课程设计论文-基于ds18b20温度控制系统的设计

课程设计论文-基于ds18b20温度控制系统的设计内容摘要：

使用 DS18B20 可使系统结构更简单，可靠性更高。 芯片的耗电量很小，从总线上“偷”一点电存储在片内的电容中就可正常工作，一般不用另加电源。 最可贵的是这些芯片在检测点已把被测信号数字化 了，因此在单总线上传送的是数字信号，这使得系统的抗干扰性好、可靠性高、传输距离远。 （ 1） DS18B20 传感器有如下特点： ● 单线接口，只有一根信号线与 CPU 连接； ● 不需要备份电源，可通过信号线供电，电源电压范围从 ～ 5V； ● 传送串行数据，不需要外部元件； （ 2） DS18B20 的测温原理 DS18B20 测温原理如图 （ 4） 所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响小用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。 高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。 计数器 1 和 温度寄存器被预置在 55℃所对应的一个基数值。 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，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对DS18B20 温度控制系统 DS18B20 温度控制系统 8 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 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，其输出用于修正计数器 1 的预置值。 DS18B20 在正常使用时的测温分辨率为 ℃。 图（ 4） DS18B20 工作原理图 DS18B20 的性能特点： 采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它 I/O 口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（ 9 位二进制数，含符号位）测温范围为 55℃ +125℃，测量分辨率为 ℃ 内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM 适配各种单片机或系统机 用户可分别设定各路温度的上、下限内含寄生电源 DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM,温度传感器 ,非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL,高速暂存器。 在硬件上， DS18B20 与单片机的连接有两种方法，一种是 VCC 接外部电源， GND 接地， I/O与单片机的 I/O 线相连；另一种是用寄生电源供电，此时 UDD、 GND 接地， I/O 接单片机 I/O。 无论是内部寄生电源还是外部供电， I/O 口线要接 5KΩ 左右的上拉电阻 .我们采用的是第一种连接方法 ,如图 所示 :把 DS18B20 的数据线与单片机的 13 管脚连接 ,再加上上拉电阻。 DS18B20 温度控制系统 DS18B20 温度控制系统 9 图 （ 5） 温度传感电路图 通过键盘设定温度的上下限。 把实际测量的温度和设定的上下限进行比较 ,来控制、 、 端口的高低电平。 把 、 、 端口分别与 DS18B20 连接来控制温度和报警。 当测量的温度超过了设定的最高温度 , 由高电平变成低电平 ,就相当于基极输入为“ 0”，反之 ,当基极输入为“ 1”时，三极管不导通，报警器和控制电路都不工作。 只要控制单片机的 、 、 口的高低电平就可以控制模拟电路的工作。 （三） 显示电路的设计 液晶显示器是一种将液晶显示器件 ,连接器件 ,集成电路 ,PCB 线路板 ,背光源 ,结构器件装配在一起的组件。 1602 采用标准的 14 脚接口，其中 : 第 1 脚： VSS 为地电源第 2 脚： VDD 接 5V正电源 第 3 脚： V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源 时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生 “ 鬼影 ” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和 RWDS18B20 温度控制系统 DS18B20 温度控制系统 10 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 RW 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 第 15～ 16 脚：空脚。 与单片机的连接如图 （ 6） 所示。 图 （ 6） 液晶显示电路图 （四） 温控电路及报警电路的控制 单片机的 、 、 分别与三极管的基极连接来控制控制温度报警。 利用面包板搭了一个 PNP9012 的偏置电路电路。 基极输入为“ 0”时，这时三极管导通推动报警器和控制电路工作，当基极输入为“ 1”时，三极管不导通，报警器和控制电路都不工作。 只要控制单片机的 、 、 口的高低电平就可以控制模拟电路的工作。 当由于环境温度变化太剧烈或由于加热或降温设 备出现故障，或者温度传感头出现故障导致在一段时间内不能将环境温度调整到规定的温度限内的时候，通过三极管驱动扬声器发DS18B20 温度控制系统 DS18B20 温度控制系统 11 出 警笛 声 图 （ 7） 报警电路图 （ 五 ） 主控部分说明 AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51 具有如下特点： 40 个引脚， 4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。 此 外， AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下， CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。 同时该芯片还具有PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 其 主要功能特性： 兼容 MCS51 指令系统 4k 可反复擦写 (1000 次） ISP Flash ROM 32 个双向 I/O 口 工作电压 2 个 16 位可编程定时 /计数器 时钟频率 033MHz 全双工 UART 串行中断口线 128x8 bit 内部 RAM 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 DS18B20 温度控制系统 DS18B20 温度控制系统 12 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗（ WDT）电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针 AT89S51 引角功能说明 Vcc：电源电压 GND：地 P0 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口，作为输出口用时，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写“ 1”可作为高阻抗输入端口。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash 编程时， P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口： P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1” ,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号校验期间，P1 接收低 8 位地址。 下表 为 P1 口第二功能。 P1 口第二功能 端口引脚 第二功能 MOSI（用于 ISP 编程） MISO（用于 ISP 编程） SCK（用于 ISP 编程） P2 口： P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 的输出缓冲级可驱动 4 个 TTL逻辑门电路。 对端口写“ 1” ,通过内部的上拉电阻把端口拉到 高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 I。 在。