【正文】 通芯片。 2）留有設(shè)計(jì)余地 ， 在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來(lái)修改擴(kuò)展的方便。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來(lái)可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。 3）程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用 AT89S52 單 2 片機(jī)。 4） I/O 端口，在樣機(jī)研制出來(lái)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問(wèn)題，而這些問(wèn)題不是靠單純的軟件措施來(lái)解決的。如有些新的信號(hào)需要采集，就必須增加輸入檢測(cè)端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端 。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些 I/O 端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒(méi)用，那么用的時(shí)候就派上用場(chǎng)了。 （ 2）工作 原理 說(shuō)明： 數(shù)字溫度計(jì) 原理 ： 該 數(shù)字溫度計(jì) 供 測(cè)溫比較準(zhǔn)確，測(cè)溫范圍為 0100℃的場(chǎng)所 。 主要是利用溫度傳感器 DS18B20 的操作時(shí)序和控制命令字，通過(guò)單片機(jī)對(duì)其操作從單總線上將溫度值一位一位的取出來(lái)，然后進(jìn)行處理，將溫度數(shù)據(jù)分為整數(shù)位和小數(shù)位，然后將相應(yīng)的溫度通過(guò)四位一體共陽(yáng)數(shù)碼管顯示出來(lái)，通過(guò)獨(dú)立式鍵盤(pán) S0 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的開(kāi)啟與關(guān)閉。 3 2 數(shù)字溫度計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)各模塊功能設(shè)計(jì) 該 數(shù)字溫度計(jì) 的設(shè)計(jì)細(xì)分 可分 為時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)、鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)、顯示電路的設(shè)計(jì)和 測(cè)溫電路的 設(shè)計(jì)等。各模塊的功能如下： （ 1）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作 ， 在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路 ,只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元 ,決定單片機(jī)的工作速度。 一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振 ,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為 3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào) ,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中石英 晶體振蕩器的頻率為 12MHz，兩個(gè)電容 C C2 的作用有兩個(gè) :一是幫助振蕩器起振 。二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào) ， C C2 的值為 33pF。 （ 2）復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的第 9腳 RST 為硬件復(fù)位端 ,只要將該端持續(xù) 4 個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位 ,復(fù)位后單片機(jī)的各狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)。 在這個(gè)系統(tǒng)中的復(fù)位電路是采用上電加按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)?MCS51 單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的 ， MCS51 單片機(jī)工作之后，只要在他的 RST 引線上加載 10ms 以上的高點(diǎn)平，單片機(jī)就能有效地 進(jìn)行 復(fù)位。 MCS51 單片機(jī)通常采用上電 自動(dòng)復(fù)位 、 按鍵復(fù)位 、以及上電加按鍵復(fù)位等，我們采用的是上電加按鍵復(fù)位方式，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是上電后可以直接進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以隨時(shí)使電路復(fù)位。 （ 3）鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)是人與微機(jī)系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤(pán)用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤(pán) 和 矩陣鍵盤(pán)。電路中采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，此系統(tǒng) 只要求一個(gè) 按鍵 便 滿足所需的要求， 按鍵 一端接地，另一端接單片機(jī)的 口 線然后接上拉電阻。其作用是開(kāi)啟與關(guān)畢溫度計(jì)。 （ 4）顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路作為馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)中的顯示部分，是系統(tǒng)必不可少的，設(shè)計(jì)采用的是共陽(yáng)的四 位一體的數(shù)碼管，即 LED 顯示器各位數(shù)碼管的所有段控端（ a～dp）相應(yīng)地并接在一起，由一個(gè) P0 口控制，形成段選線多路復(fù)用，而各位數(shù)碼管共陰極要分別由相應(yīng)的 口線控制。 由于各位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出對(duì)各位數(shù)碼管的來(lái)說(shuō)都是相同 4 的。因此，同一時(shí)刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，四位 LED 將顯示相同的字符。若需要各位數(shù)碼管顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位數(shù)碼管的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位數(shù)碼管的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段選線 上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字型碼。這樣，在同一時(shí)刻，四位 LED 中只有選通的那一位數(shù)碼管顯示出字符，而其它各位數(shù)碼管則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位數(shù)碼管顯示出將要顯示的字符。 特點(diǎn)：硬件電路簡(jiǎn)化，由于 LED 導(dǎo)通時(shí)間短，亮度不足，應(yīng)增加驅(qū)動(dòng)器已提高驅(qū)動(dòng)能力，而且顯示位數(shù)控制在 8位以內(nèi)。本設(shè)計(jì)只有四位，所以滿足要求。 （ 5）測(cè)溫電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)用到溫度芯片是 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有 3引腳 TO－ 92 小體積封裝形式。測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃，被測(cè)溫度用 符號(hào)擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出。其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。 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。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用一根端口線上掛 18B20 帶上拉電阻接到單片機(jī)的 口線上，具體電路如圖 2所示 。 圖 2 18B20 測(cè)溫電路 對(duì) DS18B20 的設(shè)計(jì)，需要注意以下問(wèn)題 ： 1）對(duì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行操作，需要用較為復(fù)雜的程序完成。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀 、寫(xiě)時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫(xiě)。尤其在使用 DS18B20 的高測(cè)溫分辨力時(shí)，對(duì)時(shí)序及電氣特性參數(shù)要求更高。 2）有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng)DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。 3）測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。 DS18B20 在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將 VCC與 GND接在一起，焊接牢 5 固。若 VCC脫開(kāi)未接，傳感器只送 ℃ 的溫度值。 4）實(shí)際應(yīng)用時(shí) ，要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力，不能掛接過(guò)多的 DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 電路原理圖、 PCB 圖、 元件布局圖 Protel原理圖、 元器件布局圖、 PCB 圖 分別見(jiàn) 附錄 A、 附錄 B 與 附錄 C。 元器件清單 元器件清單見(jiàn)附錄 D。 6 3 數(shù)字溫度計(jì) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)資源使用情況 （ 1） — 段控線 ,接數(shù)碼管 LED 的顯示段 a， b， c， d， e， f， g， dp。 （ 2） — ,分別接數(shù)碼管 LED3— ED 0。 （ 3） 一個(gè)獨(dú)立鍵盤(pán) S0， 按鍵的結(jié)果存貯在單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器里面。 （ 4） 接 溫度傳感器 DS18B20。 （ 5） 數(shù)據(jù)的顯示 是 采用的是查表的方法，因此需要將表格 （顯示代碼）存儲(chǔ)到片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中去。 各模塊功能簡(jiǎn)要介紹 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由系統(tǒng)初始化模塊、按鍵模塊、測(cè)溫模塊以及數(shù)碼管顯示模塊四部分組成軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖如圖 3所示。 系 統(tǒng) 初 始 化 模 塊按 鍵 模 塊數(shù) 碼 顯 示 模 塊測(cè) 溫 模 塊 圖 3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 按鍵模塊 其中用到了 key_data （ 取鍵值函數(shù) ） 、 display（顯示函數(shù)延時(shí)進(jìn)行按鍵消抖） 和 key（ 判鍵函數(shù) ）。 這里 只 用 到 1 個(gè) 獨(dú)立式鍵盤(pán) S0 對(duì)電路進(jìn)行操作， 控制溫度計(jì)的開(kāi)啟與關(guān)閉 。 （ 2） 測(cè)溫 模塊 其中用到了 delay（ 延時(shí)函數(shù) ）、 init_ds18b20（ DS18B20 初始化函數(shù) ） 、 write byte（ 寫(xiě)一字節(jié)函數(shù) ） 、 read_byte（讀一字節(jié)函數(shù)）和 read_wendu（ 讀 溫度函數(shù)），將溫度數(shù)據(jù)取出來(lái)，經(jīng)處理后溫度分為整數(shù)部分和小數(shù)部分以便顯示 。 （ 3） 數(shù)碼顯示模塊 其中用到了 display（數(shù)碼管顯示函數(shù)） 、 delay_1ms（延時(shí) 1ms 函數(shù) ）和 7 smg_we[]（共陽(yáng)數(shù)碼管 0~9 代 碼 ）。 溫度計(jì) 上電 數(shù)碼管 顯示“ P.”，按 S0鍵 啟動(dòng)溫度計(jì) ，數(shù)碼管顯示 當(dāng)前溫度 ， 再次按 S0 鍵關(guān)閉溫度計(jì)，數(shù)碼管顯示“ P.”。 程序流程圖 在本設(shè)計(jì)中包括了以下 八 個(gè)主要的 函數(shù) ：主 函數(shù) （ main）、 DS18B20 初始化函數(shù)（ init_ds18b20）、寫(xiě)一字節(jié)函數(shù)（ write byte）、讀一字節(jié)函數(shù)（ read_byte）讀溫度函數(shù)（ read_wendu）、 取鍵值函數(shù)（ key_data）、 判鍵函數(shù) (key)和顯示函數(shù) （ display） 。 （ 1）主函數(shù)流程圖如 圖 4所示。 開(kāi) 始初 始 化 標(biāo) 志 位調(diào) 判 鍵 函 數(shù)J z = ？調(diào) 測(cè) 溫 函 數(shù)調(diào) 顯 示 函 數(shù)調(diào) 測(cè) 溫 函 數(shù)調(diào) 顯 示 函 數(shù)取 反 標(biāo) 志 位結(jié) 束20 圖 4 主函數(shù)流程圖 主函數(shù) 執(zhí)行過(guò)程為： 1)定義各個(gè)變量并初賦值，初始化標(biāo)志位； 2)調(diào)用判鍵函數(shù)，檢測(cè)是否有鍵按下，若無(wú)鍵按下，調(diào)用測(cè)溫 函數(shù)、 顯示函數(shù)，退出再調(diào)用判鍵 函數(shù)；若有鍵按下，取反標(biāo)志位，然后調(diào) 用測(cè)溫函數(shù)、顯示函數(shù)，退出再調(diào)用判鍵 函數(shù)。 （ 2） DS18B20 初始化 函數(shù) 流程圖 如圖 5（ a）所示， 讀一字節(jié) 函數(shù) 流程圖 如圖 5（ b）所示， 寫(xiě) 一字節(jié)函數(shù) 流程圖 如圖 5（ c）所示。 8 延 時(shí) 60us延 時(shí) 600usDQ=1拉 低 數(shù) 據(jù) 線 （ DQ=0）釋 放 數(shù) 據(jù) 線 （ DQ=1）延 時(shí)