基于51單片機(jī)的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)—畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-資料下載頁

【導(dǎo)讀】而要實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)溫度系統(tǒng)的控制目前在市場上是很少的，單個(gè)的主機(jī)對(duì)各個(gè)溫控。的對(duì)象進(jìn)行控制顯得資源浪費(fèi)，為了解決這個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)一個(gè)主機(jī)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，本課題主要對(duì)實(shí)現(xiàn)了雙通道的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的說明。本設(shè)計(jì)主要是基于STC89C51單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，面的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)；而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。所以此裝置不僅輕便、穩(wěn)。定，而且功能非常實(shí)用。

　　

【正文】 無 讀數(shù)據(jù) 輸入 RS=HR/W=H E=H 輸出 D0— D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入 RS=HR/W=L D0— D7=數(shù)據(jù) E=高脈沖 輸出 無 (3)基本操作時(shí)序表 [1] 讀寫操作時(shí)序如圖 52和 53所示： 圖 52 讀操作實(shí)現(xiàn) 圖 53 寫操作時(shí)序 [1] 張毅剛 .新編 MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) [M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版， 2021 22 第 22 頁 共 54 頁 地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 54 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。 圖 54 1602LCD 內(nèi)部顯示地址 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如圖 1058 所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每 一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 DS18b20 溫度傳感器 DS18B20 的簡介 溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時(shí) DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得 DS18B20 更受歡迎。對(duì)于我們普通的電子愛好者來說， DS18B20的優(yōu)勢(shì)更是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對(duì)單片機(jī)開發(fā)的思路。其管腳圖如圖 39 所示。 （ 1）獨(dú)特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 2）在使用中不需要任何外圍元件 （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +~ + V。 （ 4）測(cè)溫范圍： 55 ~+125 ℃。固有測(cè)溫分辨率為 ℃。 （ 5）通過編程可實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 （ 7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 （ 8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、溫度傳感器、 23 第 23 頁 共 54 頁 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 ROM中的 64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個(gè) DS18B20 的 64位序列號(hào)均 不相同。64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X^8＋ X^5＋ X^4＋ 1）。 ROM 的作用是使每一個(gè)DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 圖 55 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 56 DS18B20 管腳排列 DS18b20 初始化操作流程 DS18b20 單線通信功能是分時(shí)完成的，且有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因而時(shí)序很重要，對(duì)其操作的程序設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格按照時(shí)序的先后次序與 延時(shí)時(shí)間，才能保障對(duì)其操作的可靠實(shí)現(xiàn)。有 DS18B20 的操作協(xié)議，根據(jù) DS18B20 的初始化時(shí)序、寫時(shí)序、讀時(shí)序要求，設(shè)計(jì)出對(duì)操作的通用初始化子程序模塊、寫字節(jié)程序模塊、讀字節(jié)程序模塊。以下選取初始化子程序的說明其設(shè)計(jì)。 （ 1） DS18B20 的初始化 ： 初始化時(shí)序如圖 57所示。 具體步驟： 圖 57 DS18B20 初始化時(shí)序 ① 先將數(shù)據(jù)線置高電平 “1” 。 ② 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） ③ 數(shù)據(jù)線拉到低電平 “0” 。 ④ 延 時(shí) 750微秒（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從 480 到 960 微秒）。 24 第 24 頁 共 54 頁 ⑥ 數(shù)據(jù)線拉到高電平 “1” 。 ⑦ 延時(shí)等待（如果初始化成功則在 15 到 60毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由 DS18B20 所返 回的低電平 “0” 。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行 等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。 ⑧ 若 CPU 讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平 “0” 后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的 高電平算起（第（ 5）步的時(shí)間算起）最少要 480 微秒。 ⑨ 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平 “1” 后結(jié)束。 （ 2） DS18B20 的 寫操作 ： 圖 58 DS18B20 寫時(shí)序 具體步驟： ① 數(shù)據(jù)線先置低電平 “0” 。 ② 延時(shí)確定的時(shí)間為 15微秒。 ③ 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 ④ 延時(shí)時(shí)間為 45 微秒。 ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 ⑥ 重復(fù)上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 ⑦ 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 （ 3） DS18B20 的讀操作 圖 59 DS18B20 讀時(shí)序 25 第 25 頁 共 54 頁 具體步驟： ① 將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 ② 延時(shí) 2微秒。 ③ 將數(shù)據(jù)線拉低 “0” 。 ④ 延時(shí) 15微秒。 ⑤ 將數(shù)據(jù)線拉高 “1” 。 ⑥ 延時(shí) 15微秒。 ⑦ 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 ⑧ 延時(shí) 30微秒。 DS18B20 與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì) 以 MCS51單片機(jī)為例，中采用寄生電源供電方式， 口接單線總線為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管和 89C51 的 來完成對(duì)總線的上拉。當(dāng) DS18B29 處于寫存儲(chǔ)器和溫度 A/D 變換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟 時(shí)間最大為 10us。采用寄生電源供電方式時(shí) VDD 和 GND 端均接地。由于單線只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。假設(shè)單片機(jī)系統(tǒng)所用的晶體管晶振頻率為 12MHZ，根據(jù) DS18B20 的初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，分別編寫三個(gè)子程序：INTI 為初始化子程序， WRITE 為寫子程序， READ 為讀子程序，所有的數(shù)據(jù)讀寫均由最低位開始，實(shí)際在實(shí)驗(yàn)中不用這種方式，只要在數(shù)據(jù)線上加一個(gè)上拉電阻 ，另外兩個(gè)引腳分別接電源和地。 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集電路主要由數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集水溫的溫度。溫度傳感器的單總線 (1Wire)與單片機(jī)的 I／ O連接， 是單片機(jī)的高位地址線。 P3 端口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O，每個(gè)端口都有第二功能，其輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或 輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)該端口寫“ 1”，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端口拉至高電平，此時(shí)可作為輸入口使用，這是因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 6 系統(tǒng)原理圖及 PCB 圖 系統(tǒng)原理圖 從功能模 塊上來系統(tǒng)分有：主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、電源電路、控制執(zhí)行電路。各個(gè)模塊電路通過主機(jī)電路控制，協(xié)調(diào)一致的進(jìn)行工作。完成對(duì)被測(cè)物體的溫度控制，如圖 61所示。具體系統(tǒng)原理圖見附錄一。 26 第 26 頁 共 54 頁 圖 61 系統(tǒng) PCB 圖 在 PCB圖的布局時(shí)，根據(jù)電路特點(diǎn)進(jìn)行了原件的合理擺放，原件封裝大小、和焊盤的設(shè)置都進(jìn)行相關(guān)確認(rèn)之后用手動(dòng)進(jìn)行布線，其中為了節(jié)省空間，將晶振電路放到了單片機(jī)的底座下，這樣既節(jié)省了空間也使電路看起來更加美觀，如圖 62所示。具體 PCB圖見附錄二。 圖 62 7 軟件設(shè)計(jì) 在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件與硬件都是非常重要。系統(tǒng)的軀體是硬件，靈魂則是軟件，硬件電路在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)好之后，軟件是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的主要方式，而且測(cè)控系統(tǒng)的性能 27 第 27 頁 共 54 頁 很大程度上是由軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。為了達(dá)到系統(tǒng)的要求，編制軟件時(shí)一般要符合以下基本要求： 一、易理解性、易維護(hù)性 要達(dá)到易理解和易維護(hù)等指標(biāo)；在軟件的設(shè)計(jì)方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是最好的一種設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法是由整體到局部，然后再由局部到細(xì)節(jié)，先考慮整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個(gè)目標(biāo)分成一個(gè)個(gè)的任務(wù)，任務(wù)中可以分成若干個(gè)子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐個(gè)實(shí)現(xiàn)。 二、實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性是電子測(cè)量系統(tǒng)的普遍要求；即要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。近年來，由于硬件的集成度與運(yùn)算速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實(shí)時(shí)性比較容易滿足設(shè)計(jì)要求。 三、準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性；準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進(jìn)行一定量的運(yùn)算，算法的正確性和準(zhǔn)確性對(duì)結(jié)果有著直接的影響，因此在算法的選擇、計(jì)算的精度等方面都要符合設(shè)計(jì)的要求。 四、可靠性；是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，作 為能夠穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)，抗干擾技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的，最起碼的要求是在軟件受到干擾出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)還能恢復(fù)正常工作。 系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊。 軟件組成 由于整個(gè)系統(tǒng)軟件相對(duì)比較龐大，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設(shè)計(jì)。即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模 塊等組成。主模塊的功 能是為其余幾個(gè)模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作數(shù) 據(jù)采集模塊的作用是將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量采集并儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，下面就介紹本系統(tǒng)幾個(gè)主要的程序模塊。 主程序模塊 主程序模塊要做的主要工作是上電后對(duì)系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對(duì)單片機(jī)的初始化、 LCD1602 液晶屏初始化， DS18B20 初始化，以及對(duì)各器件初始化等。然后等待溫度設(shè)定，剛開始會(huì)給液晶屏的溫度由程序已經(jīng)設(shè)定好初始化數(shù)據(jù)，然后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，檢測(cè)判斷系統(tǒng)運(yùn)行鍵是否按下，若 檢測(cè)到相關(guān)的鍵盤有按下，則相當(dāng)于給單片機(jī)一個(gè)輸入指令，說明系統(tǒng)運(yùn)行，則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊，并執(zhí)行相應(yīng)的程序指令，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。如圖 71 所示：主程序模塊的程序流程圖，見附錄三。 28 第 28 頁 共 54 頁