【文章內(nèi)容簡介】 操作 。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲器 又稱 RAM， STC12C5A16S2 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存 儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所 以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型 數(shù)據(jù) 。 并具有 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間。 （ 3） 程序存儲器 又稱 ROM， S51 共有 4KB 的 掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。并具有 64KB 外部程序存儲器尋址空間。 （ 4） 定時 /計數(shù)器 ， S51 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器， 稱為定時器 0（ T0）和定時器1（ T1）。 T0 有專用寄存器 TH0 和 TL0 組成， T10 有專用寄存器 TH1 和 TL1 組成 。 并且可編程定時 /計數(shù)器的工作方式、定時時間、計數(shù)值、啟動、中斷請求等都可以由程序設(shè)定。 （ 5） 中斷系統(tǒng) ， S51 的 中斷功能 較強 ， 可滿足控制應(yīng)用的需要。共有 5 個中斷源，即 兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，并具有 兩個 優(yōu)先級別 的 選擇。 時鐘電路 ， STC12C5A16S2 內(nèi) 部有時鐘 電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。 用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序， 系統(tǒng)允許的晶振頻率一般位 6MHz 和 12MHz，在應(yīng)用精度要求較高的場合一般選用 ，可以使定時器 /計數(shù)器更精確。 4 路 PWM 8 路高速 10 位 A、 D 轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。 外部介紹： STC12C5A16S2 單片機引腳如下圖： 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁，共 33 頁 STC12C5A16S2 單片機 引腳介紹： — (39— 32)： P0 口是一個漏極開路型準雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在 EPROM編程時，它接收指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。 — (18)： P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和程序驗證時，它接收低 8 位地址。 — (2128)： P2 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，它送出高 8 位地址。在對 EFROM 編程和程序驗證期間，它接收高 8 位地址。 — (1017)： P3 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P1 口設(shè)定 , , , , , , , , P1M0[7:0] P1M1[7:0] I/O 口模式（ 如做 A/D 使用。需先將其設(shè)置成開漏或高阻輸入） 0 0 準雙向口（傳統(tǒng) 8051 I/O 口模式），灌電流可達 20MA，拉 電源為 230 微安，由于制造誤差，實際為 250— 150微安 0 1 推挽輸出 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁，共 33 頁 1 0 僅為輸入（高阻），如果該 I/O 口需作 A/D 使用，可選此模式 1 1 開漏，如果該 I/O 口需作 A/D 使用，可選此模式 STC12C5A16S2 單片機主要性能 ● 高速： 1 個時鐘 / 機器周期，增強型 8051 內(nèi)核，速度比普通 8051 快 8～ 12 倍 ● 寬電壓： ～ ， ～ （ STC12LE5410AD 系列） ● 低功耗設(shè)計：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒） ● 工作頻率： 0～ 35MHz，相當于普 通 8051： 0～ 420MHz 實際可到 48MHz，相當于 8051： 0～576MHz ● 時鐘：外部晶體或內(nèi)部 RC 振蕩器可選，在 ISP 下載編程用戶程序時設(shè)置 ● 1 6K 字節(jié)片內(nèi) Flash 程序存儲器，擦寫次數(shù) 10 萬次以上 ● 512 字節(jié)片內(nèi) RAM 數(shù)據(jù)存儲器 ● 芯片內(nèi) EEPROM 功能 ● ISP / IAP ，在系統(tǒng)可編程 / 在應(yīng)用可編程 ,無需編程器 / 仿真器 ● 10 位 ADC， 8 通道 , STC12C5A16S2 系列為 8 位 ADC。 4 路 PWM 還可當 4 路 D/A 使用 ● 2 個硬件 16 位定時器，兼容普通 8051 的定時器。 4 路 PCA 還可再實現(xiàn) 4 個定時器 ● 硬件看門狗（ WDT） ● 高速 SPI 通信端口 ● 全雙工異步串行口 (UART),兼容普通 8051 的串口 ● 先進的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通 8051 指令集 4 組 8 個 8 位通用工作寄存器（共 32 個通用寄存器） 有硬件乘法 / 除法指令 ● 通用 I/O 口（ 27/23/15 個），復(fù)位后為： 準雙向口 / 弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口） 可設(shè)置成四種模式：準雙向口 / 弱上拉，推挽 / 強上拉，僅為輸入 / 高阻，開漏每個 I/O 口驅(qū)動 能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不得超過 55mA。 2：溫度傳感器 美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS1820 是世界上第一片支持 一線總線 接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ ONB0ARD）專利技術(shù)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念?，F(xiàn)在，新一代的 DS18B20 體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點。目前 DS18B20 批量采購價格僅 10 元左右。 在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達到較高的測量精度。另 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁，共 33 頁 外一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。 DS18B20 產(chǎn)品的特 點 （ 1） .只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 （ 2） .在 DS18B20 中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 （ 3） .實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 （ 4） .測量溫度范圍在－ 55。 C 到＋ 125。 C 之間。 （ 5） .數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 （ 6） .內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 DS18B20 引腳圖及引腳功能介紹 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見 下 圖，其引腳功能描述見 下 表。 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。 3 VDD 可選擇的 vdd 引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DS18B20 的使用方法 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁，共 33 頁 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89S51 單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有 著嚴格的時序要求。DS18B20 有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁，共 33 頁 DS18B20 的讀時序 對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程。 對于 DS18B20 的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在 15 秒之內(nèi)就得釋放 單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成。 DS18B20 的寫時序 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程。 對于 DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的“ 0”電平，當要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線。 3：顯示電路 顯示電路采 用 3 位共陽 LED 數(shù)碼管做為溫度值顯示。用三個 8550PNP 三極做為每一位 LED管的驅(qū)動電路，這樣使得數(shù)碼管電流量更大，亮度更亮。一位共陽極數(shù)碼管 顯示℃攝氏度符號，使得整個顯示電路更加人性化（實際效果如下圖）。 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁，共 33 頁 4：報警電路 采用有源蜂鳴器做為報警器，用一個 PNP 三極管 8550 做為驅(qū)動。蜂鳴器可以在被測溫度超過上限溫度或者低于下限溫度時，發(fā)出報警鳴叫聲音。 5：按鍵電路 三個輕觸開關(guān)組成按鍵電路，因為都是獨立的按鍵所以采 用直接接地的方法，這樣電路比較簡單，達到了效果。三個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度的上下限報警溫度，當按下設(shè)置鍵一次，數(shù)碼管顯示 HXX℃且 LED 數(shù)碼管閃爍，這時可以調(diào)整報警上限溫度值。按下設(shè)置鍵第二次， L XX℃且數(shù)碼管閃爍，這時可以調(diào)整報警下限溫度值。通過“加鍵”可以對設(shè)置數(shù)值加。通過“減鍵”可以對設(shè)置數(shù)值減。每按一次減 1。最高可加到 100，最低可減到 0。 1 LS1 SPEAKER +5V Q4 8550 R16 10K 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁，共 33 頁 6：繼電器輸出電路 如下圖所示： 7：系統(tǒng)整體硬件電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機主板電路等， 如下圖所示（圖見下頁）。 圖中沒有采用按鍵做為復(fù)位電路，直接采用電容充電的方式做為復(fù)位，在每上電時單片機復(fù)位一次這樣就可以達到重啟單片機的效果。 +5V R15 10K Q6 8550 JDQ2 V2 1N4148 1 2 3 J3 CON3 +5V R14 10K Q5 8550 JDQ1 V1 1N4148 1 2 3 J2 CON3 188。245。 188。211。 201。232。214。195。 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁，共 33 頁 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁，共 33 頁 第四章：系統(tǒng)軟件設(shè)計 在系統(tǒng)軟件設(shè)計上我們采用簡單易懂的 c 語言實現(xiàn)，同時把整個系統(tǒng)程序分為幾大快來實現(xiàn)，主要包括主程序，讀出 溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。 1：主程序 主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20 的測量的當前溫度值，溫度測量每 1s 進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流程見圖 2 所示。 圖 2 主程序流程圖 圖 3 讀溫度流程圖 初始化 調(diào)用顯示子程序 1S 到？ 初次上電 讀出溫度值溫度計算處理顯示數(shù)據(jù)刷新 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 N Y N Y Y 發(fā) DS18B20 復(fù)位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作， CRC 校驗 9 字節(jié)完？ CRC 校驗正？ 確？ 移入溫度暫存器 結(jié)束 N N Y 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁，共 33 頁 發(fā) DS18B20復(fù)位命令 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束 2：讀出溫度子程序 讀出溫度子程序的主要功能是讀出 RAM 中的 9 字節(jié)，在讀 出時需進行 CRC 校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖 2 示。 3：溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用 12 位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用 1s 顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖下圖所示： 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 4：計算溫度子程序 計算溫度子程序?qū)?RAM 中讀取值進行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖 4 所示： 基于單片機的溫度 上下限 控制 報警 器 畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁，共 33 頁 圖 4 計 算溫度流程圖 圖 5 顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖 5：顯示溫度刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高顯示位為0 時將符號顯示位移入下一位。程序流程圖如圖 5。 第五章：系統(tǒng)測試 與總結(jié) 1：系統(tǒng)測試 當溫度傳感器 DS18B20 采集到環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度，表示高溫的 LED 閃爍并且蜂鳴器報警，當溫度傳感器 DS18B20 采集到環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度，表示低溫的 LED 閃爍并且蜂鳴器報警。 按功能鍵，按