【正文】 ............ 17 溫度報(bào)警器的基本組成 ........................................... 18 晶振電路 ..................................................... 18 復(fù)位電路 ..................................................... 18 溫度報(bào)警電路 ................................................. 19 控制說(shuō)明 ....................................................... 19 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................................... 20 系統(tǒng)主程序流程圖 ............................................... 20 溫度采集模塊 ................................................... 21 溫度顯示 ....................................................... 22 5 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果 ................................................... 23 6 總結(jié) ............................................................. 27 致謝 ............................................................... 28 參考文獻(xiàn) ........................................................... 29 附錄 A 溫度報(bào)警器部分程序 ......................................... 30 1 基于單片機(jī)的溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師 摘要 ： 在工業(yè)生產(chǎn) 過(guò)程 中，人們需要對(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。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，其次進(jìn)行軟件設(shè)計(jì) ，最后仿真 和綜合調(diào)試，最終使得此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 了溫度的 采集、顯示和 報(bào)警設(shè)計(jì)。以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警器，具有安全可靠、操作 簡(jiǎn)單方便、智能控制等優(yōu)點(diǎn)。此種傳感器具有功能單一 (僅測(cè)量溫度 )、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等特點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。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； （ 3）智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )。 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集 [2]（即傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信 2 技術(shù)）和信息處理（計(jì)算機(jī)技術(shù)）。 智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D轉(zhuǎn)化器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。 數(shù)字化溫度傳感器可以直接將溫度量以數(shù)字脈沖信號(hào)形式輸出，具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、外圍接口電路簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)， 它是與人類的生活、工作關(guān)系最密切的物理量，也是各門學(xué)科與工程研究設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到和必須精確測(cè)量的物理量。 DS18B20 封裝形式及引腳功能 圖 DS18B20 封裝形式和引腳功能 如圖 所示， DS18B20 的外形如一只三極管，引腳名稱及作用如下： GND:接地端。采 用數(shù)據(jù)總線供電方式時(shí) VDD接地，可以節(jié)省一根傳輸線，但完成數(shù)據(jù)測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)；采用外部供電方式則 VDD接 +5V，多用一根導(dǎo)線，但測(cè)量速度較快。 （ 2）溫度傳感器。如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5位為 0， 只要將測(cè)得的數(shù)值乘上 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測(cè)得的數(shù)值需要取反加 1再乘上 即可得到實(shí)際溫度。 （ 4）配置寄存器。在單線端口條件下，必須先建立 ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。一條控制操作命令指示DS18B20 完 成一次溫度測(cè)量。可以用一條存儲(chǔ)器操作命令對(duì) TH 和 TL 進(jìn)行寫入，對(duì)這些寄存器的讀出需要通過(guò)暫存器。如圖 所示： 圖中 DS18B20 的 DQ 端口通過(guò)接入一個(gè) 的上拉電阻到 VCC，從而實(shí)現(xiàn)外部電源供電方式。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于 55℃的一個(gè)值。 斜坡式累加器用來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨率。溫度以 16bit 帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。該命令只適用于總線上存在單個(gè) DS18B20. Match ROM（匹配 ROM）。 9 Search ROM(搜索 ROM)。 Write scratchpad(寫暫存器 )。命令代碼為 BEH，允許主設(shè)備讀取暫存器中的內(nèi)容。命令代碼為 48H，將溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和TL 中的字節(jié)復(fù)制到非易失性 EEPROM。 Recall E2(拷回暫存器 )。 Read power supply(讀電源使用模式 )。 功能特性 概述 圖 AT89C51 引腳圖 AT89C51 提供以下 標(biāo) 準(zhǔn)功能： 4k 字 節(jié) Flash 閃 速存 儲(chǔ) 器， 128 字 節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I／ O 口 線 ， 兩個(gè) 16 位定 時(shí) ／ 計(jì) 數(shù)器 ，一 個(gè) 5 向量 兩級(jí) 中 斷結(jié)構(gòu) ，一 個(gè) 全 雙 工串行通信口，片 內(nèi) 振 蕩 器及 時(shí)鐘電 路。 11 圖 AT89C51 方框圖 引腳功能 說(shuō)明 圖 AT89C51 方框圖 Vcc： 電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一 組 8 位漏 極開(kāi) 路型 雙 向 I／ O 口，也即地址／ 數(shù) 據(jù) 總線復(fù)用口。 P1 口： P1 是一 個(gè)帶內(nèi) 部上拉 電 阻的 8位 雙向 I／ O 口， P1 的 輸 出 緩 沖 級(jí) 可驅(qū)動(dòng) （吸收或 輸 出 電流 ） 4 個(gè) TTL 邏輯門電 路。 P2 口： P2 是一 個(gè)帶 有 內(nèi) 部上拉 電 阻的 8 位 雙 向 I／ O 口， P2 的 輸 出 緩 沖級(jí) 可 驅(qū)動(dòng)（ 吸收或 輸 出 電流 ） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路 。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其 它控制信號(hào)。作 輸 入端 時(shí) ，被外部拉低的 P3口 將 用上拉 電阻輸出電流（ IIL）。 ALE／ PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊 功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 DO 位置位，可禁止 ALE 操作。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 空間節(jié)電模式 AT89C51 有兩種可用軟件編程的省電模式 [8]，它們是空閑模式和掉電工作模式。如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即 PD 和 IDL 同時(shí)為 14 1，則先激活掉電模式。 終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活， IDL（ ）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫入指令。 74LS245 是常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng) led或者其他的設(shè) 備，它是 8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 由于 P2口始終輸出地址的高 8位，接口時(shí) 74LS245 的三態(tài)控制端 /1G 和 /2G接地， P2 口與驅(qū)動(dòng)器輸入線對(duì)應(yīng)相連。因此，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中的 重點(diǎn) 考慮對(duì)象。 溫度控制系統(tǒng)的基本組成 主要由單片機(jī)、溫度采集模塊、溫度顯示模塊、溫度控制模塊、按鍵設(shè)定模塊和超溫聲光報(bào)警模塊組成。 溫度報(bào)警器器的整體設(shè)計(jì) 對(duì)于溫度控制，采用單片機(jī) AT89C51 組成的自動(dòng)控制系統(tǒng) ，其系統(tǒng)硬件總體方框圖如圖 所示 : 圖 單片機(jī)溫度報(bào)警器系統(tǒng)原理圖 在圖 的系統(tǒng)中，以高性能 /價(jià)格比的 AT89C51 為核心，采用新型單片數(shù)鍵盤 單片機(jī)復(fù)位 數(shù)碼管顯示 溫度傳感器 報(bào)警電路 AT89C51 18 字溫度傳感器 DS18B20 來(lái)測(cè)量溫度，抗干擾能力強(qiáng)、低功耗、高性能，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠；不僅適用于水溫控制，也可適用于工業(yè)環(huán)境 溫度 的監(jiān)測(cè)和控制。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。利用顯示電路、鍵盤電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度過(guò)程控制的部件完成類似 溫度 控制的實(shí)驗(yàn)。恒溫值在 0℃～ 50℃范圍內(nèi)可調(diào)。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的恒溫值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令信號(hào)， 藍(lán) 色 LED熄滅，加熱電阻停止加熱，制冷采用自然冷卻。 溫度采集的流程圖如圖 所示： 溫度采集流程圖 DS18B20 初始化 跳過(guò) ROM 溫度轉(zhuǎn)換指令 延時(shí)等待 DS18B20 初始化 匹配 ROM 讀出溫度指令 讀出溫度值 22 溫度顯示 數(shù)碼管顯示一般分靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示 [11]兩種方式，本文采用動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)碼管顯示是 單片機(jī)外部指令輸出的重要途徑。 圖 系統(tǒng)仿真 T= 度 26 （ 3） 當(dāng)溫度為 ，溫度高于系統(tǒng)的上限，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。 由于時(shí)間及精力所限， 對(duì) 溫度控制系統(tǒng) 做了整體設(shè)計(jì) ， 具體實(shí)現(xiàn)了其 中的溫度報(bào)警部分設(shè)計(jì)，即溫度控制系統(tǒng)的采集、顯示及報(bào)警模塊 。在此衷心的向車?yán)蠋煴磉_(dá)我的感激之心。 fff: MOV SP,0E0H MOV R0,T10 MOV A,00H MOV R5,15 T00: MOV R0,A INC R0 DJNZ R5,T00 ACALL KIN MOD: ACALL TIN ACALL DISP1 ACALL CONT AJMP MOD 。 KEY: MOV A,P3 CPL A ANL A,0F0H RET 。 TIN: 。溫度檢測(cè) 。 置標(biāo)志位 ,表示 DS1820 存在 LJMP TSR5 TSR4: CLR FLAG1 。 若 DS18B20 存在 ,轉(zhuǎn) RE_CONFIG1 RET RE_CONFIG1: MOV A,0CCH 。 TL(報(bào)警下限 )中寫入 00H LCALL WRITE_1820 MOV A,1FH 。 若 DS18B20 不存在則返回 TSS2: MOV A,0CCH 。 發(fā)出讀溫度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 MOV TEMPER_NUM,A 。 寫 DS18B20 的程序 WRITE_1820: MOV R2,8 CLR C WR1: CLR MOV R3,6 DJNZ R3,$ RRC A MOV ,C MOV R3,23 DJNZ R3,$ SETB NOP DJNZ R2,WR1 SETB RET 。09 RE10: DJNZ R3,RE10 MOV C, MOV R3,23 RE20: DJNZ R3,RE20 RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET 。 保存變換后的溫度數(shù)據(jù) LCALL BIN_BCD RET 。 HTB: MOV A,BT0 MOV B,10 DIV AB MOV T,B MOV T10,A RET 37 。 。 acall d1ms 。改變 r0的數(shù)值將改變聲音頻率 djnz r1,$ djnz r0,dloop ret