【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 唯一的三線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫的功能；工作電壓范圍寬，其范圍在 ～ 。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四部分： 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。其管腳有三個(gè)，其中 DQ 為數(shù)字信號(hào)端， GND 為電源地， VDD 為電源輸入端。 達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器 ULN2803 簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)要用單片機(jī)控制風(fēng)扇直流電機(jī)，需要加驅(qū)動(dòng)電路，為直流電機(jī)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。在本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路中，選用達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器 ULN2803 來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇直流電機(jī)。 ULN2803 在使用時(shí)接口簡(jiǎn)單，操作方便，可為電機(jī)提供較大的驅(qū)瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 7 動(dòng)電流，它實(shí)際上是一個(gè)集成芯片，單塊芯片可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)電機(jī)。每個(gè)電機(jī)由單片機(jī)的一個(gè) I/O 口輸出的為 5V 的 TTL 信號(hào)。 UNL2803 由 8 個(gè) NPN 達(dá)林頓晶體管組裝而成，共 18 個(gè)引腳，引腳 1～ 8 分別是 8 路驅(qū)動(dòng)器的輸入端，輸入信號(hào)可直接是 TTL 或是 CMOS 信號(hào)；引腳 11～ 18 分別是 8 路驅(qū)動(dòng)器的輸出端；引腳 9 為接地線(xiàn)，引腳 10 為電源輸入。當(dāng)輸入 TTL信號(hào)為 5V 或 CMOS 信號(hào)為 6～ 15V 時(shí)，輸出的最大電壓為 50V，最大電流為 500mA，工作溫度范圍為 0～ 70℃。本系統(tǒng)選用的電機(jī)為 12V 直流無(wú)刷電機(jī)，可用 ULN2803來(lái)驅(qū)動(dòng)。 AT89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C52 是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的一個(gè)低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)器件采用 ATMEL 公司的非易失性、高密度存 儲(chǔ)技術(shù) ，與標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令 系統(tǒng)兼容，同時(shí)片內(nèi)設(shè)置有通用 8 位中央處理器和8k 字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器 ROM 以及 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，在許多較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中 AT89C52 單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳，各引腳介紹如下： VCC： +5V 電源線(xiàn)； GND：接地線(xiàn)。 P0 口： ～ ，這組引腳共 8 條，其中 為最高位， 為最低位。這 8 條引腳共有兩種不同的功能，分別適用于兩種不同的情況。第一種情況是單片機(jī)不帶片外存儲(chǔ)器， P0 可以作為通用 I/O 口使用， ～ 用于傳送 CPU的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)它需外接一上拉電阻才能正常工作。第二種情況是單片機(jī)帶片外存儲(chǔ)器，其各個(gè)引腳在 CPU 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部含有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。它也可作為通用的 I/O 口使用，與 P0 口一樣用于傳送用戶(hù)的輸入輸出數(shù)據(jù)，所不同的是它片內(nèi)含上拉電阻而 P0 口沒(méi)有，故 P0 口在做該用途時(shí)需外接上拉電阻而 P1 口則不需要。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口用于輸入片內(nèi) EPROM 的低 8 位地址。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部含有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，它可以作為通用I/O 口使用，傳送用戶(hù)的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)可與 P0 口的第二功能配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址，共同選中片外存儲(chǔ)單元，但此時(shí)不能傳送存儲(chǔ)器第三章 各單元模塊的硬件設(shè)計(jì) 8 的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。在一些型號(hào)的單片機(jī)中， P2 口還可以配合 P1 口傳送內(nèi)部 EPROM 的12 位地址中的 4 位地址。 P3 口： P3 口引腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，當(dāng) P3 口寫(xiě)入 1 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，它也可以作為普通的 I/O 口使用，傳送用戶(hù)的輸入輸出數(shù)據(jù)， P3 口也作為一些特殊功能端口使用，如圖 31 所 示。 ： RXD（串行數(shù)據(jù)接受口） ， ： TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送口） ： 0INT (外部中斷 0 輸入 )， ： 1INT （外部中斷 1 輸入） ： T0（計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入） ， ： T1（計(jì)時(shí)器 1 外部輸入） ： WR （外部 RAM 寫(xiě)選通信號(hào)） ： RD （外部 RAM 讀選通信號(hào)） 圖 31 AT89C52 單片機(jī) RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平狀態(tài)。 ALE/PROG ：地址鎖存允許 /編程線(xiàn)，當(dāng)訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，在 ～ 引腳線(xiàn)上輸出片外存儲(chǔ)器低 8 位地址的同時(shí)還在 ALE/PROG 線(xiàn)上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8 位地址鎖存到外部專(zhuān)用地址鎖存器，以便空出 ～ 引腳線(xiàn)去傳 送隨后而來(lái)的片外存儲(chǔ)器讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。在不瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 9 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)在 ALE/PROG 線(xiàn)上輸出頻率為 1/6 晶振頻率的脈沖序列。 PSEN :外部程序存儲(chǔ)器 ROM 的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA /VPP：允許訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器 /編程電源 線(xiàn)，當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間允許使用片外程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng) EA 保持高電平時(shí)，則允許使用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1 和 XTAL2： 片內(nèi)震蕩電路輸入線(xiàn)，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微電容，即用來(lái)連接單片機(jī)片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋回路。 LED 數(shù)碼管簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)選用五個(gè) LED 數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行溫度顯示。 LED 又稱(chēng)為數(shù)碼管，它主要有8 段發(fā)光二 極管組成的不同組合，其中 a～ g 為數(shù)字和字符顯示段， dp 為小數(shù)點(diǎn)的顯示，通過(guò) a～ g 這 7 個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮的不同組合，可以顯示 0～ 9 和 A～ F共 16 個(gè)數(shù)字和字母。 LED 數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，如圖 32（ a）和圖 32（ b）所示。共陰極結(jié)構(gòu)把 8 個(gè)發(fā)光二極管陰極連接在一起，共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)是把 8 個(gè)發(fā)光二極管陽(yáng)極連接在一起。通過(guò)單片機(jī)引腳輸出高低電平，可使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字或字母，這種使數(shù)碼管顯示字形的數(shù)據(jù)稱(chēng)字形碼，又稱(chēng)段選碼 。 數(shù)碼管引腳 圖 32 七段 LED 數(shù)碼管 第三章 各單元模塊的硬件設(shè)計(jì) 10 表 31 七段 LED 的段選碼表 顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng)極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽(yáng)極段碼 0 3FH C0H 8 7FH 80H 1 06H F9H 9 6FH 90H 2 5BH A4H A 77H 88H 3 4FH B0H B 7FH 83H 4 66H 99H C 39H C6H 5 6DH 92H D 3FH A1H 6 7DH 82H E 79H 86H 7 07H F8H F 71H 8EH 一個(gè)共陰極數(shù)碼管接至單片機(jī)的電路，要想顯示“ 7”，須 a、 b、 c 這 3 個(gè)顯示段發(fā)光（即這 3 個(gè)字段為高電平）只要在 P0 口輸入 00000111（ 07H）即可。這里 07H 即為數(shù)字 7 的段選碼。字形與段選碼的關(guān)系見(jiàn)表 31 所示。 電路設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)復(fù)位與晶振電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，出單片機(jī)本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展 I/O 接口電路也需要復(fù)位，因此需要一個(gè)包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。單片機(jī)上的 XTAL1 和 XTAL2 用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接單片機(jī)內(nèi) OSC的定時(shí)反饋回 路。笨設(shè)計(jì)中開(kāi)關(guān)復(fù)位與晶振電路如圖 33 所示，當(dāng)按下按鍵開(kāi)關(guān)S1 時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位一次。其中電容 C C2 為 33pF， C3 為 10uF，電阻 R R3 阻值為 10k，晶振頻率為 12MHz。 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 11 圖 33 系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路 獨(dú)立 按鍵 連接電路 按鍵 包括兩個(gè)獨(dú)立按鍵 S2 和 S3，一端與單片機(jī)的 和 口連接，另一端接地，當(dāng)按下任一鍵時(shí)， P1 口讀取低電平有效。系統(tǒng)上電后，進(jìn)入 按鍵 掃描子程序，以查詢(xún)的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設(shè)定。其中按鍵 S2 為加按鍵，每按一次，系統(tǒng)對(duì)最初設(shè)定值加一，按鍵 S3 為減按鍵 ，每按下一次，系統(tǒng)對(duì)初定值進(jìn)行減一計(jì)算。其連線(xiàn)圖如圖 34 所示。 第三章 各單元模塊的硬件設(shè)計(jì) 12 圖 34 獨(dú)立按鍵連接電路 數(shù)碼管顯示電路 本設(shè)計(jì)制作中選用 5 位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊，它和單片機(jī)硬件的接口如圖 35 所示。其中前 3 位數(shù)碼管 DS DS DS3 用于顯示溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)采集到的溫度，可精確到 攝氏度，顯示范圍為 0～ 攝氏度；后 2 位數(shù)碼管 DS DS5 用于顯示系統(tǒng)設(shè)置的初值溫度，只能顯示整數(shù)的溫度值，顯示范圍為 0～ 99 攝氏度。 5 位數(shù)碼管的段選 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 線(xiàn)分別與單片機(jī)的 ～ 口連接，其中 P0 口需要接一 10K 的上拉電阻，以使單片機(jī)的 P0口能夠輸出高低電平。 5 位數(shù)碼管的位選 W1～ W5 分別與單片機(jī)的 ～ 口相連接，只要在 ～ 口任一位中輸出低電平，則選中與該位相連的數(shù)碼管。 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 13 圖 35 數(shù)碼管顯示電路 溫度采集電路 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器通過(guò)其內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期的作用，實(shí)現(xiàn)了特有的溫度測(cè)量功能。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門(mén)周期而被計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器預(yù)先設(shè)置有與 55℃相應(yīng)的一個(gè)基權(quán)值。如果計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，高 溫度系數(shù)振蕩周期還未結(jié)束，則表示測(cè)量的溫度值高于 55℃，被預(yù)置在 55℃的溫度寄存器中的值就加 1℃，然后這個(gè)過(guò)程不斷反復(fù)，知道高溫系數(shù)振蕩周期結(jié)束為止。此時(shí)溫度寄存器中的值即為被測(cè)溫度值，這個(gè)值以 16 位二進(jìn)制的形式存放在存儲(chǔ)器中，通過(guò)主機(jī)發(fā)送存儲(chǔ)器讀命令可讀出此溫度值，讀取時(shí)低位在前，高位在后，依次進(jìn)行。由于溫度振蕩器的拋物線(xiàn)特性的影響，其內(nèi)用的斜率累加器進(jìn)行補(bǔ)償。 DS18B20 在使用時(shí)，一般都采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只須將 DS18B20 信號(hào)線(xiàn)與單片機(jī) 1 位 I/O 線(xiàn)相連，且單片機(jī)的 1 位 I/O 線(xiàn)可掛多個(gè) DS18B20，就可第三章 各單元模塊的硬件設(shè)計(jì) 14 實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度檢測(cè)。本設(shè)計(jì)中將 DS18B20 接在 口實(shí)現(xiàn)溫度的采集，其與單片機(jī)的連接如圖 36 所示。 圖 36 溫度采集電路 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路 本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)的 I/O 口輸出 PWM 脈沖，通過(guò)一個(gè)達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器ULN2803 驅(qū)動(dòng) 12V 的直流無(wú)刷電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 按鍵控制設(shè)置溫度，通過(guò)軟件向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過(guò) 口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的 PWM 脈沖，經(jīng)過(guò) ULN2803 驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇直流電機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與啟停的自動(dòng)控制。當(dāng)環(huán)境 溫度升高時(shí)，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)按照設(shè)定的等級(jí)有所提高；當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)的下降；當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而環(huán)境溫度又高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，電機(jī)重新啟動(dòng)。 電路圖如圖 37 所示，風(fēng)扇電機(jī)的一端接 12V 電源，另一端 ULN2803 的 OUT7引腳， ULN2803 的 IN7 引腳與單片機(jī)的 引腳相連，通過(guò)控制單片機(jī)的 引腳輸出 PWM 信號(hào)，由此控制風(fēng)扇直流電機(jī)的速度與啟停。 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 15 圖 37 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路 系統(tǒng)選用的風(fēng)扇電機(jī)為 12 直流無(wú)刷電機(jī)，達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器 ULN2803 輸入TTL 信號(hào)為 5V 或 CMOS 信號(hào)為 6～ 15V 時(shí)，輸出的最大電壓為 50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為 0～ 70℃。本系統(tǒng)中單片機(jī) I/O 口輸出的 TTL 信號(hào)為 5V，因此此風(fēng)扇電機(jī)可以用 ULN2803 來(lái)驅(qū)動(dòng)。 電路總圖 電路總圖主要包括 系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路、獨(dú)立按鍵連接電路、數(shù)碼管顯示電路、溫度采集電路 、 風(fēng) 扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路等，如圖 38 所示。 第三章 各單元模塊的硬件設(shè)計(jì) 16 圖 38 電路總圖 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 17 第四章 軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)置 程序設(shè)計(jì)部分主要包括主程序、 DS18B20 初始化函數(shù)、 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)、溫度讀取函數(shù)、 按鍵 掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、溫度處理函數(shù)以及風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)。 DS18B20 初始化函數(shù)完成對(duì) DS18B20 的初始化； DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)完成對(duì)環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)采集；溫度讀取函數(shù)完成主機(jī)對(duì)溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)換算， 按鍵 掃描函數(shù)則根據(jù)需要完成初值的加減設(shè)定；溫度處理函數(shù)對(duì)采集到的溫度進(jìn)行分析處理，為電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化提供條件；風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速及啟停的控制。主程序流程圖如圖 41 所