基于pid的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 （4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下：表3：配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111低五位一直都是1，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）表4：溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位0110位 ms1011位375 ms1112位750 ms四、高速暫存存儲器 高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對應(yīng)的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。表5是對應(yīng)的一部分溫度值。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。表5：DS18B20暫存寄存器寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位（LS Byte）0溫度值高位（MS Byte）11高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗值8根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。表6：ROM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS18B20溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對的DS18B20使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址。為操作各器件作好準備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片機工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。表6：RAM指令表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時最廠為750MS（）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ROM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM中第4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中重調(diào)EEPROM0B8H將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中底第4字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”。 并行I/O接口芯片的選擇在單片機控制系統(tǒng)中，經(jīng)常利用I/O接口芯片來擴張CPU的并行I/O端口。這類I/O接口芯片的種類很多。在單片機系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用的I/O接口芯片是8155。 Intel81558155是Intel公司研制的通用I/O接口芯片。AT89S52芯片和8155相連不僅可為外設(shè)提供兩個八位I/O端口（A口和B口）和一個六位I/O端口（C口），而且也為CPU提供一個256字節(jié)的RAM存儲器和一個14位定時器/計數(shù)器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖24 8155芯片引腳圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)8155共有七部分電路組成，她們是雙線數(shù)據(jù)總線緩沖器、地址鎖存器、地址譯碼器和讀寫編碼盤、RAM存儲器、I/O寄存器、命令寄存器和狀態(tài)寄存器以及定時器/計數(shù)器等。雙向數(shù)據(jù)總線緩沖器：該緩沖器是8位的，用于傳送CPU對RAM存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。地址譯碼器：共八位，用于鎖存CPU送來的RAM單元地址和端口地址。地址譯碼器和讀寫控制器：地址譯碼器的三位地址由地址鎖存器輸出端送來，譯碼后可以選中命令/狀態(tài)寄存器、定時器/計數(shù)器和ABC三個I/O寄存器中的某個工作。讀寫控制其接收RD和WR線上的信息，實現(xiàn)對CPU和8155間所傳信息的控制。RAM存儲器，容量為256字節(jié)，主要用于存放實時數(shù)據(jù)。存儲器存儲單元地址由地址鎖存器輸出端送來。I/O寄存器，分為ABC三個端口。A口和B口的I/O寄存器為8位，既可以存放外設(shè)的輸出數(shù)據(jù)又可以存放外設(shè)的輸入數(shù)據(jù)；C口的I/O寄存器只有6位，用于存放I/O數(shù)據(jù)或命令/狀態(tài)信息。8155在某一瞬間只能選中某個I/O寄存器工作，這有CPU送給8155的命令字決定。命令寄存器和狀態(tài)寄存器，皆為8位寄存器。命令寄存器存放CPU送來的命令字，狀態(tài)寄存器存放8155的狀態(tài)字。定時器/計數(shù)器，這是一個二進制14位的減1計數(shù)器，計數(shù)器初值由CPU通過程序送來。定時器/計數(shù)器由T/N輸入線上脈沖減1，每當計滿溢出時可在T/OUT線上輸出一個終止脈沖。 引腳功能（1）AD7AD0（8條）：AD7AD0為地址/數(shù)據(jù)總線，常可和MCS51的P0口相接，用于分時的傳送地址/數(shù)據(jù)信息。I/O總線（22條）：PA7PA0通用I/O線，用于傳送A口上的外設(shè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)外送方向由8155命令字決定。PB7PB0為通用I/O線，用于傳送B口上的外設(shè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送的方向也是由8155命令字決定的。PC5PC0為I/O數(shù)據(jù)/控制線，共6條，通用I/O方式下，用作傳送I/O數(shù)據(jù)，在選通I/O方式下，用作傳送命令/狀態(tài)信息。（2）控制總線（8條）RESET：8155總清輸入線，在RESET線上輸入一個大于600ns寬的正脈沖時，8155立即處于總清狀態(tài)，A、B、C三口也定義為輸入方式。CE和IO/M：CE為8155片輸入線，若CE=0，則CPU選中本8155工作；否則，本8155不工作。IO/M為I/O端口或RAM存儲器的選通輸入線；若IO/ M=0，則CPU選中8155的RAM存儲器工作；若IO/M=1 ，則CPU選中8155內(nèi)某一寄存器工作。RD和WR：RD是8155的讀/寫命令輸入線，WR為寫命令線當RD=0和WR=1時，8155處于讀出數(shù)據(jù)狀態(tài)；當RD=1和WR=0時，8155處于寫入數(shù)據(jù)狀態(tài)。ALE：為允許地址輸入線，高電平有效。若ALE=1，則8155允許AD7—AD0上的地址鎖存道“地址鎖存器”；否則，8155的地址鎖存器處于封鎖狀態(tài)。8155的ALE常和MCS51的同名端相連。T/IN和T/OUT：T/IN實計數(shù)器輸入線，其上脈沖用于對8155片內(nèi)14位計數(shù)器減1。T/OUT為計數(shù)器輸出線，當14位計數(shù)器從計滿回零時就可以在該引線上輸出脈沖波形，輸出脈沖的形狀和計數(shù)器工作方式有關(guān)。（3）電源線(2條)：Vcc為+5V電源輸入線，Vss為接地線。第3章 恒溫控制系統(tǒng)模塊分析設(shè)計 溫度的采集溫度測量轉(zhuǎn)換部分是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，直接影響系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的溫度測量方法是：溫度傳感器例如AD590，將測量的溫度轉(zhuǎn)換成模擬電信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機再對采集的數(shù)字信號進行處理[3]。這種模擬數(shù)字混合電路實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，濾波消噪難度大系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，鑒于這些考慮，本設(shè)計采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度的范圍為55176。C～+125176。C，現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字式傳輸，大大的提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20為3引腳， DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端。，用于將采集到的溫度送入單片機中處理，即可完成溫度采集部分硬件電路。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB形式表達，其中S為符號位。 DS18B20溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表LS ByteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit02322212021222324MS ByteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，；如果溫度小于0，這5位為1。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+℃的數(shù)字輸出為0191H，℃的數(shù)字輸出為FF6FH，55℃的數(shù)字輸出為FC90H。DS18B20采集到的溫度數(shù)字量存在31H（高位），30H（低位 按鍵設(shè)置本系統(tǒng)中，采用四個按鍵實現(xiàn)溫度的設(shè)定，分別為設(shè)定鍵、增鍵、減鍵和移位鍵，溫度值有三個位，通過移位鍵可以方便的設(shè)定溫度值。并接在8155PC口中。PC為讀入口 按鍵功能按鍵鍵名功能SET鍵設(shè)定鍵或退出鍵使系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，進入設(shè)置狀態(tài)或退出+ 鍵增鍵按一次當前值加1 鍵減鍵按一次當前值減1MOV鍵移位鍵按一次移動到另一位設(shè)置（在下面） LED數(shù)碼管顯示原理顯示電路實行LED顯示。這里采用八段共陽LED。A口字段口，B為在字位口。LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。八段LED顯示管有八只發(fā)光二極管組成，編號分別為a、b、c、d、e、f、gS、P，分別和同名管相連。八段LED數(shù)碼顯示管原理簡單，是通過同名管腳上所加電壓高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的字形的。例如，若在共陽LED管的SP、g、f、e、d、c、b、a管腳上分別加上80H控制電平（即SP上為TTL高電平，不亮，其余為0伏，亮），則LED顯示管顯示字形“8”。80H是按照SP、g、f、e、d、c、b、a順序排列后的十六進制編碼（0為TTL低電平，1為TTL高電平），常稱為字形碼。因此，LED上顯示字形不同，相應(yīng)字形碼也不一樣。 LED管的顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。（1）靜態(tài)顯示的特點是各個LED管能穩(wěn)定地同時顯示各自字形；動態(tài)顯示是指各LED輪流地一遍一遍顯示各自字符，人們因視覺氣管惰性而看到的是各LED似乎在同時顯示不同字形。但是靜態(tài)顯示所需的硬件開鎖大，CPU也無法預(yù)先知道什么時候需要改變LED的被顯示字符。為了減少硬件開鎖，提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，單片機控制控制系統(tǒng)通常采用動態(tài)掃描顯示。在本電路圖中，8031通過8155對三只共陽LED的接口電路；A口和所有LED的a、b、c、d、e、f、g、SP 引線相連，各LED控制端G和8155C口相連，故B口為字形口和C口為字形口，因為CPU可以通過C口控制各LED是否點亮。(2) 動態(tài)顯示采用軟件法把欲顯示十六進制（或BCD碼）轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的字形碼，故它通常需要在RAM區(qū)建立一個顯示緩沖區(qū)。顯示緩沖區(qū)內(nèi)包含的存儲單元個數(shù)常和系統(tǒng)中LED的個數(shù)相等。顯示緩沖區(qū)的起始很重要，它決定了顯示緩沖區(qū)在RAM中的位置。在本系統(tǒng)程序中，設(shè)置了70H