實(shí)用溫度控制器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待15～60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[5]。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，。（1）初始化時(shí)序： 初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，延時(shí)15～60us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us。（2）寫時(shí)序： 寫時(shí)序?qū)憰r(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us。（3）讀時(shí)序： 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序時(shí)，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us。（二）DS18B20的測溫原理：: ROM操作命令指令約定代碼功 能讀ROM33H讀DS18B20 ROM中的編碼。符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單線總線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20 使之作出響應(yīng)，為下一步對該DS18B20的讀寫作準(zhǔn)備。搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和識別64位ROM地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備。跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作。警告搜索命令0ECH執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng)。溫度變換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長為500MS，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM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的第3，4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將E2PRAM中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到E2PRAM中。重調(diào)0BBH將E2PRAM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3，4字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式，寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”。每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內(nèi)ROM 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號讀出。程序可以先跳過ROM，啟動(dòng)所有DSl8B20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配ROM，再逐一地讀回每個(gè)DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)。，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55 ℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55 ℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。：減法計(jì)數(shù)器斜率累加器減到0減法計(jì)數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0 測溫原理內(nèi)部裝置重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（三）DS18B20的測溫流程。初始化DS18B20跳過ROM匹配溫度變換延時(shí)1S跳過ROM匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成顯示碼數(shù)碼管顯示 DS18B20測溫流程第四節(jié) 人機(jī)交互與串口通信一、 人機(jī)交互人機(jī)交互、人機(jī)互動(dòng)（英文：Human–Computer Interaction或Human–Machine Interaction，簡稱HCI或HMI），是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系的學(xué)問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機(jī)器，也可以是計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件。人機(jī)交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流，并進(jìn)行操作。小如收音機(jī)的播放按鍵，大至飛機(jī)上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)要包含用戶對系統(tǒng)的理解（即心智模型），那是為了系統(tǒng)的可用性或者用戶友好性。操作系統(tǒng)的人機(jī)交互功能是決定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“友善性”的一個(gè)重要因素。人機(jī)交互功能主要靠可輸入輸出的外部設(shè)備和相應(yīng)的軟件來完成?？晒┤藱C(jī)交互使用的設(shè)備主要有鍵盤顯示、鼠標(biāo)、各種模式識別設(shè)備等。與這些設(shè)備相應(yīng)的軟件就是操作系統(tǒng)提供人機(jī)交互功能的部分。人機(jī)交互部分的主要作用是控制有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和理解并執(zhí)行通過人機(jī)交互設(shè)備傳來的有關(guān)的各種命令和要求。早期的人機(jī)交互設(shè)施是鍵盤顯示器。操作員通過鍵盤打入命令，操作系統(tǒng)接到命令后立即執(zhí)行并將結(jié)果通過顯示器顯示。打入的命令可以有不同方式，但每一條命令的解釋是清楚的，唯一的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，操作命令也越來越多，功能也越來越強(qiáng)。隨著模式識別，如語音識別、漢字識別等輸入設(shè)備的發(fā)展，操作員和計(jì)算機(jī)在類似于自然語言或受限制的自然語言這一級上進(jìn)行交互成為可能。此外，通過圖形進(jìn)行人機(jī)交互也吸引著人們?nèi)ミM(jìn)行研究。這些人機(jī)交互可稱為智能化的人機(jī)交互。二、 串口通信串口通信（Serial Communication）， 是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號線 、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。（一）?yīng)用隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信功能越來越顯得重要。這里所說的通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息交換。因此，通信既包括計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間，也包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進(jìn)行信息傳送，因此，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸。對于那些與計(jì)算機(jī)相距不遠(yuǎn)的人機(jī)交換設(shè)備和串行存儲(chǔ)的外部設(shè)備如終端、打印機(jī)、邏輯分析儀、磁盤等，采用串行方式交換數(shù)據(jù)也很普遍。在實(shí)時(shí)控制和管理方面，采用多臺(tái)微機(jī)處理機(jī)組成分級分布控制系統(tǒng)中，各 CPU 之間的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的接口?許多外設(shè)和計(jì)算機(jī)按串行方式進(jìn)行通信，這里所說的串行方式，是指外設(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，實(shí)際上，CPU 與接口之間仍按并行方式工作。（二）工作方式由于 CPU 與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“接收移位寄存器”（串→并）和“發(fā)送移位寄存器”（并→串）。 在數(shù)據(jù)輸入過程中，數(shù)據(jù) 1 位 1 位地從外設(shè)進(jìn)入接口的“接收移位寄存器”，當(dāng)“接收移位寄存器”中已接收完 1 個(gè)字符的各位后，數(shù)據(jù)就從“接收移位寄存器”進(jìn)入“數(shù)據(jù)輸入寄存器”。 CPU 從“數(shù)據(jù)輸入寄存器”中讀取接收到的字符。（并行讀取，即 D7~D0 同時(shí)被讀至累加器中）?！敖邮找莆患拇嫫鳌钡囊莆凰俣扔伞敖邮諘r(shí)鐘”確定。在數(shù)據(jù)輸出過程中，CPU 把要輸出的字符（并行地）送入“數(shù)據(jù)輸出寄存器”，“數(shù)據(jù)輸出寄存器”的內(nèi)容傳輸?shù)健鞍l(fā)送移位寄存器”，然后由“發(fā)送移位寄存器”移位，把數(shù)據(jù) 1 位 1 位地送到外設(shè)。“發(fā)送移位寄存器”的移位速度由“發(fā)送時(shí)鐘”確定。接口中的“控制寄存器”用來容納 CPU 送給此接口的各種控制信息，這些控制信息決定接口的工作方式?！盃顟B(tài)寄存器”的各位稱為“狀態(tài)位”，每一個(gè)狀態(tài)位都可以用來指示數(shù)據(jù)傳輸過程中的狀態(tài)或某種錯(cuò)誤。例如，用狀態(tài)寄存器的 D5 位為“1”表示“數(shù)據(jù)輸出寄存器”空，用 D0 位表示“數(shù)據(jù)輸入寄存器滿”，用 D2 位表示“奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)”等。能夠完成上述“串 并”轉(zhuǎn)換功能的電路，通常稱為“通用異步收發(fā)器”(UART ：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)，典型的芯片有：Intel 8250/8251，16550[10]。（三）接口標(biāo)準(zhǔn)①實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化：因?yàn)閬碜訡PU的是普通的并行數(shù)據(jù)，所以，接口電路應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù)。在異步通信方式下，接口自動(dòng)生成起止式的幀數(shù)據(jù)格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符。②進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換：串行傳送，數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的，而計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)。所以當(dāng)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)送至數(shù)據(jù)發(fā)送器時(shí)，首先把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)才能送入計(jì)算機(jī)處理。因此串并轉(zhuǎn)換是串行接口電路的重要任務(wù)。③控制數(shù)據(jù)傳輸速率：串行通信接口電路應(yīng)具有對數(shù)據(jù)傳輸速率——波特率進(jìn)行選擇和控制的能力。④進(jìn)行錯(cuò)誤檢測：在發(fā)送時(shí)接口電路對傳送的字符數(shù)據(jù)自動(dòng)生成奇偶校驗(yàn)位或其他校驗(yàn)碼。在接收時(shí)，接口電路檢查字符的奇偶校驗(yàn)或其他校驗(yàn)碼，確定是否發(fā)生傳送錯(cuò)誤。⑤進(jìn)行TTL與EIA電平轉(zhuǎn)換：CPU和終端均采用TTL電平及正邏輯，它們與EIA采用的電平及負(fù)邏輯不兼容，需在接口電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。⑥提供EIARS232C接口標(biāo)準(zhǔn)所要求的信號線：遠(yuǎn)距離通信采用MODEM時(shí)，需要9根信號線；近距離零MODEM方式，只需要3根信號線。這些信號線由接口電路提供，以便與MODEM或終端進(jìn)行聯(lián)絡(luò)與控制。（理論性強(qiáng)）第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖溫度控制系統(tǒng)采用AT89S51八位機(jī)作為微處理單元進(jìn)行控制。采用4X4鍵盤把設(shè)定溫度的最高值和最低值存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，還可以通過鍵盤完成溫度檢測功能的轉(zhuǎn)換。溫度傳感器把采集的信號與單片機(jī)里的數(shù)據(jù)相比較來控制溫度控制器。：AT89S51溫度控制報(bào)警電路顯示電路溫度傳感器鍵盤設(shè)定 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機(jī)AT89S51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣／保持電路、運(yùn)放、數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路以及進(jìn)行長距離傳輸時(shí)的串／并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時(shí)間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發(fā)送到AT89S51單片機(jī)上，經(jīng)過51單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器為點(diǎn)陣字符LCD，1602液晶模塊。檢測范圍5攝氏度到60攝氏度。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以設(shè)置一個(gè)溫度值，對所測溫度進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定溫度時(shí)，開始報(bào)警并啟動(dòng)相應(yīng)程序（溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇開；當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，加熱器開）。第二節(jié) 人機(jī)交互與串口通信單元設(shè)計(jì)一、 輸入電路設(shè)計(jì)（一）單片機(jī)電路： 單片機(jī)電路引腳圖（二）溫度傳感器電路： 溫度傳感器電路引腳圖二、 顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用了7段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機(jī)的輸出端口，便于程序的編寫。： 顯示電路圖三、 串口通信電路（一）繼電器電路。，三極管導(dǎo)通，電磁鐵觸頭放下來開始工作。： 繼電器電路圖（2） 晶振控制電路： 晶振控制電路圖 （三）復(fù)位電路： 復(fù)位電路圖第三節(jié) 控制執(zhí)行單元設(shè)計(jì)一、鍵盤單元單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路，以及專一的復(fù)位功能外，其它的按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。 鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入 ：為了去抖動(dòng)，所以采用軟件方法，它是在檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10ms的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動(dòng)影響[6]。在這種行列式矩陣鍵盤非編碼鍵盤的單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認(rèn)有無按鍵按下的程序段。當(dāng)確認(rèn)有按鍵按下后下一步就要識別哪一個(gè)按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。*4鍵盤，說明線反轉(zhuǎn)法工作原理。首先辨別鍵盤中有無鍵按下，有單片機(jī)I/O口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。方法是：向行線輸出全掃描字00H，把全部列線置為低電平，然后將列線的電平狀態(tài)讀入累加器A中。如果有按鍵按下，總會(huì)有一根行線電平被拉至低電平從而使行線不全為1。判斷鍵盤中哪一個(gè)鍵被按下是通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。方法是：依次給列線送低電平，然后查所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按