【正文】 LCD1602 引腳圖 其中： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 ，共 41 頁 第 1 腳： VSS 為電源 地 第 2 腳： VCC 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對比 度）。蜂鳴器接在單片機(jī)的 ，發(fā)光二極管分別接在單片機(jī)的 口和 口， 設(shè)計(jì)連接圖如圖 311 所示： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 ，共 41 頁 圖 311 溫度報(bào)警電路 溫度 顯示電路 顯示部分可以用液晶顯示和數(shù)碼管顯示，因?yàn)橐瑫r(shí)顯示兩點(diǎn)溫度， 這里采用的液晶顯示 LCD1602。 本設(shè)計(jì)中，兩片 DS18B20 芯片串接在單片機(jī)的 口 ,如圖 310 所示 ： AT89C51 DS18B20 1 DS18B20 2 DS18B20 3 DS18B20 20 VCC=5V 1— WIRE 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 ，共 41 頁 圖 310 DS18B20 連接圖 溫度報(bào)警電路 溫度檢測的更重要的意義是預(yù)警，即當(dāng)溫度超過安全界限時(shí)，能夠提醒人們，以提醒人們采取相應(yīng)的措施。 DS18B20 在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將 VCC與 GND接在 一起，焊接牢固。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。 硬件連接電路 原理圖 如 圖 39： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 ，共 41 頁 圖 39 DS18B20 硬件連接電路 本系統(tǒng)為多點(diǎn)溫度測試。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(chǔ)器的第 0 和第1 個(gè)字節(jié)。配置寄存器為高速暫存存儲(chǔ)器中的第五個(gè)字節(jié)。 （ 2） 溫度靈敏元件。 （ 8） 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 [13]?！?。 DS18B20 特性 （ 1） 適應(yīng)電壓范圍寬： V～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。C。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 ，共 41 頁 溫度檢測電路及 DS18B20 測溫原理 DS18B20 介紹 DS18B20 引腳 和實(shí)物 如圖 35 所示。保護(hù) 電路具有過流、過熱及短路保護(hù)功能。電源電路的實(shí)現(xiàn)方式如圖 所示 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 ，共 41 頁 圖 電源電路 在這里設(shè)計(jì)了兩種供電方式，一種是利用計(jì)算機(jī) 的 USB 接口， USB 接口恰好能直接輸出 5V 電壓，能夠滿足單片機(jī)和其他電路的供電需求，這種方式相對來說簡單但是不是很方便，為了使設(shè)計(jì)更方便完美，增加了可手持性，即設(shè)計(jì)了第二種電源電路，如圖 的上部分所示，該電路主要由二極管和三段固定的穩(wěn)壓器件 7805 組成，電源輸入端可以接 7— 30v 的電壓適配器或者是電池組，一般以 12V 較為常見。 單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)，采用最簡單的上電復(fù)位電路。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。 P2口： 8位，準(zhǔn)雙向 I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻，作為普通 I/O輸入時(shí)同上。當(dāng) 89C51擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及 I/O借口芯片時(shí)， P0口作為地址總線低 8位及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于 2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以對單片機(jī)完成復(fù)位操作。 二、 AT89C51單片機(jī)引腳功能說明 如圖 ： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 ，共 41 頁 圖 AT89C51 引腳圖 （ 1） 電源引腳 VCC（ 40腳）：接 +5V電源 GND（ 20腳）：接地?？蛇M(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行 I/O，甚至于多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多級系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的應(yīng)用更廣。 89C51片內(nèi)集成有 4KB的 Flash存儲(chǔ)器，片外可外擴(kuò)至 64KB。它由如下功能部件組成 [9]： （ 1） 微處理器（ CPU） （ 2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） （ 3） 程序存儲(chǔ)器（ 4K Flash ROM） （ 4） 4個(gè) 8位可編程并行 I/O口（ P0口 .P1口、 P2口、 P3口） （ 5） 1個(gè)全雙工串行口 （ 6） 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 7） 中斷系統(tǒng) （ 8） 特殊功能寄存器（ SFR） 圖 89C51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 ，共 41 頁 1 CPU 89C51單片機(jī)中有 1個(gè) 8位 CPU，與通用的 CPU基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的位處理功能。 系統(tǒng)的工作過程 系統(tǒng)由 DS18B20采集溫度后進(jìn)行轉(zhuǎn)換再把溫度數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)控制 LCD1602進(jìn)行同步溫度顯示，同時(shí)對溫度值進(jìn)行處理，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定值 后 ，由蜂鳴器和發(fā)光二極管產(chǎn)生報(bào)警。提高了單片機(jī)I/O口的利用率，電路也十分簡單。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 ，共 41 頁 本設(shè)計(jì)的單片機(jī)的電源電路設(shè)計(jì)了兩種供電方式，一種是采用計(jì)算機(jī)的 USB口，單片機(jī)的工作電壓為 5V，計(jì)算機(jī)的 USB口恰 好能直接提供 5V的直流電壓，因此采用計(jì)算機(jī)的 USB口供電較為簡單。 該系統(tǒng)利用 AT89C51單片機(jī) 芯片控制 多個(gè) 溫度傳感器 DS18B20進(jìn)行 多點(diǎn) 實(shí)時(shí)溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量 多個(gè)地點(diǎn)的 環(huán)境溫度并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度進(jìn)行報(bào)警和相應(yīng)的控制處理 [7]。 DS18B20 采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸， 在同一條總線上可以掛接任意多個(gè) DS18B20 傳感器，可以同時(shí)測量多個(gè)環(huán)境溫度，同時(shí)也提高了單片機(jī) IO口的利用效率。 多個(gè) DS18B20 可以 接在一 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 ， 便于單片機(jī)控制及處理，省去傳統(tǒng)測溫方法的很多外圍電路。 數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有 A/D 通道的單片機(jī)或使用專業(yè)的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，同時(shí)對溫度進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警和控制 [5]。因此主要電路包括：單片機(jī)系統(tǒng)電 路，溫度采集電路，溫度顯示電路，上位機(jī)通信電路，報(bào)警電路等組 成。 國內(nèi)外同類設(shè)計(jì)概況 目前多點(diǎn) 溫度檢測系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的 多點(diǎn) 溫度 檢測儀器 來講， 發(fā)展水平仍比較落后 ，和德國、美國等 發(fā)達(dá) 國家相比有著 很大 差距。在冶金 、 化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中，廣泛使用的各種加熱爐 、 反應(yīng)爐等，都要求對溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。溫度的檢測和控制在當(dāng)代日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工程中有著越來越廣泛的應(yīng)用，要求也越來越高 [1]。 溫度檢測系統(tǒng)應(yīng)用十分廣闊 [3]。 本課題要解決的問題和方 法 本文基于 AT89C51 單片機(jī)，由兩片 DS18B20 溫度傳感器采集環(huán)境溫度，兩片 DS18B20 溫度傳感器采用單總線連接方式，統(tǒng)一連接于單片機(jī)的同一 IO 口，由 LCD1602 將采集的溫度實(shí)時(shí)顯示出來，當(dāng)溫度超過設(shè)定的溫度值范圍，單片機(jī)控制外圍電路中的蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警，并且利用 max232 實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。 隨著環(huán)境溫度的變化，熱敏電阻的阻值也發(fā)生線性變化，電阻兩端的電壓也隨著電阻的線性改變而發(fā)生相同的變化，用處理器采集電阻兩端的電壓，然后根據(jù)公式計(jì)算出當(dāng)前的環(huán)境溫度值。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，溫度測量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ,可編程為 9 位～ 12 位A/D 轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) ℃ ， 穩(wěn)定性好， 被測溫度用符號擴(kuò)展的16 位數(shù)字量方式串行輸出 ， 輸出信號全數(shù)字化。C 。另外 51 單片機(jī)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。 系統(tǒng)框圖 如圖 所示： 圖 硬件電路系統(tǒng)框圖 單元模塊功能如下： 系統(tǒng)的核心器件是 51單片機(jī)，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，由它來控制協(xié)調(diào)各外圍電路模塊的正常工作， 本設(shè)計(jì)采用較為常見的 AT89C51單片機(jī)。 DS18B20是美國 DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器， 與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它內(nèi)部含有 AD轉(zhuǎn)換芯片， ,可編程為 9位～ 12位 A/D轉(zhuǎn)換精度 ， 能直接讀出被測溫度，而且 DS18B20采用單總線的數(shù)據(jù)傳輸，可以在一條總線上掛接任意多個(gè) DS18B20，每個(gè) DS18B20芯片擁有唯一的序列號，只需在程序中通過訪問不 同的序列號，就可以通過一條總線 控制全部的 DS18B20芯片。 與上位機(jī)通信模塊采用 MAX232芯片， MAX232芯片是美信（ MAXIM）公司專為 RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用 +5Ｖ 單電源供電。它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個(gè)集成電路芯片上。 3 程序存儲(chǔ)器（ ROM） 程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序。 6 串行口 1個(gè)全雙工的串行口，具有 4中工作方式。特殊功能寄存器實(shí)際上是片內(nèi)各個(gè)功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內(nèi) RAM區(qū) 80H~FFH的地址區(qū)間內(nèi)。 （ 3） 控制引腳 RST（ 9腳）：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。 （ 4） I/O口引腳 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 ，共 41 頁 P0口： 8位，漏極開路的雙向 I/O口。作為普通 I/O輸入時(shí)，先向端口輸出鎖存器寫入 1。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所必須的時(shí)鐘控制信號，內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序指令工作。 本設(shè)計(jì)的晶體 振蕩頻率采用[10]。 電源電路 要使整個(gè)系統(tǒng)正常的工作，電源電路是必不可少的，電源電路要提供穩(wěn)定的+5V 電壓，給整個(gè)多點(diǎn)測溫系統(tǒng)供電。其內(nèi)部由采樣、基準(zhǔn)、放大、調(diào)整和保護(hù)等電路組成。同時(shí)在電路中加有開關(guān)還發(fā)光二極管做指示燈，也使整個(gè)設(shè)計(jì)更完善 [11]。C，可編程為 9 位 ～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) 176。而且多個(gè) DS18B20 可以串聯(lián)到一條數(shù)據(jù)線上，單片機(jī)只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，提高了 I/O 口的利用率，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路 [12]。 （ 4） 測溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，