毕业设计（论文）基于单片机的智能空调控制系统设计.doc

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1、基于单片机的智能空调控制系统设计作者姓名：杨顺之专业名称：电气工程及其自动化指导老师：雷永锋 讲师摘要随着时代的进步和发展，空调已经普及到我们生活、工作，极大地改善了人们的生活品质。本文主要介绍了一个基于AT89C51单片机的温度检测、调节、控制的空调系统，详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感器DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了设计。该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限在通过单片机控制温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量

2、程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C51结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。关键词：AT89C51 LED数码管 DS18B20 数字温度计AbstractWith the era of progress and development, air conditioning has become popular we live, work, greatly improved peoples

3、 quality of life.This paper describes a temperature measurement based on AT89C51 microcontroller, regulate and control the air conditioning system, a detailed description of the use of digital temperature sensor DS18B20 temperature measurement system development process, focusing on the sensor under

4、 the SCM hardware connection, software programming, and the modular systemconducted a detailed analysis of the process, in particular, digital temperature sensor DS18B20 data collection process.On various parts of the circuit is also introduced one by one.The system can easily achieve the realizatio

5、n of temperature acquisition and display, and can be arbitrarily set the upper and lower temperature control through microcontroller. It is very convenient to use, with high precision, wide range, high sensitivity, small size, low power consumption, suitable for our daily lives and industrial and ag

6、ricultural production in the temperature measurement, as temperature can also be embedded in other systems processing modulein the main system as the other auxiliary expansion.DS18B20 combined with the realization of the simplest AT89C51 temperature detection system, the system is simple, anti-inter

7、ference ability, suitable for harsh environments spot temperature measurement, a wide range of applications.Key words: AT89C51,LED digital tube,DS18B20 Temperature,Sensor目录摘要IAbstractII目录III前言11绪论21.1空调的概述21.2空调的发展历史21.3空调的发展趋势41.4系统总体方案及硬件设计52系统硬件的选择及其功能特性62.1 AT89C51单片机的结构及其功能62.1.1 AT89C51单片机的结构6

8、2.1.2AT89C51单片机的引脚及其功能72.1.3时钟震荡器102.1.4闲散节电模式112.1.5掉电模式122.1.6程序存储器的加密132.2 DS18B20温度传感器132.2.1 DS18B20概述132.2.2 DS18B20测温操作142.2.3报警操作信号152.3 LED数码管163硬件电路的设计183.1时钟电路183.2显示电路的设计193.3按键电路设计203.4温度传感器电路213.5复位电路的设计223.6系统总电路224软件系统设计244.1概述244.2主程序流程图244.3程序源代码25总结34致谢35参考文献36前言随着集成电路技术的发展，单片微型计算

9、机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。如在工业生产中如：锅炉、蒸汽机等大型设备中，PLC(大型)作为主控器件有着不可替代的的优势，但是PLC设备一般价格比较昂贵，体积也比较大的，所用电源电压也相对较高。所以在小型系统中多采用单片机，随着单片机技术的发展，单片机的不断更新换代，其性能有了显著的提高，稳定性及控制功能也满足了智能空调控制系统的要求，达到自动控制的目的。因此我们采用基于单片机的控制系统而设计。此

10、次毕业实习、毕业设计第一阶段的主要工作是，学习有关单片机控制系统的基本知识，了解单片机对智能空调控制系统的相关技术，并在此基础上选择了使用AT89C51单片机作为核心设计，同时也研究了另一重要器件DS18B20温度传感器。这是课题研究的基础性内容。第二阶段是在指导教师的指导下，设计出具体的电路，并确定满足具体技术指标的软件，掌握电路中重要器件的使用方法，以及绘制该课题电路。通过教师的悉心指导，同学的帮助和自己的努力，完成了毕业设计的各项任务，成功完成基于单片机智能空调控制系统的设计。1绪论1.1空调的概述空调即空气调节器(Room Air Conditioner)，一般用于给封闭空间区域提供处

11、理空气的机组。它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。随着人们生活水平的不断提高，人们也越来越追求人性化的事物，传统的空调已不能满足人们的需求。现代的智能空调不仅利用了数字电路技术与模拟电路技术，而且采用了单片机技术，实现了软硬件的结合。既完善了空调的功能，又简化了空调的控制与操作；不仅满足了不同用户对环境温度的不同要求，而且能全智能调节室内的温度及湿度等，使得空调具有节能、操作更简单、无机械装置、安全性能更强等特点。随着电子产品的飞速发展，价格低廉而又实用的控制系统深受广大消费者的喜爱。所以本次毕业设计就选择基

12、于单片机的智能空调控制系统设计。1.2空调的发展历史在二十世纪六，七十年代，美国地区发生罕见的干旱天气，为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题，美国率先研制出风冷式冷水机，用空气散热代替冷却塔，其英文名称是:Air cool Chiller，简称为Chiller。在空调历史中，美国已经发展和改进了有风管的中央单元式系统，并得到了正在现场安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设备分销商和经销商的强力支持。WRAC是最简单和最便宜的系统，能够很容易的在零售商店中购得，并在持续高温来的时候自己安装。同时，无风管的SRAC和SPAC自70年代起在有别于美国市场的动力下在日本得到发展和改进。之后，设备设计和

13、制造技术在90年代被转让到中国，这是通过与当地公司(包括主要元件如压缩机、热交换器、电机、精细阀和电子控制器的本地制造商)组成的合资公司进行的。在90年代中国也从其它先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术，并与多数是美国的大公司组成合资企业。现今，中国当地主要工厂和合资企业制造了大量SRAC和SPAC以满足增长的国内市场和出口需要。中国现今已是最大的空调出口国，在2010年有4189万台机组出口。下面介绍我国家用空调产品外观历史演变1. 第一代格栅式面板家用空调器1988年，第一台国产分体壁挂机KF-19G1A在华宝空调器厂诞生，当时华宝还给它取了个很有诗意的名字雪莲。雪莲的诞生开启了我国

14、家用空调器行业的一个新时代，此后，春兰也拥有了自己的挂机生产线。华宝和春兰生产的空调器统治了从上个世纪80年代末到90年代中期近10年的时间，他们生产的空调器在外观上极其相似：扁平的大长方体结构。与此同时，大量的进口产品外观在90年代中期以前与此也大体相仿，所以，当时的空调器特别是挂机，如果不看商标很难辨别出是哪个品牌。1988年华宝空调器厂研制出第一台分体壁挂机KF19GA是格栅式面板产品的一个典型代表，直到1995年，春兰的KFR22G依然是挂机市场的主导产品，这也说明了当时国产空调品仍旧以格栅式面板为主流。 2. 第二代格栅式面板家用空调器当家用空调器渐渐普及，其外观也在悄悄地发生着变化

15、。20世纪80年代甚至到1995年，中国空调市场是进口机一统天下，进口机为中国家用空调行业的发展起到了启蒙作用，许多国产品牌的生产就是引进配件加以组装，这种启蒙作用也包括对我国家用空调器产品室内机外观的改变。20世纪90年代中期，以三菱电机、日立、松下等为代表的进口空调器出现了一种小型室内机，这种室内机一改以往那种庞大敦重的形象，外观精巧整洁，与家居环境融为一体，深受消费者的青睐。随着国内众多空调工厂对此类产品的普及生产，第二代格栅式面板空调器主导了空调市场并流行至今。3. 第三代光面板时代2005年度国内各个工厂的新产品，与往年格栅式面板占主流相比，绝大多数品牌在2005年度推出了光面板系列

16、的空调产品，如格力的天丽系列、海尔的高效氧吧系列、美的的Q2系列和V系列等等。空调行业各厂家的这种集体行为将我国家用空调产品推至光面板时代。与格栅面板相比，不仅是外观上的一种进步，更是产品技术上的一种转变。光面板挂机的上进风下出风取代了原来的正面进风下出风的循环风路，而光面板柜机的侧进风或进风口开合式设计也渐渐与原来传统的下进风上出风的循环风路共同主导柜机产品的设计趋势。4. 第四代彩色面板在国内空调市场，将彩色引入空调面板设计并形成一种传统风格是韩国品牌三星和LG的创举。与此同时，其他工厂开始逐一效仿。至2005年度，绝大多数工厂都有彩色面板的产品面市；而且，面板的颜色种类也开始变得异彩粉纷

17、呈，其中又多款彩色面板产品堪称经典，如海尔的彩屏双新风、格力的天丽、志高的花好月圆、TCL的君兰系列和海蒂娜系列等等。1.3空调的发展趋势由于近几年国家的大力倡导节能减排，促进环保，实施可持续发展的战略。2004年8月，国家发改委、国家质检总局联合制定并发布能源效率标识管理办法，这标志着我国将实施能源效率标识制度.我国的能效标识制度自2005年3月1日起正式实施.能效标准是由能效比得来的，首先介绍一下空调能效比的计算方法:能效比=制冷量/制冷功率。本着响应国家政策发展节能技术，内的空调生产商也开始逐步走向变频空调的市场。在2009年新空调年，美的变频空调整体销售目标为250万套，其中国内市场销

18、售预计达150万套，占据国内变频空调60%以上市场份额。“明年对所有做变频空调的品牌来说都是一个机会，变频空调的销售量很可能翻番，所占市场份额可能达到10%以上。”海信科龙总裁王士磊对明年的变频空调市场抱乐观态度，而作为未来的发展趋势，国内几大空调厂家闻风而动，开始对变频空调“投怀送抱”。除了发展变频空调外，还有新冷媒(R410A)的推广，静电除尘技术的普遍利用，负离子技术的广泛使用也都预示我国的空调行业向着高效、节能、环保的趋势前进。1.4系统总体方案及硬件设计本设计关键是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行 A/D转换后，就可以用

19、单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响出现较大的偏差，空调机内高密度的电路以及电子器件更容易出现较大误差影响空调性能。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，可以采用一只温度传感器 DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，对于整个系统费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，满足设计要求。所以此处选

20、用DS18B20方案。图1.1 总体控制方案图2系统硬件的选择及其功能特性本章主要就选择单片机、温度传感器、数码管作说明。2.1 AT89C51单片机的结构及其功能实际参考本系统的组成及所需功能的准确性，本文采用的是AT89C51单片机。2.1.1 AT89C51单片机的结构AT89C51单片机与Intel 80C51在引脚排列、工作特性、硬件组成、指令系统完全兼容。 内含4KB的Flash存储器，擦写次数1000次; 内含128字节的RAM; 具有32根可编程I/O线； 具有2个16位可编程定时器； 具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； 具有1个全双工的可编程串行通信接口；

21、具有1个数据指针DPRT； 两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； 具有可编程3级程序锁定位； AT89C51的工作电源电压为5（10.2)V且典型值为5V； AT89C51最高工作频率24M Hz；其基本组成(参见图2.1)：中央处理器、Flash存储器、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。1中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，完成运算和控制功能。中央处理器主要包括运算器和控制器两部分。运算器主要用来实现算术运算、逻辑运算和位操作。其中包括逻辑运算单元AUL、累加器cc、B寄存器、

22、程序状态字PSW和两个暂存器。控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件。控制器主要包括程序计数器、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时器和逻辑控制器。其功能是控制指令的读入、译码和执行，并对之灵执行过程进行定时和逻辑控制。2内部数据存储器(内部RAM)AT89C51芯片中共有128B位RAM单元，用于存放可读写的数据，简称内部RAM。3外部程序存储器(外部ROM)AT89C51芯片内有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）4定时/计数器AT89C51共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。2.1.2AT8

23、9C51单片机的引脚及其功能单片机引脚如图2.1所示：图2.1单片机引脚图VCC：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。P1口：P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入

24、口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。图2.2 AT89C51单片机结构框图P2口：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部电阻的8位双

25、向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表2.1所示：表2.1 P3口第二功能表端口引脚第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RD除此之外，P3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存

26、地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器

27、时，这两次有效的PSEN 信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。2.1.3时钟震荡器AT89C51中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元

28、件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。 外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持

29、续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。2.1.4闲散节电模式AT89C51有两种可用软件编程的省电模式，它们是闲散模式和掉电工作模式。这两种方式是控制专用寄存器PCON中的PD和IDL位来实现的。PD是掉电模式，当PD=1时，激活掉电工作模式，单片机进入掉电工作状态。IDL是闲散等待方式，当IDL=1，激活闲散工作状态，单片机进入睡眠状态。如需要同时进入两种工作模式，即PD和IDL同时为1，则先激活掉电模式。图2.3内部振荡电路图2.4外部振荡电路在闲散工作模式状态，中央处理器CPU保持睡眠状态，而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，片内随机存取数据存储器和

30、所有特殊功能寄存器的内容保持不变。闲散模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。终止闲散工作模式的方法有两种，一是任何一条被允许中断的事件被激活，IDL被硬件清除，即刻终止闲散工作模式。程序会首先影响中断，进入中断服务程序，执行完中断服务程序，并紧随RETI指令后，下一条要执行的指令就是使单片机进入闲散工作模式，那条指令后面的一条指令。二是通过硬件复位也可将闲散工作模式终止。需要注意的是：当由硬件复位来终止闲散工作模式时，中央处理器CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条开始继续执行程序的，要完成内部复位操作，硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效，在这种情况下，内部禁止中央处理器CPU访问片内

31、RAM，而允许访问其他端口，为了避免可能对端口产生的意外写入：激活闲散模式的那条指令后面的一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。2.1.5掉电模式在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在中指掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将从新定义全部特殊功能寄存器但不改变RAM中的内容，在VCC恢复到正常工作电平前，复位应无效切必须保持一定时间以使振荡器从新启动并稳定工作。表2.2 闲散和掉电模式外部引脚状态模式程序存储器ALEP0P1P2P3闲散模式内部11数据数据数据数据闲散模式内部11浮空数据地址数据

32、掉电模式外部00数据数据数据数据掉电模式外部00数据数据数据数据2.1.6程序存储器的加密AT89C51可使用对芯片上的三个加密位LB1，LB2，LB3进行编程（P）或不编程（U）得到如下表2.3所示的功能：表2.3LB1、LB2、LB3功能表程序加密位保护类型1UUU没有程序保护功能2PUU禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容3PPU除上表功能外，还禁止程序校验4PPP除以上功能外，同时禁止外部执行当LB1被编程时，在复位期间，EA端的电平被锁存，如果单片机上电后一直没有复位，锁存起来的初始值是一个不确定数，这个不确定数会一直保存到真正复位位置。为了使单片机正常工作

33、，被锁存的EA电平与这个引脚当前辑电平一致。机密位只能通过整片擦除的方法清除。2.2 DS18B20温度传感器2.2.1 DS18B20概述DS18B20数字温度计提供9-12位摄氏温度测量而且有一个高低电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能。DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20之间仅需一条连接线。它的测温范围为-55 +125， 精度为5。除此之外，DS18B20能直接从单线通讯上级去能量，出去对外部电源的要求。每个DS18B20都有个独特的64位序列号，从而允许多只DS18B20同时连载一根单总线上；因此，很简单就可以用一个为微处理器去控制

34、很多覆盖在一大片区域的DS18B20。这一特性在很多控制方面非常有用。表2.4详细说明其引脚功能。表2.4 详细的引脚说明8引SPIC封装T0-9封装符号说明51GND接地引脚42DQ数据输入/输出引脚。对于单线操作：楼极开路。当工作寄生电源模式时用来提供电源33VDD可选的VDD引脚。工作与寄生电源模式时VDD必须接地。（注：所有上表未提及的引脚都无连接）2.2.2 DS18B20测温操作DS18B20的核心功能是它的直接读数的温度传感器。温度传感器的精度为用户可编程的9，10，11或12位，分别以0.5，0.25，0.125和0.0625增量递增。在上电状态下默认精度为12位。 DS18B

35、20启动后保持低功耗等待状态；当需要执行温度测量和AD转换时，总线控制器必须发出44h命令。在那之后，婵真的温度数据以两个字节的形式被存储到高速暂存器的温度寄存器中， DS18B20继续保持等待状态。当DS18B20由外部电源供电时总线控制器在温度转换指令之后发起“读时序”，DS18B20在温度转换中返回0，转换结束返回1.如果DS18B20由寄生电源供电，除非在进入温度转换时总线被强上拉拉高，否则不会有返回值。表2.5 温度寄存器格式LSbit7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0MSSSSSSbit 15bit 14bit 13bit 12bit 11bi

36、t 10bit 9bit 8表2.6 温度/数据关系温度 数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 0110

37、 1111FE6Eh-551111 1100 1001 0000FC90h2.2.3报警操作信号DS18B20在完成一次温度装换后，就会拿温度值与存储在TH和TL中一个字节的用户自定义的报警预定值进行比较。标志位（S）指出温度值的正负：正数S=0，负数S=1。TH和TL寄存器是非易室性的，所以他们在掉电是任保持数据。表2.7 TH和TL寄存器格式bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0S当TH和TL为8位寄存器时，4位温度寄存器中的11个位用来和TH、TL进行比较。如果测得的温度高于TH或低于TL，报警条件成立，DS18B20内部就会置位一个报警标识。每

38、进行一次测温就对这个标识进行一次更新；因此，报警条件不成立了，在下一次温度转换后报警标识将被移去。总线控制器通过发出报警搜索命令ECh检测总线上所有的DS18B20报警标识。任何置位报警标识的DS18B20将响应这条命令，所以总线控制器能精确定位每一个满足报警条件的DS18B20。如果报警条件成立，而TH或TL的设置已经改变，另一个温度转换将从新确认报警条件。2.3 LED数码管数码管按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极

39、COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图2.4数码管结构示意图数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。1静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码图2.5数码管内部原理图都

40、由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。2动态显示驱动数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码

41、管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3硬件电路的设计系统由单片机最小系统、显示电路、按键电路

42、、温度传感器、复位电路的组成。电路的原理以及设计中所用的器件都在前已经作了详细的叙述，本章就直接围绕图3.1介绍电路的具体设计。图3.1硬件系统框图3.1时钟电路在AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图3.2所示。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会造成概念上的错误。一般地，电容C1和C2取30uF左右，晶体的振

43、荡频率范围是1.212MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快89C51的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，图3.2 内部时钟电路但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入，如图3.3图3.3外部时钟电路3.2显示电路的设计由于此处是空调控制系统，对温度测量、控制基本范围为0-50内，显然一位的LED数码管不能满足其显示要求的，所以显示电路采用3位共阴极LED数码管。另外P0口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2口

44、的低三位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示扫描结果，电路图如下图3.4。图3.4显示电路3.3按键电路设计图3.5按键电路本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。电路如图3.5。3.4温度传感器电路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测温元件相比，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912位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下： 1. 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 2. 多个DS18B

45、20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能 3. 无须外部器件； 4. 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V； 5. 零待机功耗； 6. 温度以9或12位数字； 7. 用户可定义报警设置； 8. 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；9. 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；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，如图4 所示单片机端口接单线 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

46、成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。图3.6 温度传感器与单片机的链接3.5复位电路的设计复位电路在此处的主要作用是系统在出错的状态下恢复正常图3.7复位电路3.6系统总电路综合以上各部分画出以下原理图，如图3.7，它的各个模块电路及作用也已经在本章的前一部分作了介绍，所以在此处就不在阐述其具体原理和作用。图3.7系统原理图4软件系统设计4.1概述本设计中引入了单片机，将硬件与软件结合在一起，通过硬件电路与软件编程实现课题，减轻了基于传统的水位控制系统的布线难度。4.2主程序流程图流程图如下图4.1图4.1主程序流程图4.3程序源代码DS18B20的读写程序,数据脚P2.7，温度传感器18B20汇编程序,采用器件默认的12位转化，最大转化时间750微秒,显示温度-55到+125度,显示精度，为0.1度，显示采用4位LED共阳显示测温值，P0口为段码输入,P2.0P2.4为位选。程序代码如下：#includereg51.h#includeintrins.h