本文研制的數字式定時溫控系統是一個基于單總線數字式溫度傳感器DS18B20，以單片機芯片為核心的系統。該系統具有對溫度的實時檢測功能，實時日歷時鐘、溫度和時間數值的設定等功能。該系統可以應用于發面、菜窖溫度控制及保健等領域。

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

　　本文設計的簡單實用的數字式溫度測控系統，亦可廣泛應用于各種定時、溫度控制領域，如工業工控過程的溫度控制，發電廠、熱電廠、大型中央空調設備用戶端、自動化生產線、農業養殖、溫棚、溫室、干燥房、糧食倉庫、井下溫度控制等場合。系統能夠隨時測量環境溫度并且顯示當前的溫度值，因此，研究和開發經濟、實用的定時溫度測控系統具有現實意義，也有著廣泛的應器上當前室溫的顯示等等。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在工業、民用、軍事等領域占有重要的地位，比如空調遙控，因此在不同的應用場合可設計不同的系統對溫度進行檢測和控制，如在普通的室內溫度檢測中，可用一般的溫度傳感器，通過AD轉換之后，由數碼管直接顯示該室內的溫度。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，必須經過A/D轉換后才能被處理器識別，而且不能實現多點溫度的測量，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已不能滿足設計的需要。因此，針對此現狀，本文設計了一種由單片機控制的智能溫度采集與顯示系統。它以AT89S52單片機為核心，實現對溫度信號的采集和顯示。在溫度信號的采集方面，利用單總線數字溫度傳感器的特點及功能實現對溫度的采集，由DALLAS半導體公司生產的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。與傳統的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9~12位的數字值讀數方式，可在-55—+125℃的范圍內測量溫度。從中央處理器到DS18B20僅需連接一條信號線

　　和地線，其指令信息和數據信息都經過單總線接口與DS18B20進行數據交換，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，構成主從結構的多點測溫傳感器網絡。而在顯示方面采用數碼管顯示。此系統具有結構簡單、價格低廉、易于操作及系統擴展、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，第二章是系統硬件電路的設計，第三章是系統軟件的設計。

　　當國內從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，在不同的領域存在，如家電、玩具、工業設備、儀器、通訊等。軟件方面發展主要為匯編語言、C語言、嵌入式操作系統。速度、穩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，應用面很廣，發展很快。自單片機誕生至今，已發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裝化等幾個方面發展。

　　單片機的品種繁多，按應用范圍分為通用型和專用型。專用型是針對某種特定產品而設計的，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， 總線型設有并行地址總線、數據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。以下就單片機部分功能器件的應用舉例簡要說明。首先以實時時鐘為例。一些單片機控制系統要求在確定的時刻進行某種檢測與操作，有的控制系統要求在進行某種操作時記下進行操作的具體時間，例如現在各公司廣泛用的員工考勤打卡機，有些網頁的登陸同時記下用戶的登陸時間等。要達到這個目的，就要給系統配置實時時鐘，一邊根據時鐘提供的時間，按時操作或記錄。當然生產實時時鐘可以用軟件實現，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，就會產生中斷或產生溢出脈沖，使系統復位，為了不然系統復位，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。這樣溢出就不會發生。在許多單片機內部就有看門狗電路。如AT8951以及Microchip公司的PIC系列產品等。如果單片機內部沒有看門狗電路，可以用片內多余的定時器通過軟件自行構成。也可選用集成電路。近年來，新型單片機內的接口，無論從類型和數量上都有很大的發展單片機從功能到形態都有了飛速的發展。在發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，而且使系統的總體結構也大大簡化了。

　　1.1 單片機的結構和性能

　　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， 都能有節奏地進行。另外，還有“中斷系統”，當單片機控制對象的參數到達某項需要加以干預的狀態時，就可傳達給CPU，使CPU采取適當的應付措施。按結構形式分，單片機有兩種基本的結構形式：普林斯頓結構和哈佛結構。普林斯頓結構，也稱馮·諾伊曼結構，是一種將程序指令存儲器和數據存儲器合并在一起的存儲器結構。程序指令存儲地址和數據存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，因此程序指令和數據的寬度相同，如英特爾公司（Intel）的8086和MCS-51就采用了此結構。而哈佛結構是一種將程序指令存儲和數據存儲分開的存儲器結構。中央處理器（CPU）首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內容，解碼后得到數據地址，然后到相應的數據存儲器中讀取數據，進行下一步操作（通常是執行）。程序指令存儲和數據存儲分開，可以使指令和數據有不同的數據寬度，目前較多的單片機采用改進的哈佛結構，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數據是8位寬度。另外，現在單片機采用一種三核（TriCore）結構，這是種建立在一塊片上的系統概念上的結構。三核是：數據和程序存儲器核，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。

　　單片機按其內部數據通道的寬度，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點，目前已經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域之外， 各種新型高性能的機型也在迅速發展。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大的比例。這與它優秀的性能分不開。51系列的優點諸多，它有完整的按位操作系統，除能進行傳送，置位，清零，測試等操作，還能進行位邏輯操作。隨著技術的發展，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腳的設置簡單，使用方便。當該腳做輸入使用時，將其置為高電平即可；當該腳做輸出使用時，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展，越來越多新型單片機出現。使單片機的運行速度得到提升、并引入了雙數據指針及ISP功能。ISP功能實現在系統可編程功能。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好的產品上取下。未定型的程序還可以邊生產邊完善，加快了產品的開發速度，減少了新產品因軟件缺陷帶來的風險。

　　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。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，故最短指令執行時間為250～125ns。AVR系列沒有類似累加器A的結構，它主要是通過R16～R31寄存器來實現A的功能。在AVR中，沒有像51系列的數據指針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據指針的功能。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）的產品，是當前市場份額增長最快的單片機之一。CPU采用RISC結構，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雙總線結構，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據存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結構，在一個周期內完成兩部分工作，一是執行指令，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腳增加了用于設置輸入或輸出狀態的方向寄存器，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。當置位1時為輸入狀態，且不管該腳呈高電平或低電平， 對外均呈高阻狀態；置位0時為輸出狀態，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態，有相當的驅動能力，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展和完善，應用越來越廣，容量越來越大，價格越來越低，閃存技術在各個領域得到應用。最初的單片機，片內只有并行輸入/輸出接口、定時器/計數器，它們的功能較弱，實際應用中往往需要通過特殊的接口擴展功能，從而也增加了應用系統結構的復雜性。