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1、- - 1 - - 金金 华华 职职 业业 技技 术术 学学 院院 JINHUAJINHUA COLLEGECOLLEGE OFOF PROFESSIONPROFESSION ANDAND TECHNOLOGYTECHNOLOGY 毕业教学环节成果毕业教学环节成果 题 目 数字温度控制器的设计与制作 学 院 信息工程学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 - 2 - 金华职业技术学院毕业教学成果金华职业技术学院毕业教学成果 目目 录录 摘要 1 英文摘要 2 引言 3 1 设计要求 .4 2 数字温度控制器的相关理论与技术 .5 2.1 数字温度控制器的原理及功能.5 2.2 系统硬件
2、电路的设计.5 2.2.1 DS18B20 单线智能温度传感器的工作原理 .5 2.2.2 LCD 显示电路功能与作用 10 2.2.3 报警电路功能与作用12 2.2.4 按键控制电路的功能12 2.3 电源电路的功能13 2.4 数字温度控制器电路图13 3 系统软件的设计 15 3.1 主程序流程图15 3.2 温度采集及报警处理程序流程图15 3.3 温度数据的计算处理方法16 4 电路检测与调试 17 4.1 调试的目的17 4.2 电路调试定义17 4.3 硬件调试17 4.4 软件调试18 4.5 软硬件联调18 结论 .19 致谢 .20 参考文献 .21 附件 1 元器件清单
3、22 理工类 附件 2 硬件电路图23 附件 3 硬件 PCB 图24 附件 4 MAX232 下载口 PCB 图 .25 附件 5 数字温度控制器仿真图26 附件 6 实物图27 附件 7 软件总程序28 - 1 - 数字温度控制器的数字温度控制器的设计与制作设计与制作 信息工程学院应用电子技术专业信息工程学院应用电子技术专业 高飞高飞 摘要摘要：本论文介绍一种应用于家庭自制酸奶背景下的可设置工作模式、带声光 报警的数字温度控制器。论文主要介绍了基于 AT80C51 的单片机温度控制嚣的 设计，其中主要介绍了 DSl8B20 芯片的使用以及如何实现其功能，其中包括对 DSl8B20 芯片的引
4、脚的介绍、性能参数、使用的主要事项和实现的其功能的软 件的部分源程序，还有测温电路，显示电路、按键电路和电源电路。 关键词关键词：单片机 温度传感器 温度测量 控制器 2 Digital Temperature Controller Design and Production (Major of Applied Electronic Technology,Information and Engineering college, Gaofei) Abstract：The present paper introduced that one kind applies under the family
5、 self- restraint yogurt background may establish the working pattern, the belt acousto-optics warning digit temperature controller. The paper mainly introduced based on AT80C51 monolithic integrated circuit temperature control clamour design, mainly introduced how the DSl8B20 chips use as well as do
6、es realize its function, including its function softwares partial source programs which to the DSl8B20 chips pins introduction, the performance parameter, the use main item and realizes, but also has the temperature measurement electric circuit, display circuit and control circuit. Keywords: microco
7、ntroller temperature sensors temperature measurement the controller - 3 - 引言引言 随着现代社会的快速发展，人们生活节奏也随之加快。工作压力逐渐增大。 饮食的健康和营养价值成为人们越来重视问题。酸奶成为人们首选的早餐饮品。 酸奶可以增强人体免疫力、预防骨质疏松，具有较高的营养价值。然而，在对 酸奶制作过程中对温度控制有着非常高的要求，如对牛奶加热的温度如过高， 会杀死酸奶中的乳酸菌造成发酵失败，如温度过低又会造成发酵缓慢。 为了解 决对温度控制带来的麻烦和不便，使人们在家里自制酸奶更加快捷方便。我们 特别设计制作了酸奶数
8、字温度控制器。 在本课题的设计制作过程中我，选取了体积小、精度相对高的 DS18B20 数 字式温度传感元件作为温度采集，AT89C52 单片机作为主控芯片，LCD 作为显示 输出。实现了对温度的实时测量与控制。本设计可以显示现有环境温度，并可 随意设定上下限温度报警数值，也可以根据需要定时进行温度控制。 4 1 1 设计要求设计要求 设计一款数字温度控制器，数字温度控制器能实现对温度的实时测量与控制。本 设计可以显示现有环境温度，并可随意设定上下限温度报警数值，当环境温度高于设 定值时红色指示灯亮，同时蜂鸣器响起。当环境温度低于设定值时绿色指示灯亮，同 时蜂鸣器响起。也可以根据需要定时进行温
9、度控制。本设计选取体积小、精度相对高 的 DS18B20 数字式温度传感元件作为温度采集，AT89C52 单片机作为主控芯片，LCD 作 为显示输出。 - 5 - 2 2 数字温度控制器的相关理论与技术数字温度控制器的相关理论与技术 2.12.1 数字温度控制器的原理及功能数字温度控制器的原理及功能 如图 21 所示此温度测量电路主要由以下几部分组成：一个温度传感器 DS18B20 及其选择按键电路，电源电路、控制器单片机 AT89C52 最小系统、LCD 液晶显示电路、 声光报警电路等。 图 2-1 数字温度控制的硬件框图 温度传感器 DS18B20 从测试点采集温度，然后把温度转换成电压（
10、或电流） ，温度 传感器输出电压的大小随温度的高低变化而变化，电压值的变化范围从几个微伏到几 个毫伏，不同的温度传感器，输出电压的范围也差别很大。单片机 AT89C52 是温度测 量电路的控制核心，它将采集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度 值，经扫描驱动送到 LCD 显示器以数字形式显示测量的温度。LCD 显示器用于显示测量 温度的结果。报警温度控制电路用于在不同应用中灵活设定报警温度，在超过设定范 围时，报警电路进行报警。 2.22.2 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 2.2.12.2.1 DS18B20DS18B20 单线智能温度传感器的工作原理单线智能温度传感器的工
11、作原理 (1) DS18B20 单线智能温度传感器的性能特点 DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司生产的单线智能温度传感器,与传统的热 敏电阻等测温元件相比,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： 6 采用单片机技术，与单线接口仅需要一个端口引脚进行通信，直接输出被测温 度值； 测温范围为-55+125,测量分辨率可达 0.0625，在-10+85范围内误差 为0.5； 内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM，通过识别只读 ROM 中的唯一序列号 实现单线多挂接； 可通过数据供
12、电，电压范围为 3.05.5V； 温度以 9 或 12 位数字量读出； 用户可分别设定各路温度的报警上、下限； 将 12 位的温度值转换为数字量所需的时间不超过 750ms； 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧坏，但不能正常工作. (2) DS18B20 的内部结构框图如图 22 所示，它采用 3 脚 PR35 封装或 8 脚 SOIC 封装其管脚封装如图 23 所示。 (3) DS18B20 单线智能温度传感器的工作原理 64 位 ROM 的位结构如图 24 所示。开始 8 位是产品类型的编号，接着是每个器 件的惟一的序号，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC
13、 检验码，这也是多个 DS18B20 可以采用一线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器 TH 和 TL，可通过软 件写入户报警上下限。 MSB LSB MSB LSB MSB LSB 图 22 64 位 ROM 结构图 8 位检验 CRC48 位序列号8 位工厂代码（10H） - 7 - 图 22 DS18B20 内部结构 图 23 DS18B20 的引脚排列 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 EEPRAM。高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 24 所示。 DS18B20 EEPROM 的结构 图 24 DS1
14、8B20 高速暂存 RAM 结构图 头 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节是 TH 和 TL 的拷贝，是易失的， 温度 LSB 1 字节 温度 MSB 2 字节 TH 用户字节 1 3 字节 TL 用户字节 2 4 字节 配置寄存器 5 字节 保留 6 字节 保留 7 字节 保留 8 字节 CRC9 字节 TH 用户字节 1 TL 用户字节 2 配置字节 8 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。DS18B20 工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该 字节各位的定义如图 26 所示。低 5 位一直为 1，
15、TM 是测试模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式。在 DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用 户不要改动，R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，方法见表 25 。 由表 25 可见,DS18B20 温度转换时间比较长，而且设定的分辨率越高，所需要的 温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 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。 表 21 DS18B20 分辨率的定义规定 图 2-5 DS18B
16、20 的配置寄存器 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 1、2 字节。单片机可以通 过单总线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 0.0625/LSB 形式表示。温度值格式如图 27 所示。 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。 表 28 是一部分温度值对应的二进制温度数据。 DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、TL 字节内容做比较。 若 TTH 或 T=1; DQ = 1; /给脉冲信号 i
