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1、本科生毕业设计（论文）中文题目： 啤酒发酵自动控制系统 英文题目：Beer fermentation Automatic Control System 摘 要啤酒工业是我国食品工业中一个重要的产业部门，随着国民经济的发展和人民生活的改善，我国啤酒工业也得到空前发展。尽管如此，我国的啤酒生产工业前存在许多不尽如人意的地方一。由于啤酒生产的工艺复杂，目前我国大多数啤酒生产企业技术装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。如何提高啤酒生产的综合自动化水平，增强我国啤酒产业的综合实力是一个很好的研究课题。发酵过程是啤酒生产过程中的重要环节之一，本文针对实验室啤酒发酵装置技术装备落后、自动化程度低、产品质
2、量不稳定以及啤酒发酵罐温度所具有的大时滞、强关联、时变、大时间常数和多变量的特点，提出了以AT89S52单片机为核心的数字化温度控制系统方案。在发酵罐中设置上、中和下三个测温点，控制系统对这三个测温点进行循环检测，然后将检测到的温度信号送到单片机，由单片机通过具体程序对以上三个信号进行处理，通过本文设定的特殊控制算法决定每层控制阀的开度，从而实现了啤酒发酵罐内部麦汁三层温度的精确控制，进而解决了啤酒发酵罐内部温度控制系统控制精度不高的问题，提高了啤酒生产的综合自动化水平。关键词：AT89852单片机 啤酒 发酵 温度 控制 ABSTRACTThe thesis puts forward the
3、 numeric temperature control system that depends on the principle of single AT89S52，which aims at outdated beer ferment equipment, low automation ,instable product and the wheat-liquor temperature in a ferment that has inherence characteristics of multivariable, seriously nonlinear, uncertain, time-
4、variant and large delay. There are three measure temperature points in a ferment, the temperature signals of the ferment that can be detected circularly by the control system will be sent to the single, and then the single will deal with the three signals by some specific programs and the opening of
5、 the control valves in the three layers is decided by some designed special control arithmetic. The three layer temperature of the ferment will be controlled precisely, consequently the low control precision of the beer ferment internal temperature system has been improved and the comprehensive auto
6、mation level of beer production will be improved. At the same time, the communication strategy between a beer ferment equipment temperature control system and computer has been studied in the thesis, and the hardware and software of the system have been introduced in detail.System simulation has bee
7、n done in the thesis about a laboratory ferment arithmetic model that base on the experiment status, and the control effect is better, so the system feasibility is validated theoretically. The disquisition has some reference value to the temperature control system development of small scale ferment
8、equipment in a factory. KEYWORDS: AT89S52 beer ferment temperature control目 录1绪论. .51. 1啤酒生产工艺流程.51. 2国内外啤酒发酵温度控制系统发展现状.61. 2. 1国内外温度控制系统发展.61. 2. 2国内啤酒发酵温度控制系统发展现状.71. 3课题研究目的.91. 4课题研究内容及方案. .92啤洒发酵工艺和发酵罐温度控制方案. .102. 1啤酒发酵工艺.102. 1. 1糖化.102. 1. 2发酵. .102. 2控制系统选择. .112. 2. 1被控对象分析.112. 3控制系统方案确定.
9、133硬件电路设计. .143. 1啤酒发酵罐温度控制系统电路结构.143. 2主要器件选择及简介.15 3. 2. 1单片机AT89S52 .153. 2. 2温度传感器DS18B20 .163. 2. 2. 1 DS18B20结构.163. 2. 3 LED显示驱动MAX7219.173. 3功能电路设计.193. 3. 1测温电路.193. 3. 2显示与按键电路设计.203. 3. 2. 1显示电路设计.203. 3. 2. 2按键电路设计.223. 3. 3报警电路设计. .233. 3. 4接口电路设计.243. 3. 4. 1与上位机通讯接口.243. 3. 4. 1. 1 RS
10、-232C总线接口.253. 3. 4. 1. 2 RS-422总线接口.263. 3. 4. 2与串行E2PROM的接口电路.27 4系统软件设计. .304. 1系统构成.304 .2系统软件设计思想.314. 3主程序MAIN . .324. 4掉电保护程序.344. 5系统监控程序.354. 6采样程序模块. .364. 7显示程序模块.374. 8系统时钟控制模块.394. 9通信模块.405模糊PID在啤洒发酵罐温度控制系统中的应用. .436经济分析报告. .467结论. .478参考文献. .489致谢. .4910附录一：总电路图. .5011附录二：总程序表. .511绪论
11、1.1啤酒生产工艺流程啤酒生产可以分成两大部分:麦芽制取和啤酒酿造。下面将分别讲述麦芽制取和啤酒制造的工艺流程，其工艺流程如图1-1和1-2所示。（1）麦芽制造工艺流程麦芽制取主要有三大步骤:浸麦、发芽和干燥。麦芽制造的简单流程如图1-1所示。原料（大麦）浸麦发芽干燥除根图1-1 麦芽制造流程图Fig1-1 Malt making flow chart原料（麦芽，大米）粉碎糖化麦汁过滤麦汁煮沸糖化用水洗糟用水酒花麦汁冷却发酵啤酒过滤除菌灌装贴标灌装冲氧酵母图1-2 啤酒酿造工艺流程图Fig1-2 Beer brewing process flow chart(2)啤酒酿造工艺流程啤酒酿造的工艺
12、流程如图1-2所示，从下面这个图中可以对啤酒酿造有一个比较抽象的理解。图1-3能形象地表达出啤酒制造过程的每一个步骤，更能对啤酒制造整体过程有一个形象的理解。图1-3 啤酒生产流程图Fig1-3 Beer production flow chart1.2国内外啤酒发酵温度控制系统发展现状1.2.1国内外温度控制系统发展 在啤酒发酵过程中，工艺操作的控制主要是对温度、糖度、双乙酞、压力和时间变化的控制，而这些参数又是相互耦合的。糖度、双乙酞的控制是通过调节温度来完成的，而时间和压力的控制，在一定浓度、酵母数量和活性条件下，也取决于发酵的温度。因此，啤酒发酵过程控制主要是对发酵温度的控制，发酵温度
13、是决定啤酒口感、风味等的一个重要指标，但现场温度的控制比较困难，在现代化生产的今天，为保证啤酒风味的一致性，满足生产的连续化、自动化的需要。根据现场的要求，采用先进的智能控制策略来对啤酒发酵过程进行控制是必然的，在其发展过程中，主要经历了以下几种控制方式:(1)完全手动操作方式操作人员在现场或集中操作盘上控制主要设备的启停，阀门由工人到现场操作。这种方式下啤酒生产的控制完全由人工操作，生产工艺参数得不到可靠执行，一致性比较差，啤酒质量受人为因素影响较大，因此啤酒口味稳定性较差，而且工人的操作劳动强度很大，主要生产设备与装置不能工作在最佳状态，原材料利用率低，产品能耗大。(2)半自动控制方式半自
14、动控制方式又称集中手动控制方式，采取诸如数据采集器等手段采集各种过程量并送入控制室，控制室设有模拟屏或上位机，在模拟屏或上位机上显示各种温度、流量、压力和液位等过程参数和电机、阀门的开启状态，对生产过程进行监控。(3)常规的单变量PID控制策略在啤酒发酵罐的温度控制系统中，常规的单变量PID是以大罐的中部温度为被控制量，中部冷却带阀门开度为控制量，阀门的开度在不同的发酵阶段具有相应的比例系数，比例系数主要依赖人的经验，是典型的单变量控制策略。但是，经过分析，啤酒发酵过程是多变量控制系统，因此，该单变量控制策略无法解决发酵罐上、中和下3个冷却带的藕合问题，因此比例系数依赖于人的经验，所以严重影响
15、控制精度。(4)模糊控制策略采用模糊控制策略虽然能充分利用其非线性结构、不需要建立被控对象的精确数学模型，在一定程度上提高了系统的鲁棒性，基本满足实际生产的需要，但是离线建立的模糊控制规则表不能在线修改。(5)多变量控制对现有单变量控制器进行改进的一个有效的措施就是对发酵罐实施多变量控制策略，薛福珍等人对系统进行Smith预补偿和多变量解藕之后，对控制量进行了约束优化调节，并成功用于对啤酒发酵的温度控制，取得了比较满意的控制效果。综上所述，各种控制策略都有其优缺点，从长远的角度来看，现代控制理论与智能控制理论有广阔的发展前景，具有较高的研究和使用价值。1.2.2国内啤酒发酵温度控制系统发展现状
16、我国啤酒的产量已开始赶超世界先进水平，但产品质量必须达到较高水平，花色品种也必须赶上去才能适应口益变化的消费者的需求，这就要求国内的啤酒生产厂家改变传统的生产工艺更新生产设备以满足市场的需求。国内啤酒厂更新技术的手段主要有以下几方面:（1）引进国外控制技术例如福建惠泉啤酒厂创下“十五”啤酒酿造技术新亮点一一无菌酿造技术，并进口德国Thient公司的各种先进仪器和德国著名的高得曼实验室，创造了世界一流的现代化啤酒控制系统;北京燕京啤酒厂引进德国施密特公司专用的先进设备;北京华尔森啤酒厂从捷克引进全套生产设备;上海华光啤酒厂从瑞士引进生产设备等。引进设备的最大特点是自动化水平比较高，从而能严格满足
17、啤酒生产的要求，因此产量较高，质量较稳定。但是引进设备价格昂贵，使一般小厂望尘莫及。（2）国内科研所、专业公司根据国情自行研究的技术由于引进国外整套设备的成本非常高，因此，尽快地研制出自动化水平较高的国内啤酒生产设备，以适应国内啤酒生产的需要，也成为国内一些科研部门的热点。1988年北京核工程研究院研制的“PRS-80型啤酒发酵控制系统”在伊春啤酒厂投入使用，其硬件主要分上位机和现场工作站两层，控制方案采用单变量温度控制;1993年国家轻工业部自动化研究所研制的“PW-40啤酒发酵微机控制系统”在厦门华侨啤酒厂投入使用，其控制方案也是采用单变量温度控制;1994年北京科海测控工程部研制的“CM
18、CM啤酒发酵微机测控系统”在无锡市太湖水啤酒厂投入使用，其硬件配置上位机采用80386，配合了一个小型局域网络，现场控制机采用Z80单板机，控制方案采用单变量控制，并设有液位检测;合肥廉泉啤酒(集团)公司为了增强企业的整体实力，提高产品档次，在1999年完成糖化及发酵自控系统，从而使扩建6万吨啤酒的生产系统的技改工作胜利完成。（3）厂内自行研究国内中小企业结合本厂具体的生产实际自行研究的自动化仪表加手动的生产控制技术，其造价低，效果一般，符合企业目前的状况，但不能满足企业长远发展的需求，成为制约企业发展的一大瓶颈。从上述情况看，我国的啤酒生产设备与发达国家相比有了较大的发展，但是还处于起步阶段
19、。1.3课题研究目的近十年来，虽然我国的啤酒产销量都处于世界领先水平，我国的啤酒装备配套水平也有了很大的提高，但是和国外相比，由于我国的啤酒产业起步较晚，尤其是成套设备差距较大，自动化程度比较低，因而产品生产效率较低，生产质量也不高，啤酒能耗较大，这都是我国啤酒工业期待解决的问题。在啤酒生产的自动化控制中，温度是一个重要的参数，因此对于温度的控制是啤酒发酵过程中的一个重要方面。在啤酒的制作过程中，麦汁的制取和啤酒的发酵这两个阶段都必须把温度控制在一定的范围内，才能使啤酒的制备顺利成功。1.4课题研究内容及方案本系统主要研究的是发酵罐内部麦汁温度的控制。通过对麦汁温度的严格控制，可以使麦汁按照预
20、先设定的工艺的发酵。由于在啤酒的发酵过程中，发酵罐内部麦汁温度的升高来自于内部反应所放出的热量，所以发酵过程的升温速度是不可以通过人为控制的。所能控制的只有降温的速度。啤酒发酵过程中内部麦汁温度的降低是通过绕在啤酒发酵罐内壁蛇形管中的冷却液来完成的，冷却液的流量和速度决定了降温的速度，可以通过控制冷却液的流量来控制发酵罐内部麦汁的温度进而满足发酵过程各阶段对麦汁温度的要求。根据以上所述的对本系统的控制要求，为了实现发酵罐上、中和下三个位置的温度同时得到监控，设计中采用的方法是在一个采样周期里循环检测三路温度，三路温度检测到之后将会被送到控制系统部件，在其内部经过严密的处理之后，将会在一个控制周
21、期内向三个控制阀门输出相应的控制量，从而达到控制要求。由于本啤酒发酵温度控制系统中使用的是蛇形管道制冷系统，这种系统具有严重的非线性特性，所以本设计中采用电磁阀作为控制冷却液流量的的控制执行器件，对冷却液流量的控制是通过改变一个控制周期内电磁阀门开度大小来实现的。也就是通过控制阀门开度的大小来改变冷却水的流量，控制了冷却液的流量也就控制了单位时间内冷却液带走发酵罐内部麦汁的热量，从而达到了较好的酒体冷却或者保温的目的。2啤酒发酵工艺和发酵罐温度控制方案2.1啤酒发酵工艺啤酒发酵是啤酒生产过程中的关键工序，啤酒的发酵过程是否能按照工艺严格执行，以及其执行的效果，将会直接决定啤酒的质量。啤酒发酵过
22、程直观上可以理解为把麦汁转化为啤酒的过程。整个过程的工艺流程图如2-1所示。啤酒的整个生产过程主要包括糖化、发酵和啤酒分装三个环节。原料（麦芽，大米）粉碎糖化麦汁过滤麦汁煮沸糖化用水洗糟用水酒花麦汁冷却发酵啤酒过滤除菌灌装贴标灌装冲氧酵母图2-1 啤酒酿造工艺流程图Fig2-1 Beer brewing process flow chart2.1.1糖化糖化过程一般使用糖化锅、糊化锅、过滤槽、煮沸锅等设备。麦汁制备过程中需要检测的参数主要有温度、压力、物位和流量。对介质温度实施检测控制，即按照工艺要求的糖化曲线控制糖化过程的进程，是过程控制的主要内容。2.1.2发酵啤酒发酵是微生物的一个代谢过
23、程，简单的说就是把糖化之后产生的麦汁经酵母发酵分解成酒精、二氧化碳和水的过程，同时还会产生种类繁多的中间代谢物。虽然这些代谢产物的含量非常低少，但它们对啤酒的质量和口味将会产生非常大的的影响。一般认为低温发酵可以降低双乙酞和脂类等代谢物的含量，提高啤酒的色泽和口味;高温发酵则可以加快发酵速度，提高生产效率和经济效益。总之，如何掌握好啤酒发酵过程中的发酵温度，控制好温度的升降速度是决定啤酒生产质量的关键所在。整个发酵过程分前酵和后酵两个阶段，发酵温度的工艺设定曲线如图2-2所示。图2-2 啤酒发酵过程温度工艺曲线Fig2-2 Temperature technical curves of the
24、 beer ferment process在上图中，oa段为自然升温段，不需外部控制;ab段为主发酵阶段，控制温度一般在12左右;be段为降温阶段，是主发酵阶段和后酵阶段的过渡时期，经过此阶段后发酵进入后酵阶段，在此阶段降温速度一般为0.3 /h ; cd段为后酵阶段，温度一般控制在5左右;de段为进入贮酒阶段的过程，降温速度比较慢，一般为0.15 /h ; ef段为贮酒阶段，也就麦汁发酵完毕之后啤酒长期贮存的温度，这个时期啤酒温度一般控制在-1左右。2.2控制系统选择 根据本实验啤酒发酵装置所处的环境和温度控制系统的控制要求，经过认真调研和分析，对目前国内较先进的啤酒工艺控制系统进行了综合比
25、较与评价。同时，又充分考虑现状与发展等因素，该啤酒发酵工艺采用以单片机为核心的控制系统。该系统可靠、实用，技术比较先进，完全满足啤酒生产发酵工艺的技术要求，另外还兼顾了控制系统发展的需求2.2.1被控对象分析本设计的被控对象是啤酒发酵罐内部麦汁的温度。图2-4为圆锥底发酵罐示意图，当把麦汁输送到发酵罐中之后的，酵母在罐内发生反应而产生热量，使麦汁的温度升高。在图2-4中设置有上、中和下三层蛇形管，相应设置上、中和下3个测温点和三个调节阀，通过阀门可以调节蛇形管内冷却液的流量从而可以实现对酒体温度的控制。以阀门开度为控制量，酒体温度为被控量。该广义对象是一个三输入、三输出的多变量系统，机理分析和
26、实验表明啤酒发酵罐的温控对象不同于一般的工业对象，主要有以下几个方面的特点。图2-4 发酵罐示意图Fig.2-4 Fermenter schematic diagram(1)时滞大由于实验室发酵罐内没有搅拌装置，酒精水和麦汁主要依靠热传导进行热量交换，这就使得被控量的变化大大滞后于控制量的变换，从而产生时滞特性。(2)时变性啤酒发酵过程是从起酵、高泡、衰减到停止不断变化的间隙生产过程，在不同的发酵阶段，酵母的活力是不相同的，从而造成了酒体温度特性的变化，因此麦汁温度具有明显的时变性。(3)大时间常数由于实验室的发酵罐体积非常大，冷却液通过蛇形管壁与麦汁进行热交换的过程将会非常缓慢。(4)强关联
27、罐内酒体由于温度的不同，任意一个控制量的变化均会引起三个被控量的变化。2.3控制方案确定目前，我国啤酒发酵温度控制系统大致可分为如下三种:(1)手动控制方案(2)半自动控制方案(3)全自动控制方案 本系统是以单片机为核心的控制系统，硬件由单片机和外部接口电路、功能电路组成。具体构成如图2-5所示。 由于在啤酒的发酵过程中，发酵罐内部麦汁温度的升高主要原因是内部反应所放出的热量，所以发酵过程的升温速度是不可以控制的，所能控制的只有降温的速度。本系统设计的啤酒发酵温度控制系统是通过绕在啤酒发酵罐内壁上的蛇形管中的冷却液的循环流动来实现的，冷却液的流量和速度决定了降温的速度，因此可以通过控制冷却液的
28、流量来控制温度，从而达到控制酒体温度的目的。 根据以上所述的本系统的控制要求，为了实现发酵罐三个位置的温度同时得到监控，本设计中采用的方法是在一个采样周期中循环检测三路温度，并在一个控制周期内向三路控制通道输出需要的控制量。由于本系统使用的是具有严重非线性特性的管道制冷系统，所以本设计中采用电磁阀作为整个控制系统的执行器件，在对冷却液流量的控制中，通过改变一个控制周期内阀门的开度，从而达到了较好的使酒体冷却和保温的目的。温度传感器（上，中，下）单片机AT89C51数码管显示阀门开度电磁阀（上，中，下）图2-5 啤酒发酵温度控制系统原理框图Fig.2-5 Beer ferment control
29、 system principle 从图2-5中可以看出在本温度控制系统中除了作为核心部件的单片机之外，另外还有三种非常重要的硬件组成部分:检测部件、显示部件和执行部件。3硬件电路设计3.1啤酒发酵罐温度控制系统电路结构 在本啤酒发酵温度控制系统中，在一个采样周期内安装于啤酒发酵罐上、中、下三个位置的温度传感器DS 18B20将会分别采集发酵罐上、中和下三个位置的温度信号。采集到的三个温度信号将会按照设定好的顺序依次向单片机提供中断信号，从而可以把测得的温度信号读入到单片机内部，然后再把预先设定好的发酵过程具体阶段的设定值与实测值相比较。然后根据比较之后所得的余差给电机和电磁阀发出相应的控制信
30、号。在具体的硬件电路的设计过程中，需要引起注意的一点是外界干扰的消除。 控制系统的硬件结构框图如图3-1所示。本系统主要由AT89S52单片机、温度采集电路、8155扩展电路、液晶显示接口、键盘接口、报警电路、DAC0832,电压放大和V/I转换等单元组成。测温点1DS18B20测温点2DS18B20测温点3DS18B20液晶显示电路键盘电路8155扩展电路AT89S52 单 片 机DACO832电压放大V/I转换调节阀报警电路图3-1啤酒发酵温度控制系统硬件结构框图Fig.3-1 Beer ferment temperature control system hardware framewo
31、rk本温度控制系统的具体工作原理为:啤酒发酵罐内部麦汁在各个发酵阶段的温度设定值以及相关的参数被存放在外部PROM中，也可以由PC机或键盘来设置。单片机上电复位后通过数字传感器DS18B20检测发酵罐上、中和下三个位置的温度。每隔固定的时间读入采集的数据并做相应的处理。对数据的处理是采用模糊控制和PID相结合的方法来实现的，单片机内部设定好的程序对采样得到的温度进行信号调理后，得到相应的偏差和偏差变化，然后通过查询模糊控制表输出控制量，经过DAC0832转换后控制电磁阀的开度，从而控制冷却水的流量，从而达到了控制温度的目的。3.2主要器件选择及简介3. 2.1单片机AT89S52AT89S52
32、的引脚分布如图3-2所示。图3-2 AT89S52引脚图Fig.3-2 AT89S52 feet chartAT89S52单片机具有以下特点:(1)兼容MCS一51单片机;(2) 8k字节FLASH存储器;(3) 1000次擦写周期;(4) 256字节内部RAM;(5)全静态时钟0HZ到33MHZ;(6)三级程序锁存器;(7) 32个可编程I/O口;(8) 3个16位定时/计数器;(9) 8个中断源;(10)全双工双向DART通道;(11)双数据指针;(12)上电复位标志;(13)低功耗支持Idle和Power-down模式;(14)看门狗定时器。3. 2. 2温度传感器DS18B20DS18
33、B20的引脚图如l图3-3所示。DS18B20遵循严格的单线串行通信协议，每一个DS18B20在出厂时都用激光进行了调校，并且具有唯一的64位序列号。DS18B20的内部使用了在板(ON-BOARD)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只二极管的集成电路内，三端口分别是地线、数据和电容。其外围电路简单，可广泛应用于温度控制和温度测量系统中。图3-3 DS18B20引脚图Fig.3-3 DS18B20 feet chart3. 2. 2. 1 DS18B20结构 DS18B20主要由寄生电源、温度传感器、64位串行ROM单线接口、存储中间数据的高速暂存器(内部含有便笺式RAM、用于存储用
34、户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余检验码(CRC)发生器7部分组成，其内部功能如图3-4所示。 每个DS18B20含有一个唯一的64位ROM编码。前8位是产品系列编码，接下来的48位是产品序列号，最后8位是循环冗余(CRC)检验码。所以多片DS 18B20能够连接在同一条数据线上而不会造成混乱。这样就为多点测量带来了极大的方便。表3-1为64位ROM结构图。图3-4 DS18B20内部功能框图Fig.3-4 DS18B20 functional frameTab. 3一1 64 bit ROM configuration 温度报警触发器和设置寄存器都由非易失性电
35、可擦写存储器(E2PROM组成，设置值可以通过相应命令写入，一旦写入不会由于掉电而丢失。3. 2. 3 LED显示驱动MAX7219 MAX7219是一种新型的串行LED数码管驱动器。它集BCD码译码器、多路扫描仪、段驱动和位驱动于一体，内含8X8位双口静态SRAM，每片最多可驱动8个LED数码管。它与微机的接口十分简单，仅用3根线即可实现多位数码管的显示。MAX7219与数码管可以直接相连，不用三极管驱动和大量限流电阻，也不用译码器、锁存器和其它硬件电路。因此MAX7219成为仪表、仪器LED显示的首选接口电路芯片。MAX7219的引脚图和引脚说明分别如图3-8和表3-6所示。图3-8 MA
36、X7219引脚图Fig.3-8 MAX7219 Feet chart 表3-6引脚功能Tab.3-h Feet function3.3功能电路设计3.3.1测温电路根据本控制系统的实际需要，然后再考虑到DS18B20独特的单总线接口、多点组网功能以及很高的测温精度。本温度检测系统是由AT89S52组成的控制模块和3个温度传感器DS18B20组成的检测电路组成的。具体连接电路如图3-9所示。DS18B20与单片机的接口非常简单，可以采用寄生电源供电方式，P1.0口接数据总线，为了保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可以用一个MOSFET管和AT89S52单片机的P1.1口来完成对
37、总线的上拉。由于总线只有1根线，因此发送接收口必须是三态的。图3-9采用外部电源供电方式，P1.0口接数据总线，只要在数据线上加一个4.7K的上拉电阻，另外2个脚分别接电源和地，这种电路连接方式可靠、编程简单。单片机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤:初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。本设计中单片机系统所用的晶振频率为11.0592MHz,根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别写3个子程序:INIT为初始化子程序，WRITE为写子程序，READ为读数据子程序，所有的数据的读写均由最低位开始。3.3.2显示与按键电路设计人和单片机之间的对话是单片机应用系统中的一个
38、必要的组成部分，主要包括键盘和显示这两部分。这两部分是控制系统和操作人员之间交互的窗口，它既反映系统运行的状态，又能改变参数的设置，必要时实现适当的人工干预。3.3.2.1显示电路设计显示电路系统是实现人机联系的主要途径。显示系统根据发酵罐内的反应情况，需要实时循环显示出三路冷却液温度、发酵罐温度、罐内压力、液位以及三路阀门的准确位置，并在参数设定时显示更新的数据，同时LED显示器又承担对发酵罐内部温度反应工艺曲线的设定参数的显示任务，以达到更好的人机对话。在单片机温度控制系统设计中，LED显示方式由于其具有高亮度、显示醒目、使用寿命长、方便、价格低廉等优点，在工业用仪器仪表中得到了广泛应用。
39、而其驱动方式有多种形式，在采用并行显示方式时，显示电路的段码与位控码要占用单片机的较多口线，尽管可以采用8255等接口芯片进行扩展，但口线利用率仍较低，不能满足大型控制系统的要求。采用串行显示方式则只需占用2至3根口线，节约单片机大量的I/O口，为单片机扩展其它的功能提供了方便。一般要求控制芯片使用简单、功能多样化、多级灰度调节、外围电路精简可靠、译码与功率驱动于一体。单片机通过LED驱动电路把显示值到数码管，通过译码选择某一个数码管显示温度值的某一位，可以动态循环扫描，软件实现方式显示设定值，动态显示的扫描频率一般在50Hz以上，每个数码管能有1 ms的导通时间，从而肉眼感觉不到闪烁。本课题
40、采用一种基于MAX7219芯片的LED串行显示技术。LED显示是由Maxim公司生产的MAX7219来驱动的。MAX7219与单片机之间的数据传送最快最有效的方法是串行外设接口SPI，对不带SPI接口能力的单片机，需要软件合成SPI操作与MAX7219接口。硬件连接电路如图3-10所示。其中AT89S52单片机的P 1.5口作串行数据输出。连接到MAX7219的DIN引脚，P1.7和P 1.5分别连接时钟脉冲CLK和数据加载LOAD信号。SEGASEGF是7段驱动输出端，与LED对应的7个段a, b, c, d, e, f和g连接;SEGDP为小数点dp驱动输出端o DIG3DIG0分别接4个LED显示器的共阴极，以实现位选。显示数据串行输入MAX7219，移位存入数据寄存器，片内多路扫描电路顺序扫描，分别选通各字，备选通字的引脚置为低电平，LED发光显示数字，未选通的字引脚保持高电平。 MAX7219允许一个外部电阻控制显示亮度，外部电阻接于电源输入V+和段电流Iset端。源于段驱动器的峰电流，以电流的100倍进入Iset。一般段电流为37mA，允许最大段电流为40mA，由于LED有2._5 V的电压降，则调节亮度电阻的电压降为V+-VLED=2.5 V，七段码全部点亮的总电流为7 X 37mA=259mA，外部调节亮度电阻Rset最小值是