【正文】 報(bào)警模塊 按照設(shè)計(jì)要求，當(dāng)溫度低于下限或高于上限時(shí)，應(yīng)具有報(bào)警功能。這樣就可以用一只蜂鳴器作為三極管 VT1 的集電極負(fù)載，當(dāng) VT1 導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲；VT1 截止時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 根據(jù)以上分析，結(jié)合器件和設(shè)備等因素，確定如下方案 ： 1. 采用 AT89C51 單片機(jī)作為控制器，分別對(duì)溫度采集、 數(shù)碼管 顯示、溫度設(shè)定、升溫降溫控制 。 2. 溫度測量模塊采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。此器件經(jīng)軟件設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)高分辨率測量。 控制采用 光耦合器控制 。 4. 顯示用 數(shù)碼管 顯示實(shí)時(shí)溫度值。 系統(tǒng)的基本框圖如圖 所示。 溫度采集 鍵盤輸入 數(shù)碼管顯示 蜂鳴器報(bào)警 PC 輸入 AT89C51 CPU（ AT89C51）首先寫入命令給 DS18B20，然后 DS18B20 開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換后通過 AT89C51 來處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果就顯示到數(shù)碼管上。另外由鍵盤設(shè)定溫度值送到單片 機(jī)，單片機(jī)通過數(shù)據(jù)處理發(fā)出溫度控制信息到繼電器。 2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)型號(hào)選擇 單片機(jī)型號(hào)的選擇是根據(jù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容而定的，并不是什么單片機(jī)都可以用。一方面要考慮選用的單片機(jī)能否在不需要外擴(kuò)的情況下就可以滿足要實(shí)現(xiàn)的功能。比如：單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間的大小、單片機(jī)的 I/O 口數(shù)等。另一方面還要考慮單片機(jī)的性價(jià)比，是否容易買到等一些外部因素。 由于實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能的程序不會(huì)超過 4K，而 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有 4K 的 FlASH 程序存儲(chǔ)器和 2K 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因而不需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器和 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。并且該型號(hào)單片機(jī)程序下載方便、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛的應(yīng)用。AT89C51 單片機(jī)引腳排列及功能見圖 23 所示。 由 圖可知該單片機(jī)共有 40個(gè)引腳，按其功能類別將他們分為三類： 。如 Vcc、 GND、 XTAL XTAL2。 。如 RST、 PSEN、 ALE、 EA/Vpp。 。如 P0、 P P P3， 4 組 8 位 I/O 口。 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0 口為一個(gè) 8位漏級(jí)開 路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1口： P1 口是一個(gè)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，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(shí)，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(shí)， P1 口作為第八位地 址接收。 P2口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) 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，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0外部輸入） T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 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。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)就是保證單片機(jī)能夠正常工作的最基本的硬件電路。主要包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是有時(shí)鐘電路提供的。在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 管腳，按圖 24 所示接上晶振和電容就夠成了單片機(jī)的時(shí)鐘電 路。 圖中電容 C C3 對(duì)晶振頻率有微調(diào)的作用，通常的取值范圍為（ 30+10pf）。石英晶體選擇 12MHz，選擇不同的石英晶體，其結(jié)果只是機(jī)器周期不同。 單片機(jī)的復(fù)位方式有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位組合電路，如圖 25 所示復(fù)位電路。 圖 24 時(shí)鐘電路 圖 25 復(fù)位電路 圖中可以看到單片機(jī)的 RST 引腳連接 R1（ 10K）、 C1（ 10uf），按鍵 S2 可以選擇專用的復(fù)位按鍵，也可以選擇輕觸開關(guān)。只要 Vcc 上升時(shí)間不超過 1ms，他們都能很好的工作 。 溫度采集部分設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用采用了 DS18B20 單總線可編程溫度傳感器 ,來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集和轉(zhuǎn)換，與單片機(jī) 口相連，直接與單片機(jī)通訊，大大簡化了電路的復(fù)雜度。 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的第一片支持 “ 一線總線 ” 接口的溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供處理器處理。 溫度傳感器特性 ① 適應(yīng)電壓范圍寬，電壓范圍在 ，再寄生電源方式下可有數(shù)據(jù)線供電。 ② 獨(dú)特的單線 接口方式，它與微處理器連接時(shí)僅需一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通信。 ③ 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) 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。 ④ 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 ⑤ 測溫范圍 55℃ +125℃ ，在 10℃ +85℃ 時(shí)精度為 +℃ 。 ⑥ 可編程分辨率為 912位 ,對(duì)應(yīng)的可分辨率溫度為 ℃ ,℃ ,℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 ⑦ 在 9 位分辨率時(shí)，最多在 內(nèi)把溫 度轉(zhuǎn)換為數(shù)字； 12位分辨率時(shí)，最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，顯然速度更快。 ⑧ 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 “ 一線總線 ” 串行傳給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 ⑨ 負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 ① 冷凍庫、糧倉、儲(chǔ)罐、電信機(jī)房、電力機(jī)房、電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域。 ② 軸瓦、缸體、紡機(jī)、空調(diào)等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 ③ 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜以及中低溫干燥箱等。 ④ 供熱、制冷管道熱量計(jì)量、中央空調(diào)分戶熱 量計(jì)量等。 DS18B20 有兩種封裝：三腳 TO92直插式和八腳 SOIC貼片式，封裝引腳見圖 210 所示。列出了引腳定義。 圖 210 DS18B20 引腳封裝圖 DS18B20 引腳定義如下： （ 1） DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； （ 2） GND 為電源地； （ 3） VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 我們首先來了解 “ 單總線 ” 的概念。目前常用的單片機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€主要有 I178。C 總線以同步串行二線方式進(jìn)行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)線）， SPI 總線則以同步串行三線方式進(jìn) 行通信（一條時(shí)鐘線，一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線），而 SCI 總線是以異步方式進(jìn)行通信的（一條數(shù)據(jù)輸入線，一條數(shù)據(jù)輸出線）。這些總線至少需要兩條或兩條以上的信號(hào)線，而 DS18B20使用的單總線技術(shù)與上述總線不同，它采用單條信號(hào)線，即可傳輸時(shí)鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這只中單總線技術(shù)具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線實(shí)用與單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。 主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，他們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號(hào)線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備 時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作；當(dāng)有從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放出總線，而讓其他設(shè)備使用總線。單總線要求外接一個(gè)約為 的上拉電阻。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的溫度采集電路圖如圖 212 所示。 圖 212 DS18B20 溫度傳感器采集電路 有圖可以看出， DS18B20 和單片機(jī)的連接非常簡單，單片機(jī)只需要一個(gè) I/O 口就可以控制 DS18B20。這個(gè)圖的接法是單片機(jī)于一個(gè) DS18B20 通信，如果要控制多個(gè) DS18B20 進(jìn)行溫度采集 ,只要將所有的 DS18B20 的 I/O 口全部連在一起就可以了。在具體操作時(shí)，通過讀取每個(gè) DS18B20 內(nèi)部芯片的序列號(hào)來識(shí)別。本系統(tǒng)僅操作一個(gè) DS18B20 進(jìn)行溫度采集。 硬件電路連接好后，單片機(jī)需要怎樣工作才能將 DS18B20 中的溫度數(shù)據(jù)讀取出來呢？下面將給出詳細(xì)的分析。 首先我們來看控制 DS18B20 的指令： ① 33H— 讀 ROM。讀 DS18B20 溫度傳感器 ROM 中的編碼（即 64位地址）。 ② 55H— 匹配 ROM。發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與改編碼對(duì)應(yīng)的 DS18B20 并使之做出 響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS18B20 的讀 /寫做準(zhǔn)備。 ③ F0H— 搜索 ROM。用于確定掛接在同一總線上的 DS18B20 的個(gè)數(shù)，識(shí)別 64位ROM 地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備。 ④ CCH— 跳過 ROM。忽略 64 位 ROM 地址，直接向 18B20 發(fā)送溫度變換命令，適用于一個(gè)從機(jī)工作。 ⑤ ECH— 告警搜索命令。執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限芯片才做出響應(yīng)。 以上這些指令涉及的存儲(chǔ)器是 64 位光刻錄 ROM。 64 位光刻錄 ROM 中的序號(hào)是出廠前被光刻錄好的，它可以看做該 DS18B20 的地址序列號(hào)。其各位排列順序是：開始 8位為產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接下來 48 位是該 DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8位是前面 56 位的 CRC 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻錄 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，就這樣可以實(shí)現(xiàn)一條總線上掛接多個(gè) DS18B2