【文章內(nèi)容簡介】 行顯示，為 1 時雙行顯示。 F：為 0 時顯示 5 7 點陣，為1 時顯示 5 10 點陣。 命令 7： CGRAM 地址設(shè)置，地址范圍 00H～ 3FH（共 64 個單元，對應(yīng) 8 個自定義字符）。 命令 8： DDRAM 地址設(shè)置，地址范圍 00H～ 7FH。 命令 9：讀忙 標志和計數(shù)器地址。計數(shù)器地址范圍 00H～ 7FH。 命令 10： 寫 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、時鐘電路、鍵盤電路、聲光報警電路等。 11 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 單片機最小系統(tǒng)，是組成一個獨立工作的單片機系統(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：單片機、時鐘電路、復(fù)位電路。 時鐘電路的設(shè)計 在 AT89C52 的引腳 XTAL1 和 XTAL2 端外接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構(gòu)成了內(nèi)部震蕩方式，時鐘電路如圖 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 機通信，所以應(yīng)選擇 的晶振，這樣便于將波特率設(shè)定為標稱值。 圖 31 時鐘電路 復(fù)位電路的設(shè)計 復(fù)位是使單片機獲系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機上電后首先從復(fù)位操作開始。單片機的復(fù)位是通過復(fù)位電路實現(xiàn)的，在實際 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)位信號變低電平時，單片機開始執(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。通過電路分析可知，在單片機運行期間，當(dāng) RESET 按鍵按下時，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，隨著電容 C3 的放電， RST 引腳的電平將逐漸下降 ,兩個機器周期后單片機就執(zhí)行 復(fù)位操作。 圖 32 復(fù)位電路 溫度采集模塊的設(shè)計 本系統(tǒng)將四個 DS18B20 的 DQ 端子分別接在單片機的 ～ ，通過單片機發(fā)送指令分別對每個溫度傳感器進行讀寫操作，這樣可以跳過讀每個 DS18B20 的序列號而直接進行溫度的讀寫， 從而實現(xiàn)多點溫度檢測系統(tǒng) 。 DS18B20 有三個引腳，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 ， 與 TTL電平兼容，因此其可以與微處理器直接進行接口，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 采用外接獨立電源供電，這使 DS18B20 的工作穩(wěn)定，并使測控系統(tǒng)可以隨時偵測 DS18B20 的工作狀態(tài)，做出適時的指令操作。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 P0口來連接 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，通過這三個引腳來控制1602 的讀寫。四路溫度同時顯示在 1602 上，便于讀數(shù)，接口電路如圖 34所示。 14 圖 34 LCD1602 接口電路 鍵盤電路 控制電路是一個單片機系統(tǒng)必不可少組成部分，本系統(tǒng)在運行的過程中會根據(jù)外部環(huán)境的變化對溫度報警的上下限進行設(shè)置，故把單片機的 ～ 口作為控制按鈕的輸入端，它們在運行中對應(yīng)的功能分別為設(shè)置溫度報警上限、設(shè)置溫度報警下限、溫度值加 溫度值減 1 和退出。當(dāng)有按鍵按下時，單片機對應(yīng)的端口會被置 0，單片機會做出相應(yīng)的響應(yīng)，并通過LCD1602 進行顯示。鍵盤電路如圖 35所示。 圖 35 鍵盤電路 15 聲光報警電路 由于本系統(tǒng)設(shè)有報警系統(tǒng)，單片機需對 溫度傳感器所測得的溫度進行檢測，并與設(shè)定的溫度上限縣進行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所測溫度超出所設(shè)定溫度值的范圍時單片機發(fā)出報警信號。聲光報警電路如圖 36 所示，通過 口來控制蜂鳴器報警，通過 ～ 來控制四只不同顏色的發(fā)光二極管，四只發(fā)光二極管對應(yīng)四只 DS18B20 溫度傳感器，單片機復(fù)位后 P1口輸出高電平，四只二極管被點亮，當(dāng)某只溫度傳感器超出溫度范圍時，相應(yīng)的控制端口置0，熄滅發(fā)光二級管進行報警提示，同時蜂鳴器會響起。 圖 36 聲光報警電路 16 工作方案簡介 軟件程序是一個 單片機系統(tǒng)正常工作的核心，單片機根據(jù)程序來執(zhí)行相關(guān)指令，使系統(tǒng)實現(xiàn)所有的預(yù)定功能。本系統(tǒng)通電以后進行復(fù)位初始化操作，四路 DS18B20 測取個路溫度送入 LCD 液晶屏顯示，再啟動報警系統(tǒng)對路溫度進行檢測，觀察是否有溫度超出設(shè)定的溫度范圍，如果有，則啟動報警，同時提示電路進行提示，單片機隨時對按鍵系統(tǒng)（溫度上下限的設(shè)定）進行檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有控制按鈕按下時，對相應(yīng)的按鍵進行響應(yīng)，設(shè)置溫度檢測的上下限，再與設(shè)定溫度進行對比，檢測溫度。整個系統(tǒng)進行循環(huán)工作。 主程序流程圖 程序處理是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，即簡潔的硬件結(jié)構(gòu) 是靠復(fù)雜的軟件來支持的。 主程序的主要功能是負責(zé)讀出并處理 DS18B20 的測量溫度值、溫度值的實時顯示及報警功能。 本系統(tǒng)采用自頂向下循環(huán)執(zhí)行程序設(shè)計，模塊化程序設(shè)計，單片機帶有復(fù)位功能，當(dāng)系統(tǒng)運行出現(xiàn)錯誤時，可以通過復(fù)位操作對整個系統(tǒng)進行復(fù)位。根據(jù)對以上流程圖的分析系統(tǒng)軟件設(shè)計可分為溫度的讀取轉(zhuǎn)換模塊、 LCD 溫度顯示模塊、按鍵處理模塊和報警模塊幾個部分。 17 開 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 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的 ～ 口，可以從四個口讀取溫度，在讀取溫度時可以跳過讀 ROM 命令， DS18B20 操作命令可以分為四步：復(fù)位命令、跳過讀 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，單片機判斷溫度符號，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 大 于 4 8 0 μ s ？跳 過 讀 D S 1 8 B 2 0 序 列 號啟 動 溫 度 轉(zhuǎn) 換跳 過 讀 D S 1 8 B 2 0 序 列 號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)答脈沖時隙 首先，主機發(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， DS18B20 開始檢測脈沖電平的上升沿，這個過程大約延遲 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） 寫時隙 寫“ 0”時，主機把 DQ 單總線直接下拉為點電平，并保持 60μs 以上（且小于 120μs），完成寫 0 時隙。寫“ 1”時，主機先把 DQ 單總線下拉為低電平（持續(xù)時間為 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，這個全程的時隙長度要大于 60μs，這樣就完成了寫 1時隙 [5]。 3） 讀時隙 DS18B20 器件僅 在主機發(fā)出讀時隙時，才向主機傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時隙至少需要 60μs。且在兩次獨立的讀時隙之間，至少需要 1μs 的恢復(fù)時間。每個讀時隙由主機發(fā)起，至少拉低總線 1μs。 液晶顯示模塊 點陣字符式液晶顯示器 LCD1602 模塊為 2 16字， LCD 液晶屏的顯示通過四部：初始化 LCD、讀操作、寫操作、數(shù)據(jù)顯示。通過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 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 實現(xiàn)溫度報警需要對報警溫度的上下限進行設(shè)置，不同環(huán)境下的報警溫度也有所不同，本系統(tǒng)通過單片機的 ～ 口連接五個按鍵來對溫度進行設(shè)置，當(dāng)單片機接收到按鍵信號時對各引腳的不同功能進行響應(yīng)，單片機各引腳功能如表 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 聲光報警模塊 當(dāng)單片機讀取四路 DS18B20 的溫度后會對思路溫度進行檢測，與設(shè)定的溫度上下限進行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某路溫度超出設(shè)定范圍時，單片機會發(fā)出報警信號，使 口輸出矩形波，蜂鳴器實現(xiàn)報警，同時提示電路的發(fā)光二極管會對應(yīng)熄滅進行報警提示，可以觀察出是哪一路溫度超出溫度設(shè)定范圍，報警模塊流程圖如圖 45所示。 22 報 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 蜂 鳴 器 報 警相 應(yīng) 溫 度 提 示 口 輸 出 低 電 平 ， 發(fā)光 二 極 管 熄 滅 ， 進 行 報 警 提 示返 回NY 圖 45 報警模塊流程圖 PROTEUS 軟件是英國 Labcenter Electronics 公司出品的電子設(shè)計自動化軟件，包括 ISIS 和 ARES 兩部分， ISIS 提供了 30 多個元件庫數(shù)千種元器件和多種現(xiàn)實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)秀單片機系統(tǒng)仿真平臺。 本系統(tǒng)先在 PROTEUS 軟件中會只好硬件原理圖，在電器連接性檢 查無誤的情況下，與第三方軟件 Keilc 連接調(diào)試，用 Keil’s uVision 開發(fā)源代碼，并進行編輯，生成可執(zhí)行文件（ .HEX）后，選中單片機 AT899C52，左鍵點擊 AT89C52，在出現(xiàn)的對話框里點擊 Program File 按鈕，找到剛才編譯得到 23 的 HEX 文件，然后點擊“ OK”按鈕進行模擬。點擊模擬調(diào)試按鈕，進人調(diào)試狀態(tài)，經(jīng)對各個環(huán)節(jié)進行調(diào)試，仿真結(jié)果無誤，可以進行實物焊接。 在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，使用了數(shù)字化的溫度傳感器 DS18B20，簡化了系統(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行 A/D 轉(zhuǎn)換，溫差的補償，使用起來更加方便可靠。由于整個系統(tǒng)使用的信號全部為數(shù)字量，可以直接將底線接在電源的負極，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顯示，觀察起來十分方便。在本次設(shè)計過程中，硬件的選取和軟件的編程都是極大考驗，要盡量降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，又要使系統(tǒng)在性價比最高的基礎(chǔ)上實現(xiàn)其所有的功能。單片機強大的綜合性功能使軟件程序的設(shè)計變得簡單，各變量的使用非常靈活，在設(shè)計時要考慮按鍵的去抖動，同時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)的維護和調(diào)試。 24 參考文獻 [1] 李全利 《單片機原理及接口技術(shù)》，北京：高等教育出版社， 20xx 年，第二版，第19～ 29 頁。 [2] 韓志軍 《單片機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實例》，北京：機械工業(yè)出版社， 20xx 年，第二版，第 231～ 244 頁。 [3] 肖看，李