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2总体设计方案……………………………………………………………1
2.1设计思路…………………………………………………………1
2.2总体设计框图…………………………………………………………1
3设计组成及原理分析……………………………………………………1
3.1控制电路工作原理与分析……………………………………………2
3.1.1控制电路所用元器件………………………………………………2
3.1.2控制电路工作原理…………………………………………………3
3.2报警电路及原理………………………………………………………4
3.3报警次数检测及锁定电路……………………………………………5
3.4报警计数电路所用器件………………………………………………5
4总结与体会………………………………………………………………6
参考文献……………………………………………………………………7
附录一………………………………………………………………………8
附录二………………………………………………………………………9
附录三………………………………………………………………………10
基于单片机控制的数字温控器
应教053蒋艳斌
摘要:
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。
关键词:
单片机;
数字控制;
温度计;
DS18B20;
AT89S51;
74HC164
1.引言
随着人们生活水平的提高,随着现代工业化进程的不断推进,传感器在工业和人们的生活当中得到了广泛的应用。
常用的有压力传感器、温度传感器、湿度传感器、等等,现在传感器目前已成为一个独立的学科,而且在现在社会里一个国家工业化的进程往往取决于传感器技术。
在此次课程设计我选择了以AT89S51为核心、DS18B20为温度传感器制作了温度测试电路,以达到学以致用的目的
2.总体设计方案
2.1设计思路:
AT89S51为核心、DS18B20为温度传感元件。
只要在所设定的上下温度界限内,就会在显示设备中精确的显示出来,如果温度超过了所设定的温度上下限,就会自动发出报警信号。
另外此温度控制器操作简单,灵敏度高,测温范围宽,一般能满足日常测温的需求,用四位7段数码管显示故具有直观的特点。
2.2总体设计方框图如图1所示
图1总体设计方框图
3.电路单元模块设计
3.1驱动电路
本电路采用串行口显示,利用74HC164来驱动,7段共阳数码管显示,74HC164的外围引脚图如图2所示。
74HC164是串行输入并行输出的移位寄存器,并带有清除端,其中Q0-Q7为并行输出端,MR为清除端,当它为零电平时使74HC164清零,A、B为串行输入端,CLK为时钟脉冲输入端,在脉冲的上升沿实现移位。
当CLK=0、MR=1时,74HC164保持原来的数据状态。
图中外接4片74HC164作为4位LED显示器的静态连接口,74HC164的低电平输出电流为8MA,可直接驱动共阳极LED。
采用软件译码向74HC164输出字型码,由于显示器是静态的主程序可不必扫描显示器。
从而节省很多的时间。
图2显示电路
3.2蜂鸣报警电路
图3蜂鸣报警电路图
在图3中,P3.7接晶体管的基极输入端,当P3.7输出高电平1时,晶体管导通,压电蜂鸣器两端获得+5V的电压而鸣叫,当P3.7输出低电平0时,三极管截止,蜂鸣器停止发生。
在本电路中,当所测试的温度超过-55—110摄氏度是,使P3.7口为高电平,从而使蜂鸣器发出报警的声音,相反的情况下P3.7口保持低电平,三极管截止,蜂鸣器因没获得电压而不报警。
3.3掉电保护电路X5045
图4 掉电保护电路图
X5045是基于SPI总线的格式的具有看门狗、电压监控和数据存储的多功能芯片,这里所用的是它的数据存储的功能,读/写X5045有以下规则:
掉电保护电路如图4所示。
SCK由1变0时,从SO引脚读取1位数据;
SCK由0变为1时,向SI引脚发送的1位数据被采样。
在任何以字节单位的读/写操作前,应先选中芯片,即复位CS;
置位CS,则表示操作结束;
为了防止误操作,每一次复位或置位时应复位SCK,写操作前应该读取状态寄存器,判断WIP为0时,在写使能允许命令后就可以写状态寄存器或向寄存器中写数据。
3.4温度传感器工作原理
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感温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
DS18B20的性能特点如下:
■独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信
■多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能
■无须外部器件
■可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V
■零待机功耗
■温度以9或12位数字
■用户可定义的非易失性温度报警设置
■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,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。
图5DS1820外形封装图
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装,其外形封装图如图3所示。
其各引脚的功能说明如表1所示。
DS18B20的内部结构图如图6所示,它有三个主要的数据部件:
(1)64位激光(aseredROM)
(2)温度灵敏元件和
(3)非易失性温度告警触发器TH和TL。
器件从单线的通信线取得其电源,在信号线为高电平的时间周期内,能量贮存在内部的电容器中在单信号线为低电平的时间期内断开此电源。
直到信号线变为高电平重新接上寄生电容电源为止作为另一种可供选择的方法。
DS1820也可用外部5V电源供电。
表1DS1820各引脚功能说明
表2RAM的8字节存储器
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EERAM。
高速暂存RAM的结构为8字节的存储器,结构表2所示。
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。
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。
当符号位S=0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S=1时,表示测得的温度值为负值,要先将补码变成原码,再计算十进制值勤。
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。
单片机端口接单线总线,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管来完成对总线的上拉。
存储数据与温度的对应关系见下表
表3存储数与温度的对应关系
温度/℃
二进制表示
十六进制表示
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010000
0191H
+10.125
0000000010100001
00A2H
+0.5
0000000000000010
0008H
0000000000001000
0000H
-0.5
1111111111110000
FFF8H
-10.125
1111111101011110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FE6FH
-55
1111110010010000
FC90H
4结束语
经过将近三周的单片机实习,在指导老师和同学的细心指导和帮助下,我确实学到了不少知识。
此次的实习不论是对我们的理论知识还是实践能力都是一次考验,同时也是将理论和实践有机结合的一次难得的机遇。
经过此次实习可以使我们能更快、更系统地掌握专业方面的理论知识。
我们这次的设计是基于单片机控制的数字温度计,虽然说我们已经学习过单片机课程,但是这次却是第一次将所学的单片机理论知识应用到现实生活。
总之,通过这次实习,我真正学到了很多东西,我感觉这次实习我们得到更多的是,对办任何事情我们都要先经过认真细致的观察和分析,才能确定我们到底该如何去做它,要不然,只会是事倍功半,耽误我们的办事效率。
我觉得这个方面的经验是最宝贵的,也是我们在毕业后,进入社会所必须的能力。
我更牢固。
最后,衷心感谢辅导老师的指导和同学的帮助!
参考文献:
[1]阎石.数字电子技术基础(第三版).北京:
高等教育出版社,1989
[2]朱承高.电工及电子技术手册[M].北京:
高等教育出版社,1990
[3]李广弟编著.单片机应用程序设计基础.北京:
北京航空航天大学出版社,1994年6月
[4]周航慈著.单片机应用程序设计基础.北京:
电子工业出版社,1997年7月
[5]廖常初.现场总线概述[J].电工技术,1999.6
[6]李维祥.单片机原理与应用.天津:
天津大学出版社,2001
[7]李朝青.单片机原理及接口技术.北京:
北京航空航天大学出版社,2005年9月
附录一:
图7程序流程图
附录二:
总体电路图
附录三:
温度控制总程序
TEMPLEQU29H
TEMPHEQU28H
DQEQUP3.2
XX0EQU27H
ZX0EQU26H
BIAOZHIBIT50H
ORG0000H
AJMPMAIN
;
********************************
ORG0030H
MAIN:
MOVSCON,#00H
ACALLREAD-TEMP
ACALLZHENGHE
ACALLBCD
LCALLDISP
ACALLTIME1
READ-TEMP:
SETBDQ
ACALLRESET
JBBIAOZHI,EXIST
RET
EXIST:
MOVA,#0CCH
ACALLWRITE
MOVA,#44H
ACALLWRITE
MOVA,#0BEH
ACALLREADNUM
CLRP3.3;
报警
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