发布时间 : 星期一 文章热炉温度控制系统设计论文 - 图文更新完毕开始阅读89c5dd29bd64783e09122b6d
第2章 系统总体设计及方案
2.1单片机的介绍
随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU 、RAM 、 ROM 、定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机 。
2.1.1单片机的特点
1．具有优异的性能价格比 2．集成度高、体积小、可靠性高 3．控制功能强 4．低电压、低功耗
2.1.2 单片机的基本组成
它由 CPU 、存储器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定时 / 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。 输入 / 输出引脚 P0、P1、P2、P3 的功能 ：
P0.0~P0.7（32~39 脚）：P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在EPROM 编程时，由 P0 输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL 负载。
P1.0~P1.7（1~8 脚）： P1 是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8 位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 P2.0~P2.7（21~28 脚）： P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在访问外部存储器时，由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 P2 可以驱动 4 个 LSTTL 负载。
P3. 0 ~P3. 7 （ 10~17 脚）： P3 也是一上带内部上拉电阻的双向 I/O 口。 在 MCS-51 中，这 8 个引脚还用于专门的第二功能。 P3 能驱动 4 个 LSTTL 负
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载。
? P3.0 RXD（串行口输入） ? P3.1 TXD（串行口输出） ? P3.2 INT0（外部中断 0 输入） ? P3.3 INT1（外部中断 1 输入） ? P3.4 T0（定时器 0 的外部输入） ? P3.5 T1（定时器 1 的外部输入） ? P3.6 WR（片外数据存储器写选通） ? P3.7 RD（片外数据存储器读选通）
2.2系统功能的确定
一个控制系统是否能被大众所接受，在于该控制系统是否拥有人性化的操作功能。为了使本次设计的热炉温度控制系统具有操作简单、灵活及高可靠性等特点，确定了该系统功能：
? 3x4矩阵键盘输入。 ? 由温度采集。 ? 温度显示。 ? 温度控制执行。
? 温度测量范围为0-99度，温度有效范围为2-98度，允许误差为1度。
2.3温度传感器DS18B20的介绍
DS18B20温度传感器是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的温度传感器，十分方便。
2.3.1 DS18B20的特点
1. 只要求一个端口即可实现通信。
2. 在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 3. 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 4. 测量温度范围－55到＋125。
5. 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。
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6. 内部有温度上、下限告警设置。
2.3.2 DS18B20的内部结构
DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图2.1所示。
64位ROM的位结构如图2.2所示。开始8位是产品类型的编号；接着是每个器件的唯一的序号，共有48位；最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用单线进行通信的原因。非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限数据。
8位检验CRC 48位序列号 8位工厂代码（10H） 64位ROM和单线接口 存储器与控制逻辑 高速缓存 温度传感器 高温触发器TH 低温触发器TL 配置寄存器 8位CRC发生器 图2.1 DS18B20内部结构框图
MSB LSB MSB LSB MSB LSB
图2.2 64位ROM的位结构图
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E2PROM。
高速暂存RAM的结构为9字节的存储器，结构如图2.3所示。前2字节包含测得的温度信息。第3和第4字节是TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5字节为配置寄存器，其内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如图2.4所示，其中，低5位一直为1；TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模
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式还是在测试模式，在DS18B20出厂时，该位被设置为0，用户不要去改动；R1和R0决定温度转换的精度位数，即用来设置分辨率，其定义方法见表2.1。
温度 LSB 温度 MSB TH用户字节1 TL用户字节2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC
TM R1 R0 1 1 1 1 1 1 TH用户字节TL用户字节E2PROM
图2.3 高速暂存RAM结构图
表2.1 DS18B20分辨率的定义和规定
分辨率/R1 R0 位 9 10 11 12 温度最大 转换时间/ms 0 0 1 1 0 1 0 1 93.75 187.5 375 750
图 2.4 配置寄存器
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