【正文】 圖 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 37 附錄 2： PCB 圖 附錄 3：部分 源程序 LED_0 EQU 30H 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 38 LED_1 EQU 31H WENDU EQU 35H TEMPER_L EQU 29H 。本程序采用單片機(jī)匯編編寫，用 編譯器編程調(diào)試。主要元件有控制器— AT89C2051,溫度傳感器 DS18B數(shù)碼管 — LED 和三極管 9012。 圖 54 中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定，每次測量前，首先將 — 55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 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℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。其原因有下列 幾 點(diǎn)： （ 1） 51 采用的是 MCS51 的核心，十分容易為廣大用戶所接受； （ 2） 51 內(nèi)部基本保持了 80C31 的硬件 I/O 功能 ； 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 30 （ 3） 51 的 Flash 存貯器技術(shù)，可重復(fù)擦 /寫 1000 次以上，容易解悶調(diào)試手段； （ 4）更適合小批量系統(tǒng)的應(yīng)用，容易實(shí)現(xiàn)軟件的升級。 與 PIC 單片機(jī)比較 目前，國內(nèi)小型的單片機(jī)全勝較多的有 PIC 系列， 89C51 與 PIC 相對應(yīng)芯片比較有如下特點(diǎn)： 89C51 的價(jià)格高于 PIC 的 OTP 型號，但 大大低于 PIC 的 EPROM 型， 89C51片內(nèi)不含 Watch Dog，這是 89C51 的不足之處，中斷系統(tǒng)堆棧結(jié)構(gòu)、串等通訊筆定時(shí)器系統(tǒng)都大大強(qiáng)于 PIC 系統(tǒng)。用作輸入時(shí)，被外部拉低的 P3 口引腳將由于無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 29 上拉電阻而流出電流（ Ii1 ）。 P3 口： P3 口的 和 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向 I/O 引腳。當(dāng) P1 口的鎖存器寫入“ 1”時(shí)， P1 口可作為輸入 端。 P1 口： P1 口是一個(gè) 8 位雙向 I/O 口。 XTAL1(5)： 振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 RST（ 1）：復(fù)位輸入端。 Vcc(20)：電源電壓端。 主 控 制 器 LED顯 示 溫 度 傳 感 器 單片機(jī)復(fù)位 時(shí)鐘振蕩 報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 28 圖 51 總體設(shè)計(jì)方框圖 主控制器 在第二章中已經(jīng)提到單片機(jī) AT89C51，在此詳細(xì)介紹一下各引腳的功能及其有優(yōu)點(diǎn)。（也可采用發(fā)光二級管報(bào)警電路，如過需要報(bào)警，則只需將相應(yīng)位置 1，當(dāng)參數(shù)判斷完畢后，再看報(bào)警模型單元 ALARM 的內(nèi)容是否與預(yù)設(shè)一樣，如不一樣，則發(fā)光報(bào)警）報(bào)警電路硬件連接見圖 41。依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起由 8 位的 I/O 口控制。較小的電流即可獲得較大的亮度。共陰極數(shù)碼管的 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。 4 顯示及報(bào)警模塊器件選擇 顯示模塊 常用的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管） LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管和 LED 十六段顯示器，發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)顯示；數(shù)碼管用于數(shù) 字顯示； LED 十六段顯示器，用于字符顯示） 1．?dāng)?shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同組合可用來顯示數(shù)字 AF 及小數(shù)點(diǎn)“ .”。 當(dāng) DS18B20 處于寫存儲器操作和溫度 A/D 轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為 10us。系統(tǒng)對 DS18B20 的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器１、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器１和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（ CRC）。表 31 是一部分溫度值對應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 22 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 圖 32 DS18B20 字節(jié)定義 由表 33 可見， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。第５個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。溫度報(bào)警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。 AT89C51 單片機(jī)指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令，從無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 20 功能上可分成數(shù)據(jù)傳輸類指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算和移位指令、程序控制轉(zhuǎn)移類指令和位操作指令五大類。 圖 24 內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 圖 25 外部方式時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 復(fù)位是通過某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌踔禒顟B(tài)的操作，AT89C51 單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在 RST/VPD 端持續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù)位操作。 （ a） P0 口結(jié)構(gòu) （ b） P1 口結(jié)構(gòu) （ c） P2 口結(jié)構(gòu) （ d） P3 口結(jié)構(gòu) 圖 23 I/O 口位結(jié)構(gòu)圖 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序 AT89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，一種是外部方式。 口。 P0 口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作 為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通用 I/O 接口。 AT89C51 單片機(jī)的并行 I/O 端口 AT89C51 單片機(jī)有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口（ P0、 P P P3）每個(gè)端口都各有 8 條 I/O 口線，每條 I/O 口線都獨(dú)立地用作輸入輸出，在具有片外擴(kuò)展存儲器的系統(tǒng)中， P2 口送出高 8 位地址， P0 口分時(shí)送出低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)。 ② PSEN 片外程序存儲器讀選通信號輸出端低電平有效。 P3 口除作為準(zhǔn)雙向口使用外。也可作為片外存儲器的高 8 位地址線。 P1 口作為通用的 I/O 口使用。在不接片外存儲器與不擴(kuò)展 I/O 口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口。對 CHMOS 單片機(jī) XTAL1 腳作為外部振蕩信號的輸入端，XTAL2 腳空不接。 主電源引腳兩根： VCC 接 +5V 電源正端； VSS 接 +5V 電源地端。但為 44 個(gè)引腳，其中 4 個(gè)引腳是不使用的。用來協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分正常工作。 控制器 控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞。用于存 放指令執(zhí)行后的狀態(tài)，以供程序查詢和判別。累加器ACC(簡稱累加器 A) 為一個(gè) 8 位寄存器，它是 CPU 中使用最頻繁的寄存器。它主要完成數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位變量處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳌?AT89C51單片機(jī)內(nèi)部 CPU包括控制器和運(yùn)算器兩部分。 AT89C51 系列單片機(jī)主要有 CPU、存儲器（包括 RAM 和 ROM）、 I\O 接口電路及時(shí)鐘電路等部分組成。以下對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。以滿足對溫度控制的需要。數(shù)字傳感器首先將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在傳送給微控制器作數(shù)據(jù)處理，最后將測量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間，傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享。 此外，專供開發(fā)虛擬傳感器產(chǎn)品的軟件工具也已經(jīng)面市了。與此同時(shí)，“虛擬傳感器”的概念也被人們所接受，這種傳感器是基于計(jì)算機(jī)平臺并且完全通過軟件開發(fā)而成的。遠(yuǎn)程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。 為防止因人體靜電放電（ ESD）而損壞芯片，一些智能溫度傳感器還增加了ESD 保護(hù)電路，一般可承受 1000 到 4000V 的靜電放電電壓。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為 TH ，臺式計(jì)算機(jī)一般為 75℃，高檔筆記本電腦的專用 CPU 可達(dá) 100℃。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會觸發(fā)中斷端?！?— ?式 A/D 轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外因元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。上述溫度傳感器作 為從機(jī)，可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信，由于它們的總線接口符合標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化設(shè)計(jì)，使用戶操作起來更加簡便。智能溫度控制器適配各無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 11 種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)：它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，亦可選擇單次轉(zhuǎn)換模式。 智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡便。例如， DSl629 型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘 (RTC)，使其功能更加完善。 ℃，為實(shí)現(xiàn)精密測 量溫度創(chuàng)造了有利條件。 圖 11 MAX1298／ 1299 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部電路圖 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 10 智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢 進(jìn)入 21 世紀(jì)之后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方 向迅速發(fā)展。 MAXl298 和MAXl299 具有兩種輸入方式：差分輸入或單端輸 入。l℃。智能溫度控制器無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 9 適配備種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)：它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，亦可選擇單次轉(zhuǎn)換模式。 智能溫度傳感器具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各微控制器 (MCU)；第二，能以最簡方式構(gòu)成高性價(jià)比、多功能的智能化溫度測控系統(tǒng)；第三，它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器 (例如 TC652／ 653)中還包含了 A/D 轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處，但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這 是二者的主要區(qū)別。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一 (僅測量溫度 )、測溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校難。其主要缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜、測量精度較低、分辨率不高、需進(jìn)行溫度校準(zhǔn) (例如非線性校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、傳感器標(biāo)定等 )，另外它們的體積較大、使用也不夠方便。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 (含敏感元件 )；模擬集成溫度傳感器／控制器；智能溫度傳感器 (即數(shù)字溫度傳感器 )。溫度傳感 器隨溫度變化而引起物理參數(shù)變化的有：膨脹、電阻、電容、熱電動勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等等。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個(gè)很重要而普遍的測量參數(shù)。最常見到得測量溫度的工具是各種各樣的溫度計(jì)，例如：水銀玻璃溫度計(jì)，酒精溫度計(jì)，熱電偶或熱電阻溫度計(jì)等。特別是當(dāng)前用 CMOS 工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)，能滿足一些特殊要求的應(yīng)用場合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一 步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。目前，溫濕度測量領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新產(chǎn)品也層出不窮。按照選題要求應(yīng)實(shí)現(xiàn) 溫濕度的 測量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字鐘和測量部分的通過鍵盤進(jìn)行 控制 。沿著與適用微處理器不同的方向發(fā) 展。微處理器的出現(xiàn)，推動了微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，同時(shí)也引起了電子 設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域的探到變革— 電子技術(shù)專業(yè)人員，使之可以把微處理器部件像其他集成電路一樣嵌入到電子系統(tǒng)中，使電子系統(tǒng)具有可編程序的智能化特點(diǎn)，開辟了計(jì)算機(jī)技術(shù)在電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊大地。近年來 ,利用智能化數(shù)字式 溫濕度 傳感器以實(shí)現(xiàn)溫度信息的在線檢測已成為 溫濕度 測技術(shù)的一種發(fā)展趨勢。 課題計(jì)劃： ~