本文研制的數(shù)字式定時溫控系統(tǒng)是一個基于單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，以單片機芯片為核心的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有對溫度的實時檢測功能，實時日歷時鐘、溫度和時間數(shù)值的設(shè)定等功能。該系統(tǒng)可以應(yīng)用于發(fā)面、菜窖溫度控制及保健等領(lǐng)域。

　　本文首先對測溫技術(shù)、溫度控制技術(shù)的現(xiàn)狀進行了介紹，對各種控制理論、方案進行了簡單的分析與比較；其次根據(jù)用戶提出的總體要求和技術(shù)指標，從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，以發(fā)面器為主要應(yīng)用對象進行了硬件部分的設(shè)計和選型、軟件的設(shè)計與分析，且在實現(xiàn)中遵循了簡單、經(jīng)濟、實用的原則：然后詳細介紹了本系統(tǒng)所用各芯片的特點、工作原理、應(yīng)用及其與單片機間的通信協(xié)議。最后本文對實驗、調(diào)試和實踐應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題、誤差及采用的抗干擾措施進行了分析和討論。

　　本文設(shè)計的簡單實用的數(shù)字式溫度測控系統(tǒng)，亦可廣泛應(yīng)用于各種定時、溫度控制領(lǐng)域，如工業(yè)工控過程的溫度控制，發(fā)電廠、熱電廠、大型中央空調(diào)設(shè)備用戶端、自動化生產(chǎn)線、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖、溫棚、溫室、干燥房、糧食倉庫、井下溫度控制等場合。系統(tǒng)能夠隨時測量環(huán)境溫度并且顯示當(dāng)前的溫度值，因此，研究和開發(fā)經(jīng)濟、實用的定時溫度測控系統(tǒng)具有現(xiàn)實意義，也有著廣泛的應(yīng)器上當(dāng)前室溫的顯示等等。不同的溫度傳感器測量的精度以及功能強弱各不相同用前景。溫度采集與顯示系統(tǒng)在工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域占有重要的地位，比如空調(diào)遙控，因此在不同的應(yīng)用場合可設(shè)計不同的系統(tǒng)對溫度進行檢測和控制，如在普通的室內(nèi)溫度檢測中，可用一般的溫度傳感器，通過AD轉(zhuǎn)換之后，由數(shù)碼管直接顯示該室內(nèi)的溫度。但是普通型傳感器芯片不僅體積大，而且輸出的信號都是模擬信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后才能被處理器識別，而且不能實現(xiàn)多點溫度的測量，最大的缺點就是它的精度不是很高。而在要求精度很高的溫度控制中，顯然普通的溫度采集和顯示系統(tǒng)已不能滿足設(shè)計的需要。因此，針對此現(xiàn)狀，本文設(shè)計了一種由單片機控制的智能溫度采集與顯示系統(tǒng)。它以AT89S52單片機為核心，實現(xiàn)對溫度信號的采集和顯示。在溫度信號的采集方面，利用單總線數(shù)字溫度傳感器的特點及功能實現(xiàn)對溫度的采集，由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，可在-55—+125℃的范圍內(nèi)測量溫度。從中央處理器到DS18B20僅需連接一條信號線

　　和地線，其指令信息和數(shù)據(jù)信息都經(jīng)過單總線接口與DS18B20進行數(shù)據(jù)交換，且每個DS18B20有唯一的系列號。因此同一條單總線上可以掛接多個DS18B20，構(gòu)成主從結(jié)構(gòu)的多點測溫傳感器網(wǎng)絡(luò)。而在顯示方面采用數(shù)碼管顯示。此系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、易于操作及系統(tǒng)擴展、性價比高等特點。它利用89S52單片機的強大功能和可擴充性為后盾，

　　可實現(xiàn)對某一路溫度和溫度的上下限進行有效的控制與輸出。

　　本文第一章主要是對單片機概述，第二章是系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，第三章是系統(tǒng)軟件的設(shè)計。

　　當(dāng)國內(nèi)從80年代起開始了單片機的熱潮，二十多年過去了，單片機從研究所走出來， 成為日常生活中的一個不可缺少的部件。硬件方面日趨多樣化，4位、8位、16位、32位等型號共同并存，在不同的領(lǐng)域存在，如家電、玩具、工業(yè)設(shè)備、儀器、通訊等。軟件方面發(fā)展主要為匯編語言、C語言、嵌入式操作系統(tǒng)。速度、穩(wěn)定性特別要求的場合較多采用匯編語言和C語言。單片機作為微型計算機的一個重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個機種。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。

　　單片機的品種繁多，按應(yīng)用范圍分為通用型和專用型。專用型是針對某種特定產(chǎn)品而設(shè)計的，例如用于洗衣機的單片機。通用型單片機有總線型和非總線型或者8位和16位之分， 總線型設(shè)有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線的引腳，便于擴展外圍器件。非總線型沒有有總線引腳，芯片體積小，要擴展可通過I/O口，因此非線型更適合中小系統(tǒng)。以下就單片機部分功能器件的應(yīng)用舉例簡要說明。首先以實時時鐘為例。一些單片機控制系統(tǒng)要求在確定的時刻進行某種檢測與操作，有的控制系統(tǒng)要求在進行某種操作時記下進行操作的具體時間，例如現(xiàn)在各公司廣泛用的員工考勤打卡機，有些網(wǎng)頁的登陸同時記下用戶的登陸時間等。要達到這個目的，就要給系統(tǒng)配置實時時鐘，一邊根據(jù)時鐘提供的時間，按時操作或記錄。當(dāng)然生產(chǎn)實時時鐘可以用軟件實現(xiàn)，但最方便的還是用時鐘芯片，常用的時鐘芯片又并行和串行兩種形式。看門狗是監(jiān)視程序正常運行的一種定時器。它的定時時間固定不編，一旦定時時間到，就會產(chǎn)生中斷或產(chǎn)生溢出脈沖，使系統(tǒng)復(fù)位，為了不然系統(tǒng)復(fù)位，我們可以在運行的程序中，插入對看門狗定時器的清零指令，不時對它清零刷新。這樣溢出就不會發(fā)生。在許多單片機內(nèi)部就有看門狗電路。如AT8951以及Microchip公司的PIC系列產(chǎn)品等。如果單片機內(nèi)部沒有看門狗電路，可以用片內(nèi)多余的定時器通過軟件自行構(gòu)成。也可選用集成電路。近年來，新型單片機內(nèi)的接口，無論從類型和數(shù)量上都有很大的發(fā)展單片機從功能到形態(tài)都有了飛速的發(fā)展。在發(fā)展出新一代單片機的同時，也在不斷擴充著各種功能， 如A/D、PWA、高速I/O口、PCA計數(shù)器捕獲比較/比較邏輯等。這不僅大大提高了單片機的功能，而且使系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)也大大簡化了。

　　1.1 單片機的結(jié)構(gòu)和性能

　　單片機的基本組成，是由中央處理器（C P U）、只讀存儲器（ROM）、讀寫存儲器（RAM）、輸入/輸出口（I/O）等等組成。此外，里面還有一個時鐘電路，使單片機在進行運算和控制時， 都能有節(jié)奏地進行。另外，還有“中斷系統(tǒng)”，當(dāng)單片機控制對象的參數(shù)到達某項需要加以干預(yù)的狀態(tài)時，就可傳達給CPU，使CPU采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)付措施。按結(jié)構(gòu)形式分，單片機有兩種基本的結(jié)構(gòu)形式：普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。普林斯頓結(jié)構(gòu)，也稱馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司（Intel）的8086和MCS-51就采用了此結(jié)構(gòu)。而哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。中央處理器（CPU）首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，然后到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲器中讀取數(shù)據(jù)，進行下一步操作（通常是執(zhí)行）。程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開，可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度，目前較多的單片機采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數(shù)據(jù)是8位寬度。另外，現(xiàn)在單片機采用一種三核（TriCore）結(jié)構(gòu)，這是種建立在一塊片上的系統(tǒng)概念上的結(jié)構(gòu)。三核是：數(shù)據(jù)和程序存儲器核，控制器和DSP核和外圍用戶專用電路ASIC。這種單片機最大特點是把DSP和微控制器同時做在一個片上。

　　單片機按其內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為4位、8位、1 6位、3 2位及6 4位。由于單片機的集成度高，功能強，可靠性高，體積小，功耗低，使用方便等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)滲入到人們工作和生活中。就單片機本身來說，除了4位機和8位機仍保持巨大的領(lǐng)域之外， 各種新型高性能的機型也在迅速發(fā)展。針對市場上在大份額的八位單片機，這里以51， AVR和PIC八位單片機為例介紹單片機的性能。

　　Intel的51系列在市場上占有相當(dāng)大的比例。這與它優(yōu)秀的性能分不開。51系列的優(yōu)點諸多，它有完整的按位操作系統(tǒng)，除能進行傳送，置位，清零，測試等操作，還能進行位邏輯操作。隨著技術(shù)的發(fā)展，其運行速度越來越快，晶振頻率可從以前的12MHz可提升到40MHz。I/O腳的設(shè)置簡單，使用方便。當(dāng)該腳做輸入使用時，將其置為高電平即可；當(dāng)該腳做輸出使用時，則高低電平均可。在51單片機系列中，隨著制造工藝的飛速發(fā)展，越來越多新型單片機出現(xiàn)。使單片機的運行速度得到提升、并引入了雙數(shù)據(jù)指針及ISP功能。ISP功能實現(xiàn)在系統(tǒng)可編程功能。可以省去通用的編程器，單片機在用戶板上即可下載和燒錄用戶程序，無需將單片機從生產(chǎn)好的產(chǎn)品上取下。未定型的程序還可以邊生產(chǎn)邊完善，加快了產(chǎn)品的開發(fā)速度，減少了新產(chǎn)品因軟件缺陷帶來的風(fēng)險。

　　AVR單片機是Atmel公司推出的較為新穎的單片機，其顯著的特點為高性能、高速度、低功耗。它取消機器周期以，時鐘周期為指令周期，實行作業(yè)。A V R單片機指令以字為單位，且大部分指令都為單周期指令。而單周期既可執(zhí)行本指令功能，同時完成下一條指令的讀取。通常時鐘頻率用4～8MHz，故最短指令執(zhí)行時間為250～125ns。AVR系列沒有類似累加器A的結(jié)構(gòu)，它主要是通過R16～R31寄存器來實現(xiàn)A的功能。在AVR中，沒有像51系列的數(shù)據(jù)指針DPTR，而是由X（由R26、R27組成）、Y（由R28、R29組成）、Z（由R30、R31組成）三個16位的寄存器來完成數(shù)據(jù)指針的功能。在51系列中，所有的邏輯運算都必須在A中進行；而AVR卻可以在任兩個寄存器之間進行，省去了不少麻煩，這些比51系列強。

　　PIC單片機系列是美國微芯公司（Micro-ship）的產(chǎn)品，是當(dāng)前市場份額增長最快的單片機之一。CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令（視單片機的級別而定），屬精簡指令集。采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快（指令周期約160～200ns），高效率運行的原因之一是它能使程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個周期（個別除外）。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動能力強等特點。PIC系列單片機共分三個級別，即基本級、中級、高級。其中又以中級的PIC16F873（A）、PIC16F877（A）用的最多。PIC系列單片機的I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器，從而解決了51系列I/O腳為高電平時同為輸入和輸出的狀態(tài)。當(dāng)置位1時為輸入狀態(tài)，且不管該腳呈高電平或低電平， 對外均呈高阻狀態(tài)；置位0時為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有相當(dāng)?shù)尿?qū)動能力，低電平吸入電流達25mA，高電平輸出電流可達20mA。具有在線調(diào)試及編程（ISP）功能。隨著CMOS工藝的改進和提高，閃速存儲器在不斷發(fā)展和完善，應(yīng)用越來越廣，容量越來越大，價格越來越低，閃存技術(shù)在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用。最初的單片機，片內(nèi)只有并行輸入/輸出接口、定時器/計數(shù)器，它們的功能較弱，實際應(yīng)用中往往需要通過特殊的接口擴展功能，從而也增加了應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。