【正文】 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 題目 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng)，要求： 設(shè)計(jì)以單片機(jī)為從機(jī)，利用溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將結(jié)果通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行口傳送通信給微機(jī)主機(jī)，由微機(jī)跟蹤顯示目標(biāo)狀態(tài)；若超過(guò)設(shè)定值，則從機(jī)目標(biāo)狀態(tài)以某種現(xiàn)場(chǎng)變化為提示，主機(jī)則以某種直觀警方式為提示。設(shè)計(jì)硬件電路，編寫(xiě) PC 機(jī)和單片機(jī)的控制程序，寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告及詳細(xì)說(shuō)明。 開(kāi)始日期 2020 年 4 月 1 4 日 完成日期 2020 年 6 月 20 日 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 一、設(shè)計(jì)目 的 設(shè)計(jì)以單片機(jī)為從機(jī)，利用溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將結(jié)果通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行口傳送通信給微機(jī)主機(jī)，由微機(jī)跟蹤顯示目標(biāo)狀態(tài)；若超過(guò)設(shè)定值，則從機(jī)目標(biāo)狀態(tài)以某種現(xiàn)場(chǎng)變化為提示，主機(jī)則以某種直觀警方式為提示。 二、組內(nèi)分工初定 ：負(fù)責(zé)電路的焊接和調(diào)試。 B．俞彬：負(fù)責(zé)撰寫(xiě)“課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)”，協(xié)助電路的焊接和調(diào)試。 C. 張鋒：負(fù)責(zé)程序的編寫(xiě)，完善“課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)”。 D. 張邑鵬：負(fù)責(zé)元件的采購(gòu)和設(shè)計(jì)方案的制定。 三、使用電子元件及個(gè)數(shù) 單片機(jī) AT89C52 芯片 1片 液晶顯示器 LCD1602 1個(gè) MAX232 芯片 1片 通訊接口 RS232 1個(gè) 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 1個(gè) 單片機(jī)插座、 16 腳插座 各 1 個(gè) 晶振、電解電容、 LEDRED 各 1 個(gè) 按鍵、導(dǎo)線、電阻、電容 若干 四、設(shè)計(jì)方案 現(xiàn)代化集中管理需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、制表、打印、繪圖、報(bào)警等 ,同時(shí) ,又要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成各種規(guī)定操作，達(dá)到集中管理的目的。加之單片機(jī)的計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。因此在功能比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，通常以 PC 機(jī)為 主機(jī) ，單片機(jī)為 從機(jī) ，由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集及對(duì)裝置的 控制，而由 主機(jī) 完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理及對(duì)單片機(jī)的控制。 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想為： 溫度傳感器測(cè)量出來(lái)的溫度值由單片機(jī)采集出來(lái)，然后單片機(jī)再將采集出的溫度數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)串行口發(fā)送給 PC 機(jī)。其總體方案流程圖如下所示。 圖 總體設(shè)計(jì)方案流程圖 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。 DS18B20 的最大 優(yōu)點(diǎn)是之一是采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 和微控制器 AT89C52 構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)，可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣，測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單，體積也不大。采用 52 單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。 系統(tǒng)的主要硬件 單片機(jī) ☆主要特性： 與 MCS51 兼容 8K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 全靜 態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 256 8位內(nèi)部 RAM 32可編程 I/O線 DS18B20 AT89C52 MAX232 PC 機(jī) 溫度感應(yīng) 采集處理 串口傳輸 監(jiān)控報(bào)警 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 3個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 8個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 ☆單片機(jī) AT89C52的引腳說(shuō)明： AT89C52 引腳圖 ☆ 引腳描述 ： VCC： 電源電壓 GND：地 P0 口 ： P0 口是一組 8位漏極開(kāi)路雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 電路。當(dāng) “1” 被寫(xiě)入 P0口時(shí)，每個(gè) 管腳都能夠作為高阻抗輸入端。 P0 口還能夠在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。 P0 口在閃爍編程時(shí)， P0 口接收指令，在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令，需要接電阻。 P1 口 ： P1 口一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 電路。對(duì)端口寫(xiě) “1” ，通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8位地址。 P2 口 ： P2 口是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 電路。對(duì)端口寫(xiě) “1” ，通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容在整個(gè)運(yùn)行期間不變。閃爍編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 口接收高位地址和其它控制信號(hào)。 P3 口 ： P3 口是一組帶有內(nèi)部電阻的 8位雙向 I/O 口， P3口輸出緩沖故可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 電路。對(duì) P3口寫(xiě)如 “1” 時(shí)，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為 輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用電阻輸出電流。 P3 口除了作為一般的 I/O 口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示 表 P3 口 第二功能 P3 口還接收一些用于閃爍存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)， RET 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG ：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 以時(shí)鐘震蕩頻率的 1/16 輸端口引腳 第二功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖時(shí)，閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對(duì)特殊寄存器區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置禁止ALE操作。這個(gè)位置后只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會(huì)被應(yīng)用。此外，這個(gè)引腳會(huì)微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)， 應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。 PSEN： 程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。 EA/VPP： 外部訪問(wèn)允許。欲使中央處理器僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器， EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位 LBI 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端狀態(tài)。如 EA 端為高電平， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電壓 VPP，當(dāng)然這必 須是該器件是使用 12V編程電壓 VPP。 XTAL1：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。 時(shí)鐘震蕩器 ： AT89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然震蕩器。 外接石英晶體及電容 C1，C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容 C1， C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定性、 起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF177。10PF ，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 40PF177。10PF 。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè) 2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 圖 內(nèi)部振蕩電路 圖 閑散節(jié)電模式 AT89C52 有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是閑散模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專(zhuān)用寄存器 PCON 中的 PD 和 IDL 位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 PD 是掉電模式，當(dāng) PD=1 時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。 IDL 是閑散等待方式，當(dāng) IDL=1，激活閑散工作狀態(tài)，單片機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如需要同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即 PD 和 IDL 同時(shí)為 1，則先激活掉電模式。在閑散工作模式狀態(tài)，中央處理器 CPU 保持睡眠狀態(tài)，而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和所有特殊 功能寄存器的內(nèi)容保持不變。閑散模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。終止閑散工作模式的方法有兩種，一是任何一條被允許中斷的事件被激活， IDL 被硬件清除，即刻終止閑散工作模式。程序會(huì)首先影響中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序，并緊隨 RETI 指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入閑散工作模式，那條指令后面的一條指令。二是通過(guò)硬件復(fù)位也可將閑散工作模式終止。需要注意的是：當(dāng)由硬件復(fù)位來(lái)終止閑散工作模式時(shí)，中央處理器 CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止中央處理器 CPU訪問(wèn)片內(nèi) RAM，而允許訪問(wèn)其他端口，為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生的意外寫(xiě)入：激活閑散模式的那條指令后面的一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫(xiě)入指令。 ☆ 掉電模式 ： 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在中指掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將從新定義全部特殊功能寄存器但不改變 RAM主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 中的內(nèi)容，在 VCC 恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效切必須保持一定時(shí)間 以使振蕩器從新啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。 模式 程序存儲(chǔ)器 ALE PSEN P0 P1 P2 P3 閑散模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 閑散模式 內(nèi)部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電模式 外部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 表 閑散和掉電模式外部引腳狀態(tài)。 ☆ 程序存儲(chǔ)器的加密 ： AT89C52 可使用對(duì)芯片上的三個(gè)加密位 LB1， LB2， LB3 進(jìn)行編程（ P）或不編程（ U）得到如下表所示的功 能： 程序加密位 保護(hù)類(lèi)型 1 U U U 沒(méi)有程序保護(hù)功能 2 P U U 禁止從外部程序存儲(chǔ)器中執(zhí)行 MOVC 指令讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容 3 P P U 除上表功能外，還禁止程序校驗(yàn) 4 P P P 除以上功能外，同時(shí)禁止外部執(zhí)行 表 程序存儲(chǔ)器的加密 當(dāng) LB1 被編程時(shí)，在復(fù)位期間， EA 端的電平被鎖存，如果單片機(jī)上電后一直沒(méi)有復(fù)位，鎖存起來(lái)的初始值是一個(gè)不確定數(shù)，這個(gè)不確定數(shù)會(huì)一直保存到真正復(fù)位位置。為了使單片機(jī)正常工作，被鎖存的 EA 電平與這個(gè)引腳當(dāng)前輯電平一致。機(jī)密位只能通 過(guò)整片擦除的方法清除。 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。 DALLAS 半導(dǎo)體公司主從式溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警與控制系統(tǒng) 的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。 ☆引腳排列： DS18B20 的 3腳封裝如下圖所示。其中， DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND 為電 源地； VDD 為外接供電電源輸入端。 圖 DS18B20 封裝 ☆內(nèi)部結(jié)構(gòu)： DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。它主要由 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮 發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器組成。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ☆性能特點(diǎn)： 1）獨(dú)特的單線接口，既可通過(guò)串行口線，也可通過(guò)其它 I/O 口線與微機(jī)接口， 無(wú)需變換其它電路，直接輸出被測(cè)溫度值； 2） DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可用并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn) 組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；