基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)論文最完整版格式已改好

1、德州學(xué)院 物電學(xué)院 2014屆 電子信息工程專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)李巖（德州學(xué)院物電學(xué)院 山東德州253023）摘 要 溫度控制系統(tǒng)在科學(xué)研究以及人們的生活領(lǐng)域中越來(lái)越廣泛被應(yīng)用，所以設(shè)計(jì)出一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)具有不凡的價(jià)值和意義。本設(shè)計(jì)從硬件和軟件兩方面講述了溫度自動(dòng)控制的過(guò)程。它可以實(shí)時(shí)的顯示和設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)對(duì)溫度的控制主要是通過(guò)DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，把單片機(jī)作為核心控制部件調(diào)整溫度高低，最后通過(guò)LCD液晶顯示器來(lái)顯示實(shí)時(shí)溫度。在軟件方面，為節(jié)省存儲(chǔ)空間提高指令執(zhí)行速度，采用匯編語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。另一方面，為了便于擴(kuò)展和更

2、改，軟件設(shè)計(jì)采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了，同時(shí)使硬件可以在軟件控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。關(guān)鍵詞 AT89S51單片機(jī)； 溫度傳感器DS18B20； 數(shù)據(jù)采集； LCD液晶顯示器 1 緒論溫度是日常生活中經(jīng)常遇到的一個(gè)物理量，它也是科研和生產(chǎn)中最常見(jiàn)、最基本的常量之一。在很多場(chǎng)合都需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控，而溫度測(cè)控離不開(kāi)溫度傳感器，因此，掌握正確的測(cè)溫方法及溫度傳感器的使用方法極為重要。溫度的檢測(cè)與控制在科學(xué)研究以及人們的生活領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)單片機(jī)AT89S51和數(shù)字溫度傳感器DS18B20等原件構(gòu)成的系統(tǒng)可以構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)易的溫度控制系統(tǒng)。AT89S51是一種低功耗高性能的8位

3、單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4KB的Flash在線可編擦除只讀儲(chǔ)器，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)和51系列單片機(jī)兼容。片內(nèi)的存儲(chǔ)器允許在線重新編程或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程。同時(shí)已具有三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密的性能。在眾多的51系列單片機(jī)中，要算ATMEL公司的AT89S51更實(shí)用，因?yàn)樗粌H和MCU-51系列單片機(jī)指令、管腳完全兼容，而且它將通用CPU和在線可編程Flash集成在一個(gè)芯片上。這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。溫度檢測(cè)與控制在自動(dòng)控制領(lǐng)域占有很重要地位。測(cè)量溫度、控制溫度和保持溫度是單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)中的

4、關(guān)鍵之處。溫度測(cè)量是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一。本次我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它是多種技術(shù)知識(shí)的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計(jì)，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有精度高、測(cè)量誤差小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。本文介紹了對(duì)溫度的顯示、控制及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)顯示及控制?？刂撇糠郑岢隽擞肈S18B20、AT89S51單片機(jī)及LED的硬件電路完成對(duì)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)及顯示，利用DS18B20與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱電阻絲的實(shí)時(shí)控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報(bào)警系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測(cè)電路、溫度控制電路、鍵盤(pán)電路與顯示電路和一些接口

5、電路。單片機(jī)通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的。溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機(jī)作為微處理單元進(jìn)行控制1。單片機(jī)能夠連續(xù)測(cè)量溫度值，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。采用4X4鍵盤(pán)把設(shè)定溫最高值和最低值存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。通過(guò)按鍵來(lái)控制溫度的設(shè)定值，數(shù)值采用液晶顯示器顯示。通過(guò)鍵盤(pán)完成溫度檢測(cè)功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號(hào)與單片機(jī)里的數(shù)據(jù)相比較來(lái)控制溫度控制器。軟件部分采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有溫度設(shè)定和中斷程序的設(shè)定。2 課題方案設(shè)計(jì)電源模塊溫度檢測(cè)模塊溫度控制模塊LCD液晶顯示模塊矩陣鍵盤(pán)報(bào)警模塊 AT89S51 主控制器 圖2-1 溫度控制系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，

6、采用AT89S51作為主控芯片，主要原因在于它是一種低功耗高性能的8位單片機(jī)，采用了CMOS工藝和高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且通用CPU和在線可編程Flash集成在一個(gè)芯片上。這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，使用方便，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要；溫度傳感模塊采用的是DS18B20芯片，DS18B20 數(shù)字溫度傳感器具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。DS18B20采用單總線專(zhuān)用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)硬件。另外，其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，可以使電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，可以減少溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。它的測(cè)溫范圍為-55-+125，測(cè)量分辨率為0.0625，滿(mǎn)足工作范圍。采用行列式矩

7、陣鍵盤(pán)用于密碼輸入，可減少鍵盤(pán)使用的I/O口數(shù)目，節(jié)省空間；采用LCD作為顯示器，LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無(wú)法比擬的，同時(shí)可以顯示大量信息。而且沒(méi)有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及鎖舌的構(gòu)造，接線方便；電源模塊采用12V蓄電池作為總電源，使用方便，可循環(huán)利用，節(jié)約能源，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的基本要求。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是能對(duì)溫度進(jìn)行自動(dòng)的檢測(cè)和控制，此系統(tǒng)能測(cè)量溫度，并能在超限的情況下進(jìn)行控制、調(diào)整，并報(bào)警。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要用到的知識(shí)點(diǎn)有單片機(jī)的原理及其應(yīng)用，溫度傳感器的原理和應(yīng)用，及鍵盤(pán)和顯示電路的設(shè)計(jì)等。 3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片

8、機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 3.1.1 單片機(jī)的選擇隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理（DSP，Digital SignalProcessing）等領(lǐng)域。凌陽(yáng)的16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽(yáng)最新推出的µnSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理器芯片（以下簡(jiǎn)稱(chēng)µnSP）。圍繞µnSP所形成的16位µnSP系列單片機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)µnSP家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以µnSP內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的R

9、OM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。µnSP內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無(wú)。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合。這樣做無(wú)疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本2。 利用凌陽(yáng)單片機(jī)有一定的好處凌陽(yáng)的優(yōu)勢(shì)是硬件性能，抗干擾能力強(qiáng)，但凌陽(yáng)單片機(jī)我們沒(méi)有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這對(duì)于剛接觸單片機(jī)的我們來(lái)說(shuō)不是很容易上手，其價(jià)格也要比89S51昂貴一些，因此我們并沒(méi)有將其作為首選。 MCS系列單片機(jī)集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專(zhuān)用

10、寄存器，這給我們利用單片機(jī)提供了極大的便利。51的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢(qián)便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測(cè)控系統(tǒng)中，使用51單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開(kāi)發(fā)工具和語(yǔ)言也大大簡(jiǎn)化。單片機(jī)的典型代表是Intel公司在20世紀(jì)80年代初研制出來(lái)的MCS51系列單片機(jī)。與AT89C51相比，AT89S51有更突出的優(yōu)點(diǎn)，AT89S51增加了在線可編程功能ISP（In System Program），字節(jié)和頁(yè)編程，現(xiàn)場(chǎng)程序調(diào)試和修改更加方便靈活；另外，其數(shù)據(jù)指針增加到兩個(gè)，方便了對(duì)片外RAM的訪問(wèn)過(guò)程；其次，增加了看門(mén)狗定時(shí)器，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力；還有AT89S51增加

11、了斷電標(biāo)志并且可以在掉電狀態(tài)下終端恢復(fù)模式3。 AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，CPU對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR，Special Function Register）的集中控制方式。片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)供給高性?xún)r(jià)比的解決

12、方案。 AT89S51把作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。其硬件組成包括8位微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（128B RAM）、程序存儲(chǔ)器（4KB Flash ROM）、4個(gè)8位可編程并行I/O口（P0口、P1口、P2口和P3口）、1個(gè)全雙工的異步串行口、2個(gè)可編程的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器、中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源、5個(gè)中斷向量、特殊功能寄存器（SFR）26個(gè)、低功耗模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式、3個(gè)程序加密鎖定位。 AT89S51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其與80C51引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏引腳圖如圖3-1

13、。圖3-1 AT89S51邏輯引腳圖各引腳功能敘述如下：（1）電源和晶振VCC運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加+5VGND接地XTAL1輸入到振蕩器的反向放大器XTAL2反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。當(dāng)輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，而對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸

14、出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置04。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。 （2）I/O（4個(gè)口，32根）單片機(jī)芯片內(nèi)有一項(xiàng)主要功能就是并行I/O口。51系列共有4個(gè)8位的并行I/O口，分別記作P0、P1、P2、P3每個(gè)口都包含一個(gè)鎖存器，一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。P0口8位

15、、漏極開(kāi)路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM、RAM）時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時(shí)）能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。對(duì)于80C51，P1.0T2，是定時(shí)器的計(jì)數(shù)端且位輸入；P1.1T2EX，是定時(shí)器的外部輸入端。這時(shí)，讀兩個(gè)特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P2口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM及RAM）時(shí)，輸出高8位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載5。P3口8位、準(zhǔn)雙向

16、I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時(shí)，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P3口可以輸入/輸出4個(gè)LSTTL負(fù)載。（3）串行口P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P3.1TXD（串行輸出口），輸出。（4） 中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。 S51系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有4個(gè)，分別為中斷源寄存器TCON和SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP；中斷源有5個(gè)，分別為外部中斷0請(qǐng)求INT0、外部中斷1請(qǐng)求INT1、定時(shí)器0溢出中斷請(qǐng)求TF0、定時(shí)器1溢

17、出中斷請(qǐng)求TF1和串行中斷請(qǐng)求R1或T1。5個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP和順序查詢(xún)邏輯電路共同決定，5個(gè)中斷源分別對(duì)應(yīng)5個(gè)固定的中斷入口地址。中斷的特點(diǎn)是分時(shí)操作，實(shí)時(shí)處理和故障處理。本次設(shè)計(jì)所需的單片機(jī)芯片AT89S51的中斷系統(tǒng)中要用到外部中斷源、定時(shí)器溢出中斷源、串行口中斷源、中斷標(biāo)志幾種終端類(lèi)型。 AT89S51有INT0和INT1兩條外部中斷請(qǐng)求輸入線,用于輸入兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào),并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來(lái)輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。AT89S51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式,可由用戶(hù)對(duì)定時(shí)器控制寄存器TCON中IT0和IT1位狀態(tài)的設(shè)定來(lái)選取。

18、AT89S51在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)對(duì)INT0、線上中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行一次檢測(cè),檢測(cè)方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若AT89S51設(shè)定為電平觸發(fā)方式(IT0=0或IT1=0),則CPU檢測(cè)到INT0、INT1上低電平時(shí)就可認(rèn)定其上中斷請(qǐng)求有效;若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式(IT0=1或IT1=1),則CPU需要兩次檢測(cè)INT0、INT1線上電平方能確定其上中斷請(qǐng)求是否有效,即前一次檢測(cè)為高電平和后一次檢測(cè)為低電平時(shí)中斷請(qǐng)求才有效。 定時(shí)器溢出中斷由AT89S51內(nèi)部定時(shí)器分的中斷源產(chǎn)生,故它們屬于內(nèi)部中斷。AT89S51內(nèi)部有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,受內(nèi)部定時(shí)脈沖(主脈沖經(jīng)12分頻后)或T0/T1

19、引腳上輸入的外部定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器T0/T1在定時(shí)脈沖作用下從全“1”變成全“0”時(shí)可以自動(dòng)向CPU提出溢出中斷請(qǐng)求,以表明定時(shí)器T0或T1的定時(shí)時(shí)間已到6。 串行口中斷由AT89S51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生,也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時(shí),每當(dāng)串行口發(fā)送/接收完一組串行數(shù)據(jù)時(shí)串行口電路自動(dòng)使串行口控制寄存器SCON中的RI或TI中斷標(biāo)志位置位，并自動(dòng)向CPU發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求,CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對(duì)SCON中RI和TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序,便可區(qū)

20、分串行口發(fā)生了接收中斷請(qǐng)求還是發(fā)送中斷請(qǐng)求7。 AT89S51在S5P2時(shí)檢測(cè)(或接收)外部(內(nèi)部)中斷源發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求信號(hào)后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位,然后便在下個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)這些中斷標(biāo)志位狀態(tài),以決定是否響應(yīng)該中斷。P3.2INT0外部中斷0，輸入。P3.3INT1外部中斷1，輸入。 （5）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（Timer/Counter）是單片機(jī)中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡(jiǎn)單，使用它對(duì)減輕CPU的負(fù)擔(dān)和簡(jiǎn)化外圍電路都大有好處。S51系列包含有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器分別稱(chēng)為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1；在S51部分產(chǎn)品中，還包含有一個(gè)用做看門(mén)狗的8位定時(shí)器

21、。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的核心是一個(gè)加1計(jì)數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加1功能。在單片機(jī)的定時(shí)器T0或T1中，有一個(gè)定時(shí)器發(fā)生由0到1的跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器增1，即為計(jì)數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對(duì)機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到定時(shí)，這就是定時(shí)功能。在單片機(jī)中，定時(shí)功能和計(jì)數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行的。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時(shí)器0、定時(shí)器1、定時(shí)器方式寄存器TMOD和定時(shí)器控制寄存器TCON組成。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過(guò)一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加1，直至計(jì)滿(mǎn)溢出。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因?yàn)镃51系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振

22、蕩脈沖組成，所以，計(jì)數(shù)頻率fc=fosc/12。如果單片機(jī)系統(tǒng)采用12MHz晶振，則計(jì)數(shù)周期為: 這是最短的定時(shí)周期，適當(dāng)選擇定時(shí)器的初值可獲取各種定時(shí)時(shí)間。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自輸入引腳T0和T1的外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為0，則計(jì)數(shù)器加1。新的計(jì)數(shù)值是在檢測(cè)到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負(fù)跳變后，于下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器中的，可見(jiàn)，檢測(cè)一個(gè)由1到0的負(fù)跳變需要兩個(gè)機(jī)器周期，所以最高檢測(cè)頻率為振蕩頻率的1/24。計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入信號(hào)的占空比沒(méi)

23、有特別的限制，但必須保證輸入信號(hào)的高電平與低電平的持續(xù)時(shí)間在一個(gè)機(jī)器周期以上8。 P3.4T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，輸入。（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通P3.6WR低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器寫(xiě)選通。P3.7RD低電平有效，輸出，片外存儲(chǔ)器讀選通。（7）控制線(共4根)輸入：RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。EA/Vpp片外程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許信號(hào)，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加21V的編程電壓。注意：在加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引

24、腳也用于施加12V編程電源（VPP）。輸入、輸出：ALE/PROG地址鎖存允許信號(hào)，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或用于定時(shí)。在EPROM編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的9。注意：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE

25、只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。輸出：PSEN片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在從片外程序存儲(chǔ)器取址期間，在每個(gè)機(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時(shí)，程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。 3.1.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)只能夠仿真單片機(jī)，卻沒(méi)有給用戶(hù)提供一個(gè)通用的最小系統(tǒng)。由設(shè)計(jì)的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應(yīng)用在一些小的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)是:（1）全部I/O口線均可供用戶(hù)使用。 （2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限（只有4KB地址空間）。 （3）應(yīng)

26、用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。圖3-2 最小系統(tǒng)圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-2所示，包括單片機(jī)、電源回路、晶振回路、復(fù)位回路。其中有4個(gè)雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0、P1、P2、P3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入，P3口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號(hào)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生MCS-51單片機(jī)工作所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)，內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序指令工作。MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳XTAL1，輸出端為XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為30pF左右，

27、該電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率為12MHz。把EA腳接高電平，單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC值超過(guò)0FFFH（4Kbyte地址范圍）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序10。MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用最簡(jiǎn)單的外部按鍵復(fù)位電路。按鍵自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的來(lái)實(shí)現(xiàn)的.我們選用時(shí)鐘頻率為12MHz,C1取47f。3.2 溫度傳感電路 3.2.1 DS18B20的介紹DS18B20 數(shù)字溫度傳感器是DALLAS 公司生產(chǎn)的1Wire，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，在一根通信線，

28、可以?huà)旌芏噙@樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。除此之外，DS18B20采用單總線專(zhuān)用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)硬件。DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻.其它I/O口線與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值。 DS18B20產(chǎn)品的性能特點(diǎn)：數(shù)字溫度傳感器DS18B20內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，可以使電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，可以減少溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感

29、器DS18B20只用一個(gè)引腳就可以和單片機(jī)進(jìn)行通信，極大的減少了接線麻煩，同時(shí)又使單片機(jī)有了更好的擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片具有小型化的特點(diǎn)，通過(guò)單跳數(shù)據(jù)線和主電路連接就變得更加簡(jiǎn)便。把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，即增加了實(shí)用性又能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。在 DS18B20 中的每個(gè)件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。采用單總線專(zhuān)用技術(shù)，既可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)其它I/O口線與微機(jī)接口，無(wú)須經(jīng)過(guò)其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值。（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位）測(cè)溫范圍為-55-+125，測(cè)量分辨率為0.0625，內(nèi)含64位經(jīng)過(guò)激光修正的只讀存儲(chǔ)

30、器ROM，適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)，用戶(hù)可分別設(shè)定各路溫度的上、下限11。DS18B20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(bào)警觸發(fā)器TH和TL,高速暫存器。DS18B20的管腳排列如圖3-3所示。 圖3-3 DS18B20管腳圖 DS18B20的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件：光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)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(kāi)始 8 位（28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著 的 48 位是該DS18B20自身的序列號(hào)， 最后8位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。 光刻 ROM 的作用是使每一個(gè)DS18

31、B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB 形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM 中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625 即可得到實(shí)際溫度。 DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存

32、 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦EEPROM,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。 配置寄存器，五位一直都是"1"，TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶(hù)不要去改動(dòng)。R1和R0 用來(lái)設(shè)置分辨率。 DS18B20的三個(gè)工作過(guò)程 ：第一是初始化，DS18B20所有的數(shù)據(jù)交換都由一個(gè)初始化序列開(kāi)始。由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和跟在其后的由DS18B20發(fā)出的應(yīng)答脈沖構(gòu)成DS18B20發(fā)出響應(yīng)主機(jī)的應(yīng)答脈沖時(shí)，當(dāng)即向主機(jī)表明它已處在總線上并且準(zhǔn)備工作。第二是ROM 命令，ROM命令通過(guò)每個(gè)器件64

33、-bit的ROM碼，使主機(jī)指定某一特定器件（如果有多個(gè)器件掛在總線上）與之進(jìn)行通信DS18B20，每個(gè) ROM命令都是8bit長(zhǎng)。第三個(gè)工作過(guò)程是功能命令，主機(jī)通過(guò)功能命令對(duì)DS18B20進(jìn)行讀/寫(xiě) Scratchpad存儲(chǔ)器，或者啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換。 DS18B20的信號(hào)方式：DS18B20采用嚴(yán)格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)類(lèi)型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫(xiě)0、寫(xiě)1、讀0 和讀1。除了應(yīng)答脈沖所有這些信 號(hào)都由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)?？偩€上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)和命令都是以字節(jié)的低位在前。（1）初始化序列：復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖 在初始化過(guò)程中，主機(jī)通過(guò)拉低單總線至少480µs，

34、以產(chǎn)生復(fù)位脈沖(TX)。然后主機(jī) 釋放總線并進(jìn)入接收(RX)模式。當(dāng)總線被釋放后，4.7k的上拉電阻將單總線拉高。 DS18B20檢測(cè)到這個(gè)上升沿后，延時(shí)15µs60µs，通過(guò)拉低總線 60µs240µs 產(chǎn)生應(yīng)答 脈沖。（2）讀和寫(xiě)時(shí)序 在寫(xiě)時(shí)序期間，主機(jī)向DS18B20 寫(xiě)入指令，而在讀時(shí)序期間，主機(jī)讀入來(lái)自 DS18B20 的指令。在每一個(gè)時(shí)序，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。 寫(xiě)時(shí)序：存在兩種寫(xiě)時(shí)序：“寫(xiě) 1”和“寫(xiě) 0” 。主機(jī)在寫(xiě) 1 時(shí)序向DS18B20寫(xiě)入邏輯1，而在寫(xiě)0時(shí)序向DS18B20寫(xiě)入邏輯0。所有寫(xiě)時(shí)序至少需要60µs，且在兩次

35、寫(xiě)時(shí)序之 間至少需要 1µs 的恢復(fù)時(shí)間。兩種寫(xiě)時(shí)序均以主機(jī)拉低總線開(kāi)始。產(chǎn)生寫(xiě) 1 時(shí)序：主機(jī)拉低總線后，必須在 15µs 內(nèi)釋放總線，然后由上拉電阻將總 線拉至高電平。 產(chǎn)生寫(xiě)"0"時(shí)序： 主機(jī)拉低總線后，必須在整個(gè)時(shí)序期間保持低電平 （至少60µs）。在寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始后的 15µs60µs 期間，DS18B20采樣總線的狀態(tài)。讀時(shí)序：DS18B20 只能在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)才能向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)。所以主機(jī)在發(fā)出讀數(shù)據(jù) 命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便 DS18B20 能夠傳送數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少 60µs， 且在兩次獨(dú)

36、立的讀時(shí)序之間至少需要1µs的恢復(fù)時(shí)間。 3.2.2 溫度傳感電路的設(shè)計(jì)在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5K左右的上拉電阻.我們采用的是第一種連接方法,如圖3-4所示:把DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的13管腳連接,再加上上拉電阻。圖3-4 溫度傳感電路圖 CPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每

37、一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)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(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。DS18B20有六條控制命令，如表3-1所示：表3-1 DS18B20控制命令指    令 約定代碼 操      作    說(shuō)      明 溫度轉(zhuǎn)換 44H 啟動(dòng)DS18

38、B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器 BEH 讀暫存器9個(gè)字節(jié)內(nèi)容 寫(xiě)暫存器 4EH 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入暫存器的TH、TL字節(jié) 復(fù)制暫存器 48H 把暫存器的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到E2RAM中 重新調(diào)E2RAM B8H 把E2RAM中的TH、TL字節(jié)寫(xiě)到暫存器TH、TL字節(jié) 讀電源供電方式 B4H 啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU 3.3 溫度控制電路 3.3.1 溫度控制的主要方法溫度測(cè)量的方法多種多樣，而溫度測(cè)控技術(shù)又包括溫度測(cè)量技術(shù)和溫度控制技術(shù)兩個(gè)方面。溫度的測(cè)量和控制技術(shù)也因?yàn)榉诸?lèi)的不同而被劃分成不同的種類(lèi)。使用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器是常用的溫度測(cè)量方法。由于傳感器輸出的電壓或電流

39、與溫度在一定范圍呈線性關(guān)系，所以經(jīng)過(guò)放大后采樣就可以被測(cè)量。另外，熱電偶也是一種常用的溫度測(cè)量方法。這種方法測(cè)量精度較高，但測(cè)試過(guò)程復(fù)雜并且測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，采用電橋測(cè)量的系統(tǒng)抗干擾能力較差，誤差也就較大12。 從敏感元件和被測(cè)介質(zhì)接觸與否來(lái)看，溫度控制技術(shù)可以分為接觸式與非接觸式兩大類(lèi)。接觸式檢測(cè)的方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測(cè)儀表。它在溫度控制技術(shù)中發(fā)展較早，這種發(fā)法簡(jiǎn)單、可靠、低廉、測(cè)量精度較高，一般能夠測(cè)得真實(shí)溫度。但是該方法不適宜于對(duì)腐蝕性介質(zhì)測(cè)溫，不能用于超高溫測(cè)量，難于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度。并且受熱慣性的影響，這種方法響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱容量小的物體進(jìn)行精確

40、測(cè)量。 而非接觸式檢測(cè)方法是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫度進(jìn)行檢測(cè)，主要有亮度法、全輻射法和比色法等。它是通過(guò)對(duì)輻射能量的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的方法，其優(yōu)點(diǎn)是不破壞被測(cè)溫場(chǎng)，可以測(cè)量熱容量小的物體，適于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度，還可以測(cè)量區(qū)域的溫度分布，響應(yīng)速度較快。但也存在測(cè)量誤差較大，儀表指示值一般僅代表物體表觀溫度，測(cè)溫裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。因此，在實(shí)際的溫度測(cè)量中，要根據(jù)具體的測(cè)量對(duì)象選擇合適的測(cè)量方法，在滿(mǎn)足測(cè)量精度要求的前提下盡量減少投入。隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，新型的數(shù)字化溫度傳感器其精度、穩(wěn)定性、可靠性及抗干擾能力都優(yōu)于模擬的溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感

41、器也越來(lái)越的到廣泛的應(yīng)用。 按照控制目標(biāo)的不同又可以將溫度控制技術(shù)分為兩類(lèi)動(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制兩類(lèi)。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對(duì)象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。在發(fā)酵過(guò)程控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)溫度控制和冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等恒值溫度控制的過(guò)程都需要用到動(dòng)態(tài)控制。本文所討論的基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)恒值溫度的控制要求。從工業(yè)控制器的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，溫度控制技術(shù)大致可分以下幾種。 PID溫度控制法：PID溫度控制其實(shí)是一套閉環(huán)控制系統(tǒng)，所謂的閉環(huán)控制就是通過(guò)信號(hào)傳感器采集信號(hào)，然后反潰給控制器，最后控制器再輸出信號(hào)。這種控制方式一般用于蒸汽水的換熱，主要具

42、備三個(gè)控制元件：調(diào)節(jié)閥、PID控制器、熱電阻。這種控制具有接線簡(jiǎn)單，操作方便成本低的優(yōu)點(diǎn)，能夠取代PLC控制，為小型用戶(hù)節(jié)約了成本，所以應(yīng)用也比較廣泛。這種控溫方法是基于經(jīng)典控制理論中的調(diào)節(jié)器控制原理，控制是最早發(fā)展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用工業(yè)過(guò)程控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。由于調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差、誤差變化及誤差積累三個(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開(kāi)關(guān)控溫。其具體控制電路可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。前者稱(chēng)為模擬控制器，后者稱(chēng)為數(shù)字控制器。其中數(shù)字控制器的參數(shù)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)在線整定，因

43、此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè)參數(shù)比例值、積分值、微分值。只要PID參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制精度是比較令人滿(mǎn)意的。但是，它的不足也恰恰在于此，當(dāng)對(duì)象特性一旦發(fā)生改變，三個(gè)控制參數(shù)也必須相應(yīng)地跟著改變，否則其控制品質(zhì)就難以得到保證。 智能溫度控制法：為了克服線性控溫法的弱點(diǎn)，人們相繼提出了一系列自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的方法，如參數(shù)的自學(xué)習(xí)，自整定等等。并通過(guò)將智能控制與控制相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。智能控溫法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)

44、網(wǎng)絡(luò)控制以及專(zhuān)家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以很好的模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。所謂第三代智能溫控儀表，就是指基于智能控溫技術(shù)而研制的具有自適應(yīng)算法的溫度控制儀表。目前國(guó)內(nèi)溫控儀表的發(fā)展，相對(duì)國(guó)外而言在性能方面還存在一定的差距，它們之間最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國(guó)內(nèi)溫控儀在全量程范圍內(nèi)溫度控制精度比較低，自適應(yīng)性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對(duì)不同的被控對(duì)象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定。 定值開(kāi)關(guān)溫控法：通過(guò)硬件電路或軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)

45、溫度值之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)加熱裝置或冷卻裝置進(jìn)行通斷控制的方法就是定值開(kāi)關(guān)溫控法。通過(guò)這種方法，可以在當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高時(shí)，關(guān)斷加熱器或者開(kāi)動(dòng)制冷裝置來(lái)降低溫度。還有，在當(dāng)前溫度值比設(shè)定溫度值高時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器升高溫度。這種方法優(yōu)勢(shì)是比較簡(jiǎn)單，而且在沒(méi)有計(jì)算機(jī)參與的情況下，用很簡(jiǎn)單的模擬電路就能夠?qū)崿F(xiàn)。本次實(shí)驗(yàn)采用的就是這種方便間接地溫控方法。 3.3.2 溫度控制電路的設(shè)計(jì) 圖3-5 溫度控制電路溫度控制電路的實(shí)際電路如圖3-5所示,通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定溫度的上下限。把實(shí)際測(cè)量的溫度和設(shè)定的上下限進(jìn)行比較,來(lái)控制P0.0、P0.1端口的高低電平。把P0.0、P0.1端口分別

46、與三極管的基極連接來(lái)控制溫度。當(dāng)測(cè)量的溫度超過(guò)了設(shè)定的最高溫度,P2.2由高電平變成低電平,就相當(dāng)于基極輸入為“0”，這時(shí)三極管導(dǎo)通推動(dòng)小風(fēng)扇和控制電路工作，反之,當(dāng)基極輸入為“1”時(shí)，三極管不導(dǎo)通，控制電路不工作。只要控制單片機(jī)的P0.0、P0.1口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。3.4 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)中阿拉伯?dāng)?shù)字09是數(shù)據(jù)輸入鍵，A鍵是寫(xiě)上限的功能鍵，B鍵是寫(xiě)下限的功能鍵，C鍵是取消鍵，其他的鍵置空。用AT89S51的并行口P1接4×4矩陣鍵盤(pán)，以P1.0P1.3作輸入線，以P1.4P1.7作輸出線；液晶顯示器上顯示每個(gè)按鍵的“0F”序號(hào)。對(duì)應(yīng)的按鍵的序號(hào)排列如圖3-6所示：0

47、3214567BA98CDEF 圖3-6 按鍵的序號(hào)排列圖圖3-7中微處理單元是AT89S51單片機(jī)，X1和X2接12M的兩腳晶振,接兩個(gè)30PF的起振電容,J1是上拉電阻.單片機(jī)的P1口8位引腳與行列式鍵盤(pán)輸出腳相連,控制和檢測(cè)行列式鍵盤(pán)的輸入.行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上,無(wú)按鍵按下時(shí),行線處于高電平狀態(tài),有鍵按下時(shí),行線的電平狀態(tài)將由與此行線相連接的列線的電平?jīng)Q定.鍵盤(pán)輸入的信息主要進(jìn)程是:（1）CPU判斷是否有鍵按下.（2）確定是按下的是哪個(gè)鍵.（3）把此鍵所代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的代碼或者其他的特征符號(hào). 3.5 顯示電路 3.5.1 顯示器的選擇LED顯示器：LED顯示屏（

48、LED panel），是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。采用傳統(tǒng)的七段數(shù)碼LED顯示器。LED雖然價(jià)格便宜，但在現(xiàn)代的許多儀表、各種電子產(chǎn)品中逐漸被LCD所取代。 LCD液晶屏：LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要23伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無(wú)法比擬的，同時(shí)可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀 表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)為：顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度恒定

49、發(fā)光，因此液晶顯示器的畫(huà)質(zhì)高而且不會(huì)閃爍；數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單操作也很方便；功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。雖然LCD顯示器的價(jià)格比數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果好，是當(dāng)今顯示器的主流，所以采用LCD作為顯示器。 圖3-7 鍵盤(pán)硬件電路圖3.5.2 顯示電路的設(shè)計(jì)液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路,PCB線路板,背光源,結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為,數(shù)顯LCD,點(diǎn)陣字符LCD,點(diǎn)陣圖形LCD在此設(shè)計(jì)中我們采用點(diǎn)陣字符LCD，這里采用常用的2行16個(gè)字的160

50、2液晶模塊。把8根數(shù)據(jù)線和P2口連接，把3根控制線和P2.5、P2.6、P2.7連接。給VCC端加上+5V的電壓，GND端接地。VEE端的驅(qū)動(dòng)電壓不要過(guò)大，要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使VEE在0.7伏以下顯示器才能工作。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和

51、RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳。與單片機(jī)的連接如圖3-8所示。圖3-8 液晶顯示電路圖圖3-9 硬件報(bào)警電路3.6 報(bào)警電路 單片機(jī)的P0.7分別與三極管的基極連接來(lái)構(gòu)成報(bào)警電路。利用面包板搭了一個(gè)PNP9012的偏置電路電路如圖3-9?；鶚O輸入為“0”時(shí)，三極管導(dǎo)通推動(dòng)報(bào)警電路工作，當(dāng)基極輸入為“1”時(shí)，三極管不導(dǎo)通，報(bào)警器不工作。只要控制單片機(jī)的P0.7口的高低電平

52、就可以控制模擬電路的工作。4 整體電路設(shè)計(jì)整體電路如圖4-1所示，首先用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定要求溫度值和最高承受溫度值。DS18B20檢測(cè)環(huán)境溫度，并通過(guò)P3.3引腳將采集到的溫度信息輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)將該溫度值與設(shè)定要求溫度值進(jìn)行比較，若溫度低于設(shè)定值，單片機(jī)P0.0口輸出低電平，三極管Q3導(dǎo)通，加熱器開(kāi)始工作，為周?chē)h(huán)境升溫；若溫度高于要求溫度值但低于最高承受溫度值，單片機(jī)P0.1口輸出低電平，三極管Q2導(dǎo)通，電風(fēng)扇開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，為周?chē)h(huán)境降溫，若溫度超過(guò)最高承受溫度值，單片機(jī)P0.1口輸出低電平的同時(shí)P0.7口輸出低電平，使三極管Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。同時(shí)顯示器顯示環(huán)境溫度。圖4-1 整體電路

53、原理圖5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運(yùn)行的過(guò)程中必須先經(jīng)過(guò)初始化，包括鍵盤(pán)程序，中斷程序，以及各個(gè)控制端口的初始化工作。流程圖如5-1 所示。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入溫度測(cè)量程序，實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前的溫度并通過(guò)顯示電路在LCD上顯示。程序中以中斷的方式來(lái)重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)完成對(duì)溫度的控制。按下4*4鍵盤(pán)上的A鍵可以設(shè)定溫度上限，按下B鍵可以設(shè)定溫度下限13。開(kāi)始系統(tǒng)初始化開(kāi)中斷Int0=0？YN溫度上下限設(shè)定溫度測(cè)量溫度測(cè)量顯示系統(tǒng)圖5-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖5.2 中斷程序的設(shè)計(jì)MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷請(qǐng)求源，用戶(hù)可以用關(guān)中斷

54、指令“CLR EA”來(lái)屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開(kāi)中斷指令“SETB EA”來(lái)允許CPU接收中斷請(qǐng)求。在本設(shè)計(jì)中我們選用INT0 來(lái)作為中斷請(qǐng)求源14。在P3.2（INT0）/P3.3（INT1）引腳輸入一個(gè)負(fù)脈沖或低電平，TCON寄存器中的IE0/IE1標(biāo)志位將自動(dòng)置為“1”。ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H （中斷入口地址）JMP INT0ORG 0038H （主程序的起始地址） MAIN: （主程序）關(guān) 中 斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)開(kāi)中斷中斷處理關(guān)中斷現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)中斷返回開(kāi)中斷MCS-51響應(yīng)中斷后，就進(jìn)入中斷服務(wù)程序，中斷程序的基本流程如圖5-215。圖5-2 中斷服務(wù)程序基本流

55、程6 總結(jié) 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我有了很深的感觸，通過(guò)本次設(shè)計(jì)學(xué)到了很多。本次設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)適用的角度出發(fā)，以AT89S51單片機(jī)為核心，由溫度的采集電路，鍵盤(pán)顯示電路，溫控電路，報(bào)警電路等幾個(gè)部分構(gòu)成外圍電路，基本的完成了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的控制。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際使用價(jià)值。以匯編語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，軟件設(shè)計(jì)采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡(jiǎn)潔明了，同時(shí)使硬件可以在軟件控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。通過(guò)測(cè)試表明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確可行的。但是由于設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有限，系統(tǒng)還存在許多不足和缺陷。例如智能溫度控制器只是DS18B20數(shù)字溫度傳感器在溫度控制領(lǐng)域的

56、一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，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)短息的方式發(fā)送給用戶(hù)能夠隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行控制。 本次設(shè)計(jì)中，我進(jìn)行了具體的方案論證，系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的調(diào)試。查閱了大量的關(guān)于傳感器、單片機(jī)及其接口電路、以及控制方面的理論。經(jīng)過(guò)了一番特殊的體驗(yàn)后，經(jīng)歷了失敗的痛苦，也嘗到了成功的喜悅。第一次靠用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。檢查了自己的知識(shí)水平，使我對(duì)自己有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅鍛煉自己分析問(wèn)題、處理問(wèn)題的能力，還提高了自己的動(dòng)手能力。這些培養(yǎng)和鍛煉對(duì)于我們這些即將走向工作崗位的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，是很重要的。參考文獻(xiàn)1 王忠飛,胥芳.MCS-51單片機(jī)原理及嵌入式

57、系統(tǒng)應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社,2007：57-632 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社,2008：76-783 高玉芹.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51編程技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2011：105-1124 楊美仙.單片機(jī)的發(fā)展及其應(yīng)用J.科技信息（學(xué)術(shù)研究）,2007：23-265 陳源.基于單片機(jī)原理的簡(jiǎn)易溫度控制系統(tǒng)研究J.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)理工卷,2009：13-176 郭改枝,張鵬舉.單片機(jī)控制液晶屏接口電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)漢文 版),2010年04期：5-97 何力民.單片機(jī)高級(jí)教程.北京航空大學(xué)出版社,2000：33-358 路而紅.專(zhuān)用集成電路設(shè)計(jì)與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化.清華大學(xué)出版社,2004：22-279 周潤(rùn)景,張麗娜.基于PROTEUS 的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.北京航空航天大學(xué)出版社,2006：5-710 陳奎,高玉芹.單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).徐州工程學(xué)院出版社,2012：15-1911 秦曾煌.電子技術(shù)7版.北京高等教育出版社,2