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1、 温度控制器 实 训 报 告 院系：机电工程学院班级：（08）应电一班姓名：王曼学号：2008061683指导老师：杨志帮 目 录第1章 总体设计方案31.1 方案一31.2 方案二31.3 方案比较3第2章 硬件系统方案设计42.1 DS18B20温度传感器简介42.2单片机接口电路设计42.2.1晶振电路52.2.2串口引脚52.2.3 其它引脚52.3键盘控制设计62.4温度测试电路62.5温度控制器件电路72.6七段数码管显示电路 7 27串行口通信电路 8第3章 软件系统分析与设计93.1程序结构分析93.2系统程序流图10第4章 调试 14第5章 分析155.1测试环境155.2测
2、试方法155.3测试结果155.4测试分析15结 论16参考文献16附 录17附录一：完整程序17附录二：电路原理图16第1章 总体设计方案1.1 方案一测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。1.2 方案二考虑使用数字温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，之后进行转换，依次完成设计要求。1.3 方案比较方案一采用模拟温度传感器，数据处理麻烦，且容易产生信号失真，方案二可以只用一根线实现信号的双向传输，
3、具有接口简单、容易扩展等优点，并且可以挂接多个从机，适用于单片机、多从机构成的系统。DS18B20可以直接温度转换为串行数字信号，供单片机进行处理，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点。比较以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计容易实现，故实际设计中拟采用方案二。在本系统的电路设计方框图如图1.1所示。Stc12c5116s2CPUDSP18B20温度芯片键盘电路LED显示报警电路继电器PC机电源图1.1 温度计电路总体设计方案第2章 硬件系统方案设计2.1 DS18B20温度传感器简介DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高
4、性能抗干扰能力、强易配处理器等优点，特别适合用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（按9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片，它具有三引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围55125，可编程为912位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，业可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或者两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。从而可以看出DS18B20可以非常方便的被用于远距离多点温度
5、检测系统。图2.1温度芯片DS18B202.2单片机接口电路设计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，如图3.1所示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，可用一个三极管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， P2.2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，可用一个上拉电阻和stc12c5a16s2的P2.2来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为
6、10 s。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，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：l 初始化。l ROM操作指令。l 存储器操作指令。2.2.1晶振电路单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。图2.2.12.2.2串口引脚 P0口接9个2.2K的排阻然后接到显示电路上。P2.2温度传感器DS18B20如图2.2.2所示。 图2.2.2 DS18B20与单片机的接口电路P3.6引脚接继电器电路的4.7K的限流电阻上；P1口中P1.4、P1.5、P1.6、P1.
7、7分别接到显示电路的三极管上，P3.2接蜂鸣器电路，P1.3接到发光二极管上；P2口接到按键电路。2.2.3 其它引脚 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2.3键盘控制设计单片机应用系统中除了复位按键有专门的复位电路,以及专一的复位功能外,其它的按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。 键开关状态的可靠输入 ：为了去抖动我采用软件方法，它是在检测到有键按下时，执行一个10ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则确认为真正键按下状态，从而消除了抖动影响在这种行列式矩阵键盘非编码键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先
8、执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行扫描查询法；另一种是速度较快的线反转法。对照图示的3*4键盘，说明线反转法工作原理。首先辨别键盘中有无键按下，有单片机I/O口向键盘送全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：给P2口的一个口致0，其它致1，判断P2口值是否有变化，在判断是哪个按键按下。图2.32.4温度测试电路采用温度芯片DS18B20。可以直接将被测温度转换为串行数字信号，工单片机进行处理，具有低功耗、高功能、抗扰能力强等优点。图2.4温度传感器电路引脚图2.5温度控制器件电路单片机通过三极管
9、控制继电器的通断，最后达到控制外围器件电路的目的。当温度未达到要求时，单片机发送高电平信号使三极管饱和导通，继电器使电源与外围器件接通。当温度上升到预定温度时，单片机发送低电平信号三极管进入截止状态，继电器的弹片打到另一侧，使电热器与电源断开，外围器件截止。继电器电路中有一个PNP三极管的保护电路，即将一个二极管反向接到三机管的两端。连接方法如图2.5所示。图2.5其原理是：当继电器突然断电时，继电器产生很大的反向电流。二极管的作用是将反向电流分流，使流过三级管8050的电流比较小，达到保护三极管8050的作用2.6七段数码管显示电路 具体见实际连线图如图3.5，当位选打开时，送入相应的段码，
10、则相应的数码管打开，关掉位选，打开另一个位选，送入相应的段码，则数码管打开，而每次打开关掉相应的位选时，时间间隔低于20ms，从人类视觉的角度上看，就仿佛是全部数码管同时显示的一样。图2.62.7串口通信电路 串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线Universal Serial Bus或者USB混淆）。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢
11、，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。用于驱动和连线的改进，实际应用中RS-232的传输长度或者速度常常超过标准的值。RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。RS-232串口通信最远距离是50英尺。DB-9针连接头 1 2 3 4
12、5 / 6 7 8 9 / 从计算机连出的线的截面。RS-232针脚的功能：数据： TXD（pin 3）：串口数据输出RXD（pin 2）：串口数据输入握手：RTS（pin 7）：发送数据请求CTS（pin 8）：清除发送DSR（pin 6）：数据发送就绪DCD（pin 1）：数据载波检测DTR（pin 4）：数据终端就绪地线：GND（pin 5）：地线其他RI（pin 9）：铃声指示 第3章 软件系统分析与设计3.1程序结构分析主程序调用了5个子程序，分别是数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、单片机与PC机串口通讯程序。键盘扫描电路及按键处理程序：实现键
13、盘的输入按键的识别及进入相应的程序。温度信号处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。继电器控制程序：控制继电器动作串口通讯程序：实现PC机与单片机通讯，将温度数据传送给PC机。3.2系统程序流图系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，写入子程序等，按键子程序，串口通信程序，显示子程序，声光报警子程序。1）主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图4.2所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来 3.2.2 按键子程序流程图 3.2.3 18B20温度流程图3.2.3 串口通信子程序流程图第4章 调试主程序的功能是：启动DS18B20测量温度，将测量值与所设定的温度上下限值进行比较，若测得温度小于设定下限值，则进入声光报警子程序，这期间声光报警不间断的响起，直到温度在设定范围内，才终止声光报警程序，若测得温度大于所设定的温度上限值，亦进入声光报警子程序，此时声光报警不间断的响起，直到所测的温度在设定的安全范围内。第一次上电调试，设置温度上限为35摄氏度，温度下限为28摄氏度。但温度却不显示出来，后经检查发现原
