基于单片机的游泳池保温控制器的设计本科学位论文.doc

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1、毕 业 设 计（论 文）基于单片机的游泳池保温控制器的设计系别：自动化系专业名称：自动化学生姓名：学号：指导教师姓名、职称：完成日期 2009年 5 月 12日电子科技大学中山学院毕业设计（论文）任务书系 别：自动化工程系专 业：自动化学 生 姓 名：李雄辉学 号：25200101098设计(论文)题目：基于单片机的游泳池保温控制器的设计起 迄 日 期: 2008年10月6日 2009年5月12日设计(论文)地点:电子科技大学中山学院指 导 教 师:潘奇明 专业教研室负责人:刘跃华发任务书日期:2008年10月17日毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：培养学

2、生综合运用所学知识和技能，分析解决实际问题的能力，完成用Keil C51工具软件对单片机进行编程和开发的基本训练，并使学生了解单片机开发研究的方法和步骤。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 本毕业设计主要以Protel 99和Keil C51为软件开发平台，运用模电、数电以及单片机的基本理论，针对游泳池的温度控制的不同要求，利用各种不同的温度控制方法，利用单片机对游泳池进行保温控制，具体如下：1）. 对国内外有关游泳池温度控制方法和实例的文献进行调研；2）. 在文献查阅、消化的基础上对游泳池温度控制进行综述；3）. 运用Protel 99设计出游泳

3、池保温控制电路的原理图；4）. 掌握用汇编语言或C语言实现单片机的编程；5）. 学习并熟悉使用Keil C51开发工具进行单片机的编程和开发；5） 完善、撰写论文。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计、论文、图表、实物样品等：1具备游泳池保温控制器功能的电路实物。2. 电路原理图及单片机控制的程序。3. 关于用单片机实现对游泳池保温设计的论文。4毕业答辩的PPT。4主要参考文献：1李朝青,单片机原理及接口技术(简明修订版)M. 北京:北京航空航天大学出版社，19982李广弟.单片机基础M. 北京:北京航空航天大学出版社，19943金伟正.单线数字

4、温度传感器的原理与应用J.电子技术与应用，20004李 钢.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用.现代电子技术J,20055.Steven F.Barrett,Daniel J.Pack.Embedded SystemM.北京：电子工业出版社，20066. 陈跃东.DS18B20集成温度传感器原理与应用J.安徽机电学院学报,20027. 阎石.数字电子技术基础（第三版）M. 北京：高等教育出版社，1989毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2008年11月1日1月1日完成开题报告，复习单片机基础知识，了解设计系统

5、的功能，确定设计目标，查找相关资料及文献2009年1月2日4月25日绘制设计相关电路原理图，焊电路板，编写及调试程序，实现设计的基本功能2009年4月26日 5月1 日撰写论文、修改论文2009年5月2日 5月17 日做答辩用PPT,准备论文答辩指导教师审查意见：指导教师（签名）： 年 月 日基于单片机的游泳池保温控制器的设计摘 要随着人民生活的进步，恒温游泳池走进了我们的生活，而游泳池的保温控制器，它能自动控制游泳池的水温。从而大大的方便了人们对游泳池水温恒温的需求。本文对该测控仪系统进行了分析设计。首先，本文针对系统所使用的AT89C2051单片机的性能和发展情况做了简单介绍；对系统使用的

6、AT89C2051做了性能方面的简单说明；同时对测量温度的精确度做了介绍。 其次，本文重点对硬件、软件的组成进行了分项、模块化逐步分析设计。 根据硬件的设计和测控仪所要实现的功能，本文对软件也进行了一一设计，并经过反复的模拟运行、调试，修改简化了软件系统，最后形成了一套完整的程序系统。但系统有如下缺点：1较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿。2超时时需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。3进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。关键词：AT89C2051 ； 游泳池 ；温度控制Swimming pool with Heat pres

7、ervation achieve by single-chip controllerAbstractWith the progress in the lives of the people, a swimming pool into our lives, and the swimming pool temperature control regulator. It can automatically adjust the pool water temperature. Thus greatly facilitate the people to the pool water temperatur

8、e thermostat demand. In this paper, the Monitor system for the analysis and design.First, this text aimed at a single slice of the AT89C52 that the system use the function and the development circumstance of the machine to do simple introduction;Did the simple elucidation of the function to the AT89

9、C52 of the system usage;Did introduction to the accuracy that measures temperature in the meantime.Secondly, this text point constituted hardware,software to carry on an item,the mold piece to turn a gradually analytical design. modify to simplify the software system, became a set of procedure syste

10、m of integrity finally.But the system is like to descend weakness:1.The smaller hardware expense needs opposite and complicated software to carry on repair2.Super need to resolve the total line of the microprocessor to drive a problem always, this while carrying on ordering to measure system design

11、much to take in to notice.3. To consider total line to distribute capacity and resistance to match a problem well when carry on the long pull measured system design.KeyWords: AT89C2051；swimming pool；temperature controller 目 录1 绪 论11.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义11.2 本设计的应用及意义11.3游泳池保温控制系统完成的功能22 系统总体方案32.1方

12、案一：用热敏电阻采集温度数据32.2方案二：采用DS18B20采集温度数据33 DS18B20温度传感器简介83.1 温度传感器的历史及简介83.2 DS18B20的工作原理83.2.1 DS18B20工作时序83.2.2 ROM操作命令103.3 DS18B20的测温原理103.3.1 DS18B20的测温原理:103.3.2 DS18B20的测温流程124 单片机接口设计134.1 设计原则134.2 引脚连接134.2.1 晶振电路134.2.2 串口引脚134.2.3 其它引脚145系统整体设计155.1系统硬件电路设计155.1.1主板电路设计155.1.2各部分电路155.2 系统

13、软件设计185.2.1 系统软件设计整体思路185.2.2 系统程序流图195.3 调试246 结束语25附录26附录1主板电路图26附录2程序代码27参考文献37致谢38III1 绪 论 1.1 温度控制系统设计的背景、发展历史及意义 随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温

14、度。在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。可见，温度的测量和控制是非常重要的。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制。随着温

15、度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。近年来，人类的生产和生活方式发生了巨大的变化，产生这一变化的重要原因就是计算机技术的飞速发展。第一台计算机诞生至今仅仅几十年的时间，计算机的性能已经大大提高，价格不断的下降，从而使之可以迅速而广泛地应用于人类的生产和生活的各个领域。然而游泳池的温度控制的发展无疑得益于计算机技术的发展。 1.2 本设计的应用及意义本设计以保质、节能、安全和方便为基准设计了一个游泳池保温控制器，根据需要进行相应的数据分析和处理，由此完成对游泳池水温的采样和控制。通过本设计掌握使用高级语言对单片机编程技术以及一线总线制在单片机方面的应用及

16、用单片机进行对继电器的控制，从而控制大功率的加热设备，提高实际工作技能。本设计以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用，在很大程度上提高了生产、生活中对游泳池温度的控制水平。本文的设计正是一个本着学习、创新和服务人类的思想的机器人设计。让机器按照自己预定的想法和目的运作，一直是我人生的追求和梦想。我选择自动化专业，正是要加入自动化这个大家庭，吸收文化不断提高自己，不断的走近自己的梦想。1.3游泳池保温控制系统完成的功能本设计是对游泳池温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于设定下限温度时，系统自动按程序设计的顺序启动继电器使热水器对游泳池水进行加温，

17、使温度上升，同时指示加温的红灯亮起。当温度上升到下限温度以上时，按顺序停止热水器加温；当温度达到设定温度时，系统停止加温，同时红等熄灭。温度在上下限温度之间时，执行机构不执行。两个数码管即时显示温度，精确到整数位。2 系统总体方案本章围绕系统的总体设计，介绍系统组成框图、主控芯片单片机的内部硬件资源及其接口技术、游泳池保温系统所用到的其它IC和其他重要元件的介绍。2.1方案一：用热敏电阻采集温度数据测温电路的设计，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

18、用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。虽然这种用热敏电阻为主要测温元件的测温电路可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且使用热敏电阻，需要用到十分复杂的算法，一定程度上增加了软件实现的难度。所以本设计不使用该方案。2.2方案二：采用DS18B20采集温度数据考虑使用温度传感器，结合单片机电路设计，采用一只DS18B20温度传感器，直接读取被测温度值，并把温度信号转换成数字量，通过单片机AT89C2051读取处理送入七段数码管显示，AT89C2051单片机根据采集的温度数据，按程序要求控制继电器的关闭和开启，使热水器启动实现

19、对游泳次进行保温的效果。使用DS18B20测温，测温电路简单，测温精度高，但DS18B20初始化程序比较复杂，可以说是以复杂的程序换来简单的电路。比较上述两种方案，方案2改善了方案1的不足及缺点，并具有控制简单、控制温度精度高的特点所以我们采用方案二，单总线DS18B20，硬件简单，精度高，设计中容易实现。在本系统的电路设计方框图如图2-1所示，它由三部分组成:A控制部分主芯片采用单片机AT89C2051；B显示部分采用两位共阳七段数码管以动态扫描方式实现温度显示；C温度采集部分采用DS18B20温度传感器。单片机DS18B20七段数码管显示温度指示灯加热继电器 图21 温度计电路总体设计方案

20、2.2.1控制部分单片机AT89C2051提供以下标准功能：2k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,15个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向两级中断结构，一个全双工串口通信口，内置一个精密比较器，片内振荡器及时钟电路，同时，AT89C2051可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止它所有的部件工作直到下一个硬件复位。2.2.2显示部分显示电路采用两位位共阳七段数码管，从P1口送数，P3口扫描。2.2.3温度采集部分DS

21、18B20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。这一部分主要完成对温度信号的采集和转换工作，由DS18B20数字温度传感器及其与单片机的接口部分组成。数字温度传感器DS18B20把采集到的温度通过数据引脚DQ脚传到单片机的P3.7口，单片机接受温度并存储。此部分只用到DS18B20和单片机，硬件很简单。A.DS18B20的性能特点如下3：a.独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；b.多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；c.无须外部器件；d.可通过数据线供电，电压范围为3.05.5

22、V；e.零待机功耗；f.温度以3位数字显示；g.用户可定义报警设置；h.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；i.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；B.DS18B20的内部结构DS18B20采用3脚PR35封装，如图2-2所示；DS18B20的内部结构，如图2-3所示。图22 DS18B20封装图23 DS18B20内部结构C.DS18B20内部结构主要由四部分组成4：a.4位光刻ROM。开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因

23、3。64位闪速ROM的结构如下表：表21 ROM结构8b检验CRC48b序列号8b工厂代码（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSBb.非挥发的温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限值。c.高速暂存存储，可以设置DS18B20温度转换的精度。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EEPRAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如表2-2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。DS18

24、B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。它的内部存储器结构和字节定义如表2-3所示。低5位一直为，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率,如表2-4。表22 DS18B20内部存储器结构Byte0温度测量值LSB（50H）Byte1温度测量值MSB（50H）EEPROMByte2TH高温寄存器-TH高温寄存器Byte3TL低温寄存器-TL 低温寄存器Byte4配位寄存器-配位寄存器Byte5预留（FFH）Byte6预留（0CH）Byte7预留（IOH）Byt

25、e8循环冗余码校验（CRC）表23 DS18B20字节定义TM R1R0 1 1 1 1 1由表2-4可见，分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。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DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625LSB形式表示。当符号位S0时，表示测

26、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S1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 表1.2是一部分温度值对应的二进制温度数据。表24 DS18B20温度转换时间表R1R0分辨率/位温度最大转向时间/ms00993.750110187.510113751112750表25一部分温度对应值表温度/二进制表示十六进制表示+1250000 0000 1111 101000FAH+250000 0000 0011 00100032H+0.50000 0000 0000 00010001H00000 0000 0000 00000000H-0.51111 1

27、111 1111 1111FFFFH-251111 1111 1100 1110FFCEH-551111 1111 1001 0010FF92Hd.CRC的产生 在64 b ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作按协议进行。操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。 3 DS18B20温度传感器简介

28、3.1 温度传感器的历史及简介温度的测量是从金属(物质)的热胀冷缩开始。水银温度计至今仍是各种温度测量的计量标准。可是它的缺点是只能近距离观测，而且水银有毒，玻璃管易碎。代替水银的有酒精温度计和金属簧片温度计，它们虽然没有毒性，但测量精度很低，只能作为一个概略指示。不过在居民住宅中使用已可满足要求。在工业生产和实验研究中为了配合远传仪表指示，出现了许多不同的温度检测方法，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型、光纤式及石英谐振型等。它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等)的变化的原理。随着大规模集成电路工艺的提高，出现了多种集成的数字化温度传感器。3.2 DS18B20的工

29、作原理3.2.1 DS18B20工作时序根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：1. 每一次读写之前都必须要对DS18B20进行复位；2. 复位成功后发送一条ROM指令；3. 最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1560微秒左右后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，具体工作方法如图3-1，3-2，3-3所示。A.初始化时序 图31 初始化时序总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，主

30、机响应应答脉冲。应答脉冲使主机知道，总线上有从机设备，且准备就绪。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us，以产生复位脉冲。接着主机释放总线，4.7K上拉电阻将总线拉高，延时1560us，并进入接受模式，以产生低电平应答脉冲，若为低电平，再延时480us12。B.写时序图32 写时序写时序包括写0时序和写1时序。所有写时序至少需要60us，且在2次独立的写时序之间至少需要1us的恢复时间，都是以总线拉低开始。写1时序，主机输出低电平，延时2us，然后释放总线，延时60us。写0时序，主机输出低电平，延时60us，然后释放总线，延时2us6。C.读时序 图33 读时序总线器件仅在主机发出读时

31、序是，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时序，以便从机能够传输数据。所有读时序至少需要60us，且在2次独立的读时序之间至少需要1us的恢复时间。每个读时序都由主机发起，至少拉低总线1us。主机在读时序期间必须释放总线，并且在时序起始后的15us之内采样总线状态。主机输出低电平延时2us，然后主机转入输入模式延时12us，然后读取总线当前电平，然后延时50us43.2.2 ROM操作命令当主机收到DSl8B20 的响应信号后，便可以发出ROM 操作命令之一，这些命令如表3-1：ROM操作命令。3.3 DS18B20的测温原理3.3.1 DS18B20的测温原理:每一

32、片DSl8B20在其ROM中都存有其唯一的48位序列号，在出厂前已写入片内ROM 中。主机在进入操作程序前必须用读ROM(33H)命令将该DSl8B20的序列号读出。程序可以先跳过ROM，启动所有DSl8B20进行温度变换，之后通过匹配ROM，再逐一地读回每个DSl8B20的温度数据。DS18B20的测温原理如图3-4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而

33、完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3-4中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复

34、上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值. 表31 ROM操作命令指令约定代码功 能读ROM33H读DS18B20 ROM中的编码符合ROM55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单线总线上与该编码相对应的DS18B20 使之作出响应，为下一步对该DS18B20的读写作准备搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和识别64位ROM地址，为操作各器件作好准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令，适用于单片工作。告警搜索命令0ECH执行后，只有温度超过设定值上限或者下限的片子才做出响应温度变换44H启动DS18B20进行温度转

35、换，转换时间最长为500MS，结果存入内部9字节RAM中读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的第3，4字节写上、下限温度数据命令，紧跟读命令之后，是传送两字节的数据复制暂存器48H将EEPRAM中第3，4字节内容复制到E2PRAM中重调E2PRAM0BBH将EEPRAM中内容恢复到RAM中的第3，4字节读 供 电方 式0B4H读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外接电源供电DS18B20发送“1” 另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行

36、。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。减法计数器斜坡累加器减到0减法计数器预 置低温度系数振 荡 器高温度系数振 荡 器计数比较器预 置温度寄存器减到0图34 测温原理内部装置3.3.2 DS18B20的测温流程初始化DS18B20跳过ROM匹配温度变换延时1S跳过ROM匹配读暂存器转换成显示码数码管显示图35 DS18B20测温流程4 单片机接口设计4.1 设计原则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,如图4-1所示单片机端口接单线总线，另一种是寄生电源供电方式

37、，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。本设计采用电源供电方式， P1.1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4.7k电阻和AT89C2051的P3.7来完成对总线的上拉。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D变换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10 s。采用寄生电源供电方式是VDD和GND端均接地。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三状态的。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤：l 初始化；l ROM操作指令；l 存储器操作指令。4.2 引脚连接4.2.

38、1 晶振电路单片机XIAL1和XIAL2分别接30PF的电容，中间再并个12MHZ的晶振，形成单片机的晶振电路。14.2.2 串口引脚 P1口接7个2K的电阻阻然后接到显示电路上。温度传感器DS18B20的DQ口接单片机的P3.7口进行温度数据的采集，如图4.1所示。DS18B20单 片 机P3.7VCCGND 图41 DS18B20与单片机的接口电路P3.2；P3.3；P3.4；P3.5引脚接继电器电路的1K电阻上。VCC与引脚1分别接按键S1的两端，用以使单片机复位。P3.2；P3.3引脚接按键S1、S2，按键另外一端接地，起作用是分别是上调和下调预设温度。4.2.3 其它引脚10引脚接地

39、。5系统整体设计5.1系统硬件电路设计5.1.1主板电路设计单片机的P3.7接DS18B20的2号引脚，P1.0；P1.1；P1.2；P1.3；P1.4；P1.5；P1.6六个口通过R1R6（2k）的电阻链接两位的七段数码管，用以显示两位整数的温度2。同时，P1.7；P3.4；P3.5通过三极管和继电器的链接，从而控制大功耗的热水器顺序启动。当热水器启动的同时，与控制该热水器的继电器并联的发光二极管也会同时亮起，以表示该热水器已经启动。5.1.2各部分电路图5-1显示电路图A.显示电路显示电路采用了两位的共阳的7段数码管扫描电路，如图5-1所示节约了单片机的输出口。便于程序的编写。B.单片机电

40、路本色设计使用的是二十针的AT89C2051，单片机电路引脚如图5-2图5-2单片机电路引脚图C.DS18B20温度传感器电路测温电路使用的测温元件是DALLAS公司生产的DS18B20,其各引脚的接法如下：图5-3 温度传感器电路引脚图D.保温电路本设计的保温电路为减少大功耗的热水器对单片机的干扰，使用了可以隔离强弱电的继电器用较弱的电流控制高功率的热水器启动。P3.4,P3.5,P1.7通过三极管8050链接继电器，从而控制热水器的通断，当这些脚发出高电平信号时，所对应的三极管处于放区，三极管导通。所对应的继电器也会导通，使热水器开始加温。保温电路如图5-4所示：图5-4保温电路E.晶振、

41、稳压和复位电路本设计使用的是12MHz的晶振，控制复位的是按钮。实现电路5V稳压供的是LM7805,如图5-5所示。图5-5晶振、稳压和复位电路F.电源供电电路：电源电路是有一个交流220V转12V的变压器实现高压变低压，然后12V交流低压通过由四个二极管构成的电桥实现整流，使交流变为直流。而C1，C2实现滤波。电源电源供电电路如图5-6所示：图5-6电源供电电路5.2 系统软件设计5.2.1 系统软件设计整体思路一个应用系统要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些

42、必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用与AT89C2051系列单片机相对应的51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。程序设计语言有三种：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是机器唯一能“懂”的语言，用汇编语言或高级语言编写的程序（称为源程序）最终都必须翻译成机器语言的程序（成为目标程序），计算机才能“看懂”，然后逐一执行。但是本系统却选用了汇编语言。原因在于，本系统是编制程序工作量不大、规模较小的单片机微控制系统，使用汇编语言可以不用像高级语言那样占用较多的存储空间，适合于存储容量较小

43、的系统。但是，编写的代码非常难懂，不好维护，很容易产生Bug，难于调试只能针对特定的体系结构和处理器进行优化，开发效率很低，时间长且单调。高级语言是面向问题和计算过程的语言，它可通过于各种不同的计算机，用户编程时不必仔细了解所用的计算机的具体性能与指令系统，而且语句的功能强，常常一个语句已相当于很多条计算机指令，于是用高级语言编制程序的速度比较快，可读性强，便于学习和交流，维护也比较简单。因此本设计的软件系统使用高级语言编写。本装置的软件包括主程序、读出温度子程序、复位应答子程序、写入子程序、以及有关DS18B20的程序（初始化子程序、写程序和读程序。5.2.2 系统程序流图系统程序主要包括主

44、程序，读出温度子程序，复位应答子程序，写入子程序等。A.主程序主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图5-8所示。通过调用读温度子程序把存入内存储中的整数部分与小数部分分开存放在不同的两个单元中，然后通过调用显示子程序显示出来。图5-7 主程序流程图B.读出温度子程序B.读出温度子程序读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验，校验有错时不进行温度数据的改写。DS18B20的各个命令对时序的要求特别严格，所以必须按照所要求的时序才能达到预期的目的，同时，要注意读进来的是高位在后低位在前，共有12位数，小数4位，整数7位，还有一位符号位。DS18B20复位、应答子程序跳过ROM匹配命令写入子程序温度转换命令写入子程序显示子程序(延时)DS18B20复位、应答子程序跳过ROM匹配命令写入子程序读温度命令子程序