【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2 1 GND 地 1 2 I|O 數(shù)據(jù)輸入端 8 3 VCC 電源 3 4 5 6 7 NC 空腳 表 DS18B20 管腳排列 圖 DS18B20溫度值表示方法 D9為符號(hào)位， 0表示正， 1表示負(fù)，高字節(jié)的其他位（ D10～ D15）是以符號(hào)位的擴(kuò)展位表示的； D0～ D8為數(shù)據(jù)位，以二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。溫度是以 1/2℃ LSB 形式表示的。表 為數(shù)值和溫度的關(guān)系。 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 溫度 數(shù)據(jù)（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)（十 六進(jìn)制） +125 0000 0000 1111 1010 00FAH +25 0000 0000 0011 0010 0032H + 0000 0000 0000 0001 0001H 0 0000 0000 0000 0000 0000H + 1111 1111 1111 1111 FFFFH 25 1111 1111 1100 1110 FFCEH 55 1111 1111 1001 0010 FF92H 表 DS18B20 數(shù)值和溫度的關(guān)系 因房間環(huán)境溫度不能出現(xiàn) 負(fù)溫情況，因此本系統(tǒng)不考慮負(fù)溫情況，這樣，在硬件選取上可以考慮選用商業(yè)級(jí)器件，不必要選用工業(yè)級(jí)器件，可以大幅度降低成本。因此單片機(jī)讀取溫度信息后，只需將低字節(jié)（ D0～ D8）送入上位機(jī)和控制電路即可。 LED 顯示接口電設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)選用的是四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示房間溫度，顯示精度 。具體電路圖如圖 ： R9R 1 0R 1 1R 1 2V C CQ1P N PQ2P N PQ3P N PQ4P N PA1 A2 A3 A41234567abcdefg8dpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpSEG19SEG210SEG311SEG412DSD1D2D3D4D5D6D7D8 圖 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè) AT89C51 單片機(jī) 單片機(jī)選用 ATMEL 公司的可在線編程的 AT89C51，用于溫度采集及數(shù)據(jù)通訊。AT89C51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89C51具有如下特點(diǎn)： 40個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 AT89C51 有 3 個(gè)并行 I/O 端口， P0:～ 、 ～ 、 ～ 。 P0 端口在沒(méi)有片內(nèi)存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為普通 I/O 口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)作為地址線 /數(shù)據(jù)線使用。 P1 端口可以作為普通 I/O 口使用，同時(shí) 、 、 ～ 還具備特殊功能，如表 所示。 P2 端口在沒(méi)有片外存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為普通 I/O 口使用，外接存儲(chǔ)器時(shí)作為高 8 位地址使用。 引腳 特殊功能 T2: 定時(shí)器 |計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)器輸入 T2EX: 定時(shí)器 |計(jì)數(shù)器 2 的捕捉 |重載觸發(fā)及方向控制 MOSI: 用于在線編程（ ISP） MOSI: 用于在線編程（ ISP） SCK: 用于在線編程（ ISP） 表 AT89C51 P1 端口的特殊功能 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 11 頁(yè) 共 36 頁(yè) 引腳 特殊功能 RXD (串行口輸 入 ) TXD (串行口輸入 ) INT0 (外部中斷輸入 0) INT1 (外部中斷輸入 1) T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)控制） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制） 表 AT89C51 P3端口的特殊功能 單片機(jī)在本房間溫度監(jiān)控系統(tǒng)中主要用于通訊及溫度采集。 接 DS18B20。 P0口用于溫度顯示接口的設(shè)計(jì)。單片機(jī)與控制電路共用一個(gè)外部時(shí)鐘，采用片內(nèi)存儲(chǔ)器，設(shè)有上電復(fù)位 功能。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 ： C13 0 p FC23 0 p FY1S4R 2 01KC11 0 u FR 2 11 0 KV C CE A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10P 3 .030U1 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 12 頁(yè) 共 36 頁(yè) LED 數(shù)碼管 1234567abcdefg8 dpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpabfcgdedpSEG19SEG210SEG311SEG412 LED顯示器即為發(fā)光二極管顯示器，具有顯示醒目、成本低、配置靈活、接口方便等特點(diǎn)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用它來(lái)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和采集的信息輸入數(shù)值等。 LED顯示器按其發(fā)光管排布結(jié)構(gòu)的不同，可分為 LED數(shù)碼管顯示其和 LED點(diǎn)陣顯示器。 LED數(shù)碼管主要用來(lái)顯示數(shù)字及少數(shù)字母和符號(hào)， LED點(diǎn)陣顯示器可顯示數(shù)字、字母、漢子和圖形等。 LED點(diǎn)陣顯示器雖然顯示靈活，但其占用的單片機(jī)系統(tǒng)軟件、硬件資源遠(yuǎn)大于 LED數(shù)碼管。因此 除專(zhuān)門(mén)應(yīng)用大屏幕 LED點(diǎn)陣顯示或有特殊顯示要求場(chǎng)合外，幾乎所有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都采用 LED數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)選用的是 LED數(shù)碼管顯示器。 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯方式程序非常簡(jiǎn)單，占用 CPU時(shí)間資源很少，只是在顯示字符改變時(shí)調(diào)用一下顯示程序。但硬件電路繁多，每個(gè)數(shù)碼管需要一個(gè) 8位 I/O口、一個(gè) 8位驅(qū)動(dòng)、 8個(gè)限流電阻。一般用于數(shù)碼管位數(shù)較少的場(chǎng)合。 LED靜態(tài)顯示由于使用的元器件較少，在數(shù)碼管顯示器較多的場(chǎng)合，電路顯得煩瑣，為了簡(jiǎn)化線路，減低成本，本系統(tǒng)選用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示 方式。 動(dòng)態(tài)掃描顯示方式的工作原理是：逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，也就是說(shuō)在任意時(shí)刻只有 1位顯示器在顯示。為了使人看到所有顯示器都在顯示，就得加快循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器的速度（提高掃描頻率），利用人眼的視覺(jué)殘留效應(yīng)，給人感覺(jué)到與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮的效果一樣。動(dòng)態(tài)掃描顯示電路如圖 ： abfcgdedp專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 13 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 溫度控制電路的設(shè)計(jì) R 1 34 . 7 kV C CQ5R 1 54 . 7 KR 1 61kR 1 84 . 7 kQ6R 1 92 2 0RV C CDR E S 1BV C CU?* 圖 通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)控制 雙向可控硅的通斷。當(dāng)脈沖寬度變寬（占空比增大）時(shí)，雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，電阻絲加熱時(shí)間延長(zhǎng)從而使溫度升高。反之脈沖寬度變窄（占空比減?。r(shí)，雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間縮短，電阻絲的加熱時(shí)間縮短使得溫度降低。 以此方法來(lái)控制溫度的恒定不變。 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 14 頁(yè) 共 36 頁(yè) 4 脈寬調(diào)制 脈寬調(diào)制的介紹 PWM就是 脈沖寬度調(diào)制 的英文縮寫(xiě)，方波高電平時(shí)間跟周期的比例叫占空比，例如 1秒高電平 1秒低電平的 PWM波占空比是 50% 脈寬調(diào)制 PWM是開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源中的術(shù)語(yǔ)。這是按穩(wěn)壓的控制方式分類(lèi)的，除了 PWM型，還有 PFM型和 PWM、 PFM混合型。脈寬寬度調(diào)制式（ PWM）開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過(guò)電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一 種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 基本原理 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種 PWM 技術(shù)，其中包括：相電壓控制 PWM、脈寬 PWM 法、隨機(jī) PWM、 SPWM 法、線電壓控制 PWM 等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬 PWM 法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為 PWM 波形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整 PWM 的周期、 PWM 的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。 模擬信號(hào)的值可以連 續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。 9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類(lèi)似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在 {0V, 5V}這一集合中取值。 模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車(chē)收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變?。涣鹘?jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改 變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重 (如老式的家庭立體聲設(shè)備 )和昂貴。模擬電路還有可能?chē)?yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 15 頁(yè) 共 36 頁(yè) 通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外 ，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM 控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。 脈寬調(diào)制信號(hào)的設(shè)計(jì)思想 本課題的脈寬調(diào)制信號(hào)是設(shè)定周期為 1s矩形波。它的產(chǎn)生將定時(shí)計(jì)數(shù)器設(shè)定在 10ms定時(shí)，后通過(guò)寄存器 R3來(lái)控制脈寬調(diào)制信號(hào)的周期，本課題只是達(dá)到一種模擬的效果，在精確上沒(méi) 有過(guò)高的要求，因此將 1s周期分成 100等份，即設(shè)定