【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 TL 值傳給單片機(jī)等。 圖 23 溫度采集框圖 . 數(shù)字顯示功能 在本系統(tǒng)中，顯示功能是依靠 LED 數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖 24 ： AT89S52 DS18B20 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 圖 24 數(shù)字顯示框圖 在本系統(tǒng)中，數(shù)碼管將顯示數(shù)字字符 0~9 和小數(shù)點(diǎn)以及字母字符“ L”“ H”“ — ”“ F”。單片機(jī)的 P0 口為數(shù)碼管提供顯示字符的數(shù)據(jù)信息，而 P2口為數(shù)碼管提供片選信號(hào)，獲得低電平的數(shù)碼管將發(fā)光，其余不發(fā)光。 在系統(tǒng)上電后，單片機(jī)將檢測(cè)是否有 DS18B20，如沒(méi)有檢測(cè)到，數(shù)碼管將顯示字符“ F”，在我們看來(lái)，五個(gè)數(shù)碼管都將顯示為“ F”。 在溫度顯示時(shí)，數(shù)碼管的第一位顯示當(dāng)前的溫度是過(guò)高“ H”，偏低“ L”和適合“ 0”，而其余數(shù)碼管顯示溫度值，第四位數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)將一直發(fā)光。 在 TH、 TL 值設(shè)置時(shí)，第一位數(shù)碼管顯示當(dāng)前設(shè)置溫度是 TH 值“ H” ,還是 TL 值“ L” ,最后一、二或者三位是設(shè)置溫度值，其余 位顯示字符“ — ”。 . 語(yǔ)音播放功能 本系統(tǒng)的語(yǔ)音功能是通過(guò)語(yǔ)音芯片 ISD2590 和喇叭實(shí)現(xiàn)的，如圖 25 ： AT89S52 LED 數(shù)碼管 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 7 頁(yè) 圖 25 語(yǔ)音播放框圖 系統(tǒng)中需要播放的語(yǔ)音有：“請(qǐng)檢查傳感器！”、 0~“十”、“百”、“負(fù)”、“點(diǎn)”、“度”、“現(xiàn)在溫度是”、“溫度過(guò)高！”、“溫度偏低！”這些語(yǔ)音都已經(jīng)先錄制到語(yǔ)音芯片中的不同地址。 語(yǔ)音播放時(shí)，單片機(jī)將語(yǔ)音地址數(shù)據(jù)傳給 ISD2590，同時(shí)也傳送了控制播放信號(hào)，而喇叭就播放出語(yǔ)音芯片中的語(yǔ)音。在語(yǔ)音播放時(shí)，單片機(jī)將采取 延時(shí)來(lái)等待下個(gè)語(yǔ)音的到來(lái)。 . 溫度控制系統(tǒng) 系統(tǒng)通過(guò)電磁繼電器控制電熱器加熱與否，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制，如圖 26 ： 圖 26 溫度控制框圖 AT89S52 繼電器 電熱器 AT89S52 ISD2590 喇叭 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 單片機(jī)通過(guò)控制 這位的高低電平，控制繼電器的工作，進(jìn)而控制電熱器，最終實(shí)現(xiàn)水溫的自動(dòng)控制。 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 9 頁(yè) 第 3章 . 硬件電路設(shè)計(jì) 圖 31 系統(tǒng)電源電路 如圖 31，在電源電路中，首先 220V 的交流電經(jīng)過(guò)變壓器 T0 將電壓降低，然后經(jīng)過(guò)四個(gè)二極管組成的 橋式整流電路 D0整流，此時(shí)電流已經(jīng)成為直流。 直流電流通過(guò) C0組成的濾波電路，電壓將趨于穩(wěn)定電壓 12V，這部分是用直流電源實(shí)現(xiàn)。 12V的直流電通過(guò)由三端穩(wěn)壓器 7805 組成的直流穩(wěn)壓電路將電壓穩(wěn)定在 VCC—— 5V。發(fā)光二極管 DS1 在系統(tǒng)上電（ S0 閉合）時(shí)發(fā)光，表示電路已接通。 . 微處理器（ MCU） AT89S52 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 。 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 外部引腳介紹： VCC : 電源 GND: 地 P0 口： P0口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P0端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。 P1 口： P1 口是 一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ) 器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 MOVX @RI）訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用。 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 11 頁(yè) . 單 片機(jī)硬件電路 圖 33 系統(tǒng)單片機(jī)電路 如圖 33，在整個(gè)硬件電路中，有 單片機(jī)最小系統(tǒng)： 1）電源和地的連接； 2）單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體以及 C3 和 C2 就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)； 3） RST 引腳外接 C R R2 和 K0 構(gòu)成了上電與按鍵均有效的復(fù)位電路。4） 引腳連接 VCC 表明使用內(nèi)部 8K 的 FALSH 作為程序存儲(chǔ)器。 與 DS18B20 連接口 —— ： 1）采集的溫度數(shù)據(jù)從 輸入單片機(jī)，然后單片機(jī)進(jìn)行 BCD 處理； 2）設(shè)置、修改的 TH 和 TL值通過(guò) 拷貝到 DS18B20中。 數(shù)碼管顯示利用 P0、 P2 口： 1） P0 口為數(shù)碼管顯示提供段選信號(hào)； 2） P2中的 至 為數(shù)碼管顯示提供位選信號(hào)。 語(yǔ)音芯片連接的 P3 口： 1） ~ 為 ISD2590 放音提供地址數(shù)據(jù)；2） 控制喇叭的停放音。 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 12 頁(yè) . 數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 功能簡(jiǎn)介 (1)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(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器。現(xiàn)在，新一代的“ DS18B20” 體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。本設(shè)計(jì)采用 DS18B20 作為可編程的溫度傳感器。 獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式： DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 2）在使用中不需要任何外圍元件。 （ 3）可用數(shù)據(jù)線(xiàn)供電，電壓范圍： V。 （ 4）測(cè)溫范圍： 55 125 ℃ 。固有測(cè)溫分辨率為 ℃ 。 （ 5）通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 6）用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 （ 7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn) 多點(diǎn)測(cè)溫。 （ 8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 . 管腳及特點(diǎn) DS18B20 可編程溫度傳感器有 3 個(gè)管腳。 GND 為接地線(xiàn) ,DQ 為數(shù)據(jù)輸入輸出接口 ,通過(guò)一個(gè)較弱的上拉電阻與單片機(jī)相連。 VDD為電源接口 ,既可由數(shù)據(jù)線(xiàn)提供電源 ,又可由外部提供電源 ,范圍 ～ V。本系統(tǒng)使用外部電源供電。 主要特點(diǎn)有 : (1) 用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限溫度值。 (2) 不需要外部組件 ,能測(cè)量 55～ + 125 ℃范圍內(nèi)的溫度。 (3) 10℃～ + 85 ℃范圍內(nèi)的 測(cè)溫準(zhǔn)確度為177。 ℃。 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 13 頁(yè) (4) 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式 ,可在至多 750ms 內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12bit 的數(shù)字 ,測(cè)溫分辨率可達(dá) ℃。 (5) 獨(dú)特的單總線(xiàn)接口方式 ,與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。 . 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部功能模塊如圖 34 所示 ,主要由 4 部分組成 :64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 、配置寄存器。 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠(chǎng)前被光刻好的 ,他可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼 ,每個(gè) DS18B20 的 64 位序列號(hào)均不相同。 高低溫報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL , 配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的 E2PROM 組成 ,使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì) TH , TL 或配置寄存器寫(xiě)入或讀出。 圖 34 DS18B20 內(nèi)部功能模塊 . 內(nèi)存結(jié)構(gòu) 如圖 35,DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部高速緩存存儲(chǔ)器，包含了 9個(gè)連續(xù)字節(jié) ,前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息 ,第 1個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低 8位 ,第 2個(gè)字節(jié)是溫度的高 8位。第 3 個(gè)和第 4 個(gè)字節(jié)是 TH ,TL 的拷貝，在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。接著就是配置寄存器。 第 9個(gè)字節(jié) 是冗余檢驗(yàn)字節(jié) ,校驗(yàn)前面所有 8個(gè)字節(jié)的 CRC碼 ,可用來(lái)保證通信正確。其余字節(jié)為保留字節(jié)。 配置寄存器中 R1 ,R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù) : R1R0 =“ 00” , 9 位精度 , 最州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 14 頁(yè) 大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ms 。R1R0 =“ 01” , 10 位精度 , 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ms 。 R1R0 =“ 10” , 11 位精度 , 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 375 ms 。R1R0 =“ 11” ,12 位精度 ,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 750 ms 。 (1) 64 b 閃速 ROM 的結(jié)構(gòu)如下： 開(kāi)始 8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件 的惟一的序號(hào)，共有 48位，最后8位是前 56位的 CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線(xiàn)進(jìn)行通信的原因。 (2) 非易市失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL，可通過(guò)軟件寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下限。 (3) 高速暫存存儲(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 E 2RAM。后者用于存儲(chǔ) TH， TL值。數(shù)據(jù)先寫(xiě)入 RAM，經(jīng)校驗(yàn)后再傳給 E2RAM。而配置寄存器為高速暫存器中的第 5個(gè)字節(jié)，他的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率， DS18B20 工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將 溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如下： 低 5 位一直都是 1， TM 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式。在 DS18B20 出廠(chǎng)時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶(hù)不要去改動(dòng)， R1和 R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即是來(lái)設(shè)置分辨率，如表 1 所示（ DS18B20 出廠(chǎng)時(shí)被設(shè)置為 12 位）。 設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要在分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 高速暫存存儲(chǔ)器除了配置寄存器外，還有其他 8個(gè)字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第 1， 2字節(jié)）、 TH和 TL 值 第 3， 4 字節(jié)、第 6～ 8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯 1；第 9 字節(jié)讀出的是前面所有 8個(gè)字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)保證通信正確。 州大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 15 頁(yè) 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1， 2字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線(xiàn)接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0 062 5 ℃/LSB 形式表示。溫度值格式如下： 對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變換為原碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。表 2是對(duì)應(yīng)的一部 分溫度值。 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 TH， TL作比較，若 TTH 或 T ＜ TL,則將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行告警搜索。 (4) CRC 的產(chǎn)生在 64 b ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）。主機(jī)根據(jù) ROM 的前 56