【正文】 溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器 分離顯示溫度 標(biāo)志位為 1？ 最高位顯示“ _” 結(jié)束 最高溫顯示分離出的數(shù)據(jù) N Y 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 圖 46 報(bào)警流程圖 按鍵掃描處理子程序 按鍵采用掃描查詢方式，設(shè)置標(biāo)志位，當(dāng)標(biāo)志位為 1 時(shí)，顯示設(shè)置溫度，否則顯示當(dāng)前溫度。 STC89C52 與 AT89C52 都屬于 51 系列的單片機(jī)，他們是兼容的，所以 Protues 中沒(méi)有 STC89C52 芯片，就由 AT89C52 替芯片 代替 。 圖 44 計(jì)算溫度子程序流程圖 開(kāi)始 溫度零下？ 溫度值去補(bǔ)碼置“ 1”標(biāo)志 置“ 0”標(biāo)志位 計(jì)算小數(shù)位溫度 BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度 BCD值 結(jié)束 N Y 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 結(jié)束 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)分離后的溫度顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)標(biāo)志位位為 1時(shí)將符號(hào)顯示位移入第一位。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。 溫度報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)采軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電。這些命令與各個(gè)從機(jī)設(shè)備的唯一 64 位 ROM 代碼相關(guān)。 一旦主機(jī)檢測(cè)到 DS18B20 的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)器件 ROM 操作命令。 DS18B20 通過(guò)使用時(shí)間片來(lái)讀出和寫入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。 由于 DS18B20 只有 一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而AT89S51 有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。工作于寄生電源方式時(shí) , VDD 和 GND 均接地 , 他在需要遠(yuǎn)程溫度探測(cè)和空間受限的場(chǎng)合特別有用 , 原理是當(dāng) 1 W ire 總線的信號(hào)線 DQ 為高電平時(shí) , 竊取信號(hào)能量給 DS18B20 供電 , 同時(shí)一部分能量給內(nèi)部電容充電 , 當(dāng) DQ 為低電平時(shí)釋放能量為 DS18B20 供電。 2. 較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由 于 DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì) DS1820進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。 DS18B20 的讀操作： 1. 將數(shù)據(jù)線拉高 “1”。 “1”后結(jié)束。前 5 個(gè)數(shù)字為符號(hào)位，當(dāng)前 5 位為 1 時(shí)，讀取的溫度為負(fù)數(shù)；當(dāng)前 5 位為 0 時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)。主要包括：寄生電源，溫度傳感器， 64位 ROM 和單總線接口，存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 RAM，用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定溫度上下限值的 TH 和TL 觸發(fā)器，存儲(chǔ)與控制邏輯， 8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器等 7部分。 8. DS18B20的分辯率由用戶通過(guò) EEPROM 設(shè)置為 9~12位。 DS18B20 功能特點(diǎn)： 1. DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存 RAM 和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH1. 采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可以掛接多個(gè) DS18B20。 ： (T1)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 的外部計(jì)數(shù)輸入。在訪問(wèn)片外 EPROM/RAM 時(shí)，它輸出高 8 位地址。作輸入口使用時(shí)要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。 EA/Vpp(31 腳 )：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 此引腳的第二功能 PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KB EPROM 的 8751 編程寫入 (固化程序 )時(shí)，作為編程脈沖輸入端。 RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 AT89C51 單片機(jī)管腳圖 圖 32 AT89C51 單片機(jī)管腳圖 部分引腳說(shuō)明： 1. 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在 8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。 5. 兩個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器； 1 個(gè)全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)（ 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)）。 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 AT89C51 單片機(jī)的介紹 AT89C51 單片機(jī)最初是由 Intel 公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，但后來(lái) Intel 公司把 51 核的設(shè)計(jì)方案賣給了幾家大的電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，譬如 SST、 Philip、 Atmel 等大公司。加入文件后點(diǎn) close 返回主界面，展開(kāi) “Source Group1”前面 +號(hào)，就會(huì)看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開(kāi)該源程序文件。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 Proteus 簡(jiǎn)單應(yīng)用 圖 21 proteus 界面圖 1. 繪制原理圖：繪制原理圖要在原理圖編輯窗口中的藍(lán)色方框內(nèi)完成。 3. 獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（ VSM） 支持主流的 CPU 類型 ： 如 ARM 8051/5 AVR、 PIC10/1 PIC1 PIC1 PIC2dsPIC3 HC1 BasicStamp、 808 MSP430等， CPU 類型隨著版本升級(jí)還在繼續(xù)增加，如即將支持 CORTEX、 DSP 處理器。 智能化的連線功能：自動(dòng)連線功能使連接導(dǎo)線簡(jiǎn)單快捷，大大縮短繪圖時(shí)間。 3. 提供軟件調(diào)試功能，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil 等軟件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 2. 顯示電路 顯示電路采用 LED 液晶顯示數(shù)碼管，從 P3 口 RXD,TXD 串口輸出段碼。 該系統(tǒng)利用 AT89C51 芯片控制溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度。系統(tǒng)框圖如圖 12 所示：趙賜明：基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 圖 12熱電偶溫差電路測(cè)溫系統(tǒng)框圖 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)方案論證與比較 該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，實(shí)現(xiàn)的方法有很多種，下面將列出兩種在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到 的實(shí)現(xiàn)方案。 設(shè)計(jì)內(nèi)容及性能指標(biāo) 在了解和熟悉 51 單片系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，掌握 A/D 轉(zhuǎn)換的基本原理及編程方法；掌握利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的基本原理及方法；設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)（利用 MCS51 單片機(jī)、溫度傳感器 AD590， A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，能顯示環(huán)境溫度；設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器（利用 DS18B20 設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制器，可以顯示環(huán)境溫度，控制升降溫，超溫報(bào)警）。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux操作系統(tǒng)。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。DS18B20 。我們用一種相對(duì)比較簡(jiǎn)單的方式來(lái)測(cè)量。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，這些方法相對(duì)比較復(fù)雜，需要比較多的外部硬件支持。 關(guān)鍵詞：溫度測(cè)量 。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。該設(shè)計(jì)控制器使 用 ATMEL 公司的 AT89S51 單片機(jī)，測(cè)溫傳感器使用 DALLAS 公司 DS18B20，用液晶來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 。故現(xiàn)場(chǎng)輸入硬件有手動(dòng)復(fù)位鍵、 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，處理芯片為 51 芯片，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有 4 位數(shù)碼管、報(bào)警器等。既可以單獨(dú)對(duì)多個(gè) DS18B20 控制工作，還可以與 PC 機(jī)通信上傳數(shù)據(jù)，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。 1. 主控制器 單片機(jī) AT89C51 具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池 供電。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等，調(diào)試非常方便。 智能的器件搜索：通過(guò)模糊搜索可以快速定位所需要的器件。 生動(dòng)的仿真顯示 ： 用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng)高級(jí)圖形仿真功能（ ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項(xiàng)指標(biāo)，包括工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等。 多種輸出格式的支持 ： 可以輸出多種格式文件，包括 Gerber 文件的導(dǎo)入或?qū)С?，便利與其它 PCB 設(shè)計(jì)工具的互轉(zhuǎn)（如 protel）和 PCB 板的設(shè)計(jì)和加工。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高 ，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。這時(shí)工程管理窗口的文件頁(yè) (Files)會(huì)出現(xiàn) “Target1”，將其前面 +號(hào)展開(kāi)，接著選擇 Source Group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單，選擇 “Add File to Group ?Source Group1?”，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求尋找并加入源文件 (在加入一個(gè)源文件后，該對(duì)話框不會(huì)消失，而是等待繼續(xù)加入其它文件 )。在模擬調(diào)試程序后，還須通過(guò)編程器將 .hex 目標(biāo)文件燒寫 入單片機(jī)中才能觀察目標(biāo)樣機(jī)真實(shí)的運(yùn)行狀況。 時(shí)鐘電路 CPU ROM/EPROM/FLASH4KB 總線控制 串行口全雙工 1個(gè) 定時(shí)個(gè) /計(jì)數(shù)器 2 中斷系統(tǒng) 5個(gè)中斷源 2個(gè)優(yōu)先級(jí) 4 個(gè)并行口 RAM128BSFR21 個(gè) RST EA ALE PSES P0 P1 P2 P3 VSS 0 XTAL2 XTAL1 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 2. 存儲(chǔ)器系統(tǒng) 4K 字節(jié)的程序存儲(chǔ)器（ ROM/EPROM/Flash，可外擴(kuò)至 64KB）； 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM，可再外擴(kuò) 64 3. I/O 口和其他功能單元 4 個(gè)并行 I/O 口； KB）； 特殊功能寄存器 SFR。 4. 四個(gè) 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá) 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。當(dāng)主電源 Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將＋ 5V 電源自動(dòng)兩個(gè)機(jī)器周期 (24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期 )的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負(fù)載。如有則說(shuō)明基本上工作正常。當(dāng) P0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器 (地址 80H)寫入全 1,此時(shí) P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。 P口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 ： (T0)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 的外部計(jì)數(shù)輸入。計(jì)數(shù)器 1 對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 重 新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè) 溫度。 7. 報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址哪個(gè)器件的溫度超出預(yù)定值。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 及功能： DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33所示。 溫度的讀取： DS18B20 在出廠時(shí)以配置為 12 位，讀取溫度時(shí)共讀取 16 位，所以把后 11 位的 2 進(jìn)64位 R O M和單線接口 存儲(chǔ)器與控制邏輯 高 速 緩 存 溫度傳感器