基于单片机控制的数字温控器

--1基于单片机控制的数字温控器摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。关键词:单片机数字控制温度计DS18B2074LS1641.引言随着人们生活水平的提高，现在的很多地方都用到了与电有关的器件，而这些器件又大都与温度有关，例如：烧开水的锅炉需要测温度、家庭用的电磁炉需要测温度等等；所以数字温度计也普遍存在于人们的生活当中，而本电路就是结合这种思路和参考一些资料所设计的电路，这种电路可以和方便的用在我们生活当中，给人们的生活带来很大的方便。2.总体设计方案2.1设计思路温度只要在所设定的上下温度界限内，就会在显示设备中精确的显示出来，如果温度超过了所设定的温度界限，就发出报警声。能够及时向温度监控人员发出温度超限信息。便于温控人员及时的调整与控制。另外此温度控制器操作简单，体积小，灵敏度高，精度高。2.2总体设计方框图如图1所示图1总体设计方框图3.设计组成即原理分析显示电路报警电路测温电路晶振电路复位电路键盘输入89C51单片机--23.1显示电路本电路采用串行口显示，利用74LS164来驱动，数码管显示，74LS164的外围引脚图如图2所示。74LS164是串行输入并行输出的移位寄存器，并带有清除端，其中Q0-Q7为并行输出端，MR为清除端，当它为零电平时使74LS164清零，A、B为串行输入端，CLK为时钟脉冲输入端，在脉冲的上升沿实现移位。当CLK=0、MR=1时，74LS164保持原来的数据状态。图中外接4片74LS164作为4位LED显示器的静态连接口，74LS164的低电平输出电流为8MA，可直接驱动共阳极LED。采用软件译码向74LS164输出字型码，由于显示器是静态的主程序可不必扫描显示器。从而节省很多的时间。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U18051A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U474LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U374LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U574LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U674LS164VCCabfcgdeDPY4597621abcdefg10dpdpLED1abfcgdeDPY4597621abcdefg10dpdpLED2abfcgdeDPY4597621abcdefg10dpdpLED3abfcgdeDPY4597621abcdefg10dpdpLED4图2显示电路3.2蜂鸣报警电路R73.3KR85.6KSPEAKER2SC1815+589C51P3.7图3蜂鸣报警电路图--3在图3中，P3.7接晶体管的基极输入端，当P3.7输出高电平1时，晶体管导通，压电蜂鸣器两端获得+5V的电压而鸣叫，当P3.7输出低电平0时，三极管截止，蜂鸣器停止发生。在本电路中，当所测试的温度超过-55—110摄氏度是，使P3.7口为高电平，从而使蜂鸣器发出报警的声音，相反的情况下P3.7口保持低电平，三极管截止，蜂鸣器因没获得电压而不报警。3.3温度传感器工作原理DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等感温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：■独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信■多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能■无须外部器件■可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ■零待机功耗■温度以９或12位数字■用户可定义的非易失性温度报警设置■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，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。图4DS1820外形封装图DS18B20采用３脚ＰＲ－３５封装或８脚ＳＯＩＣ封装，其外形封装图如图3所示。其各引脚的功能说明如表1所示。DS18B20的内部结构图如图6所示，它有三个主要的数据部件（1）64位激光（aseredROM）（2）温度灵敏元件（3）非易失性温度告警触发器TH和TL。器件从单线的通信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，能量贮存在内部的电容器中在单信号线为低电平的时间期内断开此电源。直到信号线变为高电平重新接上寄生电容电源为止作为另一种可供选择的方法。DS1820也可用外部5V电源供电。表1DS1820各引脚功能说明--4表2RAM的8字节存储器DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为８字节的存储器，结构表2所示。头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。高速暂存ＲＡＭ的第６、７、８字节保留未用，表现为全逻辑１。第９字节读出前面所有８字节的CRC码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制值勤。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式。单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。其复位时序如图7所示C64位ROM和单线接口低温触发器TLI/O配置寄存器高温触发器TH存储器与控制逻辑8位CRC发生器温度传感器VDD高速缓冲图6DS18B20内部结构方框图--5图7DS18B20复位时序对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。其读时序如图8所示。图8DS18B20读时序对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。其时序图如图9所示。图9DS18B20写时序4总结与体会经过将近三周的单片机实习，在指导老师和同学的帮助下，我确实学到了不少平时在课堂上所学不到的知识。这样的实习不论是对我们的理论知识还是实践能力都有很大的帮助，经过这些实习可以使我们能更快更准确的掌握专业方面的理论知识。我们这次的设计是基于单片机控制的数字温度计，虽然说我们已经学习过单片机课程，但是对于单片机这个词还是有些陌生。并不是太清楚单片机的功能和性能方面的知识，为了使自己设计的题目更加合理，我可以说是在图书馆查阅了很多有关单片机和温度传感器方面的知识，也对别人设计的相关题目进行了参考和分析。就拿我们设计中的温度传感器的驱动电路来说，虽然说我们所查阅的资料上有很多关于检测温的电路，有集成电路的，场效应管的，再就是我--6们本章使用的DS1820。刚开始的时候看到这些电路觉得这些电路都不错，都挺符合自己所设计的要求，经过自己仔细分析和同学探讨，得到的结论是，虽然说资料上的驱动电路在理论分析上是行的通的，如果把它拿到实际的电路中，可以看到它并不一定能起到我们所要达到的目的。由于这些原因，我们几个最终决定用DS1820，用DS1820不仅能满足测量温度方面的需求，同时还能直接转换为数字量。我感觉这次实习我们得到更多的是，对办任何事情我们都要先经过认真细致的观察和分析，才能确定我们到底该如何去做它，要不然，只会是事倍功半，耽误我们的办事效率。我觉得这个方面的经验是最宝贵的，也是我们在毕业后，进入社会所必须的能力。我们也只有具备了这个基本的能力后，才不至于在以后的生活，学习和工作中误入歧途，对自己和对他人造成不必要的损失。总之，通过这次实习，我真正学到了很多东西，真正体会到了理论联系实际的重要性。我想如果在平时多搞几次这样的实习，那我们的知识会掌握的更多，更牢固。最后，衷心感谢辅导老师的指导和同学的帮助！参考文献：[1]周航慈著.单片机应用程序设计基础.北京：电子工业出版社，1997年7月[2]朱承高.电工及电子技术手册［M］.北京：高等教育出版社，1990[3]阎石.数字电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，1989[4]廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，1999.6[5]李广弟编著.单片机应用程序设计基础.北京：北京航空航天大学出版社，1994年6月--7附录一：图10程序流程图--8附录二总体电路图EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U18051S5S4R45.1KR55.1KR65.1KVCCRLR3120VCCR14.7KVCCA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U474LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U374LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U574LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U674LS164VCCC320PC220PY1CRYSTALS7R21KVCCVCCR71KC122uR8600123DS1820abfcgdeDPY4597621abcdefg10dpdpLED1abfcgdeDPY4597621abcdefg10dpdpLED2abfcgdeDPY4597621abcdefg10dpdpLED3abfcgdeDPY4597621abcdefg10dpdpLED4S6S12S13S3S10S11S1S2S8S9--9附录三程序清单：WENDULEQ