单片机论文-基于单片机的温度控制系统设计

单片机论文-基于单片机的温度控制系统设计内容摘要：

行。 操作协议 为：初使化 DS18B20（发复位脉冲）→发 ROM功能命令→发存储器操作命令→处理 [5] DS18B20 的性能特点 DS18B20 的性能特点如下： 1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 2) 多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； 3) 无须外部器件； 4) 可通过数据线供电，电压范围为 ～ ； 5) 零待机功耗； 6) 温度以 3位数字显示； 7) 用户可定义报警设置； 8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； 9) 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作 [6] 7 DS18B20 的工作原理 DS18B20 工作时序 根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤： 1. 每一次读写之前都 必须 要对 DS18B20 进行复位 ； 2. 复位成功后发送一条 ROM 指令 ； 3. 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， DS18B20 收到信号后等待 15～ 60微秒左右后发出 60～ 240 微秒的存在低脉冲，主 CPU收到此信号表示复位成功。 其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，具体工作方法如图 32， 33， 34 所示。 (1) 初始化时序 响应脉冲60 ~2 40等待1 5 60主机 最小4 80主机复位脉冲最小4 80 US 图 3－ 2 初始化时序 总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。 应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。 主机输出低电平，保持低电平时间至少 480us，以产生复位脉冲。 接着主机释放总线， ，延时 15～ 60us，并进入接受模式，以产生低电 平应答脉冲，若为低电平，再延时 480us。 8 (2) 写时序 采样15~45采样15~4511主机写1 时序主机写0 时序 图 3－ 3 写时序 写时序包括写 0时序和写 1时序。 所有写时序至少需要 60us，且在 2 次独立的写时序之间至少需要 1us 的恢复时间，都是以总线拉低开始。 写 1 时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时 60us。 写 0时序，主机输出低电平，延时 60us，然后释放总线，延时 2us。 (3) 读时序 主机采样主机采样454511主机写1时 序主机写0时 序 图 3－ 4 读时序 总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。 所有读时序至少需要 60us，且在 2次独立的读时序之间至少需要 1us的恢复时间。 每个读时序都由主机发起，至少拉低总线 1us。 主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的 15us之内采样总线状态。 主机输出低电平延时 2us，然后主机转入输入模式延时 12us，然后读取总线当前电平，然后延时 50us[7] 9 ROM 操作命令 当主机收到 DSl8B20 的响应信号，便可以发出 ROM 操作命令之一，这些命令如下表 [8]。 表 3－ 3 ROM 操作命令 指令 约定代码 功 能 读 ROM 33H 读 DS18B20 ROM 中的编码 符合 ROM 55H 发出此命令之后，接着发出 64位 ROM编码，访问单线总线上与该编码相对应的 DS18B20 使之作出响应，为下一步对该 DS18B20 的读写作准备 搜索 ROM 0F0H 用于确定挂接在同一总线上 DS18B20 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 DS18B20 发温度变换命令，适用于单片工作。 续表 3－ 3 告警搜索 命 令 0ECH 执行后，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应 温度变换 44H 启动 DS18B20 进行温度转换，转换时间最长为 500MS，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的第 3， 4字节写上、下限温度数据命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据 复制暂存器 48H 将 E2PRAM 中第 3， 4字节内容复制到 E2PRAM 中 重调 E2PRAM 0BBH 将 E2PRAM 中内容恢复到 RAM中的第 3， 4字节 读 供 电 方 式 0B4H 读 DS18B20 的供电模式，寄生供电时 DS18B20 发送“ 0”，外接电源供电 DS18B20 发送“ 1” 10 DS18B20 的测温原理 DS18B20 的测温原理 DSl8B20 在 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列号，在出厂前就已经写入片内 ROM 中。 主机在进入操作程序之前必须用读 ROM(33H)命令将该 DSl8B20 的序列号读出。 程序也可以先跳过 ROM，启动所有 DSl8B20 进行 温度变换，再通过匹配 ROM，再逐一地读回每个 DSl8B20 的温度数据。 DS18B20 的测温原理如图 34 所示，低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小 ，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振 受 温度变化 影响很大，所产生的信号作为减法计数器 2的脉冲输入。 其 中还隐含着计数门，计数 门打开时， DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。 计数门开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 55 ℃ 所对应的基数 分别置入减法计数器 1和温度寄存器中，减法计数器 1和温度寄存器被预置在 55 ℃ 所对 应的一个基数值。 减法计数器 1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置值减到 0 时温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1 的预置将重新被装入，减法计数器 1 重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 斜率累加器用 于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值 . [9] 减法计数器 斜坡累加器 减到 0 减法计数器 预 置 低温度系数 振 荡 器 高温度系数 振 荡 器 计数比较器 预 置 温度寄存器 减到 0 11 图 34 DS18B20 的测温原理 DS18B20 的测温流程 图 3－ 5 DS18B20 测温流程 初始化 DS18B20 跳过 ROM 匹配 温度变换 延时 1S 跳过 ROM 匹配 读暂存器 转换成显示码 数码管显示 12 第四章 系统硬件电路设计 设计原则 DS18B20 的供电方式有两种。 第一种是用电源供电，此时 DS18B20 的引脚 1 接地，引脚 2作为信号线，引脚 3接电源。 另一种是寄生电源供电方式，如图 所示单片机端口接单线总线，为了在有效的 DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用 MOSFET 管来完成对总线的上拉。 此次设计 采用电源供电方式， 来 保证在有效的 DS18B20时钟周期内提供足够的电流， 用 MOSFET管和 89S51的。 当 DS18B20处于写存储器操作和温度 A/D 变换操作时，总线上必须有强 大 的上拉 电阻 ，上拉开启时间最大为 10 μs。 寄生电源供电方式是 VDD和 GND 端 都 接地。 因为 单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三 状态 的。 主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过 3 个步骤： （ 1） 初始化 （ 2） ROM操作指令 （ 3） 存储器操作指令 [10] 主板电路设计 单片机的 接 DS18B20 的 2 号引脚， P0 口送数 P2 口扫描， 、 控制加热器和电风扇的继电器。 ALE 引脚悬空，复位引脚接到复位电路、 VCC 接电源、 VSS 接地、EA 接电源。 13 图 41 主电路图 各部分电路 与单片机的接口电路 P0 口接 9 个 的排阻然后接到显示电路上。 接温度传感器 DS18B20。 和 引脚接继电器电路的 电阻上， P1 口其他引脚悬 空。 P2口中 、 、 、 分别接到显示电路的 电阻上， 接蜂鸣器电路，其他引脚悬空。 P3 口中 、 接到按键。