【正文】 電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中， MCS51 系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術及高可靠性和高性能價格比，迅速占領了工業(yè)測控和自動化工程應用的主要市場，成為國內單片機應用領域中的主流。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 由于 MCS 系列單片機集成了幾乎完善的中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。因此，測控系統(tǒng)中，使用 51 單片機是最理想的選擇。 MCS51 單片機很快在我國得到廣泛的推廣應用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應用手段，并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領域取得了大量應用成果 [3]。 AT89S51 已經(jīng) 在眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)中得到廣泛應用。 LED 顯示器是單片機應用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機的應用上也是被廣泛運用的。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導通，就能顯示出各種字符，常用的 LED 數(shù)碼管有 7 段和 “米 ”字段之分。同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極接在一起，通常此共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。 三、溫度傳感器的選擇 智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器 (MCU)。典型產(chǎn)品有 DS18B20，智能溫度控制器適配各種微控制器 ， 構成智能化溫控系統(tǒng) 。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?，F(xiàn)場溫度直接以 “一線總線 ”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小。 由于 DS18B20 將溫度傳感器、信號放大調理、 A/D 轉換、接口全部集成于一芯片，與單片機連接簡單、方便，與 AD590 相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 DS18B20。 64 位 閃速 ROM 的結構如下 ： 表 ROM 結構 8b 檢驗 CRC 48b 序列號 8b 工廠代碼（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 內部電源探測位和單線端口位產(chǎn)生器暫存器下限觸發(fā)上限觸發(fā)溫度傳感器存儲器和控制邏輯 圖 DS18B20 內部結構 ② 非揮發(fā)的溫度報警 觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限值。頭 2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。 表 DS18B20 內部存儲器結構 Byte0 溫度測量值 LSB（ 50H） Byte1 溫度測量值 MSB（ 50H） E2PROM Byte2 TH 高溫寄存器 ?? TH 高溫寄存器 Byte3 TL 低溫寄存器 ?? TL 低溫寄存器 Byte4 配位寄存器 ?? 配位寄存器 Byte5 預留（ FFH） Byte6 預留（ 0CH） Byte7 預留（ IOH） Byte8 循環(huán)冗余碼校 驗（ CRC） 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 三、 DS18B20 的工作原理 （一） DS18B20 的工作時序 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，主機控制 DS18B20 完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟： ① 每一次讀寫之前都 必須 要對 DS18B20 進行復位 ； ② 復位成功后發(fā)送一條 ROM 指令 ； ③ 最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。應答脈沖使主機知道，總線上有從機設備，且準備就緒。所有寫時序至少需要 60us，且在 2 次獨立的寫時序之間至少需要 1us 的恢復時間，都是以總線拉低開始。所有讀時序至少需要 60us，且在 2次獨立的讀時序之間至少需要 1us的恢復時間。 （二） DS18B20 的測溫原理 DS18B20 的測 溫原理如 表 所示 ： : 表 ROM 操作命令 指令 約定代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 ROM 中的編碼。 警告搜索命令 0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過設定值上限或者下限的片子才做出響應。 復制暫存器 48H 將 E2PRAM 中第 3， 4 字節(jié)內容復制到 E2PRAM 中。主機在進入操作程序前必須用讀 ROM(33H)命令將該 DSl8B20 的序列號讀出。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1 重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時， 停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。操作協(xié) 議為：初始化 DS18B20（發(fā)復位脈沖 ） → 發(fā) ROM 功能命令 → 發(fā)存儲器操作命令 → 處理數(shù)據(jù)。人機交互界面通常是指用戶可見的部分。 操作系統(tǒng)的人機交互功能是決定計算機系統(tǒng) “ 友善性 ” 的一個重要因素。人機交互部分的主要作用是控制有關設備的運行和理解并執(zhí)行通過人機交互設備傳來的有關的各種命令和要求。 隨著計算機技術的發(fā)展，操作命令也越來越多，功能也越來越強。 二、 串口通信 串口通信（ Serial Communication）， 是指外設和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線 、地線、控制線等，按位進行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。因此，通信既包括計算機與外部設備之間，也包括計算機和計算機之間的信息交換。所以串行接口是微機應用系統(tǒng)常用的接口 ?許多外設和計算機按串行方式進 行通信 ，這里所說的串行方式，是指外設與接口電路之間的信息傳送方式，實際上， CPU 與接口之間仍按并行方式工作。（并行讀取，即 D7~D0 同時被讀至累加器中）。 接口中的 “ 控制寄存器 ” 用來容納 CPU 送給此接口的各種控制信息，這些控制信息決定接口的工作方式。 （三）接口標準 ①實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化：因為來自 CPU 的是普通的并行數(shù)據(jù)，所以，接口電路應具有實 現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務。所以當數(shù)據(jù)由計算機送至數(shù)據(jù)發(fā)送器時，首先把串行數(shù)據(jù)轉換為并行數(shù)才能送入計算機處理。在接收時，接口電路檢查字符的奇偶校驗或其他校驗碼，確定是否發(fā)生傳送錯誤。（理論性強）重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 18 第三章 系統(tǒng)硬件電路設計 第一節(jié) 系統(tǒng)結構框圖 溫度控制系統(tǒng)采用 AT89S51 八位機作為微處理單元進行控制。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣／保持電路、運放、數(shù)／模轉換電路 以及進行長距離傳輸時的串／并轉換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。 AT89S51 溫度控制 報警電路 顯示電路 溫度傳感器 鍵盤設定 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 19 第二節(jié) 人機 交互與串口通信單元設計 一、 輸入電路設計 （一）單片機電路 單片機電路引腳圖如圖 ： 圖 單片機電路引腳圖 （二） 溫度傳感器電路 溫度傳感器電路引腳圖如圖 ： 圖 溫度傳感器電路引腳圖 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 20 二、 顯示電路設計 顯示電路采用了 7段共陰數(shù)碼管掃描電路，節(jié)約了單片機的輸出端口，便于程序的編寫。 鍵開關狀態(tài)的可靠輸入 ：為了去抖動，所以采用軟件方法，它是在檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一個 10ms 的延時程序后，再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正鍵按下狀態(tài)，從而消除了抖動影響 [6]。 對照表 的 4*4 鍵盤，說明線反轉法工作原理。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下是通過將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的。當由于環(huán)境溫度變化太劇烈或由于加熱或降溫設備出現(xiàn)故障，或者溫度傳感頭出現(xiàn)故障導致在一段時 間內不能將環(huán)境溫度調整到規(guī)定的溫度限內的時候，單片機通過三極管驅動揚聲器發(fā)出警笛聲。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數(shù)字濾波，信號處理等。 高級語言是面向問題和計算過程的語言，它可通過于各種不同的計算機，用戶編程時不必仔細了解所用的計算機的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強，常常一個語句已相當于很多條計算機指令，于是用高級語言編制程序的速度比較快，也便于學習和交流，但是本系統(tǒng)卻選用了匯編語言。而且 MCS— 51 指令系統(tǒng)有豐富的位操作（或稱位處理）指令，可以形成一個相當完整的位操作指令子集，這是 MCS— 51 指令系統(tǒng)主要的優(yōu)點之一。 通過調用讀溫度子程序把存入內存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的兩個單元中，然后通過調用顯示子程序顯示出來。 溫度采集子程序如圖 所示 ： 圖 溫度采集子程序跳過 ROM 匹配命令 寫入子程序 溫度轉換命令 顯示子程序 (延時 ) 寫入子程序 寫入子程序 DS18B20 復位、應答子程序 DS18B20 復位、應答子程序 跳過 ROM 匹配命令 讀溫度命令子程序 終 止 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設 計（論文） 28 第五節(jié) 動態(tài)顯示子程序流程圖 動態(tài)數(shù)碼管按不同方式滾動顯示 ， 通過軟件實現(xiàn)逐位輪流點亮每個 LED。這個系統(tǒng)的實現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的溫度控制方法，為溫度的控制開辟了一條新的道路。因此這種系統(tǒng)的設計具有比較好的社會效益。只要配上適當?shù)臏囟葌鞲衅?，這個系統(tǒng)便還可以實現(xiàn)很多領域的溫度自動控制。 通過分析表明：本系統(tǒng)是一個性價比比較好的系統(tǒng)，不論對于生產(chǎn)者還是使用者來說，它都可以帶來良好的經(jīng)濟效益。 胡老師為論文的課題研究提供了很多指導性意見，對論文的撰寫，修改提供了許多具體的指導和幫助。 最后 ，我 再一次 對 所有在 本次 畢業(yè)設計中幫助過我的良師益友和同學 們 ，以及在設計中被我引用或參考的論著作者 們表示衷心的感謝！重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設 計（論文） 33 附 錄 一、 程序代碼 ORG 0000H TEMPER_L EQU 29H TEMPER_H EQU 28H FLAG1 EQU 38H。調用讀溫度子程序 MOV A,29H MOV B,A CLR C RLC 。數(shù)碼管個位數(shù)存放 內存位置 B_BIT EQU 21H 。 然后我要感謝我的同學和寢室的兄弟們，你們在生活和學習上給 予了我很多無私的幫助， 值此機會，我向你們說聲謝謝！此外，還要感謝評閱老師對本論文進行的認真評閱和批評指正。首先我要感謝我的導師 胡章芳 老師， 她 在我完成論文的過程中，給予了我很大的幫助。在本系統(tǒng)的作用下，可以為工作系統(tǒng)提供一個良好的環(huán)境，使產(chǎn)品的數(shù)量和質量有很大的提高。本系統(tǒng)的設計成本很低，適合大批量生產(chǎn)。實現(xiàn)我國的工業(yè)化，自動控制是其中的一個重要目標，自動控制系統(tǒng)正廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。控制執(zhí)行子程序流程如圖 所示： 圖 控制執(zhí)行子程序開 始 初始化 DS18B20 顯示當前溫度 判斷當前溫度值 超過設定 溫度上限 啟動風扇 降低溫度 紅燈亮 設定溫度上、下限 啟動電熱器升高溫度 是 否 低于設定 溫度下限 是 綠燈亮 否 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設 計（論文） 30 結 論 本設計是以 AT89S51 為核心，利用軟硬件相結合的自動控制的典型例子。數(shù)據(jù) 轉換子程序流程如圖 所示： 圖 數(shù)據(jù)轉換子程序 進位 C 清 0 清 0 延時 12US 帶進位右移 延時 46US 置 0 R2 是否為 0 終止 開始 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設計（論文） 27 第四節(jié) 溫度采集子程序流程圖 溫度采集子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀出時需進行 CRC 校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫 [9]。 本裝置的軟件包括主程序、讀出溫度子程序、