N邏輯筆閃亮結(jié) 束注：以上為主要程序（主要有我自己動手編寫，調(diào)試，修改）的流程圖；其他部分（如初始化PCI卡，延時子程序，轉(zhuǎn)化BCD等）均來在所查閱的文獻及參考其他的程序，因此流程圖未給出。3、主要控制程序 （1）-按鍵掃描-8279通過SL0SL2進行鍵盤掃描

47、，如果有鍵按下，將通過8279控制端口讀到的鍵號進行鍵值轉(zhuǎn)換，判斷是否有鍵按下，有鍵按下則通過8279的數(shù)據(jù)口讀入，進行下一步的鍵值處理函數(shù)。反之一直掃描按鍵。SCAN_KEYPROCNEARMOVDX,CMD_8279IN AL,DX;讀狀態(tài)READ_FIFO:ANDAL,7JZNO_KEY;是否有鍵按下READ_8279: MOVAL,40HOUTDX,AL;讀FIFO RAMMOVDX,DATA_8279INAL,DXSTC;有鍵 RETNO_KEY:CLC;無鍵按下，清CFRETSCAN_KEYENDP （2）-設置時間、溫度-設置一個中間量KEYCOUNT來表示從鍵盤讀取數(shù)字的個數(shù)，

48、每次掃描到有鍵按下后，KEYCOUNT加1，最后將其和6進行比較，若等于6，說明已經(jīng)輸入了時間和溫度，不需繼續(xù)輸入數(shù)據(jù)，將最后輸入的第七個鍵和D比較（D此處設置為啟動鍵），若相等啟動程序運行，若不等，一直掃描鍵盤直至按下D鍵。SET_TIME PROC NEARSTART_T1: MOV KEYCOUNT,0LEADI,temp1 ;把DI指向temp1緩沖區(qū)的首地址START_T2:CALL SCAN_KEY ;鍵掃描JNC START_T2 ;沒有按鍵CF等于零，無進位，無借位CMP KEYCOUNT,6JNZ SHOWKEYCMP AL,0CDH ;判斷是否按下為鍵 JNZ START_T2RETSHOWKEY:INCKEYCOUNTCALL SHOW1JMP START_T2 SHOW1: CALL KEY_NUM ;鍵值轉(zhuǎn)換為鍵號STOSB ;順序存儲鍵值，為以后的顯示做準備LEA BX,LED_TAB;字型碼表XLAT ;BX+AL->EA,LED_TAB1->ALCALL WRITE_DATA;顯示鍵值，再去鍵下一個值JMP START_T2WRITE_DATAPROCNEARMOVD