基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)方案

1、題目：基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)學(xué)號(hào)：B13043608 ：佳慧 日期：2014.5.2032 / 34基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)目錄1 引言11.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史與意義11.2 溫度控制系統(tǒng)的目的11.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能12 總體設(shè)計(jì)方案22.1 方案一22.2 方案二23 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介73.1 溫度傳感器的歷史與簡(jiǎn)介73.2 DS18B20的工作原理73.2.1 DS18B20工作時(shí)序73.2.2 ROM操作命令93.3 DS18B20的測(cè)溫原理93.3.1DS18B20的測(cè)溫原理:93.3.2 DS18B20的測(cè)溫流程114 單片機(jī)接口設(shè)計(jì)124.

2、1 設(shè)計(jì)原則124.2 引腳連接124.2.1 晶振電路124.2.2 串口引腳124.2.3 其它引腳135 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)145.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)145.1.1 主板電路設(shè)計(jì)145.1.2 各部分電路145.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)165.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路165.2.2 系統(tǒng)程序流圖175.3 調(diào)試216 結(jié)束語(yǔ)23附錄24參考文獻(xiàn)321 引言1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史與意義隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以與測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來(lái)，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但溫度控制一直是一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人

3、們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。溫度是科學(xué)技術(shù)中最基本的物理量之一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中，像電力、化工、石油、冶金、航空航天、機(jī)械制造、糧食存儲(chǔ)、酒類生產(chǎn)等領(lǐng)域，溫度常常是表征對(duì)象和過(guò)程狀態(tài)的最重要的參數(shù)之一。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的圍之；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過(guò)程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行；煉油過(guò)程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。沒(méi)有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉(cāng)的儲(chǔ)糧就會(huì)變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒(méi)有保障。因此，各行各

4、業(yè)對(duì)溫度控制的要求都越來(lái)越高。可見(jiàn)，溫度的測(cè)量和控制是非常重要的。單片機(jī)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，在很多的電子產(chǎn)品中也用到了溫度檢測(cè)和溫度控制。隨著溫度控制器應(yīng)用圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場(chǎng)合的智能溫度控制器應(yīng)運(yùn)而生。1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的本設(shè)計(jì)的容是溫度測(cè)試控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是溫度。溫度控制在日常生活與工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如溫室、水池、發(fā)酵缸、電源等場(chǎng)所的溫度控制。而以往溫度控制是由人工完成的而且不夠重視，其實(shí)在很多場(chǎng)所溫度都需要監(jiān)控以防止發(fā)生意外。針對(duì)此問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調(diào)溫的溫度控制系統(tǒng)，它應(yīng)用廣泛，功能強(qiáng)大，小巧美觀，便于攜帶，是一款既

5、實(shí)用又廉價(jià)的控制系統(tǒng)。1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)加熱繼電器加溫，使溫度上升，同時(shí)綠燈亮。當(dāng)溫度上升到下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇降溫，使溫度下降，同時(shí)紅燈亮。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在上下限溫度之間時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不執(zhí)行。三個(gè)數(shù)碼管即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1 方案一測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類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)

6、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。2.2 方案二考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只DS18B20溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，依次完成設(shè)計(jì)要求。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖1.1所示，它由三部分組成:控制部分主芯片采用單片機(jī)AT89S51；顯示部分采用3位LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描方式實(shí)現(xiàn)溫度顯示；溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器。加熱繼電器電風(fēng)扇繼電器單 片 機(jī)DS18B20LED顯示指示燈

7、 圖21 溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案1. 控制部分單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用，系統(tǒng)應(yīng)用三節(jié)電池供電。2. 顯示部分顯示電路采用3位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，從P0口送數(shù)，P2口掃描。3. 溫度采集部分DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器與其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P

8、1.0口，單片機(jī)接受溫度并存儲(chǔ)。此部分只用到DS18B20和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單 1) DS18B20的性能特點(diǎn)如下9：1) 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；2) 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；3) 無(wú)須外部器件；4) 可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓圍為3.05.5V；5) 零待機(jī)功耗；6) 溫度以3位數(shù)字顯示；7) 用戶可定義報(bào)警設(shè)置；8) 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；9) 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 (2) DS18B20的部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3腳PR35封裝，如圖1.2所示；DS

9、18B20的部結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖22 DS18B20封裝(3) DS18B20部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成5：1) 64位光刻ROM。開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因10。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下.表21 ROM結(jié)構(gòu)8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8b工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB圖23 DS18B20部結(jié)構(gòu)2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。3)高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。DS18B20溫

10、度傳感器的部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2PRAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖1.3所示。低5位一直為，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。 表22 DS18B20部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)Byte0溫度測(cè)量值LSB（50H）Byte1溫度測(cè)量值MSB（50H）E2PRO

11、MByte2TH高溫寄存器ß-àTH高溫寄存器Byte3TL低溫寄存器ß-àTL 低溫寄存器Byte4配位寄存器ß-à配位寄存器Byte5預(yù)留（FFH）Byte6預(yù)留（0CH）Byte7預(yù)留（IOH）Byte8循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CRC）2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。3)高速暫存存儲(chǔ)，可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率,如圖1.4。圖23 DS18B20字節(jié)定義TM R1R0 1 1 1 1 1由表

12、1.1可見(jiàn)，分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625LSB形式表示。當(dāng)符號(hào)位S0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將

13、補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。 表1.2是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)6。表24 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750表25一部分溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)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 100

14、00000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H續(xù)表25-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H4) CRC的產(chǎn)生在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為

15、：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。3 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介3.1 溫度傳感器的歷史與簡(jiǎn)介溫度的測(cè)量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。可是它的缺點(diǎn)是只能近距離觀測(cè)，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒(méi)有毒性，但測(cè)量精度很低，只能作為一個(gè)概略指示。不過(guò)在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測(cè)方法，常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型、光纖式與石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電

16、勢(shì)等)的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。3.2 DS18B20的工作原理3.2.1 DS18B20工作時(shí)序根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：1. 每一次讀寫之前都必須要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；3. 最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)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(hào)后等待1560微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方

17、法如圖2.1，2.2，2.3所示。(1) 初始化時(shí)序 圖31 初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7K上拉電阻將總線拉高，延時(shí)1560us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us12。(2) 寫時(shí)序圖32 寫時(shí)序 寫時(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us

18、。寫0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us8。(3) 讀時(shí)序圖33 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us43.2.2 ROM操作命令當(dāng)主機(jī)收到DSl8B20 的響應(yīng)信號(hào)后，便可以發(fā)出ROM 操作

19、命令之一，這些命令如表2.2：ROM操作命令。3.3DS18B20的測(cè)溫原理3.3.1 DS18B20的測(cè)溫原理:每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號(hào)，在出廠前已寫入片ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過(guò)ROM，啟動(dòng)所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換，之后通過(guò)匹配ROM，再逐一地讀回每個(gè)DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。DS18B20的測(cè)溫原理如圖2.4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(hào)送給減法計(jì)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(hào)作為減法計(jì)數(shù)

20、器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度

21、。圖2.3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，該過(guò)程啟動(dòng)加熱模塊，加熱模塊是由電加熱器以與電磁繼電保護(hù)器組成，電加熱器選用英國(guó)沃克（WALKER）A55TH型號(hào)的電加熱器功率為10KW，并串接電磁繼電器作為保護(hù)。電風(fēng)扇模塊用于溫度過(guò)高時(shí)的降溫操作，電風(fēng)扇選用國(guó)產(chǎn)眾信軸流風(fēng)扇HC12038M12功率為100W，此款風(fēng)扇性價(jià)比高且能很好的滿足本次設(shè)計(jì)需求。通過(guò)電加熱器和電風(fēng)扇的使用致使溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，即可完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 國(guó)生活電壓為220V，電加熱器的功率10KW，由公式得P=U×I，電流I=10

22、KW÷220V=45.46A 可見(jiàn)電流過(guò)大應(yīng)加載電磁繼電器作為電路保護(hù)。表31 ROM操作命令指令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS18B20 ROM中的編碼符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問(wèn)單線總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過(guò)ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。續(xù)表31告警搜索命 令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或者下限的片子才做

23、出響應(yīng)溫度變換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為500MS，結(jié)果存入部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀部RAM中9字節(jié)的容寫暫存器4EH發(fā)出向部RAM的第3，4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將E2PRAM中第3，4字節(jié)容復(fù)制到E2PRAM中重調(diào)E2PRAM0BBH將E2PRAM中容恢復(fù)到RAM中的第3，4字節(jié)讀 供 電方 式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS

24、18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。減法計(jì)數(shù)器斜坡累加器減到0減法計(jì)數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0圖34 測(cè)溫原理部裝置3.3.2 DS18B20的測(cè)溫流程初始化DS18B20跳過(guò)ROM匹配溫度變換延時(shí)1S跳過(guò)ROM匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示圖35 DS18B20測(cè)溫流程.4 單片機(jī)接口設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)原則DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，

25、如圖3.1所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式， P1.1口接單線總線為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管和89S51的P1.0來(lái)完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10 s。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：l 初始化；l ROM操作指令；l 存儲(chǔ)器操作指令。

26、4.2 引腳連接4.2.1 晶振電路單片機(jī)XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中間再并個(gè)12MHZ的晶振，形成單片機(jī)的晶振電路。4.2.2 串口引腳 P0口接9個(gè)2.2K的排阻然后接到顯示電路上。P1.0溫度傳感器DS18B20如圖3.1所示。18B20單 片 機(jī)P1.0VCCGND圖41 DS18B20與單片機(jī)的接口電路P1.1和P1.2引腳接繼電器電路的4.7K電阻上，P1口其他引腳懸空P2口中P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分別接到顯示電路的4.7K電阻上，P2.5接蜂鳴器電路，其他引腳懸空P3口中P3.5、P3.6、P3.7接到按鍵電路4.2.3 其它引腳 ALE引腳懸空

27、，復(fù)位引腳接到復(fù)位電路、VCC接電源、VSS接地、EA接電源5 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5.1.1 主板電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的P1.0接DS18B20的2號(hào)引腳，P0口送數(shù)P2口掃描，P1.1、P1.2控制加熱器和電風(fēng)扇的繼電器。如附錄2。5.1.2 各部分電路(1) 顯示電路顯示電路采用了7段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序的編寫。圖51 顯示電路圖(2) 單片機(jī)電路圖52 單片機(jī)電路引腳圖 (3) DS18B20溫度傳感器電路圖5-3 溫度傳感器電路引腳圖(4) 繼電器電路圖中P1.1引腳控制加熱器繼電器。給.P1.1低電平，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭放下來(lái)開始工作.

28、 圖5-4 繼電器電路圖(5) 晶振控制電路圖5-5 晶振控制電路圖 (6) 復(fù)位電路圖5-6復(fù)位電路圖5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)要完成各項(xiàng)功能，首先必須有較完善的硬件作保證。同時(shí)還必須得到相應(yīng)設(shè)計(jì)合理的軟件的支持，尤其是微機(jī)應(yīng)用高速發(fā)展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過(guò)軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復(fù)雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時(shí)會(huì)變得很簡(jiǎn)單，如數(shù)字濾波，信號(hào)處理等。因此充分利用其部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與S51系列單片機(jī)相對(duì)應(yīng)的51匯編語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件編程。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有三種：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。機(jī)

29、器語(yǔ)言是機(jī)器唯一能“懂”的語(yǔ)言，用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序（成為目標(biāo)程序），計(jì)算機(jī)才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。高級(jí)語(yǔ)言是面向問(wèn)題和計(jì)算過(guò)程的語(yǔ)言，它可通過(guò)于各種不同的計(jì)算機(jī)，用戶編程時(shí)不必仔細(xì)了解所用的計(jì)算機(jī)的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語(yǔ)句的功能強(qiáng)，常常一個(gè)語(yǔ)句已相當(dāng)于很多條計(jì)算機(jī)指令，于是用高級(jí)語(yǔ)言編制程序的速度比較快，也便于學(xué)習(xí)和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語(yǔ)言。原因在于，本系統(tǒng)是編制程序工作量不大、規(guī)模較小的單片機(jī)微控制系統(tǒng)，使用匯編語(yǔ)言可以不用像高級(jí)語(yǔ)言那樣占用較多的存儲(chǔ)空間，適合于存儲(chǔ)容量較小的系統(tǒng)。同時(shí)，本系統(tǒng)對(duì)位處理要求很高，需要解決

30、大量的邏輯控制問(wèn)題。MCS51指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度較短，它在存儲(chǔ)空間和執(zhí)行時(shí)間方面具有較高的效率，編成的程序占用存單元少，執(zhí)行也非常的快捷，與本系統(tǒng)的應(yīng)用要求很適合。而且MCS51指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可以形成一個(gè)相當(dāng)完整的位操作指令子集，這是MCS51指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)之一。對(duì)于要求反應(yīng)靈敏與控制與時(shí)的工控、檢測(cè)等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)以與要求體積小、系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，可以充分體現(xiàn)出匯編語(yǔ)言簡(jiǎn)明、整齊、執(zhí)行時(shí)間短和易于使用的特點(diǎn)。本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、復(fù)位應(yīng)答子程序、寫入子程序、以與有關(guān)DS18B20的程序（初始化子程序、寫程序和讀程序）5.2.2 系統(tǒng)程

31、序流圖系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，復(fù)位應(yīng)答子程序，寫入子程序等。1）主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖19所示。通過(guò)調(diào)用讀溫度子程序把存入存儲(chǔ)中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的兩個(gè)單元中，然后通過(guò)調(diào)用顯示子程序顯示出來(lái)圖5-7 主程序流程圖DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序跳過(guò)ROM匹配命令寫入子程序溫度轉(zhuǎn)換命令寫入子程序顯示子程序(延時(shí))DS18B20復(fù)位、應(yīng)答子程序跳過(guò)ROM匹配命令寫入子程序讀溫度命令子程序終 止圖5-8 讀出溫度子程序2）讀出溫度子程

32、序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。 DS18B20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來(lái)的是高位在后低位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號(hào)位。3）復(fù)位、應(yīng)答子程序P1.0口清0開始延時(shí)537USP1.0口置1否50US是否有低電平是標(biāo)志位置1P1.0口置1有234US低電平標(biāo)志位置1終止圖5-9復(fù)位、應(yīng)答子程序4）寫入子程序開始進(jìn)位C清0終止R2是否為0P1.0置 0延時(shí)46US帶進(jìn)位右移延時(shí)12USP1.0清0圖5-10寫入子程序5)系統(tǒng)總的流程

33、圖開 始初始化DS18B20顯示當(dāng)前溫度判斷當(dāng)前溫度值超過(guò)設(shè)定溫度上限啟動(dòng)風(fēng)扇降低溫度紅燈亮設(shè)定溫度上、下限啟動(dòng)電熱爐升高溫度是否低于設(shè)定溫度下限是綠燈亮否圖5-11系統(tǒng)總的流程圖5.3 調(diào)試主程序的功能是：?jiǎn)?dòng)DS18B20測(cè)量溫度，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，若測(cè)得溫度小于設(shè)定值，則進(jìn)入加熱階段，置P1.1為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定圍，置P1.1為高電平斷開可控硅，關(guān)閉加熱器，等待下一次的啟動(dòng)命令。當(dāng)測(cè)得溫度大于設(shè)定值，則進(jìn)入降溫階段，則置P1.2為低電平，這期間繼續(xù)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直到溫度在設(shè)定圍，置P1.2為高電平斷開，關(guān)閉風(fēng)扇，等待下一次的啟動(dòng)命令。第一次接電調(diào)

34、試，設(shè)置溫度上限為90攝氏度，溫度下限為20攝氏度。加熱后，溫度有時(shí)超過(guò)90攝氏度卻不報(bào)警，后經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)是進(jìn)位C沒(méi)有清0，于是在如下寫入程序中加入進(jìn)位C清零，便排除了這個(gè)異常。WR1:CLR P1.0MOV R3,#6DJNZ R3,$RRC AMOV P1.0,CMOV R3,#23DJNZ R3,$SETB P1.0NOPDJNZ R2,WR1RET; 讀DS18B2再經(jīng)實(shí)際接電調(diào)試，一切運(yùn)行正常。加熱到90攝氏度時(shí)，紅燈亮起，自動(dòng)斷電，而低于20攝氏度時(shí)，綠燈亮起，開始加熱。6 結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該智能溫度控制器只是DS18B20在

35、溫度控制領(lǐng)域的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測(cè)得的溫度通過(guò)單片機(jī)與通訊模塊相連接，以手機(jī)短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。附錄附錄1電源線插接說(shuō)明：所提供的電池盒，紅線為正，黑線為負(fù)。板子所留出來(lái)的電源插口用VCC（表示電源正）和GND（表示電源負(fù)）標(biāo)明。若沒(méi)有標(biāo)明，我們會(huì)刻有記號(hào)，刻有+號(hào)處為電源正。附錄2主板電路圖附錄3程序代碼ORG 0000HTEMPER_L EQU 29

36、HTEMPER_H EQU 28HFLAG1 EQU 38H;是否檢測(cè)到DS18B20標(biāo)志位A_BIT EQU 20H ;數(shù)碼管個(gè)位數(shù)存放存位置B_BIT EQU 21H ;數(shù)碼管十位數(shù)存放存位置XS EQU 30HMOV A,#00HMOV P2,AMAIN:LCALL GET_TEMPER;調(diào)用讀溫度子程序MOV A,29HMOV B,ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ACLR CRLC ASWAP AMOV 31H,AMOV A,BMOV C,40H;將28H中的最低位移入CRRC AMOV C,41HRRC AMOV C,42HRRC AMOV C,43HRR

37、C AMOV 29H,ALCALL DISPLAY;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序AJMP MAIN; 這是DS18B20復(fù)位初始化子程序INIT_1820:SETB P1.0NOPCLR P1.0;主機(jī)發(fā)出延時(shí)537微秒的復(fù)位低脈沖MOV R1,#3TSR1:MOV R0,#107DJNZ R0,$DJNZ R1,TSR1SETB P1.0;然后拉高數(shù)據(jù)線NOPNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB P1.0,TSR3;等待DS18B20回應(yīng)DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ; 延時(shí)TSR3:SETB FLAG1 ; 置標(biāo)志位,表示DS1820存在LJMP TSR5TSR4:CL

38、R FLAG1 ; 清標(biāo)志位,表示DS1820不存在LJMP TSR7TSR5:MOV R0,#117TSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間TSR7:SETB P1.0RET; 讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER:SETB P1.0LCALL INIT_1820;先復(fù)位DS18B20 FLAG1,TSS2RET ; 判斷DS1820是否存在?若DS18B20不存在則返回TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳過(guò)ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALL WRITE_1820;這里通過(guò)調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)一段時(shí)間,等

39、待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束,12位的話750微秒LCALL DISPLAYLCALL INIT_1820;準(zhǔn)備讀溫度前先復(fù)位MOV A,#0CCH ; 跳過(guò)ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200; 將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35H/36H RET;寫DS18B20的子程序(有具體的時(shí)序要求)WRITE_1820:MOV R2,#8;一共8位數(shù)據(jù)CLR CWR1:CLR P1.0MOV R3,#6DJNZ R3,$RRC AMOV P1.0,CMOV R3,#23DJNZ R3,$SETB P1.0NOPDJNZ R2,WR1RET; 讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù) READ_18200:MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位從DS18B20中讀出MOV R1,