【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 口。 N：為 0 時(shí)單行顯示，為 1 時(shí)雙行顯示。 F：為 0 時(shí)顯示 5 7 點(diǎn)陣，為1 時(shí)顯示 5 10 點(diǎn)陣。 命令 7： CGRAM 地址設(shè)置，地址范圍 00H～ 3FH（共 64 個(gè)單元，對(duì)應(yīng) 8 個(gè)自定義字符）。 命令 8： DDRAM 地址設(shè)置，地址范圍 00H～ 7FH。 命令 9：讀忙 標(biāo)志和計(jì)數(shù)器地址。計(jì)數(shù)器地址范圍 00H～ 7FH。 命令 10： 寫(xiě) DDRAM 或 CGROM。要配合地址設(shè)置命令。 命令 11：讀 DDRAM 或 CGROM。要配合地址設(shè)置命令。 一個(gè)多路溫度采集系統(tǒng)，包括多路溫度信息的采集、轉(zhuǎn)換、顯示等環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)主要包括微處理器、四路溫度的采集器、顯示電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、鍵盤(pán)電路、聲光報(bào)警電路等。 11 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)，是組成一個(gè)獨(dú)立工作的單片機(jī)系統(tǒng)是，芯片和連接各芯片之間的總線少的不能再少。一般情況下包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 在 AT89C52 的引腳 XTAL1 和 XTAL2 端外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱(chēng)晶振），就構(gòu)成了內(nèi)部震蕩方式，時(shí)鐘電路如圖 31 所示，其中電容 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，典型值為 30pF，晶振 CYS 的震蕩頻率要小于12MHZ，典型值為 6MHZ、 12MHZ 或 ，由于本系統(tǒng)要與 PC 機(jī)通信，所以應(yīng)選擇 的晶振，這樣便于將波特率設(shè)定為標(biāo)稱(chēng)值。 圖 31 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位是使單片機(jī)獲系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機(jī)上電后首先從復(fù)位操作開(kāi)始。單片機(jī)的復(fù)位是通過(guò)復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際 12 應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種方式形式：一是上電復(fù)位，二是按鍵復(fù)位。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位。 復(fù)位信號(hào)變低電平時(shí)，單片機(jī)開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位電路如圖 32 所示，按鍵復(fù)位支路由按鍵 RESET，電阻 R1， R2 組成，電路的參數(shù)為： R1=470Ω，R2=200Ω。通過(guò)電路分析可知，在單片機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng) RESET 按鍵按下時(shí)，按鍵接通相當(dāng)于短路，電容 C3 的電壓不能躍變， RST 引腳獲得高電平信號(hào)，隨著電容 C3 的放電， RST 引腳的電平將逐漸下降 ,兩個(gè)機(jī)器周期后單片機(jī)就執(zhí)行 復(fù)位操作。 圖 32 復(fù)位電路 溫度采集模塊的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)將四個(gè) DS18B20 的 DQ 端子分別接在單片機(jī)的 ～ 口上，通過(guò)單片機(jī)發(fā)送指令分別對(duì)每個(gè)溫度傳感器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，這樣可以跳過(guò)讀每個(gè) DS18B20 的序列號(hào)而直接進(jìn)行溫度的讀寫(xiě)， 從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng) 。 DS18B20 有三個(gè)引腳，其中兩根是電源線 VDD 和 GND，另外一根用作 13 總線 DQ(Data In/Out)，其輸 入 和輸 出 均是數(shù)字信號(hào) ， 與 TTL 電平兼容，因此其可以與微處理器直接進(jìn)行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。 四片 DS18B20 采用外接獨(dú)立電源供電，這使 DS18B20 的工作穩(wěn)定，并使測(cè)控系統(tǒng)可以隨時(shí)偵測(cè) DS18B20 的工作狀態(tài)，做出適時(shí)的指令操作。DS18B20 的接口電路如圖 33 所示。 圖 33 DS18B20 的接口電路 LCD 顯示電路 本系統(tǒng)通過(guò) P0 口來(lái)連接 LCD1602 的 D0～ D7，采用 8 路 10KΩ 的排阻限流， ～ 口分別連接 1602 的 RS、 R/D、 E，通過(guò)這三個(gè)引腳來(lái)控制1602 的讀寫(xiě)。四路溫度同時(shí)顯示在 1602 上，便于讀數(shù)，接口電路如圖 34所示。 14 圖 34 LCD1602 接口電路 鍵盤(pán)電路 控制電路是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)必不可少組成部分，本系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)根據(jù)外部環(huán)境的變化對(duì)溫度報(bào)警的上下限進(jìn)行設(shè)置，故把單片機(jī)的 ～ 口作為控制按鈕的輸入端，它們?cè)谶\(yùn)行中對(duì)應(yīng)的功能分別為設(shè)置溫度報(bào)警上限、設(shè)置溫度報(bào)警下限、溫度值加 溫度值減 1 和退出。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)的端口會(huì)被置 0，單片機(jī)會(huì)做出相應(yīng)的響應(yīng)，并通過(guò)LCD1602 進(jìn)行顯示。鍵盤(pán)電路如圖 35 所示。 圖 35 鍵盤(pán)電路 15 聲光報(bào)警電路 由于本系統(tǒng)設(shè)有報(bào)警系統(tǒng)，單片機(jī)需對(duì) 溫度傳感器所測(cè)得的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并與設(shè)定的溫度上限縣進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所測(cè)溫度超出所設(shè)定溫度值的范圍時(shí)單片機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。聲光報(bào)警電路如圖 36 所示，通過(guò) 口來(lái)控制蜂鳴器報(bào)警，通過(guò) ～ 來(lái)控制四只不同顏色的發(fā)光二極管，四只發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)四只 DS18B20 溫度傳感器，單片機(jī)復(fù)位后 P1 口輸出高電平，四只二極管被點(diǎn)亮，當(dāng)某只溫度傳感器超出溫度范圍時(shí)，相應(yīng)的控制端口置0，熄滅發(fā)光二級(jí)管進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)蜂鳴器會(huì)響起。 圖 36 聲光報(bào)警電路 16 工作方案簡(jiǎn)介 軟件程序是一個(gè) 單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的核心，單片機(jī)根據(jù)程序來(lái)執(zhí)行相關(guān)指令，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所有的預(yù)定功能。本系統(tǒng)通電以后進(jìn)行復(fù)位初始化操作，四路 DS18B20 測(cè)取個(gè)路溫度送入 LCD 液晶屏顯示，再啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)路溫度進(jìn)行檢測(cè)，觀察是否有溫度超出設(shè)定的溫度范圍，如果有，則啟動(dòng)報(bào)警，同時(shí)提示電路進(jìn)行提示，單片機(jī)隨時(shí)對(duì)按鍵系統(tǒng)（溫度上下限的設(shè)定）進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有控制按鈕按下時(shí)，對(duì)相應(yīng)的按鍵進(jìn)行響應(yīng)，設(shè)置溫度檢測(cè)的上下限，再與設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)溫度。整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)工作。 主程序流程圖 程序處理是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，即簡(jiǎn)潔的硬件結(jié)構(gòu) 是靠復(fù)雜的軟件來(lái)支持的。 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀出并處理 DS18B20 的測(cè)量溫度值、溫度值的實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警功能。 本系統(tǒng)采用自頂向下循環(huán)執(zhí)行程序設(shè)計(jì)，模塊化程序設(shè)計(jì)，單片機(jī)帶有復(fù)位功能，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以通過(guò)復(fù)位操作對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。根據(jù)對(duì)以上流程圖的分析系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可分為溫度的讀取轉(zhuǎn)換模塊、 LCD 溫度顯示模塊、按鍵處理模塊和報(bào)警模塊幾個(gè)部分。 17 開(kāi) 始L C D 初 始 化 顯 示讀 取 并 顯 示 四 路 溫 度按 鍵 處 理 子 程 序溫 度 報(bào) 警 子 程 序退 出 溫 度 上 下 限 設(shè)定 ， 顯 示 四 路 溫 度設(shè) 定 溫 度 上 下 限 子 程 序 圖 41 主程序流程圖 溫度讀取轉(zhuǎn)換模塊 四路溫度采集傳感器分別接在單片機(jī)的 ～ 口，可以從四個(gè)口讀取溫度，在讀取溫度時(shí)可以跳過(guò)讀 ROM 命令， DS18B20 操作命令可以分為四步：復(fù)位命令、跳過(guò)讀 ROM 命令、讀 RAM 命令和數(shù)據(jù)交換命令。再執(zhí)行完以上四步以后，單片機(jī)判斷溫度符號(hào)，送入 LCD 液晶屏顯示。流程圖如圖 42 所示。 18 溫 度 讀 取 額 程 序 入 口D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位D Q 拉 低延 時(shí) 大 于 4 8 0 μ s ？跳 過(guò) 讀 D S 1 8 B 2 0 序 列 號(hào)啟 動(dòng) 溫 度 轉(zhuǎn) 換跳 過(guò) 讀 D S 1 8 B 2 0 序 列 號(hào)D S 1 8 B 2 0 讀 取 溫 度D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位8 位 數(shù) 據(jù) 讀 完 ？判 斷 溫 度 值 符 號(hào)返 回 NYNY 圖 42 溫度讀取轉(zhuǎn)換流程圖 1） 復(fù)位和應(yīng)答脈沖時(shí)隙 首先，主機(jī)發(fā)送“復(fù)位脈沖”（低電平），將 DS18B20 的 DQ 總線下拉為低電平，并保持 480μs 以上，之后主機(jī)釋放數(shù)據(jù)線并轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)；由上 19 拉電阻將 DQ 總線拉 至高電平，與此同時(shí)， DS18B20 開(kāi)始檢測(cè)脈沖電平的上升沿，這個(gè)過(guò)程大約延遲 15～ 60μs，完成此操作后 DS18B20 發(fā)送存在脈沖，將 DQ 總線下拉為低電平 [5]。 2） 寫(xiě)時(shí)隙 寫(xiě)“ 0”時(shí)，主機(jī)把 DQ 單總線直接下拉為點(diǎn)電平，并保持 60μs 以上（且小于 120μs），完成寫(xiě) 0 時(shí)隙。寫(xiě)“ 1”時(shí)，主機(jī)先把 DQ 單總線下拉為低電平（持續(xù)時(shí)間為 1μs 以上），并在 15μs 之內(nèi)釋放 DQ 總線，又上拉電阻把 DQ總線上拉為高電平，這個(gè)全程的時(shí)隙長(zhǎng)度要大于 60μs，這樣就完成了寫(xiě) 1時(shí)隙 [5]。 3） 讀時(shí)隙 DS18B20 器件僅 在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)隙至少需要 60μs。且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間，至少需要 1μs 的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)隙由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線 1μs。 液晶顯示模塊 點(diǎn)陣字符式液晶顯示器 LCD1602 模塊為 2 16 字， LCD 液晶屏的顯示通過(guò)四部：初始化 LCD、讀操作、寫(xiě)操作、數(shù)據(jù)顯示。通過(guò)編程使第一路溫度顯示在液晶顯示器的 00H～ 005H 位置，第二路溫度顯示在液晶顯示器的0AH～ 0FH 位置，第三路溫度顯示在液晶顯示器的 40H～ 45H 位置，第四路溫度顯示在液晶顯示器的 4AH～ 4FH 位置。 LCD 顯示模塊流程圖如圖 43所示。 20 L C D 顯 示 入 口L C D 初 始 化讀 L C D寫(xiě) L C D按 地 址 顯 示 思 路 溫 度返 回 圖 43 LCD 顯示模塊流程圖 按鍵處理模塊 實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警需要對(duì)報(bào)警溫度的上下限進(jìn)行設(shè)置，不同環(huán)境下的報(bào)警溫度也有所不同，本系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)的 ～ 口連接五個(gè)按鍵來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)單片機(jī)接收到按鍵信號(hào)時(shí)對(duì)各引腳的不同功能進(jìn)行響應(yīng)，單片機(jī)各引腳功能如表 41 所示，按鍵處理模塊流程圖如圖 44 所示。 表 41 引腳功能 引腳 引腳功能 設(shè)置溫度上限 設(shè)置溫度下限 加 1 減 1 退出 21 按 鍵 處 理 子 程 序 入 口是 否 有 鍵 按 下 ？設(shè) 置 溫 度 上 下 限 ？L C D 顯 示 字 符 串 “ s e t h i g h ” L C D 顯 示 字 符 串 “ s e t l o w ”是 否 有 鍵 按 下 ？加 1 ？調(diào) 用 加 1 子 程 序 調(diào) 用 減 1 子 程 序返 回NYNYNYNY 圖 44 按鍵處理模塊流程圖 聲光報(bào)警模塊 當(dāng)單片機(jī)讀取四路 DS18B20 的溫度后會(huì)對(duì)思路溫度進(jìn)行檢測(cè)，與設(shè)定的溫度上下限進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某路溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，使 口輸出矩形波，蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警，同時(shí)提示電路的發(fā)光二極管會(huì)對(duì)應(yīng)熄滅進(jìn)行報(bào)警提示，可以觀察出是哪一路溫度超出溫度設(shè)定范圍，報(bào)警模塊流程圖如圖 45 所示。 22 報(bào) 警 子 程 序 入 口讀 取 四 路 D S 1 8 B 2 0 溫 度 值某 路 溫 度 值 超 出 設(shè) 定 范 圍 ？P 1 . 7 口 輸 出 矩 形 波 驅(qū)動(dòng) 蜂 鳴 器 報(bào) 警相 應(yīng) 溫 度 提 示 口 輸 出 低 電 平 ， 發(fā)光 二 極 管 熄 滅 ， 進(jìn) 行 報(bào) 警 提 示返 回NY 圖 45 報(bào)警模塊流程圖 PROTEUS 軟件是英國(guó) Labcenter Electronics 公司出品的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，包括 ISIS 和 ARES 兩部分， ISIS 提供了 30 多個(gè)元件庫(kù)數(shù)千種元器件和多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表，可以直觀地仿真微控制器系統(tǒng)、數(shù)字電路和模擬電路的功能和結(jié)果。 PROTEUS 軟件最大的特色之處就是可以仿真包括外圍接口模數(shù)混合電路在內(nèi)的微控制器系統(tǒng)，是一款不可多得的優(yōu)秀單片機(jī)系統(tǒng)仿真平臺(tái)。 本系統(tǒng)先在 PROTEUS 軟件中會(huì)只好硬件原理圖，在電器連接性檢 查無(wú)誤的情況下，與第三方軟件 Keilc 連接調(diào)試，用 Keil’s uVision 開(kāi)發(fā)源代碼，并進(jìn)行編輯，生成可執(zhí)行文件（ .HEX）后，選中單片機(jī) AT899C52，左鍵點(diǎn)擊 AT89C52，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框里點(diǎn)擊 Program File 按鈕，找到剛才編譯得到 23 的 HEX 文件，然后點(diǎn)擊“ OK”按鈕進(jìn)行模擬。點(diǎn)擊模擬調(diào)試按鈕，進(jìn)人調(diào)試狀態(tài)，經(jīng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)試，仿真結(jié)果無(wú)誤，可以進(jìn)行實(shí)物焊接。 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用了數(shù)字化的溫度傳感器 DS18B20，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的以模擬量為基礎(chǔ)的溫度傳感器想比， 數(shù)字化的溫度傳感器不需要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，溫差的補(bǔ)償，使用起來(lái)更加方便可靠。由于整個(gè)系統(tǒng)使用的信號(hào)全部為數(shù)字量，可以直接將底線接在電源的負(fù)極，而不用去考慮模擬接地。使用液晶顯示器 LCD1602 可以將四路溫度同時(shí)顯示，觀察起來(lái)十分方便。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，硬件的選取和軟件的編程都是極大考驗(yàn)，要盡量降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，又要使系統(tǒng)在性?xún)r(jià)比最高的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其所有的功能。單片機(jī)強(qiáng)大的綜合性功能使軟件程序的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，各變量的使用非常靈活，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮按鍵的去抖動(dòng)，同時(shí)也要注意高低電平的輸出，采用軟硬件相結(jié)合的方式，可 以避免走許多彎路，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和調(diào)試。 24 參考文獻(xiàn) [1] 李全利 《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》，北京：高等教育出版社， 2020 年，第二版，第19～ 29 頁(yè)。 [2] 韓志軍 《單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 年，第二版，第