【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 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，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。 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。 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。 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。 圖 38 電路總圖 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 所示。 圖 41 主程序圖 主要程序代碼 按鍵掃描程序 void keyscan void if key1 0 dmsec 5 。 if key1 0 sheding++。 if sheding 100 sheding 20。 while !key1 。 else if key2 0 dmsec 5 。 if key2 0 sheding。 if sheding 0 sheding 20。 while !key2 。 溫度處理程序 void deal uint tmp //溫度處理 if tmp sheding gaonum 0。 dinum 4。 else if tmp sheding amp。amp。 tmp sheding+5 gaonum 1。 dinum 3。 else if tmp sheding+5 amp。amp。 tmp sheding+10 gaonum 2。 dinum 2。 else if tmp sheding+10 amp。amp。 tmp sheding+15 gaonum 3。 dinum 1。 else gaonum 4。 dinum 0。 用 Keil C51 編寫(xiě)程序 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司開(kāi)發(fā)的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與單片機(jī)匯編語(yǔ)言相比， C 語(yǔ)言不僅語(yǔ)句簡(jiǎn)單靈活，而且編寫(xiě)的函數(shù)模塊可移植性強(qiáng)，因而易學(xué)易用，效率高。隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不 斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前使用較多的 MCS51 系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)的軟件。 Keil C51 軟件不僅提供了豐富的庫(kù)函數(shù)，而且它強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具為程序編輯調(diào)試帶來(lái)便利，在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。早使用時(shí)要先建立一個(gè)工程，然后再添加文件并編寫(xiě)程序，編寫(xiě)好后在編輯調(diào)試。 Keil C51 的使用界面如圖 32 所示。 圖 42 Keil C51 的使用界面 用 Proteus 進(jìn)行仿真 Proteus 簡(jiǎn)介 Proteus 軟件是來(lái) 自英國(guó) Labcenter electionics 公司的 EDA 工具軟件。 Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，它不僅和其他 EDA 工具一樣有原理布圖、 PCB 自動(dòng)或人工布線(xiàn)及電路仿真的功能，而且更重要的功能是，它的電路仿真是互動(dòng)的，可以根據(jù)仿真實(shí)時(shí)觀察到現(xiàn)象驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性及準(zhǔn)確性并及時(shí)改變程序代碼、原理圖連接以及元件屬性等。它還能配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器來(lái)顯示和輸出，如示波器、邏輯分析儀等，效果很好。 Proteus 有 4 個(gè)功能模塊：智能原理圖設(shè)計(jì)、完善的電路仿真功能、獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能以及實(shí)用的 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái)。其內(nèi)部元件庫(kù)含有豐富的元件，支持總線(xiàn)結(jié)構(gòu)以及智能化的連線(xiàn)功能；支持主流 CPU（如 ARM、 8051/5 AVR）及通用外設(shè)模型的實(shí)時(shí)仿真等，為單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用等帶來(lái)極大的便利。軟件的使用主界面如圖 43 所示。 圖 43 Proteus 使用主界面 本設(shè)計(jì)基于 Proteus 的仿真 首先啟動(dòng) Proteus 軟件并建立一工程，然后根據(jù)原理圖調(diào)出相應(yīng)的元件，再根據(jù)要求改變各元件的屬性并把各個(gè)元件按原理圖 連接起來(lái)。在原理圖繪制連接好后再把編譯好的程序加載到 AT89C52 單片機(jī)中。最后再根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能分布進(jìn)行仿真。 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用按鍵 S2 調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫度為 23 攝氏度。點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始仿真，待一段時(shí)間穩(wěn)定后，觀察到此時(shí)風(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 44 所示。 圖 44 仿真效果圖一 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用按鍵 S2 調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫度為 23 攝氏度。點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始仿真，待一段時(shí)間穩(wěn)定后，觀察到此時(shí)風(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 45 所示。 圖 45 仿真效果圖二 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用按鍵 S2 調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫度為 23 攝氏度。點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始仿真，待一段時(shí)間穩(wěn)定后，觀察到此時(shí)風(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 46 所示。 圖 46 仿真效果圖三 在上一步仿真的基礎(chǔ)上（溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為 23 攝氏度），用按鍵 S2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度至 31 攝氏度，此時(shí)可知預(yù)設(shè)溫度大于溫度傳感器檢測(cè)到的溫度，觀察到直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸變慢，最 后轉(zhuǎn)速變?yōu)?0，符合系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，如圖 47 所示。 圖 47 仿真效果圖四 通過(guò)以上仿真可以看出，直流風(fēng)扇電機(jī)在系統(tǒng)設(shè)定的溫度一定情況下，其轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度（溫度傳感器檢測(cè)到的溫度）的增加而增大。當(dāng)環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能。當(dāng)然，在