【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫度傳感器、 AT89C51 單片機(jī)、四位 LED 共陽(yáng)數(shù)碼管、風(fēng)扇。輔助元件包括電阻、電容、晶振、電源、按鍵、開關(guān)等。 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 是由美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的一款低電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)，兼容 MCS51 指令，內(nèi)部含有 256 字節(jié)的 RAM 和 4K 字節(jié)的 ROM。其含有 Flash 存儲(chǔ)單元，功能十分強(qiáng)大，并且中央處理器是 8 位的。 AT89C51 單片機(jī)具有以下標(biāo)準(zhǔn)的功能：一個(gè) 8 位 CPU 頻率范圍是， 4K 字節(jié)的 Flash 閃存， 256 字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM， 4 個(gè) 8位并行的 I/O 口，一個(gè)全雙工的串行口， 2 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)，片內(nèi)自帶振蕩器和時(shí)鐘電路。 AT89C51 單片機(jī)管腳圖如 ： 圖 AT89C51 單片機(jī) 各管腳功能如下 [8]: VCC： 40 引腳接 5V供電電壓。 GND： 20引腳接地。 XTAL1： 19 引腳外接微調(diào)電容和石英晶體 ,為單片機(jī)提供外部時(shí)鐘信號(hào)。 XTAL2： 18 引腳外接微調(diào)電容和石英晶體 ,為單片機(jī)提供外部時(shí)鐘信號(hào)。 P0 口： ~，這組引腳一共有 8 個(gè) ，其中 為最低位， 為最高位。是漏極開路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，有兩種功能。第一 :做通用 I/O 口，無(wú)片外內(nèi)存時(shí)， P0 口可做通用 I/O 接口使用。第二：做地址 /數(shù)據(jù)口，在訪問(wèn)外部?jī)?nèi)存時(shí)，用作地址總線的低 8 位和數(shù)據(jù)總線。 P1 口： ~,其中 為最低位， 為最高位，僅用作 I/O 口。 P2 口： ~，其中 為最低位， 為最高位。 P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，具有兩種功能。第一：做通用 I/O 口，無(wú)片外內(nèi)存時(shí)， P2 口可用作通用 I/O 口。第二：做地址口，在訪問(wèn)外部?jī)?nèi)存時(shí)， 用作地址總線的高 8 位。 P3 口： ~，其中 為最高位， 為最低位。 P3 口是雙功能口。具有兩種功能。第一：用作通用 I/O 口。第二功能： 串行口輸入； 串行口輸出； 外部中斷 0 輸入； 外部中斷 1 輸入； 定時(shí)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入； 定時(shí)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入； 片外 RAM 寫信號(hào)； 片外 RAM 讀信號(hào)。 RST： 9 引腳復(fù)位輸入，高電平有效。 ： 29 引腳外部程序內(nèi)存讀信號(hào)。通常接 EPROM 的 OE 端，當(dāng)訪問(wèn)外部程序內(nèi)存時(shí)，此腳會(huì)定時(shí)輸出脈沖信號(hào)作為讀片外程序內(nèi)存的選通信號(hào)。端在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效，但當(dāng)訪問(wèn)外部 RAM 時(shí)，兩次 負(fù)脈沖不出現(xiàn)。 可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL。 ALE/ ： 30 引腳地址鎖存編程 /允許 線，當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，在 ~ 引腳線上輸出 ALE/ 線上輸出一個(gè)高電位脈沖的同時(shí)還在片外存儲(chǔ)器低 8 位地址，其下降沿的作用是把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。 /VPP： 31 引腳內(nèi)外部程序內(nèi)存選擇輸入端。 =1， CPU訪問(wèn)片外 ROM，并執(zhí)行其指令。當(dāng) PC0FFFH 時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外 ROM。 =0，不論片內(nèi)是否含有內(nèi)存，只執(zhí)行片外 ROM 的 指令。 DS18B20 簡(jiǎn)介 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四個(gè)部分：配置寄存器、非揮發(fā)的報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL、 64 位的只讀程序存儲(chǔ)器 ROM、溫度傳感器?？偣灿腥齻€(gè)管腳，包含 DQ，GND， VDD。其中 DQ 為數(shù)字信號(hào)端， GND 為電源地， VDD 為電源輸入端。 DS18B20 的主要性能特點(diǎn)如下： (1) 僅可用一個(gè)端口便可以通信； (2) 無(wú)須外部器件； (3) DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能； (4) 適應(yīng)電壓范圍廣，電壓范圍為 ~； (5) 待機(jī)功耗為零； (6) 溫度以 9 位或 12 位數(shù)字； (7) 具有報(bào)警命令識(shí)別功能； (8) 具有負(fù)電壓特性，電源接反時(shí)，芯片不會(huì)燒壞； DS18B20 的管腳圖及部分溫度值與 DS18B20 輸出的數(shù)字量對(duì)照表見圖 31所示： 圖 DS18B20 溫度傳感器 表 31 部分溫度值與 DS18B20 輸出的數(shù)字量對(duì)照 溫度值 /℃ 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出（十六進(jìn)制） +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0110 1110 FF5EH 1111 1111 0110 1111 FF6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 四位共陽(yáng)極數(shù)碼管 四位共陽(yáng)極數(shù)碼管，位控制端 (14)給高電平使能相應(yīng)的位，筆段控制端 (AB、DP.)給低電平可點(diǎn)亮。 第四章 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的思路：本次設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)為控制核心，當(dāng)前溫度利用溫度傳感器 DS18B20 采集并送入單片機(jī)處理，單 片機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)溫度與當(dāng)前溫度的比較決定是否開啟風(fēng)扇和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，并通過(guò)四位共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管顯示風(fēng)扇檔位和當(dāng)前環(huán)境溫度。當(dāng)前溫度高于預(yù)設(shè)溫度上限，風(fēng)扇工作在高檔位 2檔；低于預(yù)設(shè)溫度上限高于預(yù)設(shè)溫度下限時(shí)風(fēng)扇工作在低檔位 1 檔；當(dāng)前溫度低于預(yù)設(shè)溫度下限風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng) 0 檔。單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的溫度輸出相應(yīng)占空比的 PWM脈沖，送入 5V的直流電機(jī)，從而產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速。復(fù)位方式是：上電自動(dòng)復(fù)位，沒有復(fù)位按鍵。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖 所示。 電機(jī)調(diào)速 AT 89C51 鍵盤功能輸入 溫度、檔位顯示 數(shù)字溫度傳感器 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 DS18B20 的工作原理及其單片機(jī)的接口電路 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。其管腳排列如圖 32所示， DQ 為數(shù)字信號(hào)端， GND 為電源地， VDD 為電源輸入端。 圖 41 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 32 DS18B20 外形及管腳 因?yàn)?DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線。所以它和單片機(jī)的通信是需要串行通信，由于 AT89C51 有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。通過(guò)單線接口訪問(wèn)DS18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、 ROM 操作命令、存儲(chǔ)器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理必須從序列開始。 單片機(jī)發(fā)送（ Tx） 復(fù)位脈沖（最短為 480μ s 的低電平信號(hào)）。接著單片機(jī)便釋放數(shù)據(jù)線線并進(jìn)入接收方式（ Rx）。經(jīng)過(guò) 的上拉電阻總線被拉至高電平狀態(tài)。在檢測(cè)到 I/O 引腳上的上升沿信號(hào)之后， DS18B20 需要等待 1560μ s,然后接著發(fā)送脈沖信號(hào)（ 60240μ s 的低電平信號(hào)）。并且以存在復(fù)位脈沖表示DS18B20 已經(jīng)準(zhǔn)備好了發(fā)送或接收，然后給出正確的 ROM 命令和存儲(chǔ)操作命令的數(shù)據(jù)。 DS18B20 通過(guò)使用時(shí)間片進(jìn)行寫入和讀出數(shù)據(jù)的操作，時(shí)間片被用來(lái)處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作。它有寫時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種。 寫時(shí)間片：當(dāng)單片機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)間片。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫 1 時(shí)間片和寫 0 時(shí)間片。所有時(shí)間片需要有 60微秒的持續(xù)期，在各個(gè)寫周期之間必須要保持最短為 1 微秒 的恢復(fù)時(shí)間。 讀時(shí)間片：在從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀時(shí)間片。當(dāng)單片機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少 1微秒的時(shí)間；來(lái)自溫度傳感器 DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降沿之后的 15 微秒內(nèi)有效。為了使單片機(jī)讀出從讀時(shí)間片開始算起 15 微秒的狀態(tài)，其必須停止把引腳驅(qū)動(dòng)拉至低電平狀態(tài)。在時(shí)間片結(jié)束之后， I/O 引腳通過(guò)外部的上拉電阻拉回至高電平狀態(tài)，所有讀時(shí)間片的最短保持時(shí)間為 60 微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少要有 1μ s的恢復(fù)時(shí)間。 一旦主機(jī)檢測(cè)到 DS18B20 的存在，它便 會(huì)發(fā)送一個(gè)器件 ROM操作命令。所有的 ROM 操作命令均為 8 位長(zhǎng)。 圖 33 DS18B20 與單片機(jī)接口電路 風(fēng)扇 PWM 調(diào)速原理及其單片機(jī)接口電路 我們采用的是 PWM 來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，優(yōu)點(diǎn)：控制原理簡(jiǎn)單，輸出波動(dòng)小，線性好，對(duì)鄰近電路干擾小。缺點(diǎn)：功率低，散熱問(wèn)題嚴(yán)重。 PWM 調(diào)速原理： 輸出電壓 （ 21） （ 22） 式 21 中 稱為占空比。 占空比 D表示了在一個(gè)周期 T里開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。 D的變化范圍為 0=D=1。當(dāng)在電源電壓 U不變的情狀態(tài)下，輸出的平均電壓取決于占空比D的大小，改變 D值也就可以改變輸出電壓的平均值了，進(jìn)而可以達(dá)到控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，也就實(shí)現(xiàn)