基于DSB的温度控制系统设计(完整资料)

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编号：基于DSB的温度控制系统设计(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）毕业设计说明书题目:保健床控制系统的设计学院:专业：学生姓名：学号：指导教师:职称：题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发2012年5摘要随着国民经济的发展,人们的生活水平有了很大的提高,越来越多的人们开始关注自己和亲人的健康问题.作为保健产品之一,保健床得到了越来越广泛的应用。保健床温度控制系统是保健床的重要组成部分，保健床温度控制系统可以实现对保健床的温度检测,并且操作人员可以对温度进行设定，实现对保健床的恒温控制.温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。一般的测温元件有热电偶和二电阻.然而热电偶和热电阻测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，这些方法一般相对比较复杂，需要使用比较多的外部硬件。在这里我们用一种相对比较简单的方式来测量。在这里我们采用美国ＤAＬLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器ＤS1８B20作为检测元件,它的温度范围为—５５~125ºＣ，最高分辨率可达0。0625ºＣ.DS１8B20可以直接读出被测温度值,而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路,降低了成本而且使用方便。本文介绍一种基于AT89C51单片机的一种具有温度测量、报警、温度设定以及定时功能的恒温控制电路,该电路采用ＤS18B２0作为温度监测元件，测量范围+2０℃—~+６0℃，使用1６02ＬCD液晶模块显示，可以手动设定温度值及定时时间值。文章中介绍了软硬件系统的各部分电路,以及了集成温度传感器DS18B２0的原理,AT8９Ｃ51关键词：温度测量;恒温控制;DＳ18Ｂ20；AＴ89C５１AｂstractAlｏngwithｎａtｉonaｌeconｏmydeｖelopmｅnt，Ｐｅoｐlｅ’ｓｌｉvingstandardsｈavegreａｔlyincrｅａｓed，ｍoreanｄmorepeｏpleｂegintｏpaycｌoseaｔtentiontoonｅｓelfanｄfａｍilyhealthproblems.ＡｓＯｎeoftheｈealｔｈｐroducｔs,healtｈcarebeｄｈａvebeenaｐｐliedｍｏｒeaｎdｍorｅ．Heaｌtｈcａrebeｄconｔｒoｌsyｓtemisanｉmpｏrｔａntpartｏfｔhｅhｅalｔhcarｅｂeｄ,bｅｄｃontrolhealｔhcａresyｓtｅmcａnrealizeｔｈｅtｅmperａｔuｒeｉnｓpｅctionofthebedtohｅalthandｔheoperatｉngpｅrsonneltｏｔheteｍperatｕreseｔting,reaｌizetheｃareoftheｂｅdtemperａｔurecｏntrol．Tｅmpｅrａtuｒeｍeasｕｒemｅntistheｂａｓisfortｈecｏntroｌoftemperａture．Iｔ'sｔecｈnｏｌogyhａsmｏrematuｒe。Theaveragｅtemperatｕresenｓｏrｔherｍoｃｏupｌeａndhaｖetwoｒesistance。Hｏｗevertｈeｍeasuredvalueoftｈeｒｍocoｕｐleandheａtresiｓtａnceiscommoｎlyvoltageｖａlｕe，againconvertedｉntｏtｈｅｃorresｐonｄingｔeｍｐeｒatureｖaｌue，thｅgeｎeralｍetｈoｄisrｅlativｅlycomｐlex，nｅeｄｔoｕｓemｏreoftheｅxterｎalharｄwarｅ．Ｈerｅweuｓeaｒｅlativｅlyｓimｐleｗａytomeａsure.HerｅweuｓｅanimｐrｏvｅdinteｌligｅntｔempeｒａｔｕreｓeｎsorDＳ1８B20lａuncｈedbｙthｅAmericａnＤＡLＬＡSsｅmｉcｏnｄｕcｔｏrｃｏmｐanyasthetesｔcompoｎｅnｔs,iｔｓtempeｒaｔuｒerangeｆor－55ｔｏ125DHSC,tｈeｈigheｓtｒｅsolｕtionis0．0６25ºC．TｈeｔemperatｕrｅvaｌｕｅmeａsurｅdbyDS18B２0cａｎbereａdoutdiｒectly,anditｃａnbeliｎkedｔotheｓｉｎglｅ—ｃhipmicrocｏｍputeｒtogｅtheｒｗithｔheuseofthrｅewireａnd，reducｅtheｅxｔerｎalhardwａｒecircuit,reｄｕceｔhecostandeaｓytｏuse.Ｔhiｓpａpeｒintroｄucesateｍpeｒａturｅｍｅａsurement，alarm，ｔhetemｐｅｒaｔｕresettingandtｉmingｆunctｉonoftemperaｔurｅcoｎtrolcｉrｃuitbａsｅdonAT89Ｃ51,ｔhiscircuitａdoｐtsDＳ18B20aｓｔｅｍperaturｅmonitｏringcomponeｎts，itｓmeａsｕｒementrａnｇeｉｓ+20℃～+60℃,ｉｔsｈoｗstheteｍperatureｖaｌueandｔimevaｌueusｅd16０2LCDmｏduｌe，canmanuallyｓettempｅratureａndtimｅthetimevalue.Tｈearticleiｎtrｏｄucｅsｔhehａrdwareaｎｄsoｆｔwａresｙstｅmｉｎdiffeｒenｔpartsoftｈecirｃuit,ａｎdｔheiｎtrodｕcｔｉonsｏftheｔempeｒaturｅsensorDS18B２0prinｃiple,AT89Ｃ５1sｉngｌe-ｃhｉｐmｉcrocomｐｕteｒｆunｃtioｎandaｐｐlicatioｎ.Tｈeconｓtaｎttｅmperatｕrecontｒoｌｃircuｉtdesigｎiｓnovel，powerful，ｓｉmpｌestructuｒe．Kｅｙworｄs：Ｔemperａturｅmeasｕｒeｍenｔ；Conｓtanｔｔｅｍｐｅｒaｔｕrecontrol；DS18Ｂ20；AT８９C51目录TOＣ\ｏ”1—3”＼ｈ\z\uＨYＰERLIＮK\l”＿Tｏc3254５7028＂引言PＡＧEREＦ_Tｏc3２5４57０28\h1１课题概述ＰAGEREF_Ｔoc325457029\h２HYＰERLINK\l＂_Toｃ325457030＂1.1课题的设计目的ＰAGEＲEF_Tｏc3２5457030\h２HYPERLINK\l”_Toc3254570３１”1．2课题的研究内容及要求PAGＥREF_Toc３25457０３1\h２HYＰEＲLINＫ\l"_Toc32５４57０３2＂2开发工具Pｒoteus、Kｅil、Ｐroｔel９9SE软件PAＧEREF_Toc32545703２\h2HＹPEＲＬINK\l”_Ｔoc32５45７０３３"２.1Proteus软件PAGEＲＥF_Toc325457033\h2HYPＥＲLINK\l"_Toc325４570３4＂2.1．１Proteus简介PAGＥＲEF_Ｔｏc325457034\h2２。１．4Ｐrｏteus的应用PＡGEREF＿Toc3２5457０35\h５２.2Ｋeｉl软件PAＧEREＦ＿Ｔoc3２5４570３6\h6HYPERLIＮK\l”_Tｏc325457037”2.3Pｒotｅl99SE软件PAＧEREF_Tｏc32545７０37＼ｈ6HYPERＬINK\l"_Tｏｃ325457038”2.4本章小结ＰAＧERＥF_Toc3２545703８\h７3设计系统概述PＡＧＥREＦ_Toc3254570３9\h7HＹＰEＲＬＩＮK\l＂_Toc３25457040"3.1方案选择PAＧEＲEF_Toｃ32５457０４０\h7HＹPERLＩNK\l"_Toc32５45７０４1"3.1．1方案一ＰAGEREF_Toc3２5４５704１\h73。1.2方案二PＡGEＲＥF＿Toｃ325457042\h8HＹPERLINＫ\l”_Ｔoc３２５45704３"３.2系统设计原理ＰＡGEREF_Toｃ３２5４５704３\ｈ93.３系统组成PＡGＥREＦ_Toc325457044\h9HYPERLＩNK\l"_Tｏc325４570４5"３．4本章小结PAGＥRＥF_Toc３25４５７045＼h10HYPERLＩNＫ\l”_Toc３254５704６＂４系统硬件设计PAGＥRＥF_Toc3254５704６\h1０ＨYPERLＩNＫ\l”＿Tｏc３25４57０47"4。1８9C51单片机的介绍ＰAGERＥF_Toc3２5４5704７\h１0HYPERＬINＫ\l"＿Ｔoｃ32545704８”4。１.189Ｃ51单片机的主要特性PＡGＥＲＥF_Toc3２5457０４８\h１１HＹPERＬＩＮK\l＂_Ｔoc３2５4５7049＂４。１.289C51单片机管脚图PＡＧEＲEＦ_Toc325４５70４９\ｈ1２HYPERLＩＮK\l"＿Toc3２５4５70５0"４.１.3８9C51单片机的中断系统PAGEＲEF＿Ｔoc325４570５０\h144．1.489C51单片机的定时/计数器PAGＥREF_Tｏc3２545７051＼h14HYPERLIＮK\l＂_Toｃ３２545７０52"4.2LCＤ显示器简介PAＧEREF_Ｔｏｃ32545７0５2\h１4ＨYPERLIＮK\l”_Tｏc32545７０53”４。2．11602LCＤ液晶模块简介PAＧＥREF_Toc325457０53\ｈ15HYPEＲLIＮK\l"＿Toc3２54５70５４”4。３ＤS18B20温度传感器的介绍。PAGEREＦ_Toc32５４57054\h１7４．3.1DＳ18B20温度传感器工作原理PAGEＲＥF＿Ｔoc32５457055\h17HYPERLIＮＫ\l"_Toｃ3２54570５6＂4．3．2ＤS18B2０的相关介绍５7０５６＼h18HYＰERLＩNK\l＂_Toc3２５４57057"４。3.3使用DＳ18Ｂ2０的注意事项５7０５7\h１９4．３。4温度传感器DS1８B20与单片机的接口电路PAGEＲＥＦ_Toc3２5457058\h19HYPＥRLINK\l＂＿Toc3２545７0５9"4.4２４ＶDC和5VDＣ电源设计介绍PＡGEREF_Toc325４５70５9\h１９4。5加热和散热装置介绍３25457060＼h２0４.5.1加热装置ＰAＧEREF_Toc32545706１\h２04.5。2散热装置PAGEREＦ_Ｔoｃ３２5457062＼ｈ2１4．6恒温温度和定时时间设定按键的设计PAGＥＲEF_Ｔｏc32５4570６3\h224。７温度上下限报警显示PAGEＲEF＿Ｔｏc3２５45７064\h2２4。8本章小结PAＧEREＦ_Toc32５457065＼h235系统软件设计PAGEREＦ＿Toc32５４5７０66\h23５.1主程序设计PAGERＥＦ_Tｏｃ３２5457０６7\h２35.2子程序设计ＰAＧEREＦ_Toc3254５706８\ｈ265.2。1DS18B20初始化程序ＰAGEＲEＦ＿Tｏc3２5457069\h２6HYPＥRLINＫ\l"＿Ｔｏｃ325457070＂5．2．2恒温控制子程序PＡＧＥＲEF_Toｃ325４５7０70＼ｈ２7HＹＰＥＲLINK\l”＿Toc３25457071"５.3本章小结PAGＥＲEＦ_Toc325457071\ｈ276实验仿真测试PAＧEＲEF_Toc３254570７２＼ｈ276。1基本温度显示PＡＧＥＲEＦ_Ｔoc32５4５707３\h27HYPEＲＬIＮK\l”_Toc325４5707４”6。2温度上下限报警显示PAGEＲＥF＿Toc325４57０74\h28６.3恒温控制显示PAGＥREF_Toc３2545７075\h306.4定时控制显示PAGEREF_Tｏc3254５707６\h3２６．5本章小结PAGERＥF＿Tｏｃ32545707７\h35结论PAＧEREF_Toc3254５7０78\h３6HYＰERLＩNK\l＂_Toc3２5４５７079”谢辞PＡGＥREF_Toc325457０79\h37ＨYPERＬINK\l"_Tｏc3２545７080＂参考文献PAGＥREF＿Toc325457080\h３８HＹPERLＩNK\l”_Toc325４５7081”附录PＡGERＥF_Ｔoc325457081\h３９引言随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，单片机的应用已经渗透到电力、化工、建材、机械等各个行业。采用单片机来对他们控制不仅具有控制方便、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，大大的提高产品的质量和数量。传统的温度采集方法不仅费时费力,而且精度差，单片机的出现使温度的采集和数据处理问题得到了很好的解决。温度是工业对象中一个重要的被控参数。然而由于采用的测温元件和测量方法不相同;产品的工艺不同，控制温度的精度也不相同。因此对数据采集的精度和采用的控制方法也不相同.传统的控制方式已经不能满足高精度,高速度的控制要求，近年来快速发展了许多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制等。这些控制技术极大的提高了控制精度,不但使控制变得简便，而且提高了产品的质量,降低了成本，提高了生产效率。温度控制系统虽然在国内各行各业中早已广泛应用,但从国内生产的温度控制器来讲,其发展水平仍然同日本、美国、德国等先进国家有着很大的差距。成熟的温控产品主要是“点位"控制器和常规的PIＤ控制器，它们只能适应一般的温度系统控制,在较高控制场合的智能化、自适应控制仪表方面,国内技术还不十分成熟.随着我国经济的发展，我国政府及企业对此都较为重视,相继建立了一些国研发中心，开展创新性研究,以加快使我国仪表工业得到迅速的发展.在本设计中使用ＡT８９Ｃ51单片机作为核心进行控制.单片机具有集成度高，通用性好，功能强,重量轻，耗能低,可靠性高,抗干扰能力强和使用方便等优点，广泛应用在在数字、智能化等方面。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统.它的大部分功能集成在一块芯片上，具有一个完整计算机的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统，此外目前大部分还会具有外存.它同时还集成诸如通讯接口、定时器，时钟等外围设备。而且现在最强大的单片机系统甚至还可以将声音、网络、图像等复杂的系统集成在一块芯片上。单片机也称为微控制器（Mｉcrocｏntrｏller)，是它最早被应用于工业控制领域。单片机是由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计思想是将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统变的更小,更容易集成在复杂的而且对体积要求严格的控制设备当中。早期的单片机都是４位或8位的。其中的代表是INTＥL的803１,因为其简单可靠而且性能较高而获得了极大的好评。此后在８031的基础上发展出了MＣS5１系列单片机系统.基于这一系统的单片机系统至今仍在广泛使用。为了满足日益提高工业控制要求，开始出现了16位单片机，但因其性价比不理想,所以并未得到广泛的应用。9０年代后随着电子产品的快速发展,单片机技术得到了很大的提高.随着IＮTELi960系列,特别是后来的ARM系列的广泛应用，3２位单片机迅速取代了１6位单片机的高端地位，进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了提高，处理能力相较8０年代提高了数百倍.目前，高端的32位单片机的主频已经超过300ＭHz,性能接近９0年代中期的专用处理器，而且其普通的型号出厂价格跌至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代的单片机系统已经不是只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统已经被广泛地应用在全系列的单片机上。１课题概述１.1课题的设计目的（1).加深巩固单片机应用的知识，提高综合运用所学知识解决实际控制的能力。（2）。培养查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力,提高设计系统、编程、调试的动手能力。（3).通过对课题设计方案的分析、比较、选择，熟悉单片机应用系统开发、研制过程、软硬件设计方法、内容及步骤。1。2课题的研究内容及要求本课题的研究内容是设计一种基ＡT89C51单片机,采用数字温度传感器DS1８Ｂ２０的恒温控制系统。此外,可以手动设定温度值和恒温时间值。利用数字温度传感器DS１8B２0不需要A/D转换,可直接进行温度采集.设计内容包括设计要求如下:（1）.温度控制范围20℃—(2)。精度误差为±1℃（3）.LCD液晶显示；(4）。实现温度上下限报警提示功能；(5)。实现手动设定温度功能;（6）。实现定时功能。2开发工具Proteus、Keil、Prｏtel99SＥ软件2。1Prｏteuｓ软件2。1．1Ｐrｏteus简介Ｐroteuｓ软件是由英国Lａbcenｔerelectronics公司出版的EDA仿真工具软件。它除了具有其它EDＡ工具软件的仿真功能，还具有仿真单片机及外围器件的功能。它是一款很好的仿真单片机及其他器件的工具.受到单片机爱好者，从事单片机教学的教师，以及单片机开发应用的科技工作者的好评。Protｅus软件是世界上著名的EＤＡ仿真工具.它实现了原理图布图、代码调试、单片机与外围电路协同仿真、一键切换到ＰCB设计等一系列设计。它是目前世界上唯一将电路仿真软件、ＰCB设计软件和虚拟模型仿真软件合为一体的设计平台，他的处理器模型支持8０5１、HC11、PＩC10／12／16/18/24/30/DsPＩC3３、AVＲ、ＡＲＭ、8086和MＳP４3０等。在编译方面，它同时支持IAR、Ｋeil和MPLAB等多种编译器.Ｐrｏtｅuｓ软件的特点如下：(1)。实现了单片机仿真与电路仿真相结合,具有模拟电路仿真、数字电路仿真、各种单片机以及外围电路组成的系统仿真；（2）．软件中提供了多种虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等,使用调试时非常方便；（3）.具有软件调试功能,同时支持第三方的编译软件和调试环境，如Keil等软件;(4）.具有很强大的原理图绘制功能。Prｏteus与其它单片机仿真软件的不同点是,它不仅能仿真单片机ＣPＵ的工作情况，而且还能仿真单片机外围电路甚至没有单片机参与的其它电路的工作情况,所以在仿真和程序调试时,需要我们关心的不再是某些语句执行时单片机内寄存器和存储器内容的改变,而是可以从工程的角度直接查看程序运行和电路工作的过程和结果。这样的仿真实验弥补了实验和工程应用相脱节的矛盾和现象。于此同时，当硬件调试成功后,利用ＰrotｅusＡRES软件，也可以获得其PCB图，为硬件的制作提供了方便。２.1．2Prｏteus软件的主要功能(1）.智能原理图设计（ISIS)Prｏｔeus软件含有丰富的器件库：里面含有超过27０0０种元器件,而且还可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索就可以快速定位所需要的器件；智能连线功能：具有自动连线功能，使导线的连接简单快捷，极大地缩短绘图时间;支持总线结构:这一功能可以使总线器件和总线布线电路设计简明清晰;输出高质量图纸:通过个性化设置，可以生成高质量的ＢMP图纸，可方便地供WＯRD、POＷEＲＰOINＴ等多种文档使用.(2）。完善的电路仿真功能(Ｐrｏspicｅ)ProSPICE混合仿真:他是基于工业标准的SＰICE3F5来实现数字/模拟电路的混合仿真;含有超过２７000个仿真器件：Laｂcentｅｒ也在不断地发布新的仿真器件，还可以导入第三方发布的仿真器件，此外还可通过内部原型或使用厂家的SＰICE文件自行设计仿真器件；多样的激励源：不仅包括直流、正弦、脉冲、指数信号、分段线性脉冲、音频（waｖ文件）、单频ＦＭ、数字时钟和码流,还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器:内含1３种虚拟仪器，操作面板逼真，例如示波器、信号发生器、逻辑分析仪、直流电压／电流表、频率计/计数器、交流电压／电流表、ＳPI调试器、数字图案发生器、虚拟终端、逻辑探头等；生动的仿真显示：使用色点显示引脚的数字电平，导线会以不同颜色来表示其对地电压大小，与动态器件(例如按钮、电机、显示器件）配合使用可以使仿真更为直观、生动;图形仿真功能(AＳF）：基于图标的分析可以精确地分析电路中的多项指标，包括工作点、频率特性、瞬态特性、噪声、传输特性、傅立叶频谱分析、失真等。（3).独特的单片机协同仿真功能（VSM）此软件支持的CPU类型：如ARM7、AVＲ、８05１/52、PIC10/12、ＰIC18、PＩC１6、PIＣ24、HＣ11、dsPIC３3、ＭＳP430、808６、BasicStａmｐ等，其中ＣPＵ的类型随着版本的升级还在不断增加中;支持通用外设模型：例如图形LＣD模块、字符LCD模块、LED七段显示模块、LED点阵、直流/步进/伺服电机、键盘/按键、电子温度计、ＲS２32虚拟终端等等，其COMPIM(即CＯＭ口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PＣ机串口与外部电路实现双向异步串行通信；实时仿真：支持EUＳARTｓ／UART/USART仿真、SPI/I２C仿真、中断仿真、ＰSP仿真、MSSP仿真、CCP/ECCP仿真、ＲTＣ仿真、ＡＤＣ仿真；编译与调试：支持单片机汇编语言的编译仿真，软件内带８０5１、ＰIC、AVR的编译器，也可以与第三方软件集成编译环境（如ＩAR、Hitｅch和Ｋeｉｌ)结合,进行高级语言的源码级仿真和调试。(4)。方便实用的PCB设计平台从原理图到PCB的快速通道:在原理图设计完成后,一键便可进入ARES的PCB设计环境，方便地实现从概念到产品的完整设计;自动布局／布线功能：支持引脚交换/门交换、支持无网格自动布线或人工布线、支持器件的自动／人工布局功能使PCB设计更为合理;完整的PCＢ设计功能:可以设计多种PＣB电路层，灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3Ｄ可视化预览；支持多种输出格式:可以输出多种格式的文件，包括Ｇerber文件的导入和导出，便于与其它PCB设计工具的相互转换(例如pｒoｔel设计工具)和PCB板的设计和加工。2。１.3ISIＳ智能原理图输入系统ISＩS是PROＴEＵＳ系统的中心，它不仅是一个图表库.它具有控制原理图画图外观的超强设计环境。无论是要快速地实现复杂设计的仿真或PＣB设计,还是设计以供出版的精美的原理图，ISIS都可以很好的完成.IＳIS提供给用户图形外观包括字符、线宽、填充类型等的全部控制，可以使用户能够绘制生成精美的原理图,比ＣAD软件绘制出的稀薄的线条要好很多.画完图以后即可以以图形文件输出,还可以拷贝到剪切板以便在其他文件中使用。由于以上优点,ISIS已经成为制作技术文件、项目报告、学术论文的理想工具，也是PCB设计的一个出色的工具。画图的外形可由风格模板定义。另外，还允许用户自己定制元件库提供的库部件外观。２。１。４Proteuｓ的应用图2-1pｒｏteuｓ的操作界面图(1).绘制原理图:绘制原理图需要在原理图编辑窗口中的蓝色方框内完成。原理图编辑窗口的操作是不同于常用的应用程序的，应按正确的操作进行:使用左键放置元件；右键选择元件；右键拖选多个元件；双击右键删除元件；先右键后左键编辑元件属性;连线用左键,先右键后左键拖动元件；删除用右键;修改连接线:先右击连线,再左键拖动;中键放缩原理图。(2)．制定自己的元件:有三种途径可以实现,一种是用ＰROＴEＵSVSMSDK开发仿真模型来制作元件；另一种是在已有的元件基础的上进行改造,例如把元件改为buｓ接口;第三种途径是利用已制作好的元件,可以到网上下载一些新元件把它们添加到自己的元件库里面。(3）.Sub－Circｕｉtｓ应用：使用一个子电路可以把部分电路封装起来,如此可以节省原理图窗口的空间。2。2Keil软件KeilC51是美国KeiｌSoftｗaｒe公司出品的51系列单片机Ｃ语言程序软件开发系统,与汇编语言相比,C语言在功能上、可读性、结构性、可维护性上都有明显的优势，因此易学易用。KeｉlC５1软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，采用全Ｗindows界面。此外KeilＣ51生成的目标代码效率非常高，语句生成的汇编代码都很紧凑，易于理解。在开发大型软件时更能体现出其优势。KeilC51软件是一个基于32位(64位系统也兼容)Ｗindｏwｓ环境的应用程序，支持C语言和汇编语言编程，其中6.０以上的版本会将编译和仿真软件统一为μVision（通常称之为μV2）。Keil软件提供了包括C编译器、连接器、宏汇编、库管理和功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，具体由以下几部分组成:C51编译器、LIＢ5１库管理器、A51汇编器、OH51目标文件生成器、ＢＬ51连接/定位器以及RTX５1、Mｏnｉｔoｒ－51实时操作系统。2.３Ｐrotel99ＳE软件Ｐｒoteｌ软件包是9０年代初由澳大利亚ProtelＴeｃhnoloｇy公司研制开发的,应用于Ｗindｏws９Ｘ/２０00／NT操作系统下的EDA设计软件,采用设计库管理模式，可以进行联网设计,具有很强的数据交换能力和开放性及３D模拟功能，是一个３2位的设计软件，可以完成原理图、印制板设计、可编程逻辑器件设计和电路仿真等，可以设计3２个信号层，16个电源—-地层和16个机加工层。Ｐrotｅｌ9９SＥ中主要功能模块如下:⑴.AdvanｃedSchemａｔiｃ9９SE(原理图设计系统）该模块主要用于电路原理图设计、原理图元件设计和各种原理图报表生成等。⑵。AdvａｎceｄPＣB99ＳE（印刷电路板设计系统）该模块提供了一个功能强大和交互友好的PCB设计环境,主要用于PCB设计、元件封装设计、报表形成及ＰCB输出.⑶。AdvaｎcedRｏutｅ99ＳE(自动布线系统）该模块是一个集成的无网格自动布线系统，布线效率高。⑷．ＡdvａncedIｎｔeｇｒｉtｙ９9SE（PCB信号完整性分析）该模块提供精确的板级物理信号分析,可以检查出串扰、过冲、下冲、延时和阻抗等问题,并能自动给出具体解决方案。⑸．ＡdvancedSIＭ99SE（电路仿真系统）该模块是一个基于最新Spice３。5标准的仿真器，为用户的设计前端提供了完整、直观的解决方案。⑹.AdvancedＰLD9９SE（可编程逻辑器件设计系统）该模块是一个集成的PLD开发环境,可使用原理图或CＵPL硬件描述语言作为设计前端,能提供工业标准JＥＤＥＣ输出。2。4本章小结本章主要简单介绍了本课题研究需要用到的仿真软件Ｐｒotｅus和编译软件Keｉl,以及在制作硬件电路板是用到的Proｔｅl９9SE软件。了解了这三种软件的发展，功能，着重了解了prｏtｅus的功能模块和Ｐrotel99SE的功能模块等，为以后的设计奠定了基础。3设计系统概述3.１方案选择该测温系统主要由温度测量和数据采集两部分组成,实现的方法有很多种,下面列出两种在实际中常用到的实现方案。3。１．1方案一采用热电偶温差电路进行温度测量，温度检测部分可以使用低温热电偶，热电偶由两个焊接在一起的不同金属导线组成,热电偶产生的热电势由两种不同金属的接触电势和单一导体的温差电势所组成。将参考结点保持在已知温度值并测量该电压，即可推断出检测节点的温度值。数据采集部分则采用带有A/D通道的单片机,将测得的电压或电流采集过来，进行Ａ/D转换,然后就可以用单片机进行数据处理,显示在电路上了。使用热电偶的优点是温度范围非常宽，而且体积小，但是它们也存在着输出电压小、易受到来自导线环路的噪声影响和漂移较高的缺点，此外这种设计要用到A/Ｄ转换电路，硬件电路比较麻烦。这种系统主要包括对A/D0809的数据采集，自动或手动工作方式检测，温度显示等，这些功能的信号通过输入输出电路经单片机处理。除此之外还有复位电路、启动电路、晶振电路等.现场输入硬件有手动复位按键、A/D转换芯片，处理芯片为AT89C51芯片，执行机构有数码管、报警器等。系统框图如图3-1所示:图３-１热电偶温差电路测温系统结构框图3.1.２方案二采用数字温度传感器芯片DＳ１８B20测量温度，输出信号为数字信号。非常便于单片机处理及控制,较传统的测温方法而言,省去了很多电路设计.并且该芯片的物理化学性很稳定，元件线形较好，可用作工业测温元件。在0-100℃时，它的最大线形偏差小于1℃。DS18Ｂ20采用了单总线的数据传输，使用数字温度计ＤS18B2０和微控制器AT８９Ｃ51单片机构成的温度测量装置,可以直接输出温度的数字信号,并可直接与计算机连接.使用DS１8B２０的测温系统，结构比较简单，体积也较小。此外采用5１单片机控制，软件编程的自由度较大,通过编程可实现各种各样的算术算法和逻辑控制,而且整体电路体积小,硬件简单,安装方便。既可以单独对ＤS18B20进行控制工作，还可以与ＰC机进行通信,上传数据.此外该系统使用ＡT８9Ｃ5１芯片控制温度传感器DS18B2０进行温度检测并显示，能够快速实现环境温度测量,并可以根据上下限报警温度进行报警提示，此外,可以通过按键手动设定恒定温度值以及定时时间。该系统扩展性非常强,它不仅可以在系统中加入时钟芯片ＤS1３０2以获取时间数据，在数据处理同时显示时间,还可以利用AT24Ｃ16芯片作为存储器,以此对时间点的温度数据进行存储，利用键盘来进行调节时间和温度查询，所得数据可以通过MAX２３2芯片与计算机的RS232通过分析以上两种方案，可以看出方案一的测温装置测温度范围宽、体积小,但是误差较大。方案二的测温装置电路比较简单、精确度较高、设计方便、软件编程也比较简单，故本次设计采用方案二。3。2系统设计原理温度传感器DS1８B20可以直接读取被测温度值,进行数值转换，模拟温度值经过ＤS1８Ｂ20处理后将转换为数字值，将数值送到单片机中进行数据处理，同时与温度报警上下限进行比较,超过限度后通过发光二极管显示报警。同时处理后的数据送到LCD中显示。此外，设置了按键，可以手动输入要保持的温度值,实测温度值与设定值相比,以控制加热或散热模块运行,同也可以手动输入设定时间，对恒温控制进行定时功能.3。3系统组成本课题是以ＡT89C系统框图主要由主控制器、单片机复位、按键设置、时钟振荡、LCD显示、温度传感器组成.系统框图如图3—２所示:按键按键设置时钟振荡单片机复位主控制器LCD显示温度传感器图３－2系统结构框图主控制器本设计中采用AＴ89Ｃ51单片机作为主控电路，AT８9C51具有低电压供电和体积小等特点，采用进24VＤＣ电源稳压得的5V直流电源供电。显示电路本设计中使用１6０2LCD液晶显示电路,从P２输出。显示电路是使用的并口显示。采用液晶显示的优点是体积小、功耗低、显示操作简单,缺点是其使用的温度范围很窄，通用型液晶正常工作温度范围为0℃~+55℃,存储温度范围为-２０温度传感器本设计中采用由美国DALLAS半导体公司生产的ＤS18B20温度传感器。使用DS１8B20输出的信号为全数字信号。便于单片机处理和控制，在0-1００℃时，其最大线形偏差小于１采用AＴ89C５1芯片控制传感器DＳ1８B203。4本章小结本章简述了温度控制系统的设计思路、方案选择、以及系统的组成、设计的基本原理,详细介绍了主控电路和显示电路的结构，并简单描述了温度传感器ＤＳ18Ｂ２0的特点。４系统硬件设计4。１89C5１单片机的介绍89C５1单片机最初是由Inｔｅl公司开发设计的，但后来Ｉntel公司把51核的设计方案转卖给几家大的电子设计生产商如Atmeｌ公司。现如今市面上出现的各式各样的单片机大多以以51为内核。这些电子生产商推出的单片机都兼容５1指令，并在51的基础上扩展了一些功能而且内部结构是与89C51有40个引脚，４个８位并行I/Ｏ口,１个全双工异步串行口,其中含有５个中断源、２个优先级、２个１6位定时/计数器。89Ｃ５1的存储器系统由4K的程序存储器(ROＭ)，和８9C51单片机的组成框图如图4图4-18９C由图4-１可见，8051单片机主要由以下几部分组成：CPU系统：8位CPU；时钟电路;总线控制逻辑.存储器系统：4K字节的程序存储器(ROM。可外扩至64KＢ）；12８字节的数据存储器（RAM，可再外扩64KＢ）；特殊功能寄存器SFR。I／Ｏ口和其它功能单元：4个并行的Ｉ/O口;2个16位定时／计数器;１个全双工异步串行口；5个中断源；２个优先级。４.１.189C51单片机的主要特性（1）。一个8位微处理器（ＣＰU）。(２)。片内数据存储器RＡM(12８B)，用以存放读/写的数据,如运算结果、最终结果和欲显示的数据等，ＳＳT89系列单片机最多可以提供1K的RAＭ.（3)。片内程序存储器ＲOM（4KB)，用以存放程序、原始数据和表格。目前单片机的发展趋势是将RAＭ和RＯＭ全都集成在单片机里面,这样不仅方便了用户进行设计而且提高了系统的抗干扰性能。８9系列单片机分别集成了１6K、32K、６４K存储器,可供不同要求选用.(４）.四个8位并行I/O口，接口P０~P3,每个接口既可以用作输入，也可以用作输出。(5)。两个定时器／计数器，每个定时器/计数器都既可以设置成计数方式,用来对外部设计进行计数,也可以设置成定时方式,用来对外部设计进行计时.并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。此外,为了方便设计串行通信，目前52系列单片机都会提供3个1６位定时器/计数器。（６).含有五个中断源的中断控制系统。现在推出的单片机都不只有5个中断源,例如SＳT89E５8ＲD芯片就有9个中断源。(7）.一个全双工异步串行I/O口，用于实现单片机与单片机之间或单机与微机之间的串行通信。（８)。单片机内振荡器和时钟产生电路,其中的石英晶体和微调电容需要外接。其最高允许振荡频率为12ＭHz,SST89V５8RD最高允许振荡频率达40MＨz，故其极大的提高了指令的执行速度.4。1。289C5１单片机管脚图图４-２8９C引脚说明:时钟电路引脚XTAL１和ＸTAL２：XTＡL2(18脚)：连接外部晶体和微调电容的一端；在89C５1单片机内它是振荡电路反相放大器的输出端，其中振荡电路的频率就是晶体固有频率。如果需要采用外部时钟电路，则该引脚输入外部时钟脉冲。若要检查89Ｃ51单片机内的振荡电路是否工作正常，可以使用示波器检查XTAL2端是否有脉冲信号输出。XＴAL1（19脚）：连接外部晶体和微调电容的另一端；在89C51单片机内它是振荡电路反相放大器的输入端.在使用外部时钟时，该引脚必须接地。控制信号引脚ＲＳT、ＡLE、PSEN、ＥA：RSＴ/ＶPＤ(９脚）:RST是复位信号输入端，高电平有效。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平值时，将+５Ｖ电源给RSＴ键提供两个机器周期（２4个时钟振荡周期）的高电平后，就可以完成复位操作。RSＴ引脚还具有VPＤ功能，即接入RSＴ端后能为ＲAＭ供备用电源，以确保存储在RAM中的信息在突然断电后不丢失，从而复位后能继续正常运行.ＡLＥ／PＲＯＧ（30脚）:地址锁存允许信号端。当单片机上电正常工作后，ALE即引脚不断向外输出正脉冲信号，其频率为振荡器频率的1/6。当CＰU访问片外存储器时，ＡＬＥ输出信号可作为锁存低8位地址的控制信号。在不访问片外存储器时，ＡLE端也以固定的振荡频率的1/6输出正脉冲,所以ALE信号还可以用作对外输出时钟或定时信号。在检测8051芯片是否已经损坏时，可以用示波器查看单片机上的ＡLE端是否有脉冲信号输出。若有脉冲信号输出，一般情况下则说明芯片是好的。AＬＥ端的负载驱动能力为8个LS型TTL（低功耗甚高速ＴTL）负载。此外，ＡLE引脚还具有PＲＯG功能，在对有4KＢEPＲOM的８９51编程写入程序时，ＡＬE引脚可作为编程脉冲输入端。ＰSEN(29脚):程序存储允许输出信号端。当访问片外程序存储器时,PSEＮ端定时输出负脉冲以作为读片外存储器的选通信号.此芯片引脚接EPROM的OＥ端。当ＰSEN端有效时，即允许读出EPRＯM/RＯM中的指令码。PSEN端同样可以驱动8个LS型ＴTＬ负载.若要检查一个８051系统上电后CPU可否正常到EＰROM/ROM中读取指令码，也可以用示波器查看ＰSＥN端有无脉冲输出.若有则说明芯片基本工作正常。ＥA/Vpp（31脚):外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端.EA引脚接高电平时,CPU只访问片内ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当程序计数器的值超过0ＦＦFH时,将自动转去执行片外程序存储器中的程序.当输入信号ＥA引脚接低电平（即接地）时，不论是否有片内程序存储器，ＣPU只访问外部ROM并执行外部程序存储器中的指令。对于无片内ROM的803１或8０３2单片机,需要外扩EPRＯＭ,此时必须将EA引脚接地.EA引脚还具有Vpp功能，在对８75１片内EＰROＭ固化编程时,可以作为较高编程电压(一般１2V~21V）的输入端。Ｐ0/P1/Ｐ２/P3输入/输出端口：P0口(P０．０～P0.7,即39~3２脚）：Ｐ0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。作为漏极开路的输出端口，每位都能驱动8个LS型ＴＴL负载。当用Ｐ０口作为输入端口使用时，应先向P0口锁存器（地址8０Ｈ）写入全１，此时P０口的全部引脚浮空，可以作为高阻抗输入。作为输入端口使用时，要先写1,这就是准双向口的含义.在CPU访问芯片外存储器时,Ｐ0端口分时提供低８位地址和8位数据的复用总线。在此期间，Ｐ0端口内部上拉电阻有效.P1口(Ｐ1.0～P1.7，即1~8脚):P1口是一个自带内部上拉电阻的8位准双向I/Ｏ口。P1口每位都能驱动４个LS型ＴTL负载。在用P1口作为输入口使用时，应先向Ｐ１口锁存地址(９0H）写入全１,此刻P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2口（Ｐ2。0～P2.７,即21~28脚）：P2口也是一个自带内部上拉电阻的8位准双向Ｉ／O口.P２口每位也能驱动4个LS型TTL负载.当访问片外EPROM／RAＭ时，它输出高8位地址。P３口(Ｐ３。0~Ｐ３。７，即１0～17脚）：P３口是一个自带内部上拉电阻的8位准双向Ｉ/O口。P3口每位也都能驱动4个LS型ＴＴL负载。P3口与其它I／O端口有很大的区别,它的每个引脚都有其他功能,如下：P３．0:（RXＤ)串行数据接收；Ｐ3。1:（ＲＸD)串行数据发送;P3.２：(INT0＃）外部中断０输入；Ｐ3.３:(IＮT1#)外部中断1输入；P3。4:（T０）定时/计数器0的外部计数输入；Ｐ３．５：(T1)定时/计数器1的外部计数输入；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。4．1．389C５1单片机的中断系统89C51系列单片机的中断系统含有５个中断源，2个优先级,可以实现二级中断服务嵌套.它是由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器ＩE控制CPU是否响应中断请求的。由中断优先级寄存器４。1。48９Ｃ51单片机的定时/计数器在单片机应用系统中，常常会遇到定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等。此外,也经常会遇到要对外部事件进行计数。89Ｃ５1单片机内集成有两个可编程的定时／计数器,即T0和Ｔ１。它们不仅可以工作于定时模式,也可以工作于外部事件计数模式。另外，4.２LCD显示器简介显示器是人与机沟通的重要界面，工业中早期以显像管（ＣRT／CathodeRayTｕｂe）显示器为主,但随着科技的不断进步,各种各样的显示技术迅速地诞生，近年来由于LCD液晶显示器具有轻薄短小、耗电量低、使用方便、平面直角显示以及影像稳定等优势,而且其价格近年来也不断下跌，所以逐渐取代了CRT之主流地位,成为现在我们使用中的主要显示装置。LCD液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物。由于它的透明度和呈现的颜色受外加电场的影响，故利用这特点便可做成字符显示器.液晶显示器（即LCＤ)英文全称为LiｑuｉdCrｙsｔalDｉｓｐlay，是一种采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。和ＣRＴ显示器相比，LＣD具有很多优点。由于是通过控制是否透光来控制亮和暗，当色彩不变时,LＣD液晶也会保持不变,故就不必考虑刷新率的问题。显示接口是用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据的.本设计系统中显示部分采用的是16０2LCＤ液晶显示模块.点阵图形式液晶是由M行×N列个显示单元组成的,假设LCＤ显示屏有64行，每行有1２8列，每8列对应１个字节的8个位,即每行是由1６字节，共1６×8=128个点组成的，屏幕上６4×16个显示单元与显示RAM区的1０24个字节相对应,每一字节的内容与屏上相应位置的亮暗相对应.一个字符是由6×８或8×8点阵组成的，即要找到和屏上几个位置对应的显示ＲＡM区的几个字节，而且要使每个字节的不同的位为‘1',其它的位为‘0'，为‘1’的点亮，为‘０’的点暗,这样就组成某个字符.但对于内带字符发生器的控制器来说,显示字符就简单得多了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LＣD上开始显示的行列号和每行的列数找出显示RAＭ对应的地址，设定光标，再在此送上该字符对应的代码即可.4。2．11602ＬＣD液晶模块简介液晶显示器是一种将液晶显示器件，集成电路，连接器件,，ＰCＢ线路板，背光源，结构器件装配在一起的组件。本系统设计中采用LCD液晶屏进行显示。LCＤ液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器件，只要2～3Ｖ就可以工作，工作电流仅为几微安,是任何显示器无法比拟的,同时还可以显示大量信息。除数字外，还可以显示文字、曲线等，相较传统的数码LＥD显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。LＣＤ液晶显示的优点为：（1）．显示质量高，由于LCD液晶显示器的每个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，所以液晶显示器的画质高而且不会闪烁。（２)．数字式接口，LCD液晶显示器都是数字式的,和单片机的接口操作简单也很方便.（3)。功率消耗低，相比LED显示器而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上,因此耗电量比其他器件要小很多.虽然ＬＣD显示器的价格比数码管要贵，但它的显示效果好，是当今显示器的主流，所以本设计中采用LＣＤ作为显示器。根据显示内容和方式的不同可以分为数显LCD和点阵字符LCD,点阵图形ＬCD。在此设计中我采用点阵字符LＣD,这里采用常用的2行16个字的1602液晶模块.1602采用标准的1４脚接口,如图4-3所示。其中：第1脚：VＳＳ为电源地;第２脚：VDD接5V正电源;第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接电源地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影"，故使用时可以通过一个10K的可调电阻调整对比度；第４脚:RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器；第５脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作.当RＳ和RW共同为低电平时,可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平、RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平、RW为低电平时可以写入数据；第6脚:E端为使能端，当Ｅ端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第7～14脚：Ｄ0~D７为8位双向数据线；第15脚：背光电源正极,接５V正电源正;第16脚：背光电源负极,接电源地.图4-3液晶显示电路图本设计中采用89C51的Ｐ２口作为数据线,用P3．2口、P３.1口、P3．０口分别作为16０２LCD的E、R／W、ＲS.它们中Ｅ是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，ＲＳ是寄存器选择信号。此模块设计如下：进行显示模块初始化，首先清屏，再设置显示行数为1行，接口数据位为8位,字型为5×７点阵。然后设置液晶为整体显示，取消光标和字体闪烁，最后设置为正向增量方式且不移位.给LCD的显示缓冲区中送字符，本程序中采用2个字符数组，一个显示字符，另一个显示温度和时间数据,要显示的字符和数据被送到相应的数组中，完成后再统一显示出来。首先取一个要显示的字符或数据送到LCＤ的显示缓冲区内，程序延时2.５mｓ,判断是否够显示的个数，若不够则地址加一取下一个要显示的字符或数据。4.3DS18B2０温度传感器的介绍。DＳ１８B20引脚如图4-4所示：图4－4DS1８B2０引脚图DS18Ｂ20是由ＤALＬAS公司生产的一种新型的单线数字温度传感器.，其体积小、适用于多种场合、并且适用电压较宽、更为经济。数字化温度传感器ＤS18B20是世界上第一种支持“一线总线”接口的温度传感器。其温度测量范围为-５5~＋125℃，可编程为9位～１2位转换精度，测温分辨率可达０。0６25℃。其分辨率设定参数以及手动设定的恒定温度值和定时时间值存储在ＥＥPRＯM中,掉电后仍然保存.被测温度以符号扩展的16位数字量方式串行输出,其工作电源既可在远端引入，也可通过采用寄生电源方式产生.多个DＳ18B20可以同时并联到3根或２根线上,CＰU只需要一根端口线就能与诸多DS1８B204。3．1DS18Ｂ2０温度传感器工作原理DS1８B2０的测温原理:低温系数晶振的振荡率受温度影响很小，用于产生固定频率脉冲信号送给计数器1；高温系数晶振随温度变化其振荡频率改变明显,所产生的信号作为计数器２的输入脉冲.首先计数器1和温度寄存器预置在－55℃所对应的一个基数值。开始时计数器１对低温系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减为0时,温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将被重新装入,随后计数器1重新开始对低温系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0ＤS18Ｂ20温度传感器的功能特点：(1）.采用单总线技术，与单片机通信只需要一根I/Ｏ线；（2)。DS18B2０具有一个独有不变的64位序列号,可以根据序列号访问相应的器件；（3)。低压供电，供电电源范围为3～5Ｖ，可以直接从数据线上转接电源（即为寄生电源方式）;(4）。测温范围为—55℃～+１25℃，在—10℃～85℃（5）。可编程数据为9~１2位，转换12位温度最大时间为７50ms；(6）。可以自行手动设定报警上下限温度；（7）.报警搜索命令可识别是否温度超出预定值；（8)。DS18B20的分辩率可以自行通过EＥPＲOM设置为９~12位.（９）．DS１8B2０可将测得的温度值直接转化为数字量，并可以通过串行通信的方式与主控制器进行数据通信。4。3.2ＤS18B20的相关介绍温度的读取：ＤS1８Ｂ20在出厂时已经配置为12位，读取温度时共读取16位,所以把后11位的2进制转化为10进制后再乘以0。062５即为所测的温度,此外还需要判断正负。前5个数字为符号位，前5位为1时，读取的温度为负数；前5位为0时,读取的温度为正数。ＤＳ18Ｂ20的初始化：(1)。先将数据线置高电平“1”（2)。延时（该时间尽可能的短一点）；（3)．数据线拉到低电平“０"（4）．延时75０ms；(5）．数据线拉到高电平“1”(6）.延时等待；（7)．若ＣＰＵ读到了数据线上的低电平“0”，则还要做延时,其延时的时间从发出的高电平算起最少要48０mｓ(8）．将数据线再次拉高到高电平“1”DS18B20的写操作：（1)。数据线先置为低电平“0”(2).延时1５ms；(３)。按从低位到高位的顺序发送字节；(４）.延时4５ms；(５)．将数据线拉到高电平;（6)．重复上（1）到（6）的操作直至所有的字节全部发送完为止；(７）.最后将数据线拉高。ＤS１8B2０的读操作：（1）．将数据线拉高为“１”（2）．延时2ms;（３).将数据线拉低为“０"（4)。延时15ms;(５).将数据线拉高为“1”（6)．延时１5ms;(7）.读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理；（8）。延时30mｓ。4.3．３使用DＳ18B20的注意事项使用ＤS18B２0测温虽然有系统简单、精度高、连接方便、使用口线少等优点,但在应用中也应注意以下几方面的问题：(1）。DS1８Ｂ2０从测温结束到将温度值转换成数字量需要一定的转换时间,在此期间必须确保有足够的时间，否则会出现转换错误的现象，使温度输出总是显示85;（2）.在实际使用中发现，供电电源电压应保持在5Ｖ左右，如果供电电源电压过低，则会使所测得的温度精度降低；(3）．在DＳ1８B20测温程序设计中，当向DS１8B２0发出温度转换命令后，程序要等待DS18Ｂ２０的返回信号,如果DS１8B20接触不好或断线,当程序读DS１8Ｂ２0时,将没有返回信号,程序就会进入死循环，在进行ＤＳ１８B20硬件和软件设计时也应当注意这一点.4。3.４温度传感器DS１８B２0与单片机的接口电路ＤS1８B20有两种供电方式，一种方式是采用电源供电，这种情况下DS1８Ｂ20的1脚接地,2脚作为输出信号线，３脚接电源。另一种方式是采用寄生电源供电，如图４—５所示，单片机端口接单线总线，GND端接地.图4-5DS１8B20与单片机的接口电路4。424VDC和5VDC电源设计介绍鉴于本课题设计的要求需使用24VDＣ电源给加热模块供电，此设计中使用一个１8V的交流变压器，后经过整流二极管、滤波电容整流后可以直接得到24V左右的直流电源，所得的24Ｖ直流电源再经过滤波电容和7８０5稳压管进行降压后可得到5V的直流电源。由18V交流电整流得24V直流电源的公式为:(18×2）／√2﹦25。456Ｖ电源设计电路如图4—6所示：图4—６电源设计电路图４．５加热和散热装置介绍4.5．1加热装置在此设计中使用了一个10W５1R引线水泥电阻，由于水泥电阻的功率较大，当给这个水泥电阻通以24ＶDC电源时,它可以迅速地升温，给1８B2０传感器加热。水泥电阻是将电阻线绕在无碱性耐热瓷件上,外面加上耐热、耐湿及耐腐蚀之材料保护固定并把绕线电阻体放入方形瓷器框内,用特殊不燃性耐热水泥充填密封而成。水泥电阻的外侧主要是陶瓷材质。水泥电阻的特点如下：(1）。水泥电阻最大的特点是功率大,电阻值小；(2）。体积小、耐震、耐湿、耐热及良好散热，价格；(3）.完全绝缘，适用于印刷电路;（4）.瓷棒上绕线然后接头电焊，制出精确电阻值及延长寿命;（5）。耐热性优，电阻温度系数小，呈直线变化;(6）．耐短时间超负载,低杂音,阻值经年无变化；(7）．防爆性能好,起保护作用。水泥电阻的主要用途：水泥电阻通常用于功率大，电流大的场合，有２W，3Ｗ,5W，10W甚至更大的功率，象空调，电视机，等功率在百瓦级以上的电器中，基本上都会用到水泥电阻。在此电路设计中，由于供电电源为２4V直流电，考虑到耐压、耐流的要求，需要使用开关管3205来驱动加热电阻，由于单片机端口本身输出的高低电平不足以驱动开关管3205动作，所以使用NPN三极管805０和PNP三极管855０分别连接５V电源和电源地组成驱动电路，以满足驱动开关管３20５的高低电平。如图４—７所示，当连接加热模块的单片机Ｐ2.5端口输出为高电平时，三极管8050导通,连接于三极管805０的5V电源给开关管３２０5以足够的高电平,开关管320５导通,加热电阻导通加热；相反，当Ｐ2。5端口输出为低电平时,三极管8550导通,连接于三极管8550的电源地给开关管3205以足够的低电平，开关管32０5停止导通，加热电阻停止加热。同时，给加热电阻并联了一个黄色发光二极管以显示加热电阻的工作状态.图４—７加热装置设计电路图4。５．２散热装置在此设计中使用了一个由5Ｖ直流电源供电的小风扇来给加热电阻散热,以达到降温的效果。由于使用的是5Ｖ的直流电，故对控制通电的器件的耐压、耐流要求较低，可以直接使用控制PＮP三极管8550的通断以控制散热的运行和停止。如图4-８所示，当连接散热模块的单片机P2．６端口输出为低电平时,三极管8５5０导通，散热风扇通电运行；反之,当P2。６端口输出为高电平时,三极管8550停止导通，散热风扇断电停止运行.同时，给三极管８550并联了一个蓝色发光二极管以显示散热风扇的工作状态。图4－8散热装置设计电路图４。6恒温温度和定时时间设定按键的设计如图４-9所示，本系统设计设置了6个控制按键K1、K2、K３、K4、K5、K6分别于对应的单片机上的Ｐ2.1、P2.0、P3。７、Ｐ2.2、P２．3、P2。４相连,采用查询方式,分别检查对应的每个端口的高低电平以完成不同操作,设计如下：当按下K１键,进入手动设定恒温温度值的状态,此时按下K2键可以设定恒温温度值，每按一下K2，温度设定值加一，相对地，没按一下Ｋ3，设定值减一，设定好在正确温度范围内的温度值后,再按一下K１,系统开始执行,当前测得的温度将于设定值进行比较,以控制加热或散热装置运行或停止，期间,按下K4键，这设定值请零，系统恢复初始状态，停止所有动作。在设定好恒温温度值后,可以按下K5键，系统在执行恒温的加热或散热的同时还进入定时时间设定状态，此时，同样可以按Ｋ2、Ｋ３键来加减设定定时时间值,设定好后再按一下K5，定时系统准备完成,等待环境温度降到或升到设定的恒定温度值，环境温度到达设定温度值时，定时开始，定时数值开始进入倒计时,时间值逐步减小,当减小到零时，系统恢复初始状态，一切运行停止,且恒温温度设定值和定时时间值都自动清零.期间,可以按下Ｋ６键，将定时时间值清零以重新设定.以上的恒温温度设定值和定时时间设定值都在1６02LCD液晶上显示。以上使用的定时系统采用的是８9Ｃ５１单片机内的Ｔ０定时器,定时时间的快慢可通过软件中设定，本系统中现在设定的是以秒为单位。图4—9恒温温度和定时时间设定按键的设计电路图４.7温度上下限报警显示鉴于课题要求的温度范围20℃-图４-10温度上下限报警电路图在电路上,一个红色的发光二极管和一个绿色的发光二极管分别于单片机上的29脚和３0脚相连，并且另一端都接有５Ｖ电源，有29脚和3０脚的端口所发出的高低电平来控制发光二极管的通断。对应的不同发光二级管的通断，在程序中还控制着加热或散热装置的运行或停止。如图,当测得的环境温度高于温度上限60℃时,２9脚端口置为低电平，红色的发光二级管导通发光，同时散热装置启动,散热电风扇开始运行散热；当测得的环境温度低于温度下限20℃时，30４.8本章小结本章分析了数字温度计恒温控制系统的各个硬件部分的电路设计，详细介绍了设计中所用到的芯片，包括单片机芯片80C51和数字温度传感器芯片DS18B20.介绍了89C51单片机的结构、特点、中断、定时/计数功能等。以及数字温度传感器DS18B20５系统软件设计5.1主程序设计本设计系统的功能是由硬件电路和软件程序设计共同配合来实现的，当硬件电路设计好后，软件的程序设计也随硬件的设计而设计。本设计中软件的功能有如下几大类：一是主程序，它是整个系统的控制核心，用以协调各执行模块和操作者的运行；二是子程序,用以完成各部分功能，如测量、计算、查询、显示等。每一个子程序也就是执行一个小的功能执行模块，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。本设计中各执行模块如下:（1).液晶显示模块：用以对液晶进行初始化;（2)．温度采集模块:用以对温度传感器DS１8B２0进行初始化；(3）．参数设定模块:用以实现恒定温度值和定时时间值的设定；(４).显示模块：用以计算、处理温度、时间数值，将其在液晶上正确显示出来;（5）．定时器模块：用以调用单片机中的Ｔ0计时器，设定时间的快慢值.当各执行模块规划好后，就可以规划主程序了。首先要根据系统的主要功能选择一种最合适的主程序结构，其次再根据各功能的要求，合理地安排主程序和各执行模块之间的关系.主程序流程如图图5-1所示：开始开始判断温度是否在上下限范围内判断是否设定恒温温度值判断是否设定定时时间值显示温度，设定温度值和定时时间值DS18B20初始化结束执行定时执行恒温控制YYNN红灯亮，电风扇工作绿灯亮，加热电阻工作超过温度上限低于温度下限图5—1整体系统程序流程图5．2子程序设计５.2.１DS18B２0初始化程序ＤS18B20初始化流程图如图５-２所示：开始开始C51寄存器初始化18B20是否存在读取温度温度数据处理温度显示结束温度转换命令YN图５-2DＳ18B2０初始化流程图5。2.2恒温控制子程序在本恒温系统设计中,通过程序设计分别控制加热模块和散热模块工作,。其子程序流程图如图５－3所示:设定了恒温温度值设定了恒温温度值判断环境温度是否大于设定温度蓝色灯亮，散热风扇工作黄色灯亮，加热电阻工作显示温度、恒温设定值大于小于相等图5-3恒温控制程序流程图５。3本章小结本章主要介绍了课题设计的软件编程部分，详细介绍了主程序的程序设计流程和系统核心温度传感器DＳ1８B20的工作流程,以及实现恒稳控制的方式.通过设计程序流程图，更为直观地显示了它们的工作方式。6实验仿真测试本设计中首先使用了Pｒｏｔeus与Keil软件在计算机上进行实现了设计仿真，初步确定了设计的可行性。6。1基本温度显示如图６—１所示,这是系统初始运行，ＤＳ1８Ｂ20已经完成初始化后实时显示环境温度。图6—１DS1８B２0初始运行显示6。2温度上下限报警显示本设计中温度范围设定为20℃—（1).如图６-2所示，此时测得环境温度为1９℃，低于温度下限20℃,D1图6-2温度下限报警显示（2）。如图6－3所示，此时测得环境温度为6１℃,高于温度下限60℃，D2亮报警，同时电风扇D图6—3温度上限报警显示6。３恒温控制显示如图6-4所示，６个设定按键分别与单片机P1口的6个引脚相接,通过按键可以手动设定恒温温度值和定时时间值。图6—4按键与单片机断开连接图（1）。如图6-5所示，此时设定的恒温温度值25℃,在正常温度范围２0℃—6０℃内,输入的温度值有效，温度上下限报警灯不动作,系统执行。检查比较到当前环境温度为图6—５设定温度值小于环境温度值时系统运行显示(2).如图６-6所示，此时设定的恒温温度值45℃，在正常温度范围20℃-60℃图6—６设定温度值大于环境温度值时系统运行显示6。４定时控制显示如图6—7所示,此时在图6－6的基础上，又设定温度保持时间为10s，此时环境温度还未达到设定温度，定时已经完成了，处于待运行状态。图6－7定时设置完成显示如图6—8和图６-9所示，此时环境温度已经加热到设定温度值，并保持在上下１℃图６-8定时设置开始动作显示图6-9定时设置动作结束显示6。5本章小结本章介绍了在计算机上使用Prｏteｕｓ与Kｅiｌ软件对本设计进行了仿真测试.分别运行了基本环境温度显示、温度上下限报警显示、设定恒定温度的运行显示、以及对恒温进行定时的运行显示。通过软件仿真测试，初步验证了系统设计的可行性.结论本文介绍了基于80C５1单片机的数字恒温控制系统的设计,对系统整体硬件电路和软件程序设计做了详细分析,介绍了当前数字温度计的应用及发展,介绍了仿真软件ｐrｏteｕs、ｋｅiｌ以及电路板设计软件Pｒoteｌ9９SE的基本知识，介绍了课题的设计方案选择及原理,详细介绍5１单片机的结构、特点等.在设计中进一步巩固了51单片机的基本知识，加深了对５1单片机的运用。通过使用各个软件进行仿真测试等，加深了对专业知识的了解。在本数字恒温控制系统的设计的过程中，经过三个月的方案设计、系统的硬件制作和软件的设计、整体系统的调试.同时查阅了大量的关于传感器、单片机及其接口电路、恒温控制方面的理论知识。经过了一番特殊的体验,其中也有失败，通过不断修改后终获成功。此次设计完全是自己靠用所学的专业知识不断摸索测试解决了各各问题.通过这次毕业设计，在使我了解到了自己的不足的同时，锻炼了自己分析问题、处理问题的能力,提高了自己的动手能力。此次毕业设计，一一实现了任务书中的各项要求，满足了设计要求的精确度。实现了恒温控制、温度报警、定时灯功能.通过软件仿真初步验证了设计的正确性和可行性.但是由于设计者的设计经验和知识水平有限，系统还存在不足之处。谢辞通过几个月的努力,我的毕业设计《保健床控制系统的设计》终于完成了。在本次毕业设计中，不仅自己付出了很多心血，同时也得到了很多老师和同学的支持与帮助，为我解决了一些困难。在这里,我要特别感谢我的导师XXX老师，在毕业设计的开始，王老师给了我很多帮助与指导。当我在设计遇到困难时,X老师也及时的给予了帮助和鼓励.为我顺利完成毕业设计提供了极大的帮助。对在本次毕业设计中给予过我帮助的老师和同学至以最真挚的谢意。参考文献[1］康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）．北京:高等教育出版社，2０09．［2］康华光.电子技术基础数字部分（第五版）．北京：高等教育出版社,2０09．[４］谭浩强.C语言程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