1、-PAGE . z.遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)論文題目： 基于單片機(jī)的電烤箱溫度控制設(shè)計(jì) 院系： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生：指導(dǎo)教師：簽字起止時(shí)間：-. z.課程設(shè)計(jì)論文任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院系：電氣工程學(xué)院 教研室：自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)學(xué)生專(zhuān)業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)論文題目 基于單片機(jī)的電烤箱溫度控制設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)論文任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能溫度控制在家庭應(yīng)用方面具有廣泛意義，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)做為控制器，控制一個(gè)家用電烤箱，電烤箱由1kW電爐加熱，最高溫度120度。電烤箱的溫度可以設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)恒溫控制，超出溫度設(shè)定圍發(fā)超限報(bào)警。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、。2、按鍵電路、報(bào)警電路、溫度檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。3、編寫(xiě)相應(yīng)的軟件，完成控制系統(tǒng)的控制要求。4、要求認(rèn)真獨(dú)立完成所規(guī)定的全部容；所設(shè)計(jì)的容要求正確、合理；5、按學(xué)校規(guī)定書(shū)寫(xiě)格式，撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)恒溫電烤溫度控制誤差2，溫度超出設(shè)定溫度5發(fā)出超限報(bào)警，對(duì)降溫過(guò)程不做要求。進(jìn)度方案1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)電路的組成2天2、對(duì)系統(tǒng)各功能電路進(jìn)展設(shè)計(jì)2天3、整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路圖設(shè)計(jì)1天4、進(jìn)展系統(tǒng)軟件流程圖的設(shè)計(jì)1天5、程序設(shè)計(jì)并進(jìn)展仿真程序調(diào)試2天6、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1天7、辯論1天指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 辯論：總成績(jī)

3、： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 辯論20% 摘 要 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制，有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)的控制功能來(lái)設(shè)計(jì)一種智能的電烤箱系統(tǒng)，保證使用平安又到達(dá)節(jié)能的作用。本文介紹了以AT89C51單片機(jī)為核心的電烤箱溫度控制系統(tǒng)。電烤箱的溫度控制系統(tǒng)有兩局部組成：硬件局部和軟件局部。其中硬件局部包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警電路、溫度檢測(cè)電路、以及鍵盤(pán)電路。軟件局部包括：主程序、運(yùn)算控制程序、以及各功能實(shí)現(xiàn)模塊的程序。溫度采集由DALLAS

4、公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集。DS18B20測(cè)溫圍為-55C+125C，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625C，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位補(bǔ)碼形式串行輸。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 關(guān)鍵詞: 溫度控制；電烤箱；單片機(jī) 目 錄 TOC o 1-3 f h z HYPERLINK l _Toc391619193第1章 緒論 PAGEREF _Toc391619193 h 1HYPERLINK l _Toc391619194第2章 課程設(shè)計(jì)的方案 PAGEREF _Toc391619194 h 2HYPERLINK

5、 l _Toc3916191952.1 概述 PAGEREF _Toc391619195 h 2HYPERLINK l _Toc3916191962.2 系統(tǒng)組成總體構(gòu)造 PAGEREF _Toc391619196 h 2HYPERLINK l _Toc391619197第3章硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619197 h 4HYPERLINK l _Toc3916191983.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619198 h 4HYPERLINK l _Toc391619199時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619199 h 6HYPERLINK

6、l _Toc391619200復(fù)位電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619200 h 7HYPERLINK l _Toc3916192013.2溫度檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619201 h 8HYPERLINK l _Toc3916192023.2.1 DS18B20芯片的部構(gòu)造 PAGEREF _Toc391619202 h 9HYPERLINK l _Toc3916192033.2.2 DS18B20的測(cè)溫原理 PAGEREF _Toc391619203 h 9HYPERLINK l _Toc3916192043.2.3 DS18B20數(shù)據(jù)處理 PAGEREF

7、_Toc391619204 h 10HYPERLINK l _Toc3916192053.2.4 DS18B20溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619205 h 11HYPERLINK l _Toc3916192063.3 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619206 h 12HYPERLINK l _Toc3916192073.4 按鍵電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619207 h12HYPERLINK l _Toc3916192083.5 驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619208 h 13HYPERLINK l _Toc39161

8、9209第4章軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391619209 h 14HYPERLINK l _Toc3916192104.1主程序流程圖 PAGEREF _Toc391619210 h 14HYPERLINK l _Toc3916192114.2 溫度檢測(cè)模塊 PAGEREF _Toc391619211 h 15HYPERLINK l _Toc391619212第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc391619212 h 17HYPERLINK l _Toc391619213參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc391619213 h 18-. z緒論隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速開(kāi)展和傳統(tǒng)

9、工業(yè)的逐步改造，溫度自動(dòng)檢測(cè)和顯示功能在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。人們?cè)跍囟葯z測(cè)的準(zhǔn)確度、便捷性和快速等方面有著越來(lái)越高的要求。本文以電烤箱的溫度控制為模型，設(shè)計(jì)了以AT89C51單片機(jī)為檢測(cè)控制中心的溫度控制系統(tǒng)。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，但開(kāi)展迅猛。自1975年美國(guó)德克斯儀器公司首次推出8位單片機(jī)TMS-1000后才開(kāi)場(chǎng)快速開(kāi)展。1976年9月，美國(guó)Intel公司首次推出MCS-48系列8位單片機(jī)以后，單片機(jī)開(kāi)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。1983年Intel公司推出的MCS-96系列、1987年Intel公司又推出的80C96等位16位單片機(jī)。近年來(lái)各個(gè)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家已進(jìn)入更高性能的32位單片機(jī)研制、

10、生產(chǎn)階段。單片機(jī)開(kāi)展之快、品種之多,其中最常用的主要有：AT89系列單片機(jī)、AVR單片機(jī)Motorola公司的M68HC08系列單片機(jī)以及PIC單片機(jī)。隨著社會(huì)的開(kāi)展，單片機(jī)的特點(diǎn)表達(dá)在體積小、可靠性高、使用方便等方面。根據(jù)溫度控制的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為控制核心，采用數(shù)字PID控制算法。實(shí)現(xiàn)對(duì)電烤箱的溫度的控制。通過(guò)本次設(shè)計(jì)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明單片機(jī)控制系統(tǒng)在社會(huì)生活中的應(yīng)用。為以后進(jìn)一步應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)提供幫助。AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Intel公司的8位高檔單片機(jī)的系列。也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機(jī)系列。AT89C51系列單片機(jī)主要有CPU、存儲(chǔ)器，IO接口電路及時(shí)鐘電路

11、等局部組成。此電烤箱溫度控制系統(tǒng)利用單片機(jī)的控制功能來(lái)設(shè)計(jì)一種智能的烤箱系統(tǒng)。本文利用由DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集溫度。這種溫度控制系統(tǒng)能過(guò)通過(guò)LCD1602顯示屏直觀的來(lái)觀察電烤箱溫度，通過(guò)按鈕調(diào)節(jié)上限和下限溫度的值。DS18B20測(cè)溫圍為-55C+125C，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625C，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位補(bǔ)碼形式串行輸出。CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電烤箱溫度控制系統(tǒng)，并在實(shí)踐的根本技能方

12、面進(jìn)展一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地穩(wěn)固和應(yīng)用單片機(jī)課程中所學(xué)的根本理論和根本方法，并初步掌握小型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本方法。應(yīng)用場(chǎng)合: 溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的過(guò)程控制，有些工藝過(guò)程對(duì)其溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。此電烤箱溫度控制系統(tǒng)利用單片機(jī)的控制功能來(lái)設(shè)計(jì)一種智能的烤箱系統(tǒng)，防止電烤箱加熱過(guò)程中發(fā)生平安事故。主要應(yīng)用于需要根據(jù)外界的需要自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度圍的場(chǎng)合。系統(tǒng)功能介紹: 當(dāng)DS18B20檢測(cè)到溫度超過(guò)設(shè)定的值時(shí)，發(fā)出信號(hào)到單片機(jī)AT89C51的中斷端口，由AT89C51單片機(jī)控制加熱系統(tǒng)斷電，這樣就能很好的解決溫度過(guò)高的問(wèn)

13、題，起到一個(gè)很好的保護(hù)的作用。當(dāng)DS18B20傳感器檢測(cè)到溫度低于設(shè)定的下限值時(shí)，又會(huì)給AT89C51單片機(jī)一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，AT89C51就又會(huì)重啟加熱系統(tǒng)開(kāi)場(chǎng)工作，這樣就能保證電烤箱能正常加熱了。當(dāng)DS18B20傳感器檢測(cè)溫度到達(dá)燃燒的臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)給AT89C51輸入一個(gè)預(yù)報(bào)警信號(hào)，AT89C51就會(huì)控制報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，這樣就起到一個(gè)很好的保護(hù)作用。2.2 系統(tǒng)組成總體構(gòu)造系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，溫度檢測(cè)模塊，按鍵模塊，報(bào)警模塊等五大局部。2AT89C51溫度顯示 溫度傳感器報(bào)警電路時(shí)鐘與復(fù)位電路按鍵輸入電爐驅(qū)動(dòng)裝置穩(wěn)壓電源圖2.1 系統(tǒng)組成總體框構(gòu)造圖 控制模塊主要由單片機(jī)AT8

14、9C51構(gòu)成，溫度檢測(cè)由DS18B20傳感器完成。穩(wěn)壓電源為整個(gè)系統(tǒng)提供+5V的直流電壓。系統(tǒng)通過(guò)按鍵電路輸入溫度的設(shè)定值，通過(guò)溫度檢測(cè)電路檢測(cè)當(dāng)前的溫度圍，通過(guò)單片機(jī)的控制作用得到想要的溫度值，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電爐。當(dāng)DS18B20傳感器檢測(cè)溫度到達(dá)燃燒的臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)給AT89C51輸入一個(gè)預(yù)報(bào)警信號(hào)，AT89C51就會(huì)作用于報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程是主要由AT89C51單片機(jī)等芯片完成的。AT89C51是一種帶4K字節(jié)的閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only

15、 Memory的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。其中包括128 字節(jié)部RAM，32個(gè)I/O 口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5 向量?jī)杉?jí)中斷構(gòu)造，一個(gè)全雙工串行通信口，片振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 降至0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式26?？臻e方式體制CPU 的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的容，但振蕩器體制工作并制止其他所有不見(jiàn)工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳

16、相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價(jià)的方案。AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Intel公司的8位高檔單片機(jī)的系列。也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機(jī)系列。其部構(gòu)造簡(jiǎn)化框圖如下所示。AT89C51系列單片機(jī)主要有CPU、存儲(chǔ)器，IO接口電路及時(shí)鐘電路等局部組成。AT89C51單片機(jī)管腳圖如圖3.1所示 圖3.1 單片機(jī)引腳圖 引腳功能說(shuō)明如下：VCC：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8 位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流

17、的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)1可作為高阻抗輸入端用。在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址低8 位和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在期間激活部上拉電阻。在Flash 編程時(shí)，P0口承受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口:P1是一個(gè)帶部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)1，通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)椴看嬖谏侠娮瑁?個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流IIL。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1承受低8 位地址。P2口：P2是一個(gè)帶有部上拉

18、電阻的8 位雙向I/O 口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)1，通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)椴看嬖谏侠娮瑁?個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流IIL。在外部程序存儲(chǔ)器或16位四肢的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行MOV* DPTR指令時(shí)，P2口送出高8 位地址數(shù)據(jù)，在8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器例如執(zhí)行MOV* RI 指令時(shí)，P2口線上的容也即特殊功能存放器SFR區(qū)中R2 存放器的容，在整個(gè)期間不改變。Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P2也接收高位地址和其他控制信號(hào)。P3口：P3是一個(gè)帶有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3的輸出

19、緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)1，通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)椴看嬖谏侠娮瑁?個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流IIL。P3 口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是，每當(dāng)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)A

20、LE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖PROG。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能存放器SFR區(qū)中的8EH單元D0位置位，可制止ALE操作。該位置，只有一條MOV*和MOVC指令A(yù)LE 才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。PSEN：程序存儲(chǔ)允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通型號(hào)，當(dāng)89C51由外部存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP：外部允許。欲使CPU僅外部程序存儲(chǔ)器地址為0000HFFFFH，EA端必須保持低電平接地。需注意的是：如

21、果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平接VCC端，CPU則執(zhí)行部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件使用12v編程電壓VPP。*TAL1：振蕩器反相放大器及部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。*TAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成部振蕩器的高增益反相放大器，引腳*TAL1和*TAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反應(yīng)元件的片外石英晶體或瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，外接石英晶體或瓷諧振器及電容C1、C2接在放大器的反應(yīng)回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)電容C1、C2雖沒(méi)有十分嚴(yán)格的要

22、求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的上下、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30Pf10Pf，而如使用瓷諧振器建議選擇40Pf10Pf。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到*TAL端，即部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端*TAL則懸空。時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)工作時(shí)，從取指令到譯碼再進(jìn)展微操作，必須在時(shí)鐘信號(hào)控制下才能有序地進(jìn)展，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)工作提供根本時(shí)鐘的。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種產(chǎn)生方式：部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本課題采用部時(shí)鐘方式。在單片機(jī)*TAL1和*TAL2引腳上跨接上一個(gè)晶振和兩個(gè)穩(wěn)頻電容，可以與單片機(jī)片的電路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)

23、定的自激振蕩器。晶振頻率取12 MHz。外接電容的作用是對(duì)振蕩器進(jìn)展頻率微調(diào)，使振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率一致，同時(shí)起到穩(wěn)定頻率的作用，本課題選用33pF的電容。易知：本單片機(jī)最小系統(tǒng)的振蕩周期=1/(12MHz)=1/12us，時(shí)鐘周期=1/6us，機(jī)器周期=1us。圖3.2時(shí)鐘電路原理圖復(fù)位電路設(shè)計(jì)無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)場(chǎng)接上電源時(shí)，還是運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障都需要復(fù)位。復(fù)位電路用于將單片機(jī)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)場(chǎng)工作。單片機(jī)的復(fù)位條件：必須使其RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)(或以上)機(jī)器周期的高電平。單片機(jī)的復(fù)位形式：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位。本課題采用按鍵復(fù)位。在單片機(jī)啟動(dòng)0.1

24、S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開(kāi)場(chǎng)釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在0.1S，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。圖3.3復(fù)位電路原理圖 單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由組成單片機(jī)系統(tǒng)必需的一些元件構(gòu)成的，除了單片機(jī)之外，還需要包括電源供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。圖3.4 單片機(jī)最

25、小系統(tǒng)原理圖3.2溫度檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)模塊主要是由DS18B20傳感器構(gòu)成。該產(chǎn)品采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，它能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線單線接口讀寫(xiě),溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)構(gòu)造更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。 DS18B20芯片的部構(gòu)造1獨(dú)特的單線接口方式：DS18B

26、20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，電壓圍：+3.0+5.5V。4測(cè)溫圍：-55+125。固有測(cè)溫分辨率為0.5。5通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912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。存儲(chǔ)器與控制邏輯64位ROM和單線接口高速緩存溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置存放器8位CRC發(fā)生器圖3.5 DS18B20部構(gòu)造框圖 DS18B20的測(cè)溫原理 DS18B20的測(cè)溫原理如圖3.6所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受

27、溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)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(hào)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(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)翻開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)展計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)展減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度存放器的值將加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(kāi)場(chǎng)對(duì)低溫度系數(shù)

28、晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)展計(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)，停頓溫度存放器值的累加，此時(shí)溫度存放器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖3.6中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度存放器值到達(dá)被測(cè)溫度值，這就是DS18B20的測(cè)溫原理。斜率累加器計(jì)數(shù)比擬器減法計(jì)數(shù)器1預(yù)置預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器 減到0增加溫度存放器停頓減到0減法計(jì)數(shù)器2高溫度系數(shù)振蕩器圖3.6 DS18B20的測(cè)溫原理 DS18B20數(shù)據(jù)處理DS18B20的高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表3.1所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二

29、字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。 下表是DS18B20溫度采集轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于或等于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。溫度轉(zhuǎn)換計(jì)算方法舉例：例如當(dāng)DS18B20采集到+125的實(shí)際溫度后，輸出為07D0H，則：實(shí)際溫度=07D0H0.0625=20000.0625=125。例如當(dāng)DS18B20采集到-55

30、的實(shí)際溫度后，輸出為FC90H，則應(yīng)先將11位數(shù)據(jù)位取反加1得370H符號(hào)位不變，也不作為計(jì)算，則：實(shí)際溫度=370H0.0625=8800.0625=55。表3.1 DS18B20溫度與表示值對(duì)應(yīng)表溫度二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 0000 07D0H+850000 0101 0101 0000 0550H+25.06250000 0001 1001 0001 0191H+10.1250000 0000 1010 0010 00A2H+0.50000 0000 0000 1000 0008H00000 0000 0000 0000 0000H-0.51111 1

31、111 1111 1000 FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110 FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111 FE6FH-551111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)D1S18B20有兩種供電模式：外部供電模式和寄生供電模式，本設(shè)計(jì)供電模式。 圖3.7 溫度檢測(cè)電路3.3 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，人又沒(méi)又在旁邊，就會(huì)帶來(lái)不便，所以設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警電路，當(dāng)檢測(cè)到溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)提醒使用者關(guān)注電烤箱的狀態(tài)。本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路主要由蜂鳴器和2N3702型號(hào)的三極管構(gòu)成,由于AT89C51的端口輸出電流小驅(qū)動(dòng)

32、能力弱所以接一個(gè)2N3702放大電流驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。當(dāng)電池放電完畢后單片機(jī)控制P2.4輸出固定頻率的上下電平從而使蜂鳴器發(fā)出聲音。報(bào)警電路如圖3.8所示：圖3,8 報(bào)警電路3.4 按鍵電路的設(shè)計(jì)由下列圖可以看出按鍵電路的工作原理。通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)定溫度的調(diào)節(jié)圍，確定設(shè)定值，假設(shè)需要修改時(shí)，重新輸入相應(yīng)的數(shù)值即可。S2到s6按鍵功能分別為：設(shè)置、增加、減小、確定、復(fù)位。下面為按鍵硬件電路:圖3.9 按鍵電路3.5 驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)為保證驅(qū)動(dòng)電路可靠工作，其驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)滿足如下要求：1動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能提供驅(qū)動(dòng)脈沖，使加熱電路迅速導(dǎo)通。2能提供適當(dāng)?shù)恼蚱珘汉妥銐虻姆聪蚱珘?，使加熱電路可靠的開(kāi)通和關(guān)斷。3)有

33、足夠的輸入輸出電氣隔離能力，使信號(hào)電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路隔離，且具有靈敏的短路、過(guò)流保護(hù)功能。所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路如圖3.10所示。圖3.10 驅(qū)動(dòng)電路Q(chēng)1，Q2組成功率放大電路，單片機(jī)I/O接口為P2.0。該驅(qū)動(dòng)電路能平安承受輸入信號(hào)，在接到正確的控制信號(hào)后對(duì)加熱電路進(jìn)展驅(qū)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)電烤箱的加熱過(guò)程。第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的溫度值。主程序的另一功能是判斷溫度是否超過(guò)設(shè)定極限。其程序流程見(jiàn)圖4.1所示。由總的流程圖可以分析出，在整個(gè)程序中應(yīng)該包括如下幾個(gè)局部取DS18B20溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換子程序，溫度計(jì)算子程序，數(shù)據(jù)顯示子

34、程序等。主程序流程圖如下所示。 開(kāi)場(chǎng)顯示溫度系統(tǒng)初始化溫度超過(guò)設(shè)定極限.按鍵設(shè)定初值Y報(bào)警程序從DS18B20中讀取溫度N返回YN是否小于設(shè)定值.加熱 4.1 主程序流程圖 讀出溫度程序的主要功能是讀出RAM中的數(shù)據(jù)。在讀出時(shí)需進(jìn)展CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)展溫度數(shù)據(jù)的讀取。其程序流程圖如圖4.2所示。 發(fā)DS18B20復(fù)位命令N 發(fā)跳過(guò)ROM命令CRC校驗(yàn).Y 發(fā)讀取溫度命令移入溫度存放器 讀取操作N全部讀完.完畢YY 圖4.2 讀出溫度程序流程圖4.2 溫度檢測(cè)模塊溫度采集局部軟件編程包括溫度轉(zhuǎn)換程序、溫度計(jì)算程序及溫度顯示程序。溫度轉(zhuǎn)換程序是從發(fā)溫度轉(zhuǎn)化命令開(kāi)場(chǎng)。當(dāng)采用12位分辨率時(shí)，轉(zhuǎn)

35、換時(shí)間約為750ms。溫度轉(zhuǎn)化命令程序流程圖如下所示。發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)場(chǎng)命令完畢 圖4.3 溫度轉(zhuǎn)化程序流程圖溫度計(jì)算程序?qū)AM中讀取的值進(jìn)展BCD碼的轉(zhuǎn)化運(yùn)算，并進(jìn)展溫度值正負(fù)的判定。計(jì)算溫度程序流程圖如下所示。 開(kāi)場(chǎng)計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值N溫度零下.無(wú)標(biāo)志Y計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值溫度值取補(bǔ)碼置-標(biāo)志完畢 圖4.4 溫度計(jì)算程序流程圖第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在一定溫度圍微變，穩(wěn)定性好，不振蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求高。在論文中簡(jiǎn)單分析了單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)方法。我的課設(shè)題目是基于單片機(jī)的電烤箱溫度控制設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)電路由DS18B20來(lái)實(shí)現(xiàn)，以AT89C51作為溫度控制系統(tǒng)，因此需要通過(guò)查閱資料來(lái)了解器件的根本構(gòu)造、主要功能和考前須知等。通過(guò)了解器件，比擬彼此之間的優(yōu)缺點(diǎn)，來(lái)確定設(shè)計(jì)所需的器件，如何更好的利用器件的特點(diǎn)成為本次設(shè)計(jì)重要的一方面。在確定了器材之后，如何利用使之最大限度的表達(dá)設(shè)計(jì)的