【正文】 （論文） 1第一章：緒論：課題背景測(cè)量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中獲取各種參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)計(jì)算的方法，綜合各種先進(jìn)技術(shù)，使每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制，不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。 單片機(jī)的特點(diǎn)是體積較小，也就是其集成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，增加一些外圍電路，就能夠組成一個(gè)完整的小系統(tǒng)，單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī) AT89S52，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用 3 位共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到以上要求。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代，但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性，都無(wú)法滿足廣大對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。在日常生活中，溫度過(guò)高或過(guò)低同樣會(huì)造成一些不良影響?，F(xiàn)代電子工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)自動(dòng)測(cè)試的要求越來(lái)越高。因此，在生產(chǎn)和生活中要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)變化。隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。經(jīng)過(guò)計(jì)算，每個(gè)字占2個(gè)地址。共錄13段,錄每段時(shí)同時(shí)用數(shù)碼管提示，分別用數(shù)字0F來(lái)表示。自動(dòng)報(bào)警主機(jī)的核心器件是單片機(jī)，它是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，由它來(lái)接受報(bào)警信號(hào)并控制協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作，考慮到系統(tǒng)的功能和經(jīng)濟(jì)性因素，采用的是當(dāng)今流行的性價(jià)比比較高的 AT89S52。第三章：?jiǎn)纹瑱C(jī)溫度控制和語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 溫度控制和報(bào)警主機(jī)本系統(tǒng)主要是基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其溫度檢測(cè)和報(bào)警功能，其硬件的主要設(shè)計(jì)如下： 主控制單片機(jī)主控單片機(jī)采用一片ATMEL AT89S52。 AT89S52 特點(diǎn)AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。空閑模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 32 個(gè)雙向 I/O 口 中斷喚醒省電模式 工作電壓 3 級(jí)加密位XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。AT89S52可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373） ，將端口0的地址總線（A0～A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳T89S52是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。AT89S52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一個(gè)完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。如果是使用8052或是8032的話，以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。：INT0，外部中斷0輸入。：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。一方面要完成對(duì)各模塊的控制，另一方面也要協(xié)調(diào)好各模塊的時(shí)序及口線沖突問(wèn)題。若時(shí)鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1us，則只需2us以上時(shí)間的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。按鍵復(fù)位電路，易掌握，好操作。其片內(nèi)設(shè)有時(shí)鐘振蕩器、128K 字節(jié) E2PROM(電可編程可擦除只讀存貯器)、低噪前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、反混疊濾波器、平滑濾波器、模擬轉(zhuǎn)發(fā)器、差動(dòng)功率放大器等高品質(zhì)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)所需的全部基本功能電路。語(yǔ)音和音頻信號(hào)不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換直接以原來(lái)狀態(tài)存儲(chǔ)到內(nèi)部存儲(chǔ)器，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的語(yǔ)音復(fù)制。 芯片工作原理ISD1420 地址輸入端具有雙重功能，根據(jù)地址中的 AA7 的電平狀態(tài)決定 A0～A7 的功能。 芯片工作模式先錄音，能分 160 段(地址為 00H0A0H)。錄音用 S1 鍵，放音控制用 S2 鍵。一、語(yǔ)音溫度計(jì)溫馨提示您，當(dāng)前溫度（00H27H）二、一（28H2FH）三、二（30H37H）四、三（38H3FH）五、四（40H47H）六、五（48H4FH）南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14七、六（50H57H）八、七（58H5FH）九、八（60H67H）十、九（68H6FH）十一、十（70H77H）十二、度（78H7FH）十三、溫度過(guò)高（80H87H）十四、溫度合適（88H8FH）十五、溫度過(guò)低（90H97H） 語(yǔ)音電路設(shè)計(jì) 圖 語(yǔ)音電路 DS18B20 芯片簡(jiǎn)介 溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介溫度的測(cè)量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。不過(guò)在居民住宅中使用已可滿足要求。 DS18B20 性能特點(diǎn)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 是美國(guó) DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易于與未處理器接口等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種溫度測(cè)控系統(tǒng)。微控制器通過(guò)對(duì)器件的尋址，就可以讀取某個(gè)傳感器的溫度值，從而簡(jiǎn)化了信號(hào)采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。64 位閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下： 8b 檢驗(yàn) CRC 48b 序列號(hào) 8b 工廠代碼（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB內(nèi) 部電 源探 測(cè) 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(chǔ) 器 和 控 制 邏 輯圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)2) 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過(guò)軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。頭 2 個(gè)字節(jié)包含測(cè)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(fù)位時(shí)被刷新。低 5 位一直為１，TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式， Byte0 溫度測(cè)量值 LSB（50H）Byte1 溫度測(cè)量值 MSB（50H） E2PROMByte2 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(yù)留（FFH）Byte6 預(yù)留（0CH）Byte7 預(yù)留（IOH）Byte8 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CRC）圖 DS18B20 內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動(dòng)，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率,如圖 。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)符號(hào)位 S＝0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。電源檢測(cè)電路用于判定供電方式。在 I/O 線呈低電平時(shí)，改由電容 C 上的典雅繼續(xù)向器件供電。一旦某溫度點(diǎn)越限，主機(jī)利用報(bào)警搜索命令，即可識(shí)別正在報(bào)警的器件，并讀出其序號(hào)，而不必考慮非報(bào)警器件。(1) 初始化時(shí)南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21響 應(yīng) 脈沖 60~24等 待 15主 機(jī) 最 小 8主 機(jī) 復(fù) 位 脈 沖最 小 480US圖 初始化時(shí)序總線上的所有傳輸過(guò)程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。(2) 寫時(shí)序 采樣 15~4采樣 15~41主 機(jī) 寫 1時(shí) 序主 機(jī) 寫 0時(shí) 序圖 寫時(shí)序?qū)憰r(shí)序包括寫 0 時(shí)序和寫 1 時(shí)序。(3) 讀時(shí)序南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22主 機(jī) 采 樣主 機(jī) 采 樣 45451主 機(jī) 寫 時(shí) 序主 機(jī) 寫 0時(shí) 序 圖 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。主機(jī)輸出低電平延時(shí) 2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí) 12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí) 50us[4]。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的操作以ROM 命令（5 個(gè)）和存儲(chǔ)器命令（6）形式表現(xiàn)，各種指令功能如表 23，24 所示。告警搜索命令0ECH 執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定上限或是下限的片子做出響應(yīng)。復(fù)制暫存 器48H 將 RAM 中的第 4 字內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中。初始化：主機(jī)發(fā)一位復(fù)位脈沖（對(duì)短為 480us 的低電平） ，接著主機(jī)釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)，DS18B20 在檢測(cè)到 I/O 引腳上的上升沿之后，等待 15~60us南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24然后發(fā)出存在脈沖（60~240us 的低電平） 。讀時(shí)間片：主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1us 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始信號(hào)。準(zhǔn)備接受用戶的序列號(hào)命令。讀取溫度數(shù)據(jù)，設(shè)定溫度報(bào)警限。其中 6 字節(jié)共 48 位的器件序列號(hào)可看成是每個(gè)傳感器固有的地址編碼而在多點(diǎn)測(cè)溫中作為識(shí)別標(biāo)志。 DS18B20 的測(cè)溫原理每一片 DSl8B20 在其 ROM 中都存有其唯一的 48 位序列號(hào)，在出廠前已寫入片內(nèi) ROM 中。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55 ℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。如果在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中系統(tǒng)具有一定的容錯(cuò)能力，在糾錯(cuò)范圍內(nèi)，就可以對(duì)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，提高抗干擾能力和加大傳輸距離，當(dāng)錯(cuò)誤超出糾錯(cuò)范圍時(shí)，也可以識(shí)別出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行從新采集，從而提高了采集數(shù)據(jù)的可信度。圖 210 9 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖CRC保留保留保留配置寄存器低溫限值 TL高溫限值 TL溫度高字節(jié)溫度低字節(jié)由溫度存儲(chǔ)器的低字節(jié)、高字節(jié)，低溫報(bào)警器 TL，高字節(jié)報(bào)警觸發(fā)器 TH，配置寄存器，和 CRC 字節(jié)組成了 DS18B20 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，共九個(gè)字節(jié)，結(jié)構(gòu)如圖 29。CRC 發(fā)生器產(chǎn)生的邏輯電路是由移位寄存器或異或門組成，也稱除法邏輯電路。（2） CRC 校驗(yàn)的算法與編碼的算法是相同的，校驗(yàn)時(shí)要將 CRC 作為數(shù)據(jù)一同進(jìn)行計(jì)算。得到的余數(shù)若為 0，則表示數(shù)據(jù)正確，余數(shù)不為0，則表示數(shù)據(jù)有錯(cuò)，通過(guò)余數(shù)便可知道結(jié)果是否正確。這里首先將 CRC 單元賦 0，取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)做異或并將結(jié)果存入暫存單元 AY，然后字節(jié)數(shù)據(jù)左環(huán)移。（3）糾錯(cuò)：如果結(jié)果不為 0，則意味著數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。總結(jié)：由于使用了校驗(yàn)與糾錯(cuò)方法，增加了數(shù)據(jù)的傳輸距離與可信度。一般測(cè)溫電纜采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)接地線與信號(hào)線，另一對(duì) Vdd 和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。若電源電壓過(guò)低，會(huì)使所測(cè)得的溫度與實(shí)際溫度出現(xiàn)偏高現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一般在 5V 左右。（6）當(dāng)不進(jìn)行復(fù)位時(shí)，數(shù)據(jù)線保持為低電平時(shí)間不超過(guò) 60us，否則將產(chǎn)生復(fù)位讀操作。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)要注意。在正常執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，同樣需要調(diào)用一段延時(shí)，而本系統(tǒng)利用 CPU 執(zhí)行顯示子程序占有的時(shí)間代替這段延時(shí)。這