【正文】 境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持 3V～ 的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小， DS18B20 產(chǎn)品的特點 : （ 1） 只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 （ 2） 在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （ 3） 實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 （ 4） 測量溫度范圍在－ 55。 C 到＋ 125。 C 之間。 （ 5） 數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 （ 6） 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖： DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 由于 DS18B20 單線通信功能是分時完成的，所以有嚴格的時隙概念，讀寫時序很重要。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為 :初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖 )→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。其電路簡圖如 下圖： 連線 連接孔 1 連接孔 2 2 SD18B20端口 7 圖 ： 溫度檢測電路 4. 顯示電路 （ 1） LED 數(shù)碼管顯示電路 顯示電路主要是用于顯示時間。采用 LED 數(shù)碼管進行顯示是因為 LED 數(shù)碼管具有以下幾個優(yōu)點： (1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與 CMOS、 ITL電路兼容。 (2)發(fā)光響應(yīng)時間極短 ( s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 (3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 本 次實驗使用實驗儀提供的 6 位 8 段碼 LED 顯示電路，學生只要按地址輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)對顯示器的控制。顯示共有 6 位，用動態(tài)方式顯示。 8 位段碼、 6 位位碼是由兩片 74LS374 輸出。位碼經(jīng) MC1413 或 ULN2021 倒相驅(qū)動后，選擇相應(yīng)顯示位。 當用 PIC5X 驅(qū)動八段管時，是用 I/O 方式驅(qū)動，所以，驅(qū)動方式開關(guān)撥到“外驅(qū)”方式， PB0~PB7 接八段的 A~H 段， PC0~PC5 接 G0~G5。當用 LPC2103 驅(qū)動時，用的是模擬總線方式，所以只需將八段管的 KEY/LED_CS 片選接到 CS0 即可。 實驗儀中 8 位段碼輸出地址為 0X004H，位碼輸出地址為 0X002H。此處 X是由 KEY/LED CS 決定，參見地址譯碼。做鍵盤 和 LED 實驗時，需將 KEY/LED CS 接到相應(yīng)的地址譯碼上。以便用相應(yīng)的地址來訪問。例如，將 KEY/LED CS 接到 CS0上，則段碼地址為 08004H，位碼地址為 08002H。 LED 顯示電路如圖所示： 連線 連接孔 1 連接孔 2 1 LED_CS CS0 8 圖 ： LED 顯示電路 （ 2） LCD 液晶顯示電路 本 次實驗使用實驗儀提供 的液晶顯示屏內(nèi)置控制器為 SED1520，點陣為122x32,需要兩片 SED1520 組成，由 E E2 分別選通，以控制顯示屏的左右兩半屏。圖形液晶顯示模塊有兩種連接方式。一種為直接訪問方式，一種為間接控制方式。本實驗儀采用直接控制方式。 直接控制方式就是將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或 I／ O 設(shè)備直接掛在計算機總線上。計算機通過地址譯碼控制 E1 和 E2 的選通；讀／寫操作信號 R／ W 由地址線 A1 控制；命令 /數(shù)據(jù)寄存器選擇信號 AO 由地址線 A0 控制。實際電路如上圖所示。地址映射如下（地址中的 X 由 LCD CS 決定，可參見地址譯碼部分說明） 0X000H 0X001H 0X002H 0X003H 0X004H 0X005 0X006H 0X007H 寫 E1 指令 寫 E1 數(shù)據(jù) 讀 E1 狀態(tài) 讀 E1 數(shù)據(jù) 寫 E2 指令 寫 E2 數(shù)據(jù) 讀 E2 狀態(tài) 讀 E2 數(shù)據(jù) 間接控制方式是計算機通過自身的或系統(tǒng)的并行接口與液晶顯示模塊連接，如 MCS51 的 P1 口和 P3 口， 8255 等并行接口芯片。計算機通過對該并行接口輸出狀態(tài)的編程操作，完成對液晶顯示模塊所需時序的操作和數(shù)據(jù)的傳輸。這種間接控制方式的電路簡單，控制時序通過編程來實現(xiàn)。 LCD 液晶顯示電路如下圖 : 連線 連接孔 1 連接孔 2 3 LCD_CS CS1 9 圖： LCD 液晶顯示電路 （ 3） 16x16 點陣顯示 16x16 點陣需要 32 個驅(qū)動，分別為 16 個列驅(qū)動及 16 個行驅(qū)動。每個行與每個列可以選中一個發(fā)光管，共有 256 個發(fā)光管，采用動態(tài)驅(qū)動方式。每次顯示一行， 10ms 后再顯示下一行。 實驗電路圖如下 ： 連線 連接孔 1 連接孔 2 4 16x16_CS CS3 圖 ： 16x16 點陣 顯示電路 （ 4） 二極管指示燈 實驗除采取上述三種顯示方式外 ， 還設(shè)置有二極管電路來顯示程序運行狀態(tài)和報警狀態(tài) ，其電路圖比較簡單，下表為二極管電路連接方式。 10 連線 連接孔 1 連接孔 2 5 二極管 L0 6 二極管 L1 5. 報警電路 本次試驗采用的報警裝置是比較簡單的一種直接使用 P16端口輸出講題變化的高低電平 ，端口輸出的方波經(jīng)放大濾波后，驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。聲音的頻率由端口輸出時延時控制。 實驗電路圖如圖所示 ： 圖 ： 蜂鳴器 電路圖 6. 降溫風扇電路 實驗中用到的直流電動機無法通過單片機 IO 口直接輸出高電平控制 ， 需要通過驅(qū)動電路將電壓放大后才能驅(qū)動直流電動機運行 。 直流電動機與驅(qū)動電路如下圖 ： 連線 連接孔 1 連接孔 2 8 驅(qū)動輸入 9 驅(qū)動輸出 直流電機電壓輸入 圖 ： 直流電動機及驅(qū)動電路 連線 連接孔 1 連接孔 2 7 喇叭輸入 11四、 軟件設(shè)計分析 1. 主函數(shù) 模塊 主程序模塊主要負責將各個子程序調(diào)用并連接在一起 ， 用過中斷函數(shù)不斷刷新讀取溫度并將數(shù)據(jù)送達顯示模塊進行顯示 ，驅(qū)動數(shù)碼管把實時溫度值送出在LED 數(shù)碼管顯示查詢記錄溫度值子程序，將當前設(shè)定溫度實時顯示在液晶顯示屏，溫度超過設(shè)定溫度上限，單片機驅(qū)動蜂鳴器報警，同時驅(qū)動二極管發(fā)光、點陣屏顯示、直流電動機轉(zhuǎn)動。當溫度再次低于設(shè)定溫度上限，上述裝置取消報警狀態(tài)，程序恢復(fù)正常運行。 主函數(shù)部分程序框圖如下： 圖 ： 主函數(shù)框圖 N Y 開始 達到上限？ DS18B20 讀取溫度 初始化 檢測按鍵 是否按下 ？ 讀取鍵值 LCD 顯示設(shè)定溫度 轉(zhuǎn)換溫度 小風扇轉(zhuǎn)動 顯示實時溫度 N Y 蜂鳴器報警 點陣屏 顯示 指示燈顯示 122. 溫度檢測模塊 DSl8B20 必須嚴格按照單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種時隙類型：初始化、應(yīng)答、寫 寫 0、讀 讀 0。除了應(yīng)答時隙所有這些時隙都是有主機發(fā)出?？偩€上所傳輸?shù)乃忻詈蛿?shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。 圖 ： DS18B20 溫度檢測框圖 133. 鍵盤掃描模塊 鍵盤掃描通過檢測按鍵狀態(tài)，當有按鍵按下時，鍵盤掃描程序?qū)存I轉(zhuǎn)換成鍵值，將鍵值返回到主函數(shù)，并記錄按鍵的數(shù)值，轉(zhuǎn)換成設(shè)定溫度。 鍵盤掃描按鍵為 D 時，進入溫度設(shè)定狀態(tài)，連續(xù)輸入三個數(shù)字設(shè)定溫度完成，通過這一程序?qū)崿F(xiàn)報警溫度的設(shè)定 。 鍵盤掃描程序框圖如下 ： 圖 ： 鍵盤掃描程序框圖 144. LCD 液晶顯示模塊 LCD 液晶顯示屏初始化時就開始在第一頁顯示初始設(shè)定的文字 （“設(shè)定報警溫度”），當檢測到程序進入溫度設(shè)定程序時，每當輸入一個數(shù)據(jù)，液晶顯示屏同步顯示到相應(yīng)的位置，輸入三個數(shù)字后液晶屏顯示設(shè)定溫度如“ ℃”，達到設(shè)計的目的。 LCD 液晶顯示程序框圖如下所示 ： 圖 ： LCD 液晶屏顯示程序框圖 155. 中斷模塊 中斷采用 T0 方式 1，初始值定時為 。 中斷模塊包含三部分內(nèi)容，一是進行初始溫度的轉(zhuǎn)化，二是進行點陣屏的刷新，實時顯示需要顯示的內(nèi)容，三是進行報警判斷，根據(jù)需要使蜂鳴器報警或停止報警。 把這三個程序放模塊在中斷的原因是，不會因為調(diào)整報警溫度或進行點 陣屏顯示值而停止更新溫度值，更能使蜂鳴器報警時不停止其他程序的運行。 中斷模塊流程圖： 五、 課程設(shè)計體會 本設(shè)計是以溫度采集及控制過程設(shè)計為總目標，以 89C51 單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)為總控制中心，輔助設(shè)計有溫度采樣電路、 LED 數(shù)碼管動態(tài)串行顯示、 LCD 液晶屏顯示、 16X16 點陣屏顯示 ， 二極管發(fā)光顯示 ， 蜂鳴器報警 等。 本設(shè)計的重點、難點是： （ 1） 要掌握溫度傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等； （ 2） 考慮從非電量信號到電量信號的電路實現(xiàn)原理以及與單片機的接口； （ 3） 熟悉 MCS51 編程的技術(shù)，實現(xiàn)單片機對溫度的調(diào)節(jié)控制； （ 4） 整體電路的仿真調(diào)試。 16經(jīng)過十天的資料查找和設(shè)計，我已完成了計算機控制的課程設(shè)計。本文設(shè)計了溫度報警系統(tǒng)，介紹了溫度檢測等控制器的硬件電路設(shè)計到軟件設(shè)計的一系列步驟。本設(shè)計采用 89C51 單片機作為控制芯片，輔助鍵盤和顯示，實現(xiàn)了溫度檢測和報警的功能。 縱觀整個設(shè)計系統(tǒng)，我更加熟悉了對 89C51 單片機的了解與認識，深切的將課堂中所學的理論知識運用到實踐中，這是一個非常好的機會，我也很看重，如果沒有這次 的課程設(shè)計，我對單片機的學習還是一直是課堂中的認識，無法真真實實的了解一個單片機的運行狀況，這次課程設(shè)計對我以后也有很大的影響。 在論文完成之際，我 要 對各位老師和各位學長 表示最真摯的謝意。 老師工作認真、嚴謹治學，學長耐心指導，無私奉獻，在老師和學長的帶領(lǐng)下，我們圓滿的完成了這次課程設(shè)計， 17參考文獻 ： 【 1】 鐘曉偉，宋哲存，基于單片機的實驗是溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計 [A] 林業(yè)機械與木工設(shè)備 【 2】 葉景，基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)驗與交流， 2021 【 3】 李丹妮，單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 [J]九江學院報 2021 【 4】 劉篤仁，韓保君，傳感器原理及應(yīng)用技術(shù) 西安電子科技大學出版社， 2021 【 5】 李建民 .單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [N].湖北：江漢大學學報， 1996:9. 【 6】 胡漢才 .單片機原理及接口技術(shù) [M].北京：清華大學出版社， 1996:5. 【 7】 邵敏權(quán) .單片機原理實驗及應(yīng)用 [M].吉林：吉林科學技術(shù)出版社， 1995:3. 【 8】 付家才 .單片機控制工程實踐技術(shù) [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2021:12. 【 9】 彭偉 .單片機 C語言程序設(shè)計實訓 100例 [M].北京 :北京航空航天大學出版社， 2021:5. 18附錄： include include