【正文】 64位ROM和單線接口V D DD QC內(nèi) 部 電 源 V D D電 源 檢 測存 儲(chǔ) 與 控 制 邏 輯高速緩存器溫 度 傳 感 器高 溫 觸 發(fā) 器 T H低 溫 觸 發(fā) 器 T L配 置 寄 存 器8 位 C R C 發(fā) 生 器 圖 36 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 下面對 DS18B20 的相關(guān)部分進(jìn)行簡單的描述。 3) 采用 8 引腳 SOIC 的封裝形式。 實(shí)際操作中，復(fù)位也有兩種形式：一種是上電復(fù)位，一種是上電復(fù)位與按鍵復(fù)位都有效。典型值微 CYS的震蕩頻率要小于 12MHZ，典型值 6MHZ、 12MHZ或者 。 看門狗定時(shí)器（ WDT）： WDT是為了解決 CPU程序運(yùn)行時(shí)可能進(jìn)入混亂或死循環(huán)而設(shè)置，它由一個(gè) 14bit計(jì)數(shù)器和看狗復(fù)位 SFR（ WDTRST）構(gòu)成。圖 42為 AUXR輔助寄存器。 ： T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入。 P2除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個(gè)時(shí)候 P2 便不能當(dāng)做 I/O來使用了。此外在燒錄 8751 程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 RESET： AT89S51 的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對晶片重置時(shí)，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間， AT89S51 便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。事實(shí)上單片機(jī) 是世界上數(shù)量最多的 計(jì) 算機(jī) ?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。避免了使用人員直接接觸強(qiáng)點(diǎn)系統(tǒng)導(dǎo)致的危險(xiǎn)性。為了仿真，負(fù)載和加熱模塊接一個(gè) 12V的燈泡，通過燈泡的亮滅來觀察控制效果，直觀又節(jié)約資源。 方案一： 測溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，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，這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩，放棄此方案。 LCD1602 顯示采集到的當(dāng)前溫度。 電路各部分的主要功能、構(gòu)成和技術(shù)方案 電路主要功能組成 電路功能如圖 21 所示： 圖 21 電路主要功能組成圖 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 溫度采集功能 ：由溫度傳感器檢測當(dāng)前環(huán)境溫度，并將溫度傳給單片機(jī) AT89S51。最后第五章在仿真軟件 Proteus 和 Keil 的聯(lián)合調(diào)試下仿真整個(gè)電路。隨著生產(chǎn)的發(fā)展 ,新型溫度傳感器還會(huì)不斷出現(xiàn) ,目前 ,國內(nèi)外通用的溫度傳感器及測溫儀大致有以下幾種 : 熱膨脹式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、 熱電偶、輻射式測溫儀表、石英溫度傳感器測溫儀。未來主要的研究方向?qū)⑹侨绾螖U(kuò)大它的溫度適用范圍 ,以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面 [2]。另一部分是電子裝置，它主要完成對信號的接收、處理、對測點(diǎn)進(jìn)行控制、溫度顯示等功能。為了避免這些缺點(diǎn)，需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)字溫度測量及控制設(shè)備。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行；煉油過程中，原油必須在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行分餾才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品。同時(shí)為保證負(fù)載的正常工作，在報(bào)警電路之外又加入控制模塊，可以通過單片機(jī)的控制加熱和降溫模塊，使環(huán)境溫度在盡可能的情況下達(dá)到負(fù)載要求，實(shí)現(xiàn)電路的智能性。本設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容如下： 一、 分析本文的研究意義、以及當(dāng)前國內(nèi)外對本文及其相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，然后提出本設(shè)計(jì)的總體框架和設(shè)計(jì)方案。而溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，人民的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān)，隨著人們生活水平的不斷提高，對生活質(zhì)量的要求不斷提升，自然會(huì)更加關(guān)注跟人身體健康密切聯(lián)系的溫度；同時(shí)在工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要實(shí)時(shí)測量溫度，尤其是在高危生產(chǎn)行業(yè)依靠人工檢測既浪費(fèi)時(shí)間，物力，人力，又有一定的危險(xiǎn)性，且測量的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確。 章節(jié)安排 ： 本文的章節(jié)安排是按本文的研究內(nèi)容展開講述的，其中，第一章提出本文研究意義、以及當(dāng)前國內(nèi)外其相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀；然后第二章對 溫度測控及報(bào)警電路的 總體 設(shè)計(jì) 進(jìn)行分析，提 出總體框架和設(shè)計(jì)方案，并對系統(tǒng)各核心單元進(jìn)行深入設(shè)計(jì)研究；第三章對溫控的硬件設(shè)計(jì)各個(gè)單元進(jìn)行詳細(xì)的論述，并給出設(shè)計(jì)電路圖。s life and the environment temperature are closely related, as people living standard rise ceaselessly, the requirements of quality of life constantl y improve, nature would pay more attention to people healthy close ties to the temperature?？梢?，溫度的測量和控制是非常重要的。 近年來，單片機(jī)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的階段。對于測點(diǎn)較多，并具有報(bào)警、巡測、控制等多功能測溫裝置，一般采用單片機(jī)電路。 (1)晶體管溫度檢測元件 (2)集成電路溫度檢測元件 (3)核磁共振溫度檢測器 (4)熱噪聲溫度檢測器 (5)石英晶體溫度檢測器 (6)光纖溫度檢測器 (7)激光溫度檢測器 。在了解和 研究 溫度智能控制的原理后，能夠得到溫度檢測及控制報(bào)警電路 相應(yīng)模塊的實(shí)現(xiàn)思路， 設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電路圖并能夠?qū)㈦娐穲D仿真，仿真成功后將硬件焊接并測試。適合在一定溫度條件的環(huán)境下，電路中用到了繼電器，通過單片機(jī)的弱點(diǎn)系統(tǒng)來控制與繼電器項(xiàng)鏈的強(qiáng)電系統(tǒng)，從而保證強(qiáng)點(diǎn)系統(tǒng)控制的安全性。 溫度控制功能：由兩部分組成，分別是加熱和降溫裝置，實(shí)現(xiàn)智能全自動(dòng)操作。 (2) 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。經(jīng)過反復(fù)考慮，系統(tǒng)成功較高，時(shí)間反應(yīng)速度緩慢，數(shù)碼管和驅(qū)動(dòng)部分占用硬件資源大，能量消耗大，不夠理想，放棄此方案。目的是使負(fù)載能夠工作，通過單片機(jī)只能控制而改變溫度，使環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定范圍。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用 處理器 發(fā)展而來。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。 AT89S51 芯片介紹 AT89S51 為 ATMEL 所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的 8051 相容單芯片，其內(nèi)部程序代碼容量為 4KB。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。 PORT0（ ～ ）：端口 0 是一個(gè) 8 位寬的開路汲極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8個(gè)位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。 PORT3（ ～ ）：端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4個(gè) TTL 負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋? ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號。 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 33 雙時(shí)鐘指針寄存器 電源空閑標(biāo)志：電源空閑標(biāo)志（ POF）在特殊功能寄存儲(chǔ)器 SFR中 PCON的第 4位（ ） ,電源打開時(shí) POF置“ 1” ,它可由軟件設(shè)置睡眠狀態(tài)并不為復(fù)位所影響。這些指令在微操作的時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，稱為時(shí)序 。我們這兒選擇的是 12MHZ 的晶振。我們選取的元器件參數(shù)為：晶振： 12MHZ；電容： 30uf；電阻：與按鍵相連的是 1K，另外一個(gè) 10K。 GND： 接 地。 8 位 循 環(huán) 冗 余 檢 驗(yàn) 4 8 位 序 列 號 8 位 分 類 編 號 （ 1 0 H ）M S B M S B M S B L S BL S B L S B 圖 37 64位 ROM的結(jié)構(gòu) 8位分類編號表示產(chǎn)品分類編號， DS18B20的分類號為 10H。 （ 3）高速緩存區(qū)。 DS18B20 工作時(shí)按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值，它是高速緩存器的第五個(gè)字節(jié)，該字節(jié)定義如下： T M R 0 R 1 1 111 1 TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的欲置值。 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 復(fù)位要求主 CPU 將數(shù)據(jù)線下拉 500 微秒，然后 釋放，當(dāng) DS18B20 收到信號后等待 16～60微秒左右，后發(fā)出 60～ 240 微秒的存在低脈沖，主 CPU 收到此信號表示復(fù)位成功。 復(fù)制暫存器 48H 將 RAM中第 3 、 4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM中。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。 2） 所有電壓參考點(diǎn)都是接地點(diǎn)。 125℃時(shí)典型待機(jī)電流為 5μ A。一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物如圖 310： 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 310 LCD1602實(shí)物圖 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖 311 所示： 圖 311 LCD1602尺寸圖 LCD1602 的引腳功能介紹 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù) ： 顯示容量 :16 2個(gè)字符 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 : (W H)mm 引腳功能說明 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14腳（無背光）或 16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 35所示 : 表 35：引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 LCD1602 與單片機(jī)連接圖 圖 312 LCD1602與單片機(jī)連接圖 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 溫度報(bào)警模塊 報(bào)警電路原理 當(dāng)環(huán)境溫度不在設(shè)置溫度范圍內(nèi)，需要發(fā)出警報(bào)，報(bào)警電路由 PNP 三極管和揚(yáng)聲器組成。 本設(shè)計(jì)中主要將溫度控制在系統(tǒng)設(shè)定的 0℃ 50℃ 。在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較高電壓的 感應(yīng)電動(dòng)勢，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢則可以通過二極管釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動(dòng)勢對其他電路的干擾，這就是二極管的保護(hù)作用。具體應(yīng)用比如我是學(xué)硬件的，單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)都可以用 C來開發(fā)。 ? 程序可讀性和可維護(hù)性強(qiáng)。 簡單來說， C 語言對匯編語言進(jìn)行了抽象，具有如下優(yōu)點(diǎn)： ? 更符合人類思維習(xí)慣，開發(fā)效率高、時(shí)間短。匯編語言，一條指令就對應(yīng)一個(gè)機(jī)器碼，每一步執(zhí)行什幺動(dòng)作都很清楚，并且程序大小和堆棧調(diào)用情況都容易控制，調(diào)試起來也比較方便。溫度控制模塊的電路圖如圖 313 圖 313 溫度控制電路連接圖 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 負(fù)載模塊 負(fù)載模塊的原理 電路的負(fù)載也是通過繼電器用單片機(jī)的弱電控制強(qiáng)電。 電磁式繼電器一般由控制線圈、鐵芯、銜鐵、觸電簧片等組成，控制 線圈和節(jié)點(diǎn)組之成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 間是相互絕緣的，因此，能夠?yàn)榭刂齐娐菲鸬搅己玫碾姎飧綦x作用。 DS18B20 與單片機(jī)的連線圖如圖 39。 6） 動(dòng)態(tài)電流涉及溫度轉(zhuǎn)換和寫 E2 存儲(chǔ)器。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS18B20 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予 一定的重視。 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 （ 2）在 DS18B20 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。 告警搜索 0ECH 執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。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)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1和溫度寄存器中 ,減法計(jì)數(shù)器 1 和55 . 減法計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù) ,當(dāng)減法計(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。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的欲置值。第六、七、八個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。通過軟件編程可將 55～ +125℃范圍內(nèi)的溫度值按