【文章內容簡介】 中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產生固定頻率的脈沖信號送給減法計數器1，高溫度系數晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產生的信號作為減法計數器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數門，當計數門打開時，DS18B20就對低溫度系數振蕩器產生的時鐘脈沖后進行計數，每次測量前，首先將55 ℃所對應的基數分別置入減法計數器1和溫度寄存器中，減法計數器1和溫度寄存器被預置在55 ℃所對應的一個基數值。首先用DS1820提供的讀暫存寄存器指令(BEH)℃為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位(LSB)，得到所測實際溫度整數部分T整數，然后再用BEH指令讀取計數器1的計數剩余值M剩余和每度計數值M每度，℃、℃為進位界限的關系，實際溫度T實際可用下式計算得到：T實際=(T整數－℃)+(M每度－M剩余)/M每度。 低溫度系數晶振高溫度系數晶振預置斜率累加器計數器 1=0計數器 2=0比較預置溫度寄存器圖35 DS18B20測溫原理圖 顯示器的選擇由于設計中要求顯示測試溫度，因此顯示屏首先要能夠一次性容納這些字符。工作電壓不能太高，與單片機的連接方式需要簡單，顯示準確。本設計中采用的是四位共陰極LED液晶屏能夠很好的滿足這些要求。LED（發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫）是利用PN結把電能轉換成光能的固體發(fā)光器件，根據制造材料的不同可以發(fā)出紅、黃、綠、白等不同色彩的可見光來。LED的伏安特性類似于普通二極管，正向壓降約為2伏左右，工作電流一般在10 20mA之間較為合適。LED顯示器有多種結構形式，單段的圓形或方形LED常用來顯示設備的運行狀態(tài)，8段LED可以顯示各種數字和字符，所以也稱為LED數碼管，這里我們使用8段LED液晶屏。一個8段LED顯示器的結構是由8個發(fā)光二極管組成，各段依次記為a、b、c、d、e、f、g、dp ，其中dp表示小數點（不帶小數點的稱為7段LED）。8段LED顯示器有共陰極和共陽極兩種結構。 8段LED通過不同段點亮時的組合，可以顯示0~A~F等十六進制數。顯然，將單片機的數據輸出口與LED各段引腳相連，控制輸出的數據就可以使LED顯示不同的字符。通常把控制LED數碼管發(fā)光顯示字符的8位字節(jié)數據稱為段選碼或者字符譯碼，如圖36所示。圖36 8段LED液晶屏引腳共陰極LED的所有發(fā)光管的陰極并接成公共端COM，共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。LED液晶屏的價格便宜使用簡單，在電器特別是家電領域應用極為廣泛，空調、熱水器、冰箱等等絕大多數熱水器用的都是數碼管。其優(yōu)點是直觀，成本低。缺點是只能顯示測量點溫度值和有限的符號，電路復雜。 蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，廣泛應用與計算機、打印機、報警器、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場來驅動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。S52單片機通過一個三極管PN5138來放大驅動蜂鳴器，原理圖見圖34：圖34 驅動蜂鳴器原理圖 排阻排阻，就是若干個參數完全相同的電阻，它們的一個引腳都連到一起，作為公共引腳，其余引腳正常引出。所以如果一個排阻是由n個電阻構成的，那么它就有n+1只引腳。排阻一般應用在數字電路上，比如：作為某個并行口的上拉或者下拉電阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。本系統中因選用共陰極LED數碼管，需高電平有效。必須用上拉電阻提供電流才能產生高電平，且排阻可減小P0口電流大小，保護P0口。本系統選用respack8排阻。圖35排阻respack84 電路原理整個設計的電路包括了單片機電路、溫度采集電路、溫度顯示電路、溫度上下限設置電路和溫度過限報警電路五部分電路組成。單片機電路由晶振電路、復位電路、電源和AT89S52單片機組成。如圖41所示。 圖41 單片機電路 晶振電路晶振電路和復位電路與單片機連接構成最小系統電路，如何選取合適的引腳，選取何種連接方式都至關重要。因此需要了解AT89S52的引腳特點圖42 AT89S52單片機引腳圖在晶振電路中，主要用到了XTAL1和XTAL2兩個引腳。（1）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。（2）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在晶振電路中，AT89S52具有兩種晶振方式，一種是片內時鐘振蕩方式，但需要在引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取1030pf。另一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接外部時鐘，XTAL2腳懸空。本設計的晶振電路如圖43所示。圖43 晶振電路，加兩個30pF電容。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，外接石英晶體和振蕩電容，構成了片內時鐘振蕩方式。而振蕩周期指的就是單片機外接石英晶體振蕩器的周期。當時鐘起振后，產生一定的頻率的時鐘信號，單片機的CPU在時鐘信號的控制下能一步一步完成自己的工作，同時與整個系統相關的周期還有振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期和指令周期。電容C2和C3主要用于校正波形，振蕩器的作用主要是產生時鐘振蕩。而整個電路的作用則是為了產生自激振蕩。 復位電路對于復位電路，AT89S52有兩種復位方式，分別是上電復位和按鍵復位。本設計采用的是按鍵復位，即利用一個復位電容和按鍵的組合使得復位變得更加直接和簡單。復位電路如圖44所示。引腳RST作用是復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。在按下按鍵后，系統自動復位，十分方便。在復位電路中添加按鍵主要是為了能夠使得復位更加方便，電容主要是在復位后進行充電，而上拉電阻起到限流的作用，保護了電路。圖44 復位電路 溫度采集電路溫度控制電路主要運用到了DS18B20和AT89S52。如何使兩者連接實現功能是溫度控制電路的主要設計目的。在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UDD、GND接地，I/O接單片機I/O。內部寄生電源I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。這里采用的是第一種連接方法,如圖45所示:P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。圖45 溫度采集電路 溫度顯示電路四位共陰極數碼管，能夠顯示小數和負溫度。負溫時，第一個數碼管顯示負號，綠燈亮，其余數碼管顯示溫度數值：正溫時，紅燈亮，數碼管顯示相應的溫度值：176。C時，四個數碼管全部亮。圖46 顯示電路 溫度上下限設置電路按鍵電路的一端接地，一端和AT89S52的相應端口相連。四個按鍵的功能分別能進行加減、修改和確認功能，配合指示燈電路，進行溫度上下限的設置。圖47 溫度上下限設置電路 溫度過限報警電路利用蜂鳴器和led燈進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過獲低于所預設的溫度時，數據口相應拉高電平，報警輸出。 圖48 溫度過限蜂鳴器報警 圖49溫度過限LED報警如圖48所示，蜂鳴器的正極接到VCC(+5V)電源上面，蜂鳴器的負極接到三極發(fā)射管的發(fā)射極E，，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；，三極管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此。 系統總電路圖電路系統總電路圖如下圖410 系統總電路圖5 系統流程圖 主程序YYN初始化中斷和定時器開始顯示初始化SET鍵被按下？從DS18B20讀取溫度并顯示溫度極限返回執(zhí)行報警程序N按鍵設置圖51 主程序流程 主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、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。主程序的第二個功能是查詢SET鍵是否被按下，以實現設置溫度上下限的功能。其程序流程見圖51所示。由總的流程圖可以分析出，在整個程序中應該包括如下幾個部分：讀寫溫度子程序，溫度轉換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數據刷新子程序等。 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)。在讀出時須進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數據的改寫。流程圖52如下：圖52 讀出溫度子程序流程圖 溫度轉換命令子程序溫度轉換命令子程序主要是發(fā)溫度轉換開始命令。當采用12位分辨率時，轉換時間約為750ms。在本程序設計中，采用1s顯示程序延時法等待轉換的完成。流程圖53如下：發(fā)DS18B20復位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉換開始命令結束圖53 溫度轉換命令字程序流程圖 計算溫度子程序 計算溫度子程序將RAM中讀取值進行BCD碼的轉換運算，并進行溫度值正負的判定。流程圖54如下：開始溫度零下?N Y置“+”標志溫度值取補碼置“”標志計算小數位溫度BCD值 計算整數位溫度BCD值 結束圖54 計算溫度子程序流程圖 顯示數據刷新子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數據進行刷新操作，當最高數據顯示位為0時，將符號顯示位移入下一位。如圖55所示：溫度數據移入顯示寄存器十位數0？百位數0？十位數顯示符號百位數不顯示百位數顯示數據（不顯示符號）結束圖55 顯示數據刷新子程序6 軟件仿真在本設計中用到了兩種軟件，一種是Proteus 7 Professional，主要用于設計原理圖的繪制及電路仿真，一種是Keil C51編譯系統，主要用于調試、編譯AT89S52單片機程序。6．1 軟件設計流程軟件設計流程框圖如圖61所示。圖61 軟件設計流程框圖 原理圖的繪制在設計過程中我主要使用Proteus7 Professional issis軟件完成系統原理圖的繪制與仿真。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件，它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件，有30多個元氣庫。Proteus