【正文】 以直接由單片機(jī)來處理；按鍵輸 入電路用于進(jìn)行調(diào)時和溫度查詢，以方便對系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的修改；時鐘及復(fù)位電路將提供給單片機(jī)必不可少的時鐘信號和復(fù)位信號以使單片機(jī)正常工作。報(bào)警電路用于當(dāng)倉庫溫度超過額定范圍時，及時報(bào)警通知。顯示電路則是顯示倉庫溫度。系統(tǒng)的原理框圖如圖 所示。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 2 按鍵輸入電路 時鐘電路復(fù)位電路 報(bào)警電路 圖 系統(tǒng)原理框圖 單 片 機(jī) 驅(qū) 動 電 路 顯示 電路 測溫電路 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 3 第二章 核心器件的選擇 單片機(jī)的選擇 由于系統(tǒng)要利用單片機(jī)控制 溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時溫度檢測并顯示，而且要 求能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。所以系統(tǒng)對單片機(jī)性能要求較高，選用常用的 8031 系列和 8051 系列的單片機(jī)可以方便的編程，但 8031 沒有內(nèi)部 RAM，系統(tǒng)又需要大量內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)，因而不適用。經(jīng)過綜合考慮，本系統(tǒng)采用是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S51，它的介紹如下 ： AT89S51 簡介 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4kbytes 的可編程的 Flash 只讀程序存儲器 ,兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系 統(tǒng)及引腳。它既可在線編程（ ISP），也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程，所以低價(jià)位 AT89S51 單片機(jī)可為提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，對于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機(jī) AT89S51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。主要特性有： 1）與 MCS51 兼容； 2）4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器； 3）壽命： 100000 寫 /擦循環(huán)； 4）數(shù)據(jù)保留時間： 10 年； 5）全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz； 6） 三級程序存儲器鎖定； 7） 128*8 位內(nèi)部 RAM； 8） 32 可編程 I/O 線； 9）兩個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器； 10） 5 個中斷源； 11）可編程串行通道； 12）低功耗的閑置和掉電模式； 13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 AT89S51 引腳功能 AT89S51 單片機(jī) [7]為 40 引腳雙列直插式封裝，其引腳排列和邏輯符號如圖 所示。 各引腳功能簡單介紹如下： （ 1） VCC：供電電壓 （ 2） GND：接地 （ 3） P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每個管腳可吸收 8TTL 門電 流。當(dāng)P1 口的管腳寫“ 1”時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為 數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時， P0 輸出原碼 [6]，此時 P0 外部電位必須被拉高。 （ 4） P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入“ 1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1 口作為第八位地址接收。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 4 圖 AT89S51 單片機(jī)引腳圖 （ 5） P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時， P2 口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 （ 6） P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流 (ILL)，也是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為AT89C51 的一些特殊功能口，同時 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 （ 7） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 （ 8） ALE / PROG ：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻 率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 5 MOVX， MOVC 指令時 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 （ 9） PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 （ 10） EA/VPP：當(dāng) EA 保持低電平時，訪問 外部 ROM；注意加密方式 1 時， EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時，訪問內(nèi)部 ROM。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源 (VPP)。 （ 11） XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 （ 12） XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 溫度傳感器的選擇 由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。這里采用 DALLAS 公司的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 作為測溫元件。 DS18B20 簡介 溫度傳感器 DS18B20[5]是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。溫度測量范圍為 55～ +125 攝氏度，可編程為 9 位～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) 攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲在 EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個 DS18B20可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器 的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 其封裝方式如圖 所示。 DQ 為 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 ； GND 為 地信號 ； VCC 為電源引腳。 圖 DS18B20 封裝方式 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 6 DS18B20 的性能特點(diǎn) DS18B20 非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測系統(tǒng)，其性能特點(diǎn)如下： （ 1） 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 。 （ 2） DS18B20 支 持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫 。 （ 3） DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 。 （ 4） 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 。 （ 5） 溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177?！?。 （ 6） 零待機(jī)功耗。 （ 7） 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫 。 （ 8） 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù) 字， 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 。 （ 9） 用戶可定義報(bào)警設(shè)置。 （ 10） 報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件。 （ 11） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯能力 。 （ 12） 負(fù)電壓特性，電源極性接反時，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 7 第三章 硬件設(shè)計(jì)電路 電路設(shè)計(jì)原理圖如圖 所示，控制器使用單片機(jī) AT89S51，溫度傳感器使用DS18B20，用液晶實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 圖 硬件設(shè)計(jì)電路圖 本溫度計(jì)大體分三個工作過程。首先，由 DS18B20 溫度傳感器芯片測量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過 AT89S51 單片機(jī)芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后， SMC1602A 芯片將送來的值顯示于湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 8 顯示屏上 。 由圖 可看到，本電路主要由 DSl8B20 溫度傳感器芯片、 SMCl602A 液晶顯示模塊芯片和 AT89S51 單片機(jī)芯片組成。其中， DSI8B20 溫度傳感器芯片采用 “ 一線制 ” 與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測量以及將溫度測量結(jié)果送到單片機(jī)的工作 。 主控制器 AT89S51 的復(fù)位電路 [9]由 C R1 組成，觸動開關(guān) K1 即可可靠復(fù)位。時鐘電路由C C4 及 12MHz 的石英晶振組成，提供 12MHz 的時鐘信號。 控制 DS18B20 完成溫度測量，用 控制報(bào)警電路，用 P0 口控制顯示電路。 主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：初始化、 ROM 操作指令、存儲器操作指令。必須先啟動DS18B20 開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度轉(zhuǎn)換值。 顯示電路 顯示電路采用 SMCI602A[8]液晶顯示模塊芯片該芯片可顯示 162 個字符，比以前的七段數(shù)碼管 LED 顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外，由于 SMCl602 芯片編程比較簡單，界面直觀，因此更加易于使用者操作和觀測。 SMCl602A 芯片的接口信號說明如表 所列。 驅(qū)動電路包含在 SMCI602A 液晶顯示模塊芯片 ，所以不必外加驅(qū)動電路。其控制由單片機(jī)來完成，亮度調(diào)節(jié)是通過變阻器 R2 完成。 編號 符號 引腳說明 引腳號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 數(shù)據(jù) I/O 4 RS 數(shù) 據(jù) /命令選擇端 12 D5 數(shù)據(jù) I/O 5 R/W 讀 /寫選擇端 13 D6 數(shù)據(jù) I/O 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) I/O 7 D0 數(shù)據(jù) I/O 15 BLA 背光正極 8 D1 數(shù)據(jù) I/O 16 BLK 背光負(fù)極 表 SMCl602A 芯片的接口信號說明 溫度檢測電路 DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均由同一條線來完成。 DS18B20 的電源供電方式 [12]有 2 種 : 外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時 , VDD 和 GND 均接地 , 它在需要遠(yuǎn)程溫度探測和空間受限的場合特別有用 , 原理是當(dāng) 1 Wire 總線的信號線 DQ 為高電平時 , 竊取信號能量給 DS18B20 供電 , 同時一部分能量給內(nèi)部電容充電 , 當(dāng) DQ 為低電平時釋放能量為 DS18B20 供電。但寄湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 9 生電源方式需要強(qiáng)上拉電路 , 軟件控制變得復(fù)雜 (特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM 時 ) , 同時芯片的性能也有所降低。因此 , 在條件允許的場合 , 盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 5KΩ左右的上拉電阻。在這里采用前者方式供電 。 DS18B20 與芯片連接電路如圖 所示。 圖 DS18B20 與單片機(jī)的連接 外部電源供電方式