【正文】 三章 硬件設(shè)計(jì) 5 31 總體電路設(shè)計(jì) 5 311 主控制器 STC89C52 5 312 顯示電路 9 313 報(bào)警溫度調(diào)整按鍵 9 314 報(bào)警電路 11 315 控制加溫電路 12 32 DS18B20 溫度傳感器 12 321 溫度傳感計(jì) DS18B20 電路設(shè)計(jì) 17 第四 章 程序流程圖設(shè)計(jì) 19 41 主程序 19 42 讀出溫度子程序 20 43 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 20 44 計(jì)算溫度子程序與報(bào)警程序 21 45 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 21 46 按鍵掃描處理子程序 22 第五章 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行 23 第六章 結(jié)論 24 致 謝 25 附 錄 26 A 電路總原理圖 26 B 程序清單 27 參考文獻(xiàn) 36 引言 溫度是日常生活工業(yè)醫(yī)學(xué)環(huán)境保護(hù)化工石油等領(lǐng)域最常遇到的一個(gè)物理量測(cè)量溫度的基本方法是使用溫度計(jì)直接讀取溫度最常見(jiàn)到的測(cè)量溫度的工具是各種各樣的溫度計(jì)例如水 銀玻璃溫度計(jì)酒精溫度計(jì)熱電偶或熱電阻溫度計(jì)等它們常常以刻度的形式表示溫度的高低人們必須通過(guò)讀取刻度值的多少來(lái)測(cè)量溫度利用單片機(jī)和溫度傳感器構(gòu)成的電子式智能溫度計(jì)就可以直接測(cè)量溫度得到溫度的數(shù)字值既簡(jiǎn)單方便又直觀(guān)準(zhǔn)確 在傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中往往采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)這樣就不可避免地遇到諸如引線(xiàn)誤差補(bǔ)償多點(diǎn)測(cè)量中的切換誤差和信號(hào)調(diào)理電路的誤差等問(wèn)題而其中某一環(huán)節(jié)處理不當(dāng)就可能造成整個(gè)系統(tǒng)性能的下降隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展特別是大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展微型化集成化數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司推出的數(shù)字溫度傳感器DSl8B20 具有獨(dú)特的單總線(xiàn)接口僅需要占用一個(gè)通用 IO 端口即可完成與微處理器的通信用戶(hù)可編程設(shè)定 9～ 12位的分辨率以上特性使得 DSl8B20非常適用于構(gòu)建高精度多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng) 本課題設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)選用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器它與單片機(jī)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單體積小等特點(diǎn)而且一條總線(xiàn)可連接器件構(gòu)成一個(gè)低電壓低功耗的多點(diǎn)數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng)適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量有廣泛的應(yīng)用前景 AD 轉(zhuǎn)換后就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理在顯示電路上就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)這種設(shè) 計(jì)需要用到 AD 轉(zhuǎn)換電路其中還涉及到電阻與溫度的對(duì)應(yīng)值的計(jì)算感溫電路比較麻煩而且在對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差 方案二 進(jìn)而考慮到用溫度傳感器在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中大多都是使用傳感器所以這是非常容易想到的所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20 此傳感器可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)單精度高軟硬件都以實(shí)現(xiàn)而且使用單片機(jī)的接口便于系統(tǒng)的再擴(kuò)展?jié)M足設(shè)計(jì)要求一條總線(xiàn)可連接器件構(gòu)成一個(gè)低電壓低功耗的多點(diǎn)數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng)適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量有廣泛的應(yīng)用前景 系統(tǒng)概述 在日常生活及 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度需要比較多的外部硬度支持硬件電路 [1]復(fù)雜軟件調(diào)試復(fù)雜制作成本高 故本設(shè)計(jì)使用集成傳感器 DS18B20 作為測(cè)溫傳感器系統(tǒng)主要分為溫度采集模塊數(shù)據(jù)傳輸模塊報(bào)警模塊 LED 顯示模塊和供電模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖如圖 21所示 圖 1 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 DS18B20 之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測(cè)元件測(cè)溫范圍為－ 55℃～＋ 125℃最大分辨率可達(dá) 00625℃ DS18B20 可以直接讀出被測(cè)溫度值而且采用 3 線(xiàn)制與單片機(jī)相連減少了外部的硬件電路具有低成本和易使用的特點(diǎn) 總體設(shè)計(jì) 231 實(shí)現(xiàn)功能 采用數(shù)字溫度傳感器基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)本溫度計(jì)屬 于多功能溫度計(jì)可以設(shè)置上下報(bào)警溫度當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)可以報(bào)警 采集到的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)采集的溫度范圍為 0 到 99 度精確到1 度 232 擴(kuò)展功能 測(cè)溫范圍 55～ 125 誤差 05℃以?xún)?nèi)采用 LED數(shù)碼管直讀顯示測(cè)溫范圍為 55～ 125 ℃的上線(xiàn)溫度和下線(xiàn)溫度 報(bào)警功能能在上限和下限溫度時(shí)蜂鳴器報(bào)警發(fā)光二極管閃爍 LED 數(shù)碼管直讀顯示當(dāng)溫度為負(fù)則顯示負(fù)號(hào)最低位顯示攝氏度符號(hào) C硬件設(shè)計(jì) 總體電路設(shè)計(jì) 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖 21 所示控制器使用單片機(jī)溫度傳感器使用DS18B20 用 4 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示采用 USB 燒入程序及供電用 12M 晶振電路還包括按鍵電路復(fù)位電路報(bào)警電路控制加溫電路單片機(jī)外設(shè)電路等整個(gè)系統(tǒng)的原理圖如下圖所示 主控制器 STC89C52 STC89C52 是低電壓 高性能 CMOS 8 位單片機(jī) 片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 器件采用高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 CPU 和 Flash 存儲(chǔ)單元功能強(qiáng)大 STC89C52 單片機(jī)適合于許多 較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合 STC89C52 單片機(jī)為 40 引腳雙列直插芯片 有四個(gè) IO 口 P0P1P2P3每一條 IO 線(xiàn)都能獨(dú)立地作輸出或輸 入 STC89C52 PDIP 管腳封裝如圖 所示 STC89c52 包含以下部分 1 一個(gè) 8 位微處理器 CPU 2 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和特殊功能寄存器 SFR 3 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM 4 兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器 T0T1 可用作定時(shí)器也可用以對(duì)外部脈 沖進(jìn)行計(jì)數(shù) 5 四個(gè) 8 位可編程的并行 IO 端口每個(gè)端口既可作輸入也可 作輸出6 一個(gè)串行端口用于數(shù)據(jù)的串行通信 7 中斷控制系統(tǒng) 8 內(nèi)部時(shí)鐘電路 STC89c52部分引腳說(shuō)明 1 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL2 18 腳 接外部晶體和微調(diào)電容的一端在 8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖 要檢查 80518031 的振蕩電路是否正常工作可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號(hào)輸出 XTAL1 19 腳 接外部晶體和微調(diào)電容的另一端在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端在采用外部時(shí)鐘時(shí)該引腳必須接地 控制信號(hào)引腳 RSTALEPSEN 和 EA RSTVPD 9 腳 RST 是復(fù)位信號(hào)輸入端高電平有效當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障降低到低電平規(guī)定值時(shí)將＋ 5V 電源自動(dòng)兩個(gè)機(jī)器周期 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩周期 的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作 RST 引腳的第二功能是 VPD即接入 RST 端為 RAM 提供備用電 源以保證存儲(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行 ALEPROG 30 腳 地址鎖存允許信號(hào)端當(dāng) 8051 上電正常工作后 ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 16CPU 訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí) ALE 輸出信號(hào)作為鎖存低 8 位地址的控制信號(hào) 平時(shí)不訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí) ALE 端也以振蕩頻率的 16 固定輸出正脈沖因而ALE 信號(hào)可以用作對(duì)外輸出時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)如果想確定 80518031 芯片的好壞可用示波器查看 ALE端是否有脈沖信號(hào)輸出如有脈沖信號(hào)輸出則 80518031 基本上是好的 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LS 型 TTL 低功耗甚高速 TTL 負(fù)載 此引腳的第二功能 PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫(xiě)入 固化程序 時(shí)作為編程脈沖輸入端 PSEN 29 腳 程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端在訪(fǎng)問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)此引肢接 EPROM 的 OE 端 見(jiàn)后面幾章任何一個(gè)小系統(tǒng)硬件圖 PSEN 端有效即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼 PSEN 端同樣可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載要檢查一個(gè) 80518031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM／ ROM 中讀取指令碼也可用示波器看 PSEN 端有無(wú)脈沖輸出如有則說(shuō)明基本上工作正常 EAVpp 31 腳 外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端固化編程電壓輸入端當(dāng) EA 引腳接高電平時(shí) CPU只訪(fǎng)問(wèn)片內(nèi) EPROMROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令但當(dāng) PC 程序計(jì)數(shù)器 的值超過(guò) 0FFFH 對(duì) 87518051 為 4K 時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序當(dāng)輸入信號(hào) EA 引腳接低電平 接地 時(shí) CPU 只訪(fǎng)問(wèn)外部 EPROMROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器對(duì)于無(wú)片內(nèi) ROM 的 8031 或 8032 需外擴(kuò) EPROM 此時(shí)必須將 EA 引腳接地此引腳的第二功能是 Vpp 是對(duì) 8751 片內(nèi) EPROM固化編程時(shí)作為施加較高編程電壓 一般 12V～ 21V 的輸入端 3 輸入輸出端口 P0P1P2P3 P0口 P00～ P073932 腳 P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位準(zhǔn)雙向 IO口作為漏極開(kāi)路的輸出端口每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載當(dāng) P0 口作為輸入口使用時(shí)應(yīng)先向口鎖存器 地址 80H 寫(xiě)入全 1 此時(shí) P0 口的全部引腳浮空可作為高阻抗輸入作輸入口使用時(shí)要先寫(xiě) 1這就是準(zhǔn)雙向口的含義在 CPU 訪(fǎng)問(wèn)片外存儲(chǔ) 器時(shí) P0口分時(shí)提供低 8 位地址和