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1、目录1 引言11.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义21.2 温度控制系统的目的21.3 温度控制系统完成的功能32 总体设计方案32.1热敏电阻测温方案32.2温度传感器测温方案33 DS18B20温度传感器简介73.1 温度传感器的历史及简介73.2 DS18B20的工作原理83.3 DS18B20的测温原理104 单片机接口设计124.1 设计原则124.2 引脚连接125 系统整体设计135.1 系统硬件电路设计135.2 系统软件设计176 调试227 总结与展望23参考文献24基于单片机的温度控制系统设计xxx （指导老师：xx xx）（xxx学院 xxx学院 中国 xx
2、xxxxxx） 摘 要：该文介绍了一种基于DS1820的温度检测控制系统。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。本文旨在介绍一种基于MCS-51系列单片机和DS1820数字温度传感器的温度检测控制系统的开发，包括其开发背景、系统分析、电路原理、以及程序的编写与分析。关键词：单片机；温度控制系统；DS18B20温度传感器； 中图分类号：TP29Temperatur
3、e Control System Based On Single Chip MicrocomputerAbstract : This paper introduces a kind of based on DS1820 temperature detection and control systems. As people living standard unceasing enhancement, the single chip microcomputer control is undoubtedly one of the target of the convenience it bring
4、s is negative, the digital thermometer is a typical example, but people more and more high to its request, for modern people to work, scientific research, life, and provide better and more convenient facilities need, from the perspective of the number of single chip microcomputer technology, all tow
5、ard digital control, intelligent control direction. This article is to introduce a kind of based on MCS - 51 series microcontroller and temperature of the DS1820 digital temperature sensor control system development, including its development background, system analysis, circuit principle, as well a
6、s the preparation and analysis of the program. Key words: Single chip microcomputer; Temperature control system; DS18B20 temperature sensor基于单片机的温度控制系统设计xxx （指导老师：xx 助教）（xxxx学院 xxxxx学院 中国 xx xxxx）1 引言温度是一个永恒的话题和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。温度的变化会给我们的生活、工作、生产等带来重大影响，因此对温
7、度的测量及控制至关重要。其测量控制一般使用各式各样形态的温度传感器。随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度传感器的作用日显突出，已成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其用途已遍及工农业生产和日常生活的各个领域1。然而,随着科学测量的发展,数据采集及其应用也受到了人们的关注，数据采集系统得到迅速的发展，被广泛应用于各种领域。数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数
8、据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。温度是生活及生产中非常基本的物理量，它是物体冷热程度的表征。自然界中一切物理和化学过程都紧密与温度相关联。在我们的日常生活中，温度的测量和控制都直接影响我们的生活环境，以及我们的生产生活，对工业、农业等都用重要的影响。因此，温度的测量和控制在国民经济许多的方面中，均受到了相当程度的重视。在我们实际的生活环境下，由于
9、系统内部与外界的热交换是很难控制的，而且其他热源的干扰也是难以精确的计算，因此温度量的变化，容易受到难以预测的外界环境扰动的影响。为了使系统与外界的能量交换，尽可能的符合人们的要求，我们就需要其他手段来实现这样一个隔热的目的。例如，可以让目标系统的内部环境与其外部环境的温度同步变化。由热力学第二定律，这两个温度相同的系统之间逐步的达到最终的热平衡，利用这样一个与目标系统温度同步的隔离层，就可以把外界和目标系统完全进行热隔离。另外，在大多数的实际环境中，温度增加要比使温度降低方便得多。因此，对温度的控制精度要求，如果是比较高的情况下，冲现象是不允许出现的，即目标温度的控制不能让实际温度超过。尤其
10、是隔热效果、较好的环境，温度一旦出现过冲，温度是很难被降低下来的。这是因为，很多应用中只有加热环节，而没有冷却的装置。道理同样，对于只有冷却，没有加热环节的应用中，目标温度高于实际温度，对控制效果的影响也是非常大的。但生活中同样存在很多的应用，有时在一个环境中要对多个系统进行温度控制。鉴于上述这些特点，高精度温度控制的难度比较大，而且不同的应用环境也需要不同的控制策略。同一环境同样可能需要多通道的温度控制系统，下面就简要的讨论一下，自动温度检测与控制技术的发展与现状。1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数，随着社会的发展，科技的进步，以
11、及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是一个重要的物理量，它反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。在工、农业生产和日常生活中，各个环节都与温度紧密相联，温度的准确监测及控制占据着极其重要地位。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行等。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓
12、的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。可见，温度的测量和控制是非常重要的。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。利用单片机对温度进行控制的技术也随之而生，并日益发展和完善，且越来越显示出它的优越性。1.2 温度控制系统的目的本设计的内容是温度测试控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制。而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，
13、是一款既实用又廉价的控制系统。1.3 温度控制系统完成的功能本设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动启动加热继电器加温，使温度上升，同时绿灯亮。当温度上升到下限温度以上时，停止加温；当温度高于设定上限温度时，系统自动启动风扇降温，使温度下降，同时红灯亮。当温度下降到上限温度以下时，停止降温。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。三个数码管即时显示温度，精确到小数点一位。2 总体设计方案2.1 热敏电阻测温方案测温电路的设计，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
14、，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，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。2.2 温度传感器测温方案考虑使用温度传感器，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。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2.1所示，它由三部分组成: （1）控制部分主芯片采用单片机AT89S51； （2）显示部分采用3位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示； （3）温度采集部分采用DS18B20温度传感器2。加热继
15、电器电风扇继电器单 片 机DS18B20LED显示指示灯图2.1 温度计电路总体设计方案1) 控制部分单片机AT89S51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统应用三节电池供电。2) 显示部分显示电路采用3位共阳LED数码管，从P0口送数，P2口扫描。3) 温度采集部分DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感
16、器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚传到单片机的P1.0口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单 （1） DS18B20的性能特点如下3：1) 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2) 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3) 无须外部器件；4) 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V；5) 零待机功耗；6) 温度以3位数字显示；7) 用户可定义报警设置；8) 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； 9) 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 (2) DS18B20的
17、内部结构4 DS18B20采用3脚PR35封装，如图2.2所示；DS18B20的内部结构，图2.2 DS18B20封装(3) DS18B20内部结构主要由四部分组成5： 1) 64位光刻ROM。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56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。64位闪速ROM的结构如下.表2.1 ROM结构8b检验CRC48b序列号8b工厂代码（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 2) 非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。 3) 高速暂存存储，可以设置DS1
18、8B20温度转换的精度。 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E2PRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图2.3所示。图2.3 DS18B20内部结构头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，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工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如表2.2所示。低5位一直为，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。 表2.2 DS18B20内部存储器结
19、构Byte0温度测量值LSB（50H）Byte1温度测量值MSB（50H）E2PROMByte2TH高温寄存器-TH高温寄存器Byte3TL低温寄存器-TL 低温寄存器Byte4配位寄存器-配位寄存器Byte5预留（FFH）Byte6预留（0CH）Byte7预留（IOH）Byte8循环冗余码校验（CRC）2) 非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。3) 高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率,如表2.3 。表2.3 DS18B20字节定义TM R1R0 1
20、1 1 1 1由表2.4可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。表2.4 DS18B20温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750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。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。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后
21、，数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位S0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。表2.5是一部分温度值对应的二进制温度数据6。表2.5一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 000
22、0 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H4) CRC的产生 在64bROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数。3 DS18B20温度传感器简介3.1 温度传感器的历史及简介温度的测量是从金属(物质)的热胀
23、冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。不过在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。3.2 DS18B20的工作原理3.2.1 DS18B20工作时序根据DS18B20的通
24、讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：（1）每一次读写之前都必须要对DS18B20进行复位；（2）复位成功后发送一条ROM指令；（3）最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1560微秒左右后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，具体工作方法如图3.1，3.2，3.3所示。(1) 初始化时序 图3.1 初始化时序总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且
25、准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7K上拉电阻将总线拉高，延时1560us，并进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us7。(2) 写时序图3.2 写时序写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us。(3) 读时序 图3.3 读时序总线器件仅在主机发出读时序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命
26、令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取总线当前电平，然后延时50us。3.2.2 ROM操作命令当主机收到DSl8B20 的响应信号后，便可以发出ROM 操作命令之一，这些命令如表3.1;ROM操作命令8。表3.1 ROM操作命令指令约定代码功 能读ROM33H读DS18B20 ROM中的编码符合ROM55H发出此命令之后，
27、接着发出64位ROM编码，访问单线总线上与该编码相对应的DS18B20 使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读写作准备搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件作好准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令，适用于单片工作。告警搜索命 令0ECH执行后，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应温度变换44H启动DS18B20进行温度转换，转换时间最长为500MS，结果存入内部9字节RAM中读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的第3，4字节写上、下限温度数据
28、命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据复制暂存器48H将E2PRAM中第3，4字节内容复制到E2PRAM中调E2PRAM0BBH将E2PRAM中内容恢复到RAM中的第3，4字节读 供 电方 式0B4H读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外接电源供电DS18B20发送“1”3.3 DS18B20的测温原理3.3.1 DS18B20的测温原理:每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM 中。主机在进入操作程序前必须用读ROM(33H)命令将该DSl8B20的序列号读出。程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，
29、之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数据。DS18B20的测温原理如图3.4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的
30、脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3.4中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。 另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲
31、）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据9。减法计数器斜坡累加器减到0减法计数器预 置低温度系数振 荡 器高温度系数振 荡 器计数比较器预 置温度寄存器减到0图3.4 测温原理内部装置3.3.2 DS18B20的测温流程初始化DS18B20跳过ROM匹配温度变换延时1S跳过ROM匹配读暂存器转换成显示码数码管显示图3.5 DS18B20测温流程4 单片机接口设计4.1 设计原则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
32、提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。本设计采用电源供电方式， P1.1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MOSFET管和89S51的P1.0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：(1) 初始化；(2) ROM操作指令；(3) 存储器操作指令。4.2 引脚连接4.2 引脚连接4.2.1 晶振电路单片机
33、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。4.2.2 串口引脚P0口接9个2.2K的排阻然后接到显示电路上。P1.0温度传感器DS18B20如图3.1所示。图4.1 DS18B20与单片机的接口电路P1.1和P1.2引脚接继电器电路的4.7K电阻上，P1口其他引脚悬空P2口中P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分别接到显示电路的4.7K电阻上，P2.5接蜂鸣器电路，其他引脚悬空P3口中P3.5、P3.6、P3.7接到按键电路4.2.3 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接电源。5 系统整体设计5.1
34、 系统硬件电路设计5.1.1 主板电路设计单片机的P1.0接DS18B20的2号引脚，P0口送数P2口扫描，P1.1、P1.2控制加热器和电风扇的继电器。如附录2。5.1.2 各部分电路(1) 显示电路显示电路采用了八段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。图5.1 显示电路图四位数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。能显示4个数码管叫四位数码管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳
35、极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。本方案选择的是八段共阴极数码管。(2) 单片机电路图5.2 单片机电路引脚图P1.1和P1.2引脚接继电器电路的4.7K电阻上，P1口其他引脚悬空。P2口中P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分别接到显示电
36、路的4.7K电阻上，P2.5接蜂鸣器电路，其他引脚悬空。P3口中P3.5、P3.6、P3.7接到按键电路。(3) DS18B20温度传感器电路图5.3 温度传感器电路引脚图DS18B20的测温原理如图5.3所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1
37、和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。(4) 晶振控制电路图5.4 晶振控制电路图单片机执行指令的过程可分为取指令、分析指令和执行指令三个步骤，每个步骤又由许多微操作所组成，这些操作必须在统一的时钟频率下才能按照正确的顺序执行。单片机的时钟信号可以由两种方式产生，即
38、内部时钟方式和外部时钟方式。内部时钟方式是利用单片机芯片内部的振荡电路实现的，此时需通过单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接定时元件，定时元件一般利用晶体振荡器和电容组成并联谐振回路，电容C1和C2一般取30pF左右，主要中译英是帮助振荡器起振，晶体的振荡频率范围在1.2-13MHz.晶体振荡频率越高，则系统的时钟频率也越高，单片机运行速度也就越快10。5.2 系统软件设计5.2.1 系统软件设计整体思路一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用
39、很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与S51系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级
40、语言编制程序的速度比较快，也便于学习和交流，但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小的系统。同时，本系统对位处理要求很高，需要解决大量的逻辑控制问题。MCS51指令系统的指令长度较短，它在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编成的程序占用内存单元少，执行也非常的快捷，与本系统的应用要求很适合。而且MCS51指令系统有丰富的位操作（或称位处理）指令，可以形成一个相当完整的位操作指令子集，这是MCS51指令系统主要的优点之一。对于要求反应灵敏与控制及时的工控、检测等实时控
41、制系统以及要求体积小、系统小的许多“电脑化”产品，可以充分体现出汇编语言简明、整齐、执行时间短和易于使用的特点。本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的程序（初始化子程序、写程序和读程序）。5.2.2 系统程序流图系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等。(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5.7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
42、后通过调用显示子程序显示出来。图5.5 主程序流程图2）读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。 DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。在读出温度子程序中，先对温度传感器采集的环境温度进行校验，正确后写入子程序，后经显示程序显示。DS18B20复位、应答子程序跳过ROM匹配命令写入子程序温度转换命令写入子程序显示子程序(延时)延时1S读暂存器转换成显示码数码管显示终 止 图5
43、.6 读出温度子程序3）复位、应答子程序P1.0口清0开始延时537USP1.0口置1否50US是否有低电平是标志位置1P1.0口置1234US低电平标志位置0终止图5.7 复位、应答子程序4）写入子程序开始进位C清0终止R2是否为0P1.0置 0延时46US带进位右移延时12USP1.0清0图5.8 写入子程序5)系统总的流程图开 始初始化DS18B20显示当前温度判断当前温度值超过设定温度上限报警红灯亮设定温度上、下限报警是否低于设定温度下限是绿灯亮否图5.9 系统总的流程图5.3 调试主程序的功能是：启动DS18B20测量温度，将测量值与给定值进行比较，若测得温度小于设定值，则进入加热阶
44、段，置P1.1为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置P1.1为高电平断开可控硅，关闭加热器，等待下一次的启动命令。当测得温度大于设定值，则进入降温阶段，则置P1.2为低电平，这期间继续对温度进行监测，直到温度在设定范围内，置P1.2为高电平断开，关闭风扇，等待下一次的启动命令。第一次接电调试，设置温度上限为90摄氏度，温度下限为20摄氏度。加热后，温度有时超过90摄氏度却不报警，后经检查，发现是进位C没有清0，于是在如下写入程序中加入进位C清零，便排除了这个异常。 WR1:CLR P1.0MOV R3,#6DJNZ R3,$RRC AMOV P1.0,CMOV R3,#2
45、3DJNZ R3,$SETB P1.0NOPDJNZ R2,WR1RET; 读DS18B2再经实际接电调试，一切运行正常。加热到90摄氏度时，红灯亮起，自动断电，而低于20摄氏度时，绿灯亮起，开始加热。6 总结与展望本设计使用的温度控制器结构简单、测温准确，具有一定的实际应用价值。该智能温度控制器只是DS18B20在温度控制领域的一个简单实例，还有许多需要完善的地方，例如可以将测得的温度通过单片机与通讯模块相连接，以手机短消息的方式发送给用户，使用户能够随时对温度进行监控。此外，还能广泛地应用于其他一些工业生产领域，如建筑，仓储等行业。本温度控制系统可以应用于多种场合，像的温度、育婴房的温度、水温的控制。用户可灵活选择本设计的用途，有很强的实用价值。7 参考文献1 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程M. 北京:电子工业出版社, 2009:9-922 林立, 张俊亮, 曹旭东, 刘得军. 单片机原理及应用: 基于Proteus和Keil C. 北京: 电子工业出 版社, 2009:18-583 潘永雄. 新编单片机原理与应用M. 西安: 西安电子科技
