【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 DS18B20發(fā)送“1”。本次測(cè)溫系統(tǒng)，考慮到針對(duì)室溫、水溫等等常見的環(huán)境，采用了防水型DS18B20溫度探頭如圖33所示。 圖33 防水型DS18B20實(shí)物輸出引線：紅色（VCC），藍(lán)色（DQ）,黑色（GND）。 溫度采集模塊接口電路DS18B20測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用端口少等優(yōu)點(diǎn)。列舉DS18B20的幾個(gè)不同應(yīng)用方式下的測(cè)溫電路：①DS18B20寄生電影供電方式 ②DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式 ③DS18B20的外部電源供電方式。 DS18B20最佳的工作方式是外部電源供電方式，穩(wěn)定可靠，抗干擾，電路簡(jiǎn)單，還可以開發(fā)多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。與寄生電源方式相比，多接了一根VCC引線。當(dāng)外接電源方式時(shí)，將DS18B20電源電壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮。若電壓VCC只有3V時(shí),依然能夠達(dá)到要求的精度。如果采用外部電源供電，由VDD引腳接入DS18B20所需的工作電源，這種供電方式使I/O線可以不接強(qiáng)上拉電阻，電源的電流不足問題就得以解決，并且轉(zhuǎn)換精度能夠得以保證，理論上，任意多個(gè)DS18B20傳感器可以同時(shí)掛接在單總線上，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)多點(diǎn)測(cè)溫。外部供電時(shí)，GND端口不能懸空，否則溫度轉(zhuǎn)換不了，導(dǎo)致溫度總是顯示85℃。如圖34所示。DS18B20連接到單片機(jī)的I/O端口上，DS18B20的數(shù)據(jù)線為漏極開路，則接10K的強(qiáng)上拉電阻。當(dāng)采用寄生工作時(shí)，將1端口（VDD）與數(shù)據(jù)線（DQ）端口并聯(lián)，除此之外，寄生工作方式針對(duì)程序也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)線提出一些特殊的要求，所以比較之下，外部電源供電方式是比較合適。圖34 DS18B20接口電路 數(shù)據(jù)處理模塊單片機(jī)選用的是比較通用的51單片機(jī)，生產(chǎn)51單片機(jī)的公司有很多，例如AT公司，Philips公司，Intel公司等。目前市場(chǎng)上流行的芯片主要是C51系列，STC89C52單片機(jī)比傳統(tǒng)的51系列8位單片機(jī)具有更加豐富的資源，而且數(shù)據(jù)處理速度快，具備單片機(jī)最小系統(tǒng)電路外還包括電源電路、復(fù)位電路，體積小，可靠性高。所以選擇了宏晶公司的STC89C52。 芯片介紹STC89C52是宏晶公司生產(chǎn)的一種功耗低、性能優(yōu)良的CMOS 8位微型控制器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)，使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。而且還有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：看門狗定時(shí)器，8K字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，內(nèi)置4KB EEPROM，32位I/O口線， MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，4個(gè)外部中斷，全雙工串行口。除此之外，STC89C52可以在0Hz時(shí)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)邏輯操作，能夠在2種軟件模式下，實(shí)現(xiàn)節(jié)電功能。當(dāng)空閑模式時(shí)，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口中斷連續(xù)工作。當(dāng)?shù)綦姳Ｗo(hù)方式時(shí)，RAM得以保護(hù)，振蕩器停止，單片機(jī)停止所有工作，直至有另一個(gè)中斷輸入或者硬件自己復(fù)位。（1）主要特性如下：1）8051 單片機(jī)分為6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期兩種，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；2) 工作電壓：～（5V 單片機(jī)）/～（3V 單片機(jī)）；3) 工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051單片機(jī)的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；4) 應(yīng)用程序?yàn)?K 字節(jié)空間；5) 片上集成512 字節(jié)RAM；6） 通用I/O 口（32 個(gè)），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻；7）ISP/IAP，無需專用編程器、專用仿真器，可通過串口直接下載已經(jīng)編譯好的程序；8）具有EEPROM 功能；9）還附加看門狗功能；10）3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)，Power Down 模式可經(jīng)過低電平外部中斷觸發(fā)，喚醒單片機(jī)；12）通用異步串行口（UART），多個(gè)UART也可以由定時(shí)器軟件；（2）STC89C52RC單片機(jī)的工作模式：掉電模式：一般功耗，外部中斷可以喚醒單片機(jī)；空閑模式：一般功耗2mA；正常工作模式：一般功耗4mA～7mA。（3）STC89C52引腳功能圖如圖35所示。圖35 STC89C52引腳功能圖（4）STC89C52引腳功能：P0：8位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器(ROM及RAM)時(shí)，作低8位地址和8位數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)時(shí)期，輸出指令字節(jié)，驗(yàn)證需加外部上拉電阻。P0口(作為總線時(shí))能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P1：8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗(yàn)期間，用作輸入低位字節(jié)地址。P1口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。對(duì)于80C52，：T2，是定時(shí)器2的計(jì)數(shù)輸入端；：T2EX，是定時(shí)器2的外部輸入端。這時(shí)，讀兩個(gè)特殊引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P2：8位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲(chǔ)器（ROM及RAM）時(shí)，輸出高8位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3：8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3替代功能強(qiáng)大。P3口可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。串行口：：RXD表示串行輸入口。：TXD表示串行輸出口。中斷：：INT0 外部中斷0輸入。：INT1 外部中斷1輸入。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：：T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的外部輸入端口。：T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的外部輸入端口。：WR 低電平有效，輸出端口，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口寫選通。：RD 低電平有效，輸出端口，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口讀選通。RST：復(fù)位信號(hào)，高電平輸入有效。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平輸入到RST 時(shí)，使單片微機(jī)復(fù)位。EA/VPP：片外程序存儲(chǔ)器訪問允許信號(hào)，低電平有效。EA=1，選擇片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；EA=0，選擇片外程序存儲(chǔ)器。ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)，輸出。PSEN：外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效 溫度顯示模塊此模塊主要是將實(shí)時(shí)溫度信息通過液晶屏LCD顯示出來。液晶屏顯示器主要原理就是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面并配合背部風(fēng)管構(gòu)成畫面。液晶屏顯示器體積小，低功耗，顯示操作簡(jiǎn)單，但液晶屏幕本身對(duì)溫度要求比較高，能使用的溫度范圍比較窄，其正常工作范圍為20℃～70℃。所以一般的液晶屏可以滿足我們的需求。各種型號(hào)的液晶屏通常按照顯示字符的行數(shù)或液晶點(diǎn)陣的行，列數(shù)來命名。有字符型液晶顯示器，只能顯示ASCII碼，如數(shù)字，大小寫字母等。也有液晶顯示器是圖形型液晶，通過點(diǎn)陣來顯示各種圖形。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)單，僅僅顯示數(shù)字即可，所以采用的是字符型顯示器。 LCD芯片介紹（1）LCD1602接口信號(hào)說明：表38 1602型液晶接口信號(hào)說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1GND電源地9D2數(shù)據(jù)口2VCC電源正極10D3數(shù)據(jù)口3V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)解端11D4數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)命令選擇端12D5數(shù)據(jù)口5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6數(shù)據(jù)口6EN使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)口7D0數(shù)據(jù)口15A背光電源正極8D1數(shù)據(jù)口16K背光電源負(fù)極（2）基本操作時(shí)序：讀狀態(tài)： 輸入：RS=L, R/W=H,E=H， 輸出：D0～D7=狀態(tài)字；讀數(shù)據(jù)： 輸入：RS=H, R/W=H,E=H， 輸出：無；寫指令： 輸入：RS=L, R/W=L,D0～D7=指令碼，EN=高脈沖， 輸出：D0～D7=數(shù)據(jù)；寫數(shù)據(jù)： 輸入：RS=H, R/W=L, ,D0～D7=數(shù)據(jù)，EN=高脈沖， 輸出：無。 （3）寫操作時(shí)序：通過 RS 確定是寫數(shù)據(jù)還是寫命令。讀/寫控制端設(shè)置為寫模式，即低電平。 將數(shù)據(jù)或命令送達(dá)數(shù)據(jù)線上，給 EN 一個(gè)高脈沖將數(shù)據(jù)送入液晶控制器，完成寫操作。（4）顯示地址：LCD16字*2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F404142434445464748494A4B4C4D4E4F圖36 LCD1602顯示地址LCD1602內(nèi)部RAM顯示緩沖區(qū)地址的映射圖如圖36所示，00～0F、40～4F分別對(duì)應(yīng)LCD1602的上下兩行的每一個(gè)字符，只要往對(duì)應(yīng)的RAM地址寫入要顯示字符的ASCII代碼，就可以顯示出來。 溫度顯示模塊接口電路數(shù)據(jù)顯示模塊是人機(jī)交互的重要組成部分，對(duì)于這部分模塊的設(shè)計(jì)的好壞直接影響客戶端的使用效果，其接口電路是系統(tǒng)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用LCD與C52相聯(lián)接的方法，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的效果。其接口電路如圖37所示。圖37 溫度顯示模塊接口電路，一般的51單片機(jī)的P0口都是OC門電路，所以需要加上拉電阻，不過有些單片機(jī)內(nèi)部有弱上拉電阻，此時(shí)就可以不接外部上拉電阻，但對(duì)于電路完整性來說，一般都加上外部上拉電阻。 溫度控制及超溫報(bào)警模塊當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后超過規(guī)定溫度上限時(shí)，單片機(jī)通過 輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管U14，使繼電器 JDQ1 開啟降溫設(shè)備(風(fēng)扇)，與此同時(shí)，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出警笛聲；當(dāng)采集的溫度經(jīng)處理后低于設(shè)定溫度下限時(shí)， ，使繼電器JDQ2開啟升溫設(shè)備(加熱棒)，控制部分具體電路如圖38所示。圖38 溫度控制模塊接口電路與此同時(shí)，單片機(jī)通過三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。 具體電路圖如圖39所示。圖39 蜂鳴器電路本系統(tǒng)的控制部分，采用的是電磁繼電器控制，即通斷控制，是比較基礎(chǔ)的控制方法。繼電器有輸入和輸出兩個(gè)特性參數(shù)，主要的參數(shù)為額定輸入電壓、額定輸出電流、浪涌電流。由輸入電壓大小確定工作電壓大小。如果單片機(jī)發(fā)出的是TTL或CMOS等邏輯電平時(shí)，就應(yīng)該使用負(fù)載能力強(qiáng)的低電平來驅(qū)動(dòng)控制通路，在設(shè)計(jì)電路的過程中，也應(yīng)該盡可能設(shè)置“0” V。本設(shè)計(jì)采用的是直流電壓+5V驅(qū)動(dòng)繼電器。因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中設(shè)備一般需要大電壓來控制，而單片機(jī)系統(tǒng)輸出的為TTL電平，這種電平不能直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。此外，許多外部設(shè)備在啟停過程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾信號(hào)，如果不隔離，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤指令。因此，在開關(guān)量的輸出控制過程中要考慮到兩個(gè)問題，一要隔離；而二要放大。本設(shè)計(jì)中的電磁繼電器具有的電氣隔離能力，在控制通路中，三極管能夠?qū)膯纹瑱C(jī)輸出的信號(hào)放大，繼電器的通斷就可以由這個(gè)信號(hào)控制，因此能夠用弱電控制強(qiáng)電。由于單片機(jī)管腳的灌電流比拉電流容量大，因此電路設(shè)計(jì)為低電平輸出時(shí)蜂鳴器響，高電平關(guān)閉。，PNP型三極管S8550導(dǎo)通，有集電極電流通過，蜂鳴器響；，三極管截止，蜂鳴器關(guān)閉。 溫度設(shè)定模塊對(duì)于溫度上下限的設(shè)定，設(shè)置了4個(gè)獨(dú)立按鍵構(gòu)成按鍵電路，獨(dú)立式按鍵接口就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。通過檢測(cè)每條輸入線的電平狀態(tài)，可以快速確定按鍵是否被按下。這種按鍵接線電路：靈活性好，編寫軟件簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：不可避免的會(huì)使每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一根I/O口線，如果按鍵設(shè)置的比較多時(shí)，I/O端口就會(huì)被浪費(fèi)，在繪圖時(shí)，也會(huì)使電路看起來復(fù)雜。K1，K2按鍵用于設(shè)定溫度上限，K1為“+1”鍵，K2為“1”鍵，；而K3，K4按鍵用于設(shè)定溫度下限，K3為“+1”鍵，K4為“1”鍵。具體電路如圖310所示。圖310 獨(dú)立按鍵電路 電源供電模塊控制通路需要用12V直流電供電，其電路如圖311所示，把頻率為50Hz、220V的單相交流電，經(jīng)過電源適配器轉(zhuǎn)換成12V直流電壓。電源適配器主要構(gòu)件是電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路，從而把交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。12V直流電壓經(jīng)過LM1117低壓差電壓調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換為5V直流電壓，供應(yīng)給LED燈，LED燈亮，表示電源電路正常工作。圖311 電源供電模塊 時(shí)鐘模塊時(shí)鐘電路是單片機(jī)重要的一部分，它產(chǎn)生機(jī)器周期，使單片機(jī)正常工作。MCS51單片機(jī)時(shí)鐘頻率有很多，比較常用的為12MHz，對(duì)應(yīng)的一個(gè)機(jī)器周期為1us。在STC89C52內(nèi)部，安裝了反相振蕩放大器，XTAL1端口對(duì)應(yīng)振蕩放大器的輸入端，XTAL2端口對(duì)應(yīng)振蕩放大器的輸出端。該反相放大器可以由片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩配置。本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為12MHz。51系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘。在使用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從XTAL1輸入，而XTAL2懸空。時(shí)鐘電路如圖312所示。圖312 時(shí)鐘電路第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序結(jié)構(gòu)分析在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件與硬件同樣重要。當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)好之后，系統(tǒng)的主要功能還是要靠軟件來實(shí)現(xiàn)的，而且軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了測(cè)控系統(tǒng)的性能。由于整個(gè)系統(tǒng)軟件相對(duì)龐大，為了便于編寫、調(diào)試、修改刪減，軟件采取了模塊化設(shè)計(jì)方式。即整個(gè)控制軟件由獨(dú)立的模塊程序組成，之間通過接口連接，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)軟件主要由主程序、數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示模塊子程序等組成。 主程序模塊主程序是通電后對(duì)系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，初始化包括對(duì)單片機(jī)的初始化、芯片初始化和串口初始化等。然后等待溫度設(shè)定，系統(tǒng)運(yùn)行后，則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊程序，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。主程序要協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的工作，要把溫度采集、溫度設(shè)置、溫度顯示、鍵盤掃描輸入、中斷處理等各個(gè)模塊子程序統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來，避免混亂沖突的現(xiàn)象，保證各個(gè)模塊正常有序的工作。主程序在整個(gè)程序中起著至關(guān)重要的作用，是各個(gè)子程序聯(lián)系的樞紐。主程序流程圖如圖41所示。溫度TH?開始開始液晶顯示、溫度傳感器、中斷等各部分的