【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 碼管可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，如下圖32(a)和圖32(b)所示。共陰極結(jié)構(gòu)把8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起，共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)把8個(gè)發(fā)光二極管陽(yáng)極連在一起。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)稱字形碼，又稱段選碼[4]。數(shù)碼管引腳分配圖 圖32　　七段LED數(shù)碼管 一個(gè)共陰極數(shù)碼管接至單片機(jī)的電路，要想顯示數(shù)字“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)系見表32所示。 7段LED的段選碼表如下表32所示：表32　　7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03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EHAT89C52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)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令系統(tǒng)兼容，同時(shí)片內(nèi)置有通用8位中央處理器和8K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(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[5]。AT89C52有40個(gè)引腳，各引腳介紹如下：VCC：+5V電源線；GND：接地線。P0口：~，這組引腳共8條。這8條引腳共有兩種不同的功能，分別使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口可以作為通用I/O口使用，~，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)器的讀寫數(shù)據(jù)。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部含上拉電阻的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口沒有，故P0口在做該用途時(shí)需外接上拉電阻而P1口則無(wú)需。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)器的讀寫數(shù)據(jù)。在一些型號(hào)的單片機(jī)中，P2口還可以配合P1口傳送片內(nèi)EPROM的12位地址中的高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口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平。它也可以作為通用的I/O口使用，傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù),P3口也作為一些特殊功能端口使用，如圖32所示：圖32　　單片機(jī)AT89C52引腳：RXD(串行數(shù)據(jù)接收口)：TXD(串行數(shù)據(jù)發(fā)送口)：(外部中斷0輸入) ：(外部中斷1輸入) ：T0(記時(shí)器0計(jì)數(shù)輸入) ：T1(記時(shí)器1外部輸入) ：WR(外部RAM寫選通信號(hào))：(外部RAM讀選通信號(hào)) 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/：地址鎖存允許/編程線，當(dāng)訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，~，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用地址鎖存器，~。在不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)在ALE/ 線上輸出頻率為1/6晶振頻率的脈沖序列。EA：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)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。VPP：允許訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器/編程電源線，當(dāng)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)端保持高電平時(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)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接單片機(jī)片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋回路。第四章　　總體硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖41所示溫度顯示溫度采集獨(dú)立鍵盤AT89C52驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)復(fù)位晶振圖41　　系統(tǒng)構(gòu)成框圖在本設(shè)計(jì)中，電源部分由外接電源直接提供，所以沒有設(shè)計(jì)電源模塊，復(fù)位系統(tǒng)電路是由1個(gè)按鍵，1個(gè)電容和2個(gè)電阻組成；時(shí)鐘振蕩電路是由1個(gè)晶震和2個(gè)電容組成；鍵盤控制電路是由2按鍵組成獨(dú)立鍵盤連接到單片機(jī)上完成按鍵功能；狀態(tài)顯示以及LED顯示電路，由3個(gè)發(fā)光二極管和3個(gè)共陽(yáng)極7段數(shù)碼管以及電阻組成，用以完成設(shè)計(jì)中的狀態(tài)顯示功能和LED顯示功能；控制電路是由PWM控制，用達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器ULN2803控制風(fēng)扇直流電機(jī)，主控制器采用單片機(jī)AT89C52單片機(jī)。所以本設(shè)計(jì)中用到的器件很少也很簡(jiǎn)單。DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過(guò)其內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來(lái)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)生的門周期而被計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器預(yù)先置有與55℃相對(duì)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增加1℃，然后這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，直到高溫度系數(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特性的影響，其內(nèi)用斜率累加器進(jìn)行補(bǔ)償[6]。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)線與單片機(jī)1位I/O線相連，且單片機(jī)的1位I/O線可掛接多個(gè)DS18B20，就可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度檢測(cè)[7]。溫度傳感模塊電路圖如圖42所示：圖42　　溫度傳感模塊電路圖鍵盤包括2個(gè)獨(dú)立按鍵S2和S3，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)入鍵盤掃描子程序，以查詢的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設(shè)定。其中按鍵S2為加按鍵，每按下一次，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)初設(shè)定值進(jìn)行減一計(jì)算。鍵盤接線圖如圖如43所示：圖43　　鍵盤接線圖本設(shè)計(jì)制作中選用5位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊。其中前3位數(shù)碼管DSDSDS3用于顯示溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)采集到的溫度，顯示范圍為0~；后2位數(shù)碼管DSDS5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、~，其中P0口需接一10K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~~,~，則選中與該位相連的數(shù)碼管。溫度顯示LED和單片機(jī)硬件的接口如圖44所示：圖44　　數(shù)碼顯示接線圖本設(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直流無(wú)刷風(fēng)扇電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。鍵盤控制設(shè)置溫度，通過(guò)軟件向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，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)速的自動(dòng)控制[8]。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)。風(fēng)扇電機(jī)的一端接12V電源，另一端接ULN2803的OUT7引腳，，由此控制風(fēng)扇直流電機(jī)的速度與啟停。風(fēng)扇電機(jī)接線圖如下圖45所示：圖45　　風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電系統(tǒng)選用的風(fēng)扇電機(jī)為12V直流無(wú)刷電機(jī)，單達(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，因此本設(shè)計(jì)的風(fēng)扇電機(jī)用ULN2803來(lái)驅(qū)動(dòng)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機(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)片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋回路。本設(shè)計(jì)中開關(guān)復(fù)位與晶振電路如下圖所示，當(dāng)按下按鍵開關(guān)S1時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位一次。其中電容CC2為20pF，C3為10uF，電阻RR3為10k。系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路如下圖46所示：圖46　　系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路第五章　　軟件設(shè)計(jì)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)、鍵盤掃描函數(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，鍵盤掃描函數(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)行分析出理，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)速的控制。主程序流程圖如圖51所示：調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)主程序開始調(diào)用數(shù)碼管顯示函數(shù)程序初始化調(diào)用溫度處理函數(shù)調(diào)用DS18B20初始化函數(shù)調(diào)用風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)調(diào)用DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)結(jié)束調(diào)用溫度讀取函數(shù)圖51　　主程序流程