畢業(yè)論文數(shù)字溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作.doc

金金 華華 職職 業(yè)業(yè) 技技 術(shù)術(shù) 學(xué)學(xué) 院院 JINHUAJINHUA COLLEGECOLLEGE OFOF PROFESSIONPROFESSION ANDAND TECHNOLOGYTECHNOLOGY 畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)成果畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)成果 題 目 數(shù)字溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作 學(xué) 院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)教學(xué)成果金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)教學(xué)成果 目目 錄錄 摘要 1 英文摘要 2 引言 3 1 設(shè)計(jì)要求 4 2 數(shù)字溫度控制器的相關(guān)理論與技術(shù) 5 2 1 數(shù)字溫度控制器的原理及功能 5 2 2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 5 2 2 1 DS18B20 單線智能溫度傳感器的工作原理 5 2 2 2 LCD 顯示電路功能與作用 10 2 2 3 報(bào)警電路功能與作用 12 2 2 4 按鍵控制電路的功能 12 2 3 電源電路的功能 13 2 4 數(shù)字溫度控制器電路圖 13 3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 15 3 1 主程序流程圖 15 3 2 溫度采集及報(bào)警處理程序流程圖 15 3 3 溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法 16 4 電路檢測與調(diào)試 17 4 1 調(diào)試的目的 17 4 2 電路調(diào)試定義 17 4 3 硬件調(diào)試 17 4 4 軟件調(diào)試 18 4 5 軟硬件聯(lián)調(diào) 18 結(jié)論 19 致謝 20 參考文獻(xiàn) 21 附件 1 元器件清單 22 理工類 附件 2 硬件電路圖 23 附件 3 硬件 PCB 圖 24 附件 4 MAX232 下載口 PCB 圖 25 附件 5 數(shù)字溫度控制器仿真圖 26 附件 6 實(shí)物圖 27 附件 7 軟件總程序 28 數(shù)字溫度控制器的數(shù)字溫度控制器的設(shè)計(jì)與制作設(shè)計(jì)與制作 信息工程學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)信息工程學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè) 高飛高飛 摘要摘要 本論文介紹一種應(yīng)用于家庭自制酸奶背景下的可設(shè)置工作模式 帶聲光 報(bào)警的數(shù)字溫度控制器 論文主要介紹了基于 AT80C51 的單片機(jī)溫度控制囂的 設(shè)計(jì) 其中主要介紹了 DSl8B20 芯片的使用以及如何實(shí)現(xiàn)其功能 其中包括對 DSl8B20 芯片的引腳的介紹 性能參數(shù) 使用的主要事項(xiàng)和實(shí)現(xiàn)的其功能的軟 件的部分源程序 還有測溫電路 顯示電路 按鍵電路和電源電路 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 單片機(jī) 溫度傳感器 溫度測量 控制器 Digital Temperature Controller Design and Production Major of Applied Electronic Technology Information and Engineering college Gaofei Abstract The present paper introduced that one kind applies under the family self restraint yogurt background may establish the working pattern the belt acousto optics warning digit temperature controller The paper mainly introduced based on AT80C51 monolithic integrated circuit temperature control clamour design mainly introduced how the DSl8B20 chip s use as well as does realize its function including its function software s partial source programs which to the DSl8B20 chip s pin s introduction the performance parameter the use main item and realizes but also has the temperature measurement electric circuit display circuit and control circuit Keywords microcontroller temperature sensors temperature measurement the controller 引言引言 隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展 人們生活節(jié)奏也隨之加快 工作壓力逐漸增大 飲食的健康和營養(yǎng)價值成為人們越來重視問題 酸奶成為人們首選的早餐飲品 酸奶可以增強(qiáng)人體免疫力 預(yù)防骨質(zhì)疏松 具有較高的營養(yǎng)價值 然而 在對 酸奶制作過程中對溫度控制有著非常高的要求 如對牛奶加熱的溫度如過高 會殺死酸奶中的乳酸菌造成發(fā)酵失敗 如溫度過低又會造成發(fā)酵緩慢 為了解 決對溫度控制帶來的麻煩和不便 使人們在家里自制酸奶更加快捷方便 我們 特別設(shè)計(jì)制作了酸奶數(shù)字溫度控制器 在本課題的設(shè)計(jì)制作過程中我 選取了體積小 精度相對高的 DS18B20 數(shù) 字式溫度傳感元件作為溫度采集 AT89C52 單片機(jī)作為主控芯片 LCD 作為顯示 輸出 實(shí)現(xiàn)了對溫度的實(shí)時測量與控制 本設(shè)計(jì)可以顯示現(xiàn)有環(huán)境溫度 并可 隨意設(shè)定上下限溫度報(bào)警數(shù)值 也可以根據(jù)需要定時進(jìn)行溫度控制 1 1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一款數(shù)字溫度控制器 數(shù)字溫度控制器能實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時測量與控制 本 設(shè)計(jì)可以顯示現(xiàn)有環(huán)境溫度 并可隨意設(shè)定上下限溫度報(bào)警數(shù)值 當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè) 定值時紅色指示燈亮 同時蜂鳴器響起 當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定值時綠色指示燈亮 同 時蜂鳴器響起 也可以根據(jù)需要定時進(jìn)行溫度控制 本設(shè)計(jì)選取體積小 精度相對高 的 DS18B20 數(shù)字式溫度傳感元件作為溫度采集 AT89C52 單片機(jī)作為主控芯片 LCD 作 為顯示輸出 2 2 數(shù)字溫度控制器的相關(guān)理論與技術(shù)數(shù)字溫度控制器的相關(guān)理論與技術(shù) 2 12 1 數(shù)字溫度控制器的原理及功能數(shù)字溫度控制器的原理及功能 如圖 2 1 所示此溫度測量電路主要由以下幾部分組成 一個溫度傳感器 DS18B20 及其選擇按鍵電路 電源電路 控制器單片機(jī) AT89C52 最小系統(tǒng) LCD 液晶顯示電路 聲光報(bào)警電路等 圖 2 1 數(shù)字溫度控制的硬件框圖 溫度傳感器 DS18B20 從測試點(diǎn)采集溫度 然后把溫度轉(zhuǎn)換成電壓 或電流 溫度 傳感器輸出電壓的大小隨溫度的高低變化而變化 電壓值的變化范圍從幾個微伏到幾 個毫伏 不同的溫度傳感器 輸出電壓的范圍也差別很大 單片機(jī) AT89C52 是溫度測 量電路的控制核心 它將采集到的數(shù)字溫度電壓值 經(jīng)過計(jì)算處理 得到相應(yīng)的溫度 值 經(jīng)掃描驅(qū)動送到 LCD 顯示器以數(shù)字形式顯示測量的溫度 LCD 顯示器用于顯示測量 溫度的結(jié)果 報(bào)警溫度控制電路用于在不同應(yīng)用中靈活設(shè)定報(bào)警溫度 在超過設(shè)定范 圍時 報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警 2 22 2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 2 2 12 2 1 DS18B20DS18B20 單線智能溫度傳感器的工作原理單線智能溫度傳感器的工作原理 1 DS18B20 單線智能溫度傳感器的性能特點(diǎn) DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單線智能溫度傳感器 與傳統(tǒng)的熱 敏電阻等測溫元件相比 它能直接讀出被測溫度 并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程 實(shí)現(xiàn) 9 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下 采用單片機(jī)技術(shù) 與單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信 直接輸出被測溫 度值 測溫范圍為 55 125 測量分辨率可達(dá) 0 0625 在 10 85 范圍內(nèi)誤差 為 0 5 內(nèi)含 64 位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器 ROM 通過識別只讀 ROM 中的唯一序列號 實(shí)現(xiàn)單線多掛接 可通過數(shù)據(jù)供電 電壓范圍為 3 0 5 5V 溫度以 9 或 12 位數(shù)字量讀出 用戶可分別設(shè)定各路溫度的報(bào)警上 下限 將 12 位的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需的時間不超過 750ms 負(fù)電壓特性 電源極性接反時 溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒壞 但不能正常工作 2 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 2 所示 它采用 3 腳 PR 35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝其管腳封裝如圖 2 3 所示 3 DS18B20 單線智能溫度傳感器的工作原理 64 位 ROM 的位結(jié)構(gòu)如圖 2 4 所示 開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號 接著是每個器 件的惟一的序號 共有 48 位 最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼 這也是多個 DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 可通過軟 件寫入戶報(bào)警上下限 MSB LSB MSB LSB MSB LSB 圖 2 2 64 位 ROM 結(jié)構(gòu)圖 8 位檢驗(yàn) CRC48 位序列號8 位工廠代碼 10H 圖 2 2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 2 3 DS18B20 的引腳排列 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電 擦除的 EEPRAM 高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器 結(jié)構(gòu)如圖 2 4 所示 DS18B20 EEPROM 的結(jié)構(gòu) 圖 2 4 DS18B20 高速暫存 RAM 結(jié)構(gòu)圖 頭 2 個字節(jié)包含測得的溫度信息 第 3 和第 4 字節(jié)是 TH 和 TL 的拷貝 是易失的 溫度 LSB 1 字節(jié) 溫度 MSB 2 字節(jié) TH 用戶字節(jié) 1 3 字節(jié) TL 用戶字節(jié) 2 4 字節(jié) 配置寄存器 5 字節(jié) 保留 6 字節(jié) 保留 7 字節(jié) 保留 8 字節(jié) CRC9 字節(jié) TH 用戶字節(jié) 1 TL 用戶字節(jié) 2 配置字節(jié) 每次上電復(fù)位時被刷新 第 5 個字節(jié)為配置寄存器 它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字 轉(zhuǎn)換分辨率 DS18B20 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值 該 字節(jié)各位的定義如圖 2 6 所示 低 5 位一直為 1 TM 是測試模式位 用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式 在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0 用 戶不要改動 R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù) 即用來設(shè)置分辨率 方法見表 2 5 由表 2 5 可見 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間比較長 而且設(shè)定的分辨率越高 所需要的 溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間就越長 因此 在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮 高速暫存 RAM 的第 6 7 8 字節(jié)保留未用 表現(xiàn)為全邏輯 1 第 9 字節(jié)讀出前面所 有 8 字節(jié)的 CRC 碼 可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù) 從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性 表 2 1 DS18B20 分辨率的定義規(guī)定 圖 2 5 DS18B20 的配置寄存器 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后 開始啟動轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 1 2 字節(jié) 單片機(jī)可以通 過單總線接口讀出該數(shù)據(jù) 讀數(shù)據(jù)時低位在先 高位在后 數(shù)據(jù)格式以 0 0625 LSB 形式表示 溫度值格式如圖 2 7 所示 當(dāng)符號位 S 0 時 表示測得的溫度值為正值 可以直接將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 當(dāng)符號位 S 1 時 表示測得的溫度值為負(fù)值 要先將補(bǔ)碼變成原碼 再計(jì)算十進(jìn)制值 表 2 8 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù) DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后 就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH TL 字節(jié)內(nèi)容做比較 若 T TH 或 T TL 則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位 并對主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令做出 響應(yīng) 因此 可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索 R1R0 分辨率 位溫度最大轉(zhuǎn)換時間 ms 00993 75 0110187 5 1011375 1112750 TMR1R011111 LS 字節(jié) MS 字節(jié) 圖 2 6 溫度數(shù)據(jù) 值格式 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲器循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼 CRC 主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56 位來計(jì)算 CRC 值 并和存入 DS18B20 的 CRC 值做比較 以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù) 是否正確 表 2 2 DS18B20 溫度與測得值對應(yīng)表 DS18B20 的測溫原理如圖 2 9 所示 圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響 很小 用它產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器 1 的脈沖輸入 高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其 振蕩頻率明顯變化 所以產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入 圖中還隱含著計(jì) 數(shù)門 當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時 DS18B20 對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) 進(jìn)而 完成溫度測量 計(jì)數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定 每次測量前 首先將 55 所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中 減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度 寄存器被預(yù)置在 55 所對應(yīng)的一個基數(shù)值 減法計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù) 當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時 溫度寄存器的值將加 1 減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值將重新被裝入 減 法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(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 停止溫度寄存器值的累加 此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測 溫度值 圖 2 9 中的斜率累加器用于溫度補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線形性 其輸出 2 3 2 2 2 1 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 SSSSSSSS 溫度 二進(jìn)制十六進(jìn)制表示 1250000 0111 1101 000007D0H 850000 0101 0101 00000550H 25 06250000 0001 1001 00010191H 10 1250000 0000 1010 001000A2H 0 50000 0000 0000 10000008H 00000 0000 0000 00000000H 0 51111 1111 1111 1000FFF8H 10 1251111 1111 0101 1110FF5EH 25 06251111 1110 0110 1111FE6FH 551111 1100 1001 0000FC90H 用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值 只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程 直到溫度寄存 器值達(dá)到被測溫度值 另外 由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的 它有嚴(yán)格的時隙概念 因此讀 寫時很重要 系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行 操作協(xié)議為 初始化 DS18B20 發(fā)復(fù)位脈沖 發(fā) ROM 功能命令 發(fā)存儲器操作命令 處理數(shù)據(jù) 4 DS18B20 與單片機(jī)的接口電路 DS18B20 可以采用兩種方式供電 一種是采用電源供電方式 此時 DS18B20 的 1 腳 接地 2 腳作為信號線 3 腳接電源 另一種是寄生電源方式 如圖 2 10 所示 單片 機(jī)端口接單總線 為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流 可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A D 轉(zhuǎn)換操作時 總線上必須有強(qiáng)的上拉 圖 2 7 DS18B20 測溫原理圖 上拉開始時間最大為 10 s 采用寄生電源供電方式時 VDD 和 GND端均接地 由 于單線制只有一根線 因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的 DS18B20DS18B20DS18B20 VCC 4 7k VCC 8051 圖 2 8 DS18B20 采用寄生電源的電路圖 2 2 22 2 2 LCDLCD 顯示電路功能與作用顯示電路功能與作用 圖 2 9 LCD1602 原理圖 LCD 技術(shù)是把液晶灌入兩個列有細(xì)槽的平面之間 這兩個平面上的槽互相垂直 相 交成 90 度 也就是說 若一個平面上的分子南北向排列 則另一平面上的分子?xùn)|西 向排列 而位于兩個平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種 90 度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài) 由于光線順著 分子的排列方向傳播 所以光線經(jīng)過液晶時也被扭轉(zhuǎn) 90 度 但當(dāng)液晶上加一個電壓時 分子便會重新垂直排列 使光線能直射出去 而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn) LCD 是依賴極化濾光器 片 和光線本身 自然光線是朝四面八方隨機(jī)發(fā)散的 極化 濾光器實(shí)際是一系列越來越細(xì)的平行線 這些線形成一張網(wǎng) 阻斷不與這些線平行的 所有光線 極化濾光器的線正好與第一個垂直 所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線 只有兩個濾光器的線完全平行 或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個極化濾光器相匹配 光線才得以穿透 LCD 正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光器構(gòu)成 所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有 試圖穿透的光線 但是 由于兩個濾光器之間充滿了扭曲液晶 所以在光線穿出第一 個濾光器后 會被液晶分子扭轉(zhuǎn) 90 度 最后從第二個濾光器中穿出 另一方面 若為 液晶加一個電壓 分子又會重新排列并完全平行 使光線不再扭轉(zhuǎn) 所以正好被第二 個濾光器擋住 總之 加電將光線阻斷 不加電則使光線射出 然而 可以改變 LCD 中的液晶排列 使光線在加電時射出 而不加電時被阻斷 但由于計(jì)算機(jī)屏幕幾乎總是亮著的 所以只有 加電將光線阻斷 的方案才能達(dá)到最 省電的目的 從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來看 無論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng) 采用的 LCD 顯示屏 都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu) LCD 由兩塊玻璃板構(gòu)成 厚約 1mm 其間由包含有液 晶 LC 材料的 5 m 均勻間隔隔開 因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光 所以在顯示屏兩邊都 設(shè)有作為光源的燈管 而在液晶顯示屏背面有一塊背光板 或稱勻光板 和反光膜 背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線 其作用主要是提供均勻的背景光源 背光 板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入包含成千上萬水晶液滴的液晶層 液 晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中 一個或多個單元格構(gòu)成屏幕上的 一個像素 在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極 電極分為行和列 在行與列的交 叉點(diǎn)上 通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài) 液晶材料的作用類似于一個個小的光 閥 在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動電路部分 當(dāng) LCD 中的電極產(chǎn)生電場時 液晶分子就會產(chǎn)生扭曲 從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射 然后經(jīng)過第二層 過濾層的過濾在屏幕上顯示出來 2 2 32 2 3 報(bào)警電路功能與作用報(bào)警電路功能與作用 溫度報(bào)警電路采用 NPN 三極管 電阻和蜂鳴器組成 在設(shè)定報(bào)警溫度后 超出溫 度范圍時 由報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能 圖 2 10 報(bào)警部分電路圖 2 2 42 2 4 按鍵控制電路的功能按鍵控制電路的功能 按鍵控制電路由四個按鈕開關(guān)組成 調(diào)節(jié)報(bào)警上限值和下限值 圖 2 11 按鈕開關(guān) 2 32 3 電源電路的功能電源電路的功能 系統(tǒng)需要多種電源 單片機(jī)需要 5V 電源 傳感器需要 10V 以上的線性電源 穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種 一種是特性指標(biāo) 包括允許的輸入電壓 輸出電 壓 輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等 另一種是質(zhì)量指標(biāo) 用來衡量輸出直流電壓的 穩(wěn)定程度 包括穩(wěn)壓系數(shù) 輸出電阻 溫度系數(shù)及紋波電壓等 采用三端固定穩(wěn)壓芯片 7805 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源 這個部分由濾波電路 穩(wěn)壓 電路等組成 如下圖 圖 2 12 電源電路圖 在這里只給出了 5V 電源電路 12V 電源電路與 5V 相似 因此不再畫出 78 系列是輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器 輸出為正電壓 輸出電流可達(dá) 1A 2 42 4 數(shù)字溫度控制器電路圖數(shù)字溫度控制器電路圖 圖 2 13 數(shù)字溫度控制器電路圖 以上我們對溫度測量電路的硬件各部分電路溫度測量電路 報(bào)警電路 按鍵控制 電路和整個電路圖等進(jìn)行了介紹 在下一章我們將對軟件部分進(jìn)行分析 3 3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序主要包括主程序 讀出溫度子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 計(jì)算溫度子 程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等等 3 13 1 主程序流程圖主程序流程圖 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)際顯示 讀數(shù)并處理 DS18B20 的測量溫度值 其程序流程圖見圖 3 1 圖 3 1 主流程 3 23 2 溫度采集及報(bào)警處理程序流程圖溫度采集及報(bào)警處理程序流程圖 溫度采集及報(bào)警處理程序流程圖的主要功能是對當(dāng)前的進(jìn)行采集和報(bào)警處理 在 讀出時需進(jìn)行 CRC 檢驗(yàn) 校驗(yàn)有錯時不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫 寫程序流程圖如圖 3 2 所示 圖 3 2 程序流程圖 3 33 3 溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法 從 DS18B20 讀取出的二進(jìn)制值必須先轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制值 才能用于字符顯示 因?yàn)?DS18B20 的轉(zhuǎn)換精度為 9 到 12 位可選的 為了提高精度選取 12 位 在采用 12 位轉(zhuǎn)換 精度時 溫度寄存器里的值是以 0 0625 為步進(jìn)的 即溫度值為溫度寄存器里的二進(jìn)制 值乘以 0 0625 就是實(shí)際的十進(jìn)制溫度值 4 4 電路檢測與調(diào)試電路檢測與調(diào)試 4 14 1 調(diào)試的目的調(diào)試的目的 在眾多電子產(chǎn)品中 由于其包含的各元器件性能參數(shù)具有很大的離散性 電路設(shè) 計(jì)中的近似性 再加上生產(chǎn)過程中的不確定性 使得裝配完成的產(chǎn)品在性能方面有較 大的差異 通常達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)定的功能和性能指標(biāo) 這就是整機(jī)裝配完畢后必須進(jìn)行 調(diào)試的原因 4 24 2 電路調(diào)試定義電路調(diào)試定義 電子電路調(diào)試技術(shù)包括調(diào)整和測試兩部分 調(diào)整主要是對電路參數(shù)的調(diào)整 如對 電阻 電容和電感等 以及機(jī)械部分進(jìn)行調(diào)整 使電路達(dá)到預(yù)定的功能和性能要求 測試主要是對電路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和功能進(jìn)行測量與試驗(yàn) 并與設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)進(jìn)行 比較 以確定電路是否合格 電路測試是電路調(diào)整的依據(jù) 又是檢驗(yàn)結(jié)論的判斷依據(jù) 實(shí)際上 電子產(chǎn)品的調(diào)整和測試是同時進(jìn)行的 要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整和測試 產(chǎn)品的性 能才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo) 4 34 3 硬件調(diào)試硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng) 基本測試儀器 萬用表 示波器 等 檢查用戶系統(tǒng)硬 件中存在的故障 硬件調(diào)試可以分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未共工作時的一種調(diào)試 步驟如下 第一步 目測 檢查外部的各種元件或者是否有斷點(diǎn) 第二步 用萬用表測試 現(xiàn)用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn) 再檢測各種電 源線與接地線之間是否有短路現(xiàn)象 第三步 加電檢測 給電路板加電 檢測所有的插座或者是硬件的電源是否符合 要求的值 第四步 聯(lián)機(jī)檢查 因?yàn)橹挥袉纹瑱C(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的 器件內(nèi)部的故障 器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查 動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近 及遠(yuǎn) 由分到合 由近及遠(yuǎn) 是將信號流經(jīng)的各元器件按照距離單片機(jī)的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分 層 然后分層調(diào)試 調(diào)試時 仍采用去掉無關(guān)元件的方法 逐層調(diào)試下去 就會定位 故障元件了 由分到合 是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊 當(dāng)調(diào)試電路時 與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉 這樣可以將故障范圍限定在某個局部的 電路上 當(dāng)各塊電路無故障后 將電路逐塊加入系統(tǒng)中 再對各塊功能及各路電路之 間肯能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試 有分到合的調(diào)試即告完成 4 44 4 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編 連接 執(zhí)行 來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與 邏輯錯誤并加以排除糾正的過程 程序運(yùn)行后編輯 查看程序是否有邏輯的錯誤 在對硬件的調(diào)試后再對軟件進(jìn)行 因?yàn)橄葘τ布z查沒有問題的情況下在對 軟件進(jìn)行調(diào)試 4 54 5 軟硬件聯(lián)調(diào)軟硬件聯(lián)調(diào) 在灌好程序后 將 AT89C52 芯片插到硬件電路上 插上電源看它能否達(dá)到預(yù)期效果 結(jié)論結(jié)論 本系統(tǒng)基本完成了預(yù)期的目標(biāo) 實(shí)現(xiàn)了數(shù)字溫度控制器的基本功能 如數(shù)字溫度控 制器的相關(guān)理論與技術(shù) 印制電路板的制作 電路調(diào)試 溫度測試報(bào)警控制功能等 經(jīng)過了兩個多月的學(xué)習(xí)和工作 我終于完成了數(shù)字溫度控制器的論文 從開始接 到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 再到論文文章的完成 每走一步對我來說都是新的嘗試與 挑戰(zhàn) 這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目 踉踉蹌蹌地忙碌了兩個月 我的 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題也終將告一段落 由于能力和時間的關(guān)系 總是覺得有很多不盡人意的 地方 譬如功能不全 元件安排與設(shè)計(jì) 印制電路板的設(shè)計(jì)與制作 數(shù)不勝數(shù) 可 是 我又會有點(diǎn)自戀式地安慰自己 做一件事情 不必過于在乎最終的結(jié)果 可貴的 是過程中的收獲 以此語言來安撫我尚沒平復(fù)的心 畢業(yè)設(shè)計(jì) 也許是我大學(xué)生涯交上的最后一個作業(yè)了 想借次機(jī)會感謝三年以來 給我?guī)椭乃欣蠋?同學(xué) 你們的友誼是我人生的財(cái)富 是我生命中不可或缺的一 部分 我的畢業(yè)指導(dǎo)老師余紅娟教授 鮑建勇工程師 在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)時給了我許多 幫助 我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成得到了余老師的很大的幫助 在此 特向她道聲謝謝 大學(xué)生活即將匆匆忙忙地過去 但我卻能無悔地說 我曾經(jīng)來過 大學(xué)三年 但它給我的影響卻不能用時間來衡量 這三年以來 經(jīng)歷過的所有事 所有人 都將 是我以后生活回味的一部分 是我為人處事的指南針 就要離開學(xué)校 走上工作的崗 位了 這是我人生歷程的又一個起點(diǎn) 在這里祝福大學(xué)里跟我風(fēng)雨同舟的朋友們 一 路走好 未來總會是絢爛繽紛 三年的大學(xué)生活就快走入尾聲 我們的校園生活就要劃上句號 心中是無盡的難 舍與眷戀 從這里走出 對我的人生來說 將是踏上一個新的征程 要把所學(xué)的知識 應(yīng)用到實(shí)際工作中去 回首三年 取得了些許成績 生活中有快樂也有艱辛 感謝老 師三年來對我孜孜不倦的教誨 對我成長的關(guān)心和愛護(hù) 在我的十幾年求學(xué)歷程里 離不開父母的鼓勵和支持 是他們辛勤的勞作 無私 的付出 為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件 我才能順利完成完成學(xué)業(yè) 感激他們一直以來對 我的撫養(yǎng)與培育 這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益 我感受到做論文是要真真正正用心去做的 一件事情 是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程 沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力 沒有自己的研究 就不會有所突破 那也就不叫論文了 希望這次的經(jīng)歷能讓我在以 后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步 致謝致謝 短暫的三年大學(xué)生活很快就要結(jié)束了 我曾多么憧憬美好的學(xué)生時代 如今當(dāng)自 己臨近畢業(yè)時 我又留戀已經(jīng)流逝的三年學(xué)生生涯 論文到此即將接近尾聲 回想這 些為設(shè)計(jì)苦思冥想的日子里 所要感謝的人實(shí)在太多 本文是在余紅娟 鮑建勇老師 悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下 并且在實(shí)習(xí)期間得到公司有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的幫助 經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí) 和修改完成的 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng) 淵博的學(xué)識 謙遜的為人 豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 高瞻 遠(yuǎn)矚 敏銳的科學(xué)眼光 將是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的楷模 老師樂觀 正直 樸實(shí)的生活態(tài)度 令我深深敬佩 老師的諄諄教誨 將使我終生受益 在此 謹(jǐn)致以衷心的感謝和崇高 的敬意 各位老師以及實(shí)習(xí)所在單位領(lǐng)導(dǎo)給了我很大幫助和啟示 使我學(xué)到更多的知識 從而順利的完成畢業(yè)論文 在此一并表示衷心的感謝 祝愿他們身體健康 工作順利 事業(yè)上取得更大成功 我還要深深感謝我的家人和同學(xué) 是他們給予了我物質(zhì)上的資助和精神上的鼓勵 使我得以順利完成學(xué)業(yè) 再次真誠地感謝所有在我三年讀書期間幫助過我的老師 同 學(xué)和朋友 祝大家一生平安 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 夏路易 石宗義 電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程 Protel 99SE M 北京希望電子出 版社 2002 2 蘇鐵力 關(guān)振海 孫繼紅 孫彥卿 傳感器及其接口技術(shù) M 中國石化出版社 1998 3 張迎新 杜小平 樊桂花 雷道振 單片機(jī)初級教程 M 北京航空航天大學(xué)出版社 2002 4 吳金戌 沈慶陽 郭庭吉 8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用 M 清華大學(xué)出版社 2002 5 何小艇 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) M 浙江 浙江大學(xué)出版社 2005 6 高峰編 單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) M 機(jī)械工業(yè)出版社 7 周樂挺 傳感器與檢測技術(shù) M 高等教育出版社 附件附件 1 1 元器件清單元器件清單 名名稱稱封封裝裝形形式式元元器器件件符符號號元元器器件件大大小小 電容 RAD0 1C10 1U 電容 RAD0 1C20 1U 電阻 AXIAL0 3R14 7K 電阻 AXIAL0 3R74 7K 電阻 AXIAL0 3R34 7K 電阻 AXIAL0 3R64 7K 電阻 AXIAL0 3R210K 滑動電阻 SIP3R910K 電容 RB 2 4C310UF 晶振 XTAL1Y112MHZ 液晶顯示器 SIP16LCD16 02 電阻 AXIAL0 3R820 電容 RB 2 4C1022UF 電容 RAD0 1 C8 C9 30PF 電阻 AXIAL0 3 R4 R5 510 單片機(jī) DIP40U3AT89C52 蜂鳴器 FMQU5BELL 串行接口 SIP2J9CON2 接插件 SIP2P1CON2 二極管 RJGD1DIODE 溫度控制器 TO 92BU4DS18B20 刀開關(guān) SIP2S7SW SPST 穩(wěn)壓器 TO 220U1L7805 發(fā)光二極管 FAG LED2 LED3 LED 按鍵 AN JIAN S1 S2 S3 S4 S5 SW PB 附件附件 2 2 硬件電路圖硬件電路圖 附件附件 3 3 硬件硬件 PCBPCB 圖圖 附件附件 4 4 MAX232MAX232 下載口下載口 PCBPCB 圖圖 附件附件 5 5 數(shù)字溫度控制器仿真圖數(shù)字溫度控制器仿真圖 附件附件 6 6 實(shí)物圖實(shí)物圖 附件附件 7 7 軟件總程序軟件總程序 include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit DQ P1 7 ds18b20與單片機(jī)連接口 sbit RS P3 4 sbit RW P3 3 sbit EN P3 2 sbit BEEP P3 7 蜂鳴器驅(qū)動線 sbit BEEP1 P1 5 小燈報(bào)警驅(qū)動線 sbit BEEP2 P1 6 sbit key0 P1 0 sbit key1 P1 1 sbit key2 P1 2 sbit key3 P1 3 加熱驅(qū)動線 unsigned char code str1 TH TL unsigned char code str2 temp unsigned char code str3 design gf unsigned char code str4 error uchar data disdata 5 uint tvalue x 6 y 4 h m 0 x00 n 0 x00 溫度值 uchar tflag z 溫度正負(fù)標(biāo)志 unsigned char val void delay uint n 延時1us while n void speak 蜂鳴器響一聲 unsigned char i for i 0 i 200 i 喇叭發(fā)聲的時間循環(huán) 改變大小可以改變發(fā)聲時間長短 delay 100 數(shù)決定發(fā)聲的頻率 估算值 BEEP BEEP BEEP取反 if temp20 break BEEP 1 喇叭停止工作 間歇的時間 可更改 delay 10 if temp20 break lcd1602程序 void delay1ms unsigned int ms 延時1毫秒 不夠精確的 unsigned int i j for i 0 i ms i for j 0 j0 i DQ 0 給脈沖信號 dat 1 DQ 1 給脈沖信號 if DQ dat 0 x80 delay 18B20 10 return dat void ds1820wr uchar wdata 寫數(shù)據(jù) unsigned char i 0 for i 8 i 0 i DQ 0 DQ wdata delay 18B20 10 DQ 1 wdata 1 read temp 讀取溫度值并轉(zhuǎn)換 uchar a b ds1820rst ds1820wr 0 xcc 跳過讀序列號 ds1820wr 0 x44 啟動溫度轉(zhuǎn)換 ds1820rst ds1820wr 0 xcc 跳過讀序列號 ds1820wr 0 xbe 讀取溫度 a ds1820rd b ds1820rd tvalue b tvalue 8 tvalue tvalue a if tvaluex speak BEEP1 0 BEEP2 1 else if z y speak BEEP1 0 BEEP2 0 else BEEP1 1 wr com 0 x85 wr dat flagdat 顯示符號位 wr com 0 x86 wr dat disdata 0 顯示百位 wr com 0 x87 wr dat disdata 1 顯示十位 wr com 0 x88 wr dat disdata 2 顯示個位 wr com 0 x89 wr dat 0 x2e 顯示小數(shù)點(diǎn) wr com 0 x8A wr dat disdata 3 顯示小數(shù)位 wr com 0 xc4 wr dat disdata 4 wr com 0 xcb wr dat disdata 5 主程序 void main uchar a b c temp th 30 tl 20 init play 初始化顯示 while 1 if key0 0 while key0 0 x 1 m m 1 if key1 0 delay 200 while key1 0 x x 1 m m 1 if key2 0 delay 200 while key2 0 y 1 n n 1 if key3 0 while key3 0 y y 1 n n 1 if x y speak wr com 0 xc0 display str4 delay 100 wr com 0 xc0 display str1 read temp 讀取溫度 ds1820disp 顯示 袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅 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