【正文】 )— 發(fā) ROM功能命令— 發(fā)存儲器操作命令 — 處理數(shù)據(jù)。由于 本人的 經(jīng)驗(yàn)不足，技術(shù)水平有限， 因此 本文論述的還只是一個 基本 模型 ，實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)際實(shí)踐不多，如果要將該方案應(yīng)用于實(shí)際用途，還需要進(jìn)一步實(shí)踐調(diào)試。 采用溫度傳感器和溫度計(jì)同時測量多點(diǎn)水溫變化情況 ，觀察 顯示電路是否正常。 圖 19 溫度設(shè)定的子程序流程圖 基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 25 6 系統(tǒng)調(diào)試 及結(jié)果分析 測試環(huán)境及工具 測試溫度： 0~100 攝氏度。 基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 24 按鍵 掃描子程序流程圖如圖 18所示。 圖 17 初始化 LCD流程圖 按鍵掃描 對鍵盤掃描的編程采用線翻轉(zhuǎn)法實(shí)現(xiàn)，分為兩步： 將列線作為輸出線，行線作為輸入線。 程序開始初始化，再經(jīng) DS18B20， ROM 操作指令識別判斷，再進(jìn)行存儲操作指令，轉(zhuǎn)化處理，讀取當(dāng)前溫度值。 數(shù)據(jù)采集及算法轉(zhuǎn)化框圖如圖 16 基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 23 圖 16 DS18B20 工作流程圖 DS18B20 可直接將被測溫度轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號，供單片機(jī)處理，通過對DS18B20 編程可以實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的溫度讀數(shù)，并可分別在 和 750ms 內(nèi)完成9位和 12 位的數(shù)字量。和是否更改上下限溫度，設(shè)置后按復(fù)位鍵程序重新進(jìn)行計(jì)算，并開始計(jì)算當(dāng)前溫度是否在設(shè)定值內(nèi)。主程序流程圖如下圖 15 所示。如下圖 14所示。這里將各 主要的執(zhí)行模塊 列出，并為每一個執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。 整體電路 電路原理圖（見附 錄 ） 5 軟件設(shè)計(jì) 概述 基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 21 整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的， 當(dāng)硬件的型號確定下來后也就有了與此相匹配的軟件。由于 XTAL2 的邏輯電平不是 TTL 的，因此要外接一個 ～ 10k 的上拉電阻。 MCS51 單片機(jī)常選擇振蕩頻率 12MHz 的石英晶體。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求 ，但是電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。 基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 20 內(nèi)部時鐘方式：內(nèi)部時鐘方式電路圖如下圖 13 所示。此電路的輸出端 RESET接在單片機(jī)的復(fù)位引腳。一般來說，單片機(jī)的復(fù)位速度比外圍 I/O 快些。其中電平復(fù)位是通過 RST端經(jīng)電阻與電源 VCC 接通而實(shí)現(xiàn)的。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。 單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 硬件連接電路如下圖11： Q11KR1LaBaled11kR9VCC1kR99 圖 11報(bào)警電路 基于 AT89C51 簡易轉(zhuǎn)數(shù)測量系統(tǒng)復(fù)位電路 在上電或復(fù)位過程中，控制 CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時間內(nèi)讓 CPU 保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作， 防止 CPU發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 DS18B20 采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛 256 個 DS18B20，但 實(shí)際 應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接 25個以上的DS18B20 仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題。 基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 17 液晶 顯示電路 設(shè)計(jì)采用的是 液晶 LCD1602 來顯示溫度 、報(bào)警方位等 。 具體電路如下 圖 8： S11S12S13S14S15S16P22P21P22P19P18P17 圖 8 按 鍵電路 開關(guān)狀態(tài)的 輸入 ： 按 鍵開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入有兩種解決方法。 LM7805 系列為 3 端穩(wěn)壓器件， 能提供 5V 的輸出電壓。 ⑤ 在 DS18B20測溫 實(shí)際應(yīng)用 中， 一定要確保每個 DS18B20都接觸良好否則系統(tǒng)會陷入死循環(huán)， 這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時也要給予一定 要注意 。 基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 15 ② 連接 DS18B20的總線電纜是有長度限制的。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0和第 1個字節(jié)。 ④ 配置寄存器。 64位激光 ROM 從高位到低位依次為 8 位 CRC、 48 位序列號和 8位家族代碼 (28H)組成。 3腳 TO92封裝形式和器件圖如 圖4 所示： GND—— 接地； DQ—— 數(shù)據(jù)輸入輸出。計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在 一個 對應(yīng)的一個基數(shù)值。 ⑤ 可編程數(shù)據(jù)為 9～ 12 位，其轉(zhuǎn)換 12 位的溫度時間為 750 ms(最大 )。 ② 低壓供電，電源范圍 3～ 5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源 (寄生式供電 方式 )。C 。C~+125176。 具有 一線 總線、 體積更小、適用電壓更寬、 而且 經(jīng)濟(jì) 等特點(diǎn) ?？紤]到鉑電阻需要信號調(diào)理電路，將電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換后才能被單片機(jī)接受，信號調(diào)理電路的相對復(fù)雜，抗干擾性比較差，而且價格較高，而 DS18B20 不僅價格便宜 而且使用方 便、測溫準(zhǔn)確、 精度較高。集成溫度傳感器是將測溫元件、放大電路、偏置電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。 熱電偶 測量精度高，熱電動勢與溫度在小 范圍內(nèi)基本呈單值、線性關(guān)系，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，響應(yīng)時間較快 。與溫度變化有關(guān)的物質(zhì)屬性很多，因而溫度測 量的儀器也是 多種多樣的。在 FLASH 編程期間，此引腳 也用于施加12V 編程電源（ VPP）。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 RST：復(fù)位輸入。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。并 因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P1口 ： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0口 ： P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。8 位內(nèi)部 RAM 兩個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 AT89C51 單片機(jī)的引腳說明 在外部結(jié)構(gòu)上， AT89C51 單片機(jī)和 MCS－ 51 系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，有三種封裝形式，分別是 PDIP 形式、 PLCC 形式、 TAFP 形式 。片內(nèi)含 4K bytes可反復(fù)擦寫的只讀程序存 儲 器（ PEROM）和 128 bytes 隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存 儲 器（ RAM）。 51 系列 的內(nèi)部硬件預(yù)設(shè)，可用特殊功能寄存器對其進(jìn)行編輯。 單片機(jī)的選擇 所謂單片機(jī) (m1crocontroller)是指在一個集成芯片中，集成微處理器 (CPU)、存儲器、基本的 I/O 接口以及定時 /計(jì)數(shù)、通信部件，即在一個芯片上實(shí)現(xiàn)一臺微型計(jì)算機(jī)的基本功能。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 利用溫度傳感器 DS18B20 可以直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特性，模擬溫度值經(jīng)過 DS18B20 處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與設(shè)置的溫度報(bào)警上下限比較，超過限度后通過揚(yáng)聲器報(bào)警。 電源 基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 7 （ 2） 溫度采集模塊功能 ： 溫度采集模塊的主要功能是通過溫度傳感器感應(yīng) 溫室溫度并轉(zhuǎn)化成模擬信號，通過轉(zhuǎn)化模塊將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并 存取溫度數(shù)據(jù) 。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。 系統(tǒng)方案 綜上所述 ,溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。而且單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。 AT89C51 的時鐘為 12M， I/O 口可達(dá) 32個，高的時鐘頻率和豐富的 I/O，都為實(shí)現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。但是 PC機(jī)輸出信號不能直接與 DS18B20 通信。 這樣 ,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ,體積也不大 ,且由于 AT89C51 可 以帶多個DSB1820,因此可以 非常容易 實(shí)現(xiàn)多 路溫度的 測量 。2176。C 范圍內(nèi)，精度為177。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，元件線形較好。 方案二： 在多 路 溫度采集 電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中， 傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離測 溫 系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)測量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測量精度。 使用時，將其串接在電路中，在一般情況下，其阻值很小，損耗也很小，不影響電路正常工作 。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電 路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計(jì)算機(jī)去處理。 （ 4）學(xué)會使用 Proteus 仿真軟件對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證電路功能是否正確。 （ 3） 報(bào)警溫度設(shè)定和報(bào)警：根據(jù)需要可以設(shè)置報(bào)警溫度，并且當(dāng)達(dá)到報(bào)警溫度時 會發(fā)出聲光報(bào)警提示。基于此，本 畢業(yè)設(shè)計(jì)是 圍繞 基于單片機(jī)多路溫度檢測與采集 系統(tǒng) 來開展相關(guān)的 應(yīng)用 研究 工作。 多路溫度測量顯示 是近幾年的研究課題，隨著傳感技術(shù)與通訊技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的出現(xiàn)， 溫度測量儀器應(yīng)運(yùn)而生，最近幾年的研究更是迅速。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè) 都與之有關(guān) ， 可 以說幾乎 80%的工業(yè)部門都不得不考慮溫度 對自身系統(tǒng)的影響。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演者極其重要的角色。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字溫度傳感器 （ DS18B20） ；單片機(jī) （ AT89C51）；液晶（ LCD1602） 顯示器 。 系統(tǒng) 對多點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時巡檢，同時能夠 通過設(shè)定的 指令對溫度進(jìn)行 監(jiān)控 。 方案 采用了一種新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20， 利用 DS18B20 溫度傳感器將溫度的變化，變換成電流的變化，再轉(zhuǎn)換為電壓變化 輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 通過單線總線傳給 AT89C51 單片機(jī)， AT89C51 單片機(jī) 把數(shù)據(jù) 通過液晶顯示器 LCD1602 實(shí)時顯示不同方位的溫度變化 。 測溫范圍在 － 55℃ ～ +125℃。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對生活環(huán)境要求的提高，人們也迫切需要檢測與控制溫度。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等等行業(yè)，可以說幾乎 80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。工業(yè)發(fā)展與是 否能掌握溫度有著密切的聯(lián)系。 因此 ,設(shè)計(jì)一種能夠進(jìn)行 多路溫度 檢測系統(tǒng)具有較為廣泛的應(yīng)用價值。因此，單片機(jī)對溫度的 檢測與控制 問題是一個工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。 （ 2） 溫度顯示：把現(xiàn)場實(shí)時檢測到溫度值顯示出來。 （ 3）熟悉 LCD1602 使用方法。 2 總體設(shè)計(jì) 方案 方 案 設(shè)計(jì)與 論證 多 路 溫度采集 電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。 傳感器部分 方案一： 熱敏電阻作為傳統(tǒng)的溫度傳感器，可滿足 40 攝氏度至 90 攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差 。 在溫度測量系統(tǒng)中 ,采用單片溫度傳感器 ,比如 AD590,LM35 等 .但這些芯片輸出的 都是模擬信號 ,必須經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī) ,這樣就使得測 溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 .另 外 ,這種測溫裝基于 AT89C51 單片機(jī)為核心的多路溫度采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 5 置的一根線上只能掛一個傳感器 ,不能進(jìn)行多點(diǎn)測量 .即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化， 便于單片機(jī)處理及控制。C ，在 10～ +85176。 熱敏電阻 的精度較差為 177。 DS18B20 的最大特點(diǎn)之一 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 AT89C51 構(gòu)成的溫度測量裝置 ,它直接輸出溫度的數(shù)字信號 ,可直接與計(jì)算機(jī)連接 。它可在線編程，可在線仿真的功能，這讓調(diào)試變得方便。 方案二： 此方案采用 AT89C51 八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn) 。實(shí)時顯示電路的設(shè)計(jì)，使溫度信息更迅速，直觀地發(fā)布，這些都提高了系統(tǒng)的可行性。 另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 AT89C51 單片機(jī) 可以分別在 和 750ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭? DS18B20 的信息僅需要一根 I/O 口線(單線接口 )讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。 采用系統(tǒng)總 方案如下圖 1： 圖