《毕业设计论文基于单片机的激光器温度控制系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文基于单片机的激光器温度控制系统设计.doc（50页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、哈尔滨理工大学学士学位论文激光器温度控制设计摘要温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用本文主要从硬件和软件两方面介绍了绿光激光器的温度控制系统的设计思路，简单说明如何实现对激光器温度的控制，并对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。还介绍了在激光器温度控制系统的软硬件设计中的一些主要技术关键环
2、节,该系统主要以MCS-51单片机为核心,由温度检测电路, 显示电路, 控制电路等构成。用MCS-51单片机设计的激光器温度检测电路是本次设计的主要内容，是整个单片机温度控制系统设计中不可缺少的一部分，该系统对温度进行了实时采集与检测。通过温度传感器实现对激光器的温度采集，通过七段数码管来显示激光器的温度，通过小型风机以及加热器来控制激光器的温度的升降，本设计介绍的激光器温度自动控制系统的主要内容包括：系统方案、元器件选择、系统理论分析、硬件设计、软件设计、系统调试及主要技术性能参数。关键词单片机；温度传感器；激光器；温度控制The Design of Temperature Control
3、For Laser Component AbstractThe temperature is constantly in the daily life of physical and temperature controls in various fields have a positive meaning. A lot of businesses have a lot of power heating equipment, such as that used for the heat treatment furnace, for melting metal crucible resistan
4、ce heaters and the various uses of temperature bins, SCM using their right to control not only easy to control, simple, such as the characteristics of flexibility, but can also significantly increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality of
5、the products. Therefore, intelligent temperature control technology is being widely adoptedThe design of laser components temperature control system is introduced from hardware and software, and simply explains how to achieve the temperature control. The hardware principle and software case fig are
6、described. Some important techniques in a design scheme of the hardware and the software of the laser components temperature control by single-chip microcomputer are introduced. The system mostly takes 8051 single-chip microcomputer as a core， it is structured by temperature testing circuit, display
7、 circuit, control circuit and so on.The main content of this design is temperature testing circuit that uses AT89C51 single-chip microcomputer .It is a part of the whole design that cannot be lacked. The system is used to collect and control laser components temperature in real time. Through the led
8、 to display the number of the laser component. The temperature automatic control system is based on single-chip microcomputer is described in the article including system scheme，parts of an apparatus choice, theoretical analysis，the design of hardware and software, system testing，and the main techni
9、cal performance parametersKeywords microcontroller; temperature sensor; laser component; temperature control- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的目的与意义11.2国内外文献综述11.3论文研究内容2第2章 总体方案32.1 基本设计思路32.2 具体设计考虑32.2.1 电路的基本设计方案32.2.2 各器件的功能42.3 本章小结4第3章 硬件设计53.1 单片机的选取53.1.1 AT89C51的主要特性63.1.2 AT89C51的引脚功能73
10、.2 传感器的选取93.2.1 DS18B20的性能特点93.2.2 DS18B20内部结构103.2.3 DS18B20的工作原理113.2.4 DS18B20的测温原理133.3 串口的选取153.3.1 串口通信的工作原理153.3.2 MAX232概述163.4 电路中数码管的选取173.5 74LS47的简介183.6 控制电路的设计193.6.1 加热控制电路设计193.6.2 继电器的选用203.6.3 降温控制电路设计213.7 电源电路设计223.8 本章小结23第4章 软件设计244.1 系统软件设计的整体思路244.2 程序功能244.3 系统程序流程图254.4 本章小
11、结26第5章 系统调试、故障分析与结果275.1 硬件调试与故障分析275.1.1 硬件调试275.1.2 故障分析285.2 本章小结29结论30致谢31参考文献32附录A33附录B34附录C40第1章 绪论1.1 课题研究的目的与意义近年来，随着激光显示技术的不断发展，激光显示正在越来越受到关注。激光显示技术在图像质量、产品寿命、节能、环保、易于实现大屏幕等方面具有显著优势，被誉为“人类视觉史上的革命”，有望成为下一代显示技术的主流。面对目前我国平板显示产业核心关键技术缺失的产业现状，前瞻性地发展具有自主知识产权的激光显示技术是实现显示产业结构调整和跨越式发展的必由之路。可以预见激光显示技
12、术将在公共信息大屏幕、数码影院、家庭影院以及便携式投影等领域具有极大的发展空间和广阔的应用前景，这将会是一个极其巨大的市场。 光源采用创新设计的准随机相位RGB激光光源，采用一体化封装技术，有效减小光源体积，同时有效提高光源寿命及可靠性，采用准随机调制技术，无需增加外围消散斑部件，从根本上消除了激光显示存在散斑的缺点1。在本设计中我主要研究了RGB激光光源中绿光激光器的温度控制设计，任务是使其控制在所设定的温度范围内。1.2国内外文献综述激光显示技术是继黑白显示、标准彩色显示和数字显示后的下一代显示技术。激光显示能实现传统显示所达到的所有先进技术指标，如大屏幕、高分辨率、数字化等，同时由于激光
13、显示使用激光作为光源，激光的光谱是线谱,本身显现的颜色即为光谱色，且激光具有波长可选择和高光谱亮度的特点，因此用红、绿、蓝三色激光器作为光源的三基色所构成的三角形色域空间更大, 且具有很高的色饱和度，其色域覆盖率可达荧光粉的2倍以上，可以覆盖人眼所能识别色彩空间的90以上，远高于目前CRT电视、液晶电视、等离子电视30%左右的覆盖范围，因此激光显示可以获得更高的饱和度、更丰富的颜色和更逼真的视觉效果，将彻底突破前3代显示技术中色域空间的不足，实现最完美色彩还原，使人们通过显示终端看到我们最真实、最绚丽的世界。而激光显示中最核心的器件为RGB激光器1。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量
14、和控制技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。利用微机对温度进行测控的技术，也便随之而生，并得到日益发展和完善，越来越显示出其优越性。目前, 单片微机已普遍地作用于生产过程的自动控制领域中。单片机以其体积小、价格低廉、可用其构成计算机控制系统中的智能控制单元和可靠性高等特点, 受到广大工程技术人员的重视。温度是生产过程中最常见的物理量, 许多生产过程是以温度作为其被控参数的。因此,温度控制系统是典型的控制系统2。1.3论文研究内容在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中3。
15、采用MCS-51单片机来对激光器温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。在本设计中我主要研究了RGB激光光源中绿光激光器的温度控制设计，任务是使其控制在所设定的温度范围内。系统需实现如下功能和指标：1.温度给定值在32左右并且现场可调；2.温度控制误差2；3.实时显示温度值；4.用风机和加热器来实现温度的控制；5.控制参数可在线修改。第2章 总体方案2.1 基本设计思路首先进行主控制电路设计及元件的选择。本次设计选用AT89C51单片机来实现电
16、路控制、运算等功能；选用温度传感器作为温度采集单元来实现温度数据的采集。确立主电路元件后，再根据设计要求指标进行其它控制电路的设计及元器件的选择。此温度控制系统设计选用加温和降温两方面来实现温度的稳定，分别通过单片机控制驱动电路。当继电器由主电路驱动后，分别控制所带控制电路动作，实现加温和降温功能，达到温控目的。此外，控制电路设计完毕后再进行其它电路设计。显示电路设计，通过单片机操作，将温度以十进制方式显示出来。电源电路，分别设计了5V电源用于主电路的电源要求，及12V电源用于带动加热及风机控制电路。温度控制系统就是将测得的实时温度送到单片机里与设定温度比较并进行相关转化，从而控制执行机构调整
17、温度。当该系统接入电源后，数码管直接显示由温度传感器测得的当前温度。系统自行将由温度传感器测得的当前温送到实时温度显示器。当实测温度低于设定温度下限值时，由单片机控制加热驱动得电，加热器加热，加热指示灯亮，同时，风机控制为停止工作状态，风机动作指示灯灭。当实测温度高于设定温度上限值时，电热器停止加热，加热指示灯灭，单片机系统转换到降温控制口，调动风机进行控制，此时风机动作指示灯亮。2.2 具体设计考虑2.2.1 电路的基本设计方案方案一：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，
18、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。方案二：考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只温度传感器，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由三部分组成:1. 控制部分主芯片采用单片机；2. 显示部分采用2位LED数码管以动态扫描方式实现温度显示；3. 温度采集部分采用温度传感器。 单片机显示模块控制模块指示灯温度传感器PC图2-1温度控制电路总体方案2.2.2 各器件的功能1.单片机的功能：将温度传感器测得的温度与设定温
19、度比较从而输出控制信号驱动控制电路，控制加热模块及风机控制模块在设计要求内进行动作。将由温度传感器测得的温度进行转换处理由P0口输出显示3。2.温度传感器的功能采集实时温度并通过单片机将温度进行处理转换。3.数码管的功能两位显示将温度传感器测得的实时温度显示出来。4.加热器及驱动的功能由单片机控制串口控制加热驱动的动作，驱动器驱动加热器进行加热。5.风机控制及驱动的功能由单片机控制风机的驱动，调动风机进行降温控制。2.3 本章小结根据功能和指标要求，本系统从元件开始设计，选用单片机为主控机。为激光器的温度传感器，通过扩展必要的外围接口电路，实现对激光器温度的测量和控制。简述了在本设计中的思路及
20、电路与各器件的功能。第3章 硬件设计3.1 单片机的选取在此设计中我采用了ATMEL的AT89C51单片机，是由于它是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机的最小系统是指能使单片机正常工作的由最少的器件构成的系统，一般由单片机、时钟电路和复位电路组成。 单片机的最小系统设计分三部分如下：1 电源与接地端AT89C51单片机的40脚为电源端，20脚为接地端。要使AT89C51工作，就必须给40脚接+5V电源，20脚接地。2 复位电路计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。那么，作为一个温
21、度系统，同样也需要一个复位使系统在运行过程中遇到特别情况是可以得以复位，重新开始工作。AT89C51单片机有一个复位引脚RET，当振荡起振后，该引脚上出现2个以上的机器周期（24个时钟周期）的高电平，使器件复位，RST保持高电平AT89C51保持复位状态。此时的ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3端都输出高电平。RST变为低电平后，退出复位状态，CPU从初始状态开始工作。为了使得单片机能更好的达到工作要求，在本次设计中运用了上电复位和人工复位。电路如图3-1所示；复位只需要给单片机一定时间的高电平，在单片机正常工作时复位脚应为低电平。所以上电复位采用的是RC充放电路，只要把充放时间选择的合
22、理，如上图所示C1和R3构成上电复位；当电源电压加入的瞬间，电容通过电阻充电，这时就会在RST端出现高电平，电容的负极是接在RST端口，电容充满后RST端口就为低电平，这时单片机可以工作。所以，在RET端和正5V端加电容，在RST端和GND之间加电阻。RC时间常数越大，上电时RST保持高电平的时间越长。当振荡频率为12MHZ时，C1为10uF，R3值为8.2K。人工复位就是有人工来控制的，如上图3-1中并联在上电复位电路的电容端。一端接高电平一端接RST端，只要把按钮按下后RST端为高电平，当松开按钮后电路就为低电平。在人工按下按钮的时间应大于两个机器周期时间，使用了12MHZ的晶振，它的机器
23、周期为1m所以只要在RST端的高电平达到2m以上就可以复位。在按钮按下的时间远远大于2m可以使得电路进行人工复位。3、 时钟电路时钟电路控制的是系统的工作节奏的，它给单片机时钟脉冲信号，像人体内的心脏在跳动一样，是非常重要的环节。可以采用外部振荡或内部振荡，本次采用外接石英晶体及电容C3、C4构成并联振荡电路。外接电容C3、C4虽然没有严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，一般电容为20PF-30PF。图3-2中Y1为12MHz晶振，C3、C4为30pf瓷片电容。晶振主要是决定所产生的时钟单片机的时钟电路由一个1
24、2MHZ的晶振和两个30PF的小电容组成，它们决定了单片机的工作时间精度为1S。复位电路选择10F的电容和8.2K的电阻组成。由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变”的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般说来C 取10F,R3取8.2K，原理图如图3-1所示。图3-1复位电路原理图图3-2时钟模块电路图电容C3、C4的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用。3.1.1 AT89C51的
25、主要特性AT89C51的主要特性如下： 1. 寿命达1000写/擦循环2. 数据保留时间：10年3. 全静态工作：0MHz24MHz4. 三级程序存储器锁定5. 1288位内部RAM6. 32个可编程I/O线7. 2个16位定时器/计数器8. 6个中断源9. 可编程串行通道10. 低功耗闲置和掉电模式11. 片内振荡器和时钟电路3.1.2 AT89C51的引脚功能AT89C51引脚排列如图3-3所示，引脚功能如下： 图3-3 AT89C51的引脚排列VCC（40）：5VGND（20）：接地P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8
26、个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。P1口：P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写
27、“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能P3.0- RXD（串行输入口）P3
28、.1- TXD（串行输出口）P3.2 -/INT0（外部中断0）P3.3 -/INT1（外部中断1）P3.4 -T0（计时器0外部输入）P3.5 -T1（计时器1外部输入）P3.6- /WR（外部数据存储器写选通）P3.7- /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号RST：复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当
29、访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果
30、加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：震荡器反相放大器的输出端 5 。3.2 传感器的选取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。数字温度传感器DS18B20把采集
31、到的温度通过数据引脚传到单片机的P2.2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3.2.1 DS18B20的性能特点1. 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。2.独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。3. DS18B20支持多网点组合功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。4. DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。5. 测温范围55125，在-10+85时精度为0.5。
32、6. 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。7. 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。8. 测量结果直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。9. 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作3.2.2 DS18B20内部结构DS18B20采用3脚PR35封装，如图3-4所示。 图3-4 DS18B20封装主要由四部分组成：1. 64位光刻ROM2. 温度传感器3. 非
33、挥发的温度报警触发器TH和TL4. 配置寄存器此温度传感器的三个端口是: DQ,为数字信号输入/输出端；GND,为电源地；VCC,为外接供电电源输入端。DS18B20属于单线双向通讯的传感器,所以对温度的监测部分就是通过AT89C51单片机进行程序指令操作,由DQ口进行温度的读写,将测得的当时温度不断的传送给单片机,单片机将测得的温度进行数码转换提供给显示和控制电路。所以将DQ端与单片机的P2.2口相连接，在I/O线上接一上拉电阻，以防止电流不足的问题。通过P2.2口，将温度传感器测得的温度进行数据传送以及指令的控制。DS18B20的电源端VCC接+5V电源，采用外部电源供电方式，通过AT89
34、C51的P2.2口对其进行读写操作。外部电源供电方式是DS18B20的最佳工作方式，工作稳定可靠，抗干扰能力强。这样连接也能很好的实现温度的采集和运算4。，图3-5 单片机与温度传感器连接电路图图3-6 DS18B20原理图3.2.3 DS18B20的工作原理根据DS18B20的通讯协议，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6
35、0240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3-7，3-8，3-9所示。(1) 初始化时序 图3-7 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，10K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480us。(2) 写时序 图3-8 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
36、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3-9 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
37、当前电平，然后延时50us。53.2.4 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，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3-10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
38、打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，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+32 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+32 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。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非
39、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. 表31 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，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用于确定连接在同一总线上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。警告索命令0ECH执行后，只有温度超过设定值上限或者
40、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中重调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” 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
41、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）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。减法计数器1斜坡累加器减到0减法计数器2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3-10 测温原理内部装置初始化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3-11 DS18B20测温流程3.3 串口的选取MCS-51系列内部含有一个可编程全双工串行通信接口，具有UART（通用异步接收和发送器）的全部功能。该接口电路不仅能同时进行数据的发送和接收，也可作为一个同步移
42、位寄存器使用。可构成双机或者多机通信系统。3.3.1 串口通信的工作原理在进行异步通信时，数据的发送和接收分别在各自的时钟控制下进行，但都必须与字符位数的波特率保持一致。MCS-51串行口的发送和接收时钟可由两种方式产生，一种是由主机频率经分频后产生，另一种方式是由内部定时器的溢出率经16分频后提供。1.收发过程发送和接收的过程如下：串行口的发送过程启动时由一条写发送缓冲器的指令把数据写入串行口的发送缓冲器SBUF中，再由硬件电路自动在字符的始末加上起始位（低电平）、停止位（高电平）及其他控制位（如奇偶位），然后在移位脉冲SHIFT的控制下，低位在前，高位在后，从TXD端（方式0除外）一位位地
43、向外发送。 串行口的接收与否受制于允许接收位REN的状态，当REN被软件置“1”后，允许接收器接收。接收端RED一位位地接收数据，直到收到一个完整的字符数据后，控制电路进行最后一次移位，自动去掉起始位，使接收中断标志位R1置“1”，并向CPU申请中断。CPU响应中断，把接收缓冲器SBUF的内容读入累加器。T1和R1是由硬件置位的，但需要用软件复位。相关寄存器1. SBUF是两个在物理上独立的接收、发送缓冲器，可同时发送、接收数据。两个缓冲器只用一个字节地址99H，可通过指令对SBUF的读写来区别是对接收缓冲器的操作还是对发送缓冲器的操作。串行口对外有两条独立的收发信号线RXD(P3.0)、TX
44、D(P3.1)，因此可以同时发送、接收数据，实现全双工。2. SCON寄存器用了控制串行口的工作方式和状态，可按位寻址，其字节地址为98H。3. PCON中的SMOD用来控制波特率加倍。4. TMOD设置定时器1的工作方式，用来产生波特率。5. 如果用到中断，则还需要用到中断相关的寄存器IE,IP等。工作方式MCS-51系列单片机有4中工作方式，可通过SCON中的SM0,SM1的设置进行选择。3.3.2 MAX232概述MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。如图3-12所示：主要特点：1、符合所有的RS-232C技术标准 2、
45、只需要单一 +5V电源供电 3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V- 4、功耗低，典型供电电流5mA 5、内部集成2个RS-232C驱动器 6、内部集成2个RS-232C接收器图3-12串行通信电路3.4 电路中数码管的选取数码管有共阳极和共阴极两种。设计显示电路，先考虑的是数码管的选用。图3-13 共阳极数码管内部结构图图3-14共阴极数码管内部结构图在本次系统设计中选择了共阳极七段显示数码管。共阳极数码管参照其内部结构图可以看出其公共端为二极管的正极，那么控制一个数码管它是否工作就有此公共端来决定。有此可以来设计数码管的显示。74LS47的输入信号
46、选择由P0.0P0.7口输入。根据74LS47 的功能将输入的信号译码为七段显示输入在显示的端口。我们所使用的数码管是由发光二极管组成，一般具有二极管的特色，逆向偏压时，LED不发光；顺向时将发光。顺向是LED两端有1.7V左右的压降（比二极管大）。通过LED顺向电流越大，LED将越亮，但LED的寿命将缩减，因此电流以10mA20mA为宜。所以外电路的限流电阻要承受的压降为3.3V。如果希望流过的电流限制为10mA，则电阻为330，如想要更亮些可以选择220的电阻。本电路选择的是330的电阻。6经此设计，实时显示电路就有如下图3-15所示的连接。图3-15实时显示电路3.5 74LS47的简介74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了单片机的I/O开销。因此是一个非常好的芯片。 674LS47管脚如图3-16所示：图3-16 74LS47管脚图74LS47译码器原理：译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表3-2列出
