基于pwm的加热温度控制系统设计

基于pwm的加热温度控制系统设计内容摘要：

出非告警的器件。 （ 5） 64 位激光 ROM 每一 DS18B20 包括一个唯一的 64 位长的 ROM 编码。 开始的 8 位是单线产品系列编码（ DS18B20编码是 10h）。 接着的 48位是唯一的系列号。 最后的 8位是开始 56位 CRC （见图 28）。 64 位 ROM 和 ROM 操作控制部分允许 DS18B20 作为一个单线器件工作并且 桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸 第 12 页 共 52 页 遵循“单线总线系统”一节中所详述的单线协议。 直到 ROM 操作协议被满足， DS18B20控制部分的功能是不可 访问的。 此协议在 ROM 操作协议流程图（图 29）中叙述。 单线总线主机必须首先操作五种 ROM 操作命令之一： ① Read ROM(读 ROM)； ② Match ROM(匹配 ROM)； ③ Search ROM(搜索 ROM)； ④ Skip ROM(跳过 ROM)或 ⑤ Alarm Search（告警搜索）。 在成功地执行了 ROM 操作序列之后， DS18B20 特定的功能便可访问， 然后总线上主机可以提供六个存贮器和控制功能命令之一。 表 21 温度 /数据关系 温 度 数字输出 /(二进制 ) 安息字输出（十六进制） +125℃ 00000000 11111010 00FAh +25℃ 00000000 00110010 0032h +1/2℃ 00000000 00000001 0001h +0℃ 00000000 00000000 0000h 1/2℃ 11111111 11111111 FFFFh 25℃ 11111111 11001110 FFCEh 55℃ 11111111 10010010 FF92h 8 位 CRC 编号 48 位序列号 8 位产品系列编码 MSB LSB MSB LSE MSB LSB (最高有效位 )（最低有效位） 图 28 64 位激光 ROM 桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸 第 13 页 共 52 页 图 29 ROM 操作流程图 （ 6） CRC 产生 DS18B20 有一存贮在 64 位 ROM 的最高有效字节内的 8 位 CRC。 总线上的主机可以根据 64 位 ROM 的前 56 位计算机 CRC 的值并且把它与存贮在 DS18B20 内部的值进上位机 Tx复位脉冲 DS18B20 Tx存在脉冲 上位机 Tx ROM 操作命令 33h 55h F0h ECh CCh DS18B20 Tx FAMILY COOE DS18B20 Tx 系列码 上位机 Tx BIT 0 继续 警告 DS18B20 Tx BIT 0 DS18B20 Tx 非 BIT 0 上位机 Tx BIT 0 BIT0 上位机。 DS18B20 Tx CRC 码 BIT0 上位机。 上位机 Tx BIT 1 DS18B20 Tx BIT 1 DS18B20 Tx 非 BIT 1 上位机 Tx BIT 1 BIT1 上位机。 BIT1 上位机。 上位机 Tx BIT 63 BIT63 上位机。 BIT63 上位机。 DS18B20 与上位机 Tx BIT 63 上位机 Tx MEMORY OR CONTROL 功能命令 N N N N N Y Y Y Y Y Y N N N N N N N Y Y Y Y 桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸 第 14 页 共 52 页 行比较来决定 ROM 的数据是否已被主机正确地接收。 CRC 的等效多项式函数为（公式22）： （ 22） DS18B20 也利用与上述相同的多项式函数产生一个 8 位的 CRC 值并把此值提供给总线的主机以确认数据字节的传送。 在使用 CRC 来确认数据传送的每一种情况中，总线主机必须使用上面给出的多项式函数来计算 CRC 的值并把计算所得的值或者与存贮在 DS18B20 的 64 位 ROM 部分中的 8 位 CRC 值（ ROM 读数）或者与 DS18B20 中计算得到的 8 位 CRC 值（在读暂存存贮器中时，它作为第九个字节被读出）进行比较。 CRC 值的比较和是否继续操作都是由总线主机来决定的。 当存贮在 DS18B20 内或由DS18B20 计算得到的 CRC 值与总线主机产生的值不符合时，在 DS18B20 内没有电路来阻止命令序列的继续执行。 总线 CRC 可以使用如图 210 所示，由一个移位寄存器和“异或”（ XOR）门组成的多项式产生器来产生。 其它有关 Dallas 公司单线循环冗余校验的信息可参见标题为“理解和使用 Dallas 半导体公司接触式存贮器产品”的应用注释。 移位寄存器的所有位被初始化为零。 然后从产品系列编码的最低有效位开始，每次移入一位，当产品系列编码的 8 位移入以后，接着移入序列号。 在序列号的第 48 位进入后，移位寄存器便包含了 CRC 值。 移入 CRC 的 8 位应该使移位寄存器返回至全零。 图 210 单线 CRC 编码 （ 7）存贮器 DS18B20 的存贮器如图 211 所示那样被组织。 存贮器由一个高速暂存（便笺式）RAM 和一个非易失性电可擦除 EERAM 组成，后者存贮高温度和低温度以及触发器TH 和 TL。 暂存存贮器有助于在单线通信时确保数据的完整性。 数据首先 写入暂存存贮器中，在那里它可以被读回。 当数据被校验之后，复制暂存存贮器的命令并把数据传送到非易失性 EERAM。 这一过程确保了更改存贮器时数据的完整性。 暂存存贮器是按 8 位字节存储器来组织的。 头两个字节包含测得温度的信息，第三和第四个字节是 TH 和 TL 的易失性拷贝，在每一次上电复位时被刷新。 接着的两个字节没有使用，但是在读回时它们呈现为逻辑全 1。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸 第 15 页 共 52 页 SCRATCHPAD BYTE E2RAM TEMPERATURE LSB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 TEMPERATURE MSB TH/USERBYTE1 TH/USERBYTE1 TL/USERBVTE2 TL/USERBVTE2 RESERVED RESERVED COUNT REMAIN COUNT PER℃ CRC 图 211 DS18B20 存贮器映象图 的硬件连接 DS18B20 与单片机的接口极其简单，只需将 DS18B20 的信号线与单片机的一位双向端口相连即可。 如图 212（ a） 所示。 此时应注意将 VDD、 DQ、 GND 三线焊接牢固。 另外也可用两个端口，即接收口与发送口分开，这样读写操作就分开了，不会出现信号竞争的问题。 如图 212（ b）所示。 此图是采用寄生电源方式，将 DS18B20 的 VDD 和 GND 接在一起。 如果 VDD 脱开未接好，传感器将只送 +℃ 的温度值。 一般测温电缆线采用屏蔽 4芯双绞线，其中一对接地线与信号线，另一对接 VDD 和地线，屏蔽层在源端单点接地。 图 212 DS18B20 与单片机的接口 桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸 第 16 页 共 52 页 3 硬件设计 基于单片机的温度监控主要有以下几部分：温度检测数据 采集部分， LCD 液晶显示部分、报警及控制输出部分、单片机及按键电路设计等几个部分，下面分别加以介绍，硬件模块如图 31 所示。 图 31 硬件模块图 温度检测部分 温度传感器有很多种，如热敏电阻、 热电偶 、 PN 结、 半导体温度传感器等。 这里选用单总线数字输出的集成半导体温度传感器 DS18B20，其特点是： 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时 只 需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯 ； 测温范围 － 55℃ ～ ＋ 125℃ ，固有测温分辨率 ℃ ； 支持多点组网功能，多个DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温 ； 工作电源 :3～ 5V/DC。 温度检测数据采集电路如图 32 所示，由温度传感器 DS18B20 采集被控对象的实时温度，提供给 AT89S52 的 I/O 口作为数据输入。 在本次设计中我们所控的对象为环境监测的温度。 AT 89S52 温 度 采 集 模 块（ DS18B20 温度计） 键盘调整模块 电源模块 加热处 理模块 报警电路模块 （蜂鸣器） 温度显示模块 （采集到的实时温度） 桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸 第 17 页 共 52 页 图 32 温度传感器电路 LCD 液晶显示部分 用来显示的模块，一般有七段数码管和字符型液晶两种。 其中 LED的发光部分由发光二极管拼装组成，其特点是亮度高、耗电少、工作电压低、功耗小、驱动 简单、寿命长、易与集成电路匹配、耐冲击、性能稳定。 显示屏面积可以根据需要由单元模块任意拼装，强大的视觉冲击力将信息、文字、图片、动画、视频等多种方式显示出来 , 成为信息传播的划时代产品 ,在铁路民航、体育场馆、会议厅等场所。 其次，就是 字幅型液晶显示模块。 它是一种专门用于显示字母，数字，符号等的点阵式 液晶显示模块。 在显示器件上的电极图型设计，它是由若干个 5*7 或 5*11 等点阵符位组成。 每一个点阵字符位都可以显示一个字符 ， 点阵字符位之间有一空点距的间隔起到了字符间距和行距的作用。 由于液晶显示可以显示字母和各种符号 ，所以我选择了 LCD1602 液晶显示器。 的管脚介绍 LCD1602 采用标准的 16 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 ” ，外接 1 个 10K 的电位器可调整对比度； 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 RW 共同为低电平时可以写入指令或者 显示地址。 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 端由低电平跳变成高电平时，液晶模块执行命令； 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线； 第 15 脚：背光源正极； 第 16 脚：背光源接地。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸 第 18 页 共 52 页 的基本操作 (1)LCD1602 基本操作时序： 读状态：输入： RS=L， RW=H， E=H；输出： D0－ D7 状态字 写指令：输入： RS=L， RW=L， D0－ D7=指令码， E=高脉冲；输出：无 读数据：输入： RS=H， RW=H， E=H；输 出： D0－ D7 数据 写数据：输入： RS=H， RW=L， D0－ D7 数据， E=高脉冲；输出：无 读操作的时序如图 33 所示 ： 图 33 读操作的时序 写操作的时序图 34所示： 图 34 写操作的时序 时序时间参数如表 31所示： 表 31 时序时间参数 桂林电子科技大学毕业设计（论文）用纸 第 19 页 共 52 页 1602 LCD的控制器内置有 80个 byte的显存，而 1602 LCD只有 两行 16个字符的显示区域，所以显存中有些地址是无法对应上 LCD屏的，下图 35为显存地址对应图 LCD的地址。 图 35 显存地址。