【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 位及數(shù)據(jù)總線(xiàn)的分時(shí)復(fù)用端口。作為通用 I/O 口時(shí)需加上 拉電阻，作為普通 I/O 口輸入時(shí)應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫(xiě)入 1。 P1 口： 8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。作為普通 I/O輸入時(shí)，先向端口輸出鎖存器寫(xiě)入 1。 P2 口： 8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻，作為普通 I/O輸12 入時(shí)同上。 P3 口： 8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻，作為普通 I/O輸入時(shí)同上， P3 口還可以提供第二功能，其第二功能定義如表 31 所示： 表 31 P3 口第二功能 引腳 第二功能 說(shuō)明 RXD 串行數(shù)據(jù)輸入口 TXD 串行數(shù)據(jù)輸出口 INT0 外部中斷 0 輸入 INT1 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí)器 0外部技術(shù)輸入 T1 定時(shí)器 1外部計(jì)數(shù)輸入 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通輸出 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出 單片機(jī) 系統(tǒng) 整個(gè)系統(tǒng)的核心部件就是單 片機(jī)，搭建一個(gè)穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)的正常工作是很重要的。 13 圖 33 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī) 系統(tǒng)如圖 33所示，其中有 4個(gè)雙向的 8位并行 I/O端口，分別記作 P0、 P P P3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入， P3 口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號(hào)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所必須的時(shí)鐘控制信號(hào)，內(nèi)部電路在時(shí)鐘信號(hào)的控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序指令工作。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的微調(diào)電容通常選擇為 30pF 左右，該電容的大小會(huì)影響到振蕩器 頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的振蕩頻率采用 12MHz。 MCS51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路。 14 溫度檢測(cè)電路及 DS18B20 測(cè)溫原理 DS18B20 介紹 DS18B20引腳如圖 34所示： 圖 34 DS18B20 的管腳排列 DALLAS 半導(dǎo)體公司的單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的“一線(xiàn)器件”，其體積小、適用于多種場(chǎng)合。 DS18B20 是世界上第一片支持“一線(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍為 55～ +125 176。C，可編程為 9 位～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) 176。 C。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出。多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)到 3根或 2根線(xiàn)上， CPU 只需一根端口線(xiàn)就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口很少，可節(jié)省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。 DS18B20 特性 （ 1）適應(yīng)電壓范圍寬： V～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線(xiàn)供電。 （ 2）獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式，在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器 與 DS18B20的雙向通訊。 15 （ 3） DS18B20 在使用中 不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形 如一只三極管的集成電路內(nèi)。 （ 4）測(cè)溫范圍－ 55℃～＋ 125℃，在 10℃～ +85℃時(shí)精度為177。 ℃。 （ 5）可編程的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃、℃、 ℃和 ℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 （ 6）在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。 （ 7）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線(xiàn)總線(xiàn)”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳 送 CRC校驗(yàn)碼，具有很強(qiáng)的 抗干擾糾錯(cuò)能力。 （ 8）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 。 DS18B20 硬件電路 在硬件上， DS18B20與單片機(jī)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(jī)的 I/O線(xiàn)相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) VDD、 GND接地， I/O接單片機(jī) I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線(xiàn)要接 10KΩ左右的上拉電阻。我們采用的是第一種連接方法，如圖 35 所示，把 DS18B20的數(shù)據(jù)線(xiàn)與單片機(jī)的 ，再加上上拉電阻。 16 圖 35 DS18B20 連接圖 報(bào)警溫度調(diào)節(jié)電路 本系統(tǒng)一共設(shè)置了 3個(gè)按鍵，系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)按 key1鍵切換到下限溫度設(shè)置模式，同時(shí)數(shù)碼管顯示下限溫度，按 key2， key3 可以對(duì)相應(yīng)的下限溫度進(jìn)行加減設(shè)置。再按 key1鍵切換到上限溫度設(shè)置模式，同時(shí)顯示上限溫度，同樣按 key2， key3可以進(jìn)行設(shè)置。再按 key1 切換到正常顯示溫度模式，同時(shí)將上下限溫度值儲(chǔ)存到 AT24C02 中。按鍵電路如圖 36所示，直接將 I/O 口通過(guò)按鍵接地即可，程序運(yùn)行時(shí)檢測(cè)到低電平即為按鍵按下 。 17 圖 36 溫度調(diào)整按鍵電路 報(bào)警溫度存 儲(chǔ)電路 系統(tǒng)需要通過(guò)按鍵對(duì)報(bào)警溫度上下限進(jìn)行靈活設(shè)置，而設(shè)置后若系統(tǒng)斷電重啟單片機(jī)復(fù)位后溫度上下限值將會(huì)回到最初的值而不是設(shè)置值，所以需要利用 FLASH把上下限值儲(chǔ)存起來(lái)，這里用到 AT24C02。 AT24C02是美國(guó) Atmel公司的低功耗 CMOS型 EEPROM，內(nèi)含 256*8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬 (~)，擦寫(xiě)次數(shù)多 (大于 10000次 )，寫(xiě)入速度快 (小于 10ms)，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)不易丟失，體積小等特點(diǎn)。并且它是采用 I2C總線(xiàn)式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的串行操作，只占用很少的資源和 I/O 線(xiàn)。 AT24C02 有一個(gè) 16 字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器，該器件通過(guò) I2C總線(xiàn)接口進(jìn)行操作，還有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。 AT24C02的引腳如圖 37，各引腳功能如下 ： 18 圖 37 AT24C02 引腳圖 SCL：串行時(shí)鐘輸入管腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘。 SDA：雙向串行數(shù)據(jù) /地址管腳，用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。 A0、 A A2：器件地址輸入端。這些輸入腳用于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)時(shí)設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為 0。使用 AT24C02 最大可級(jí)聯(lián) 8 個(gè)器件。 WP：寫(xiě)保護(hù)。如果 WP 管腳連接到 VCC，所有的內(nèi)容都被寫(xiě)保護(hù)，只能進(jìn)行讀操作。當(dāng) WP管腳連接到 GND 或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀 /寫(xiě)操作。 GND：電源地 (GND)。 VCC：電源電壓 (5V)。 AT24C02通過(guò) IIC總線(xiàn)與單片機(jī)進(jìn)行通信，電路連接如圖 38 19 圖 38 AT24C02 電路 報(bào)警及控制電路 由于只對(duì)溫度太高和太低報(bào)警，報(bào)警功能并不復(fù)雜，這里沒(méi)有采用語(yǔ)音報(bào)警功能，而用蜂鳴器代替，這樣系統(tǒng)更簡(jiǎn)潔，軟件方面也比較好控制，成本也更低。蜂鳴器電路如圖 39,采用 PNP 三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 。 20 圖 39 蜂鳴器電路 在溫度控制方面，降溫利用小風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)，而考慮到成本和簡(jiǎn)便，加熱器用紅色 LED燈模擬。電路如圖 310 圖 310 溫度控制電路 21 顯示電路 顯示部分可以用液晶顯示和數(shù)碼管顯示，由于本系統(tǒng)需要顯示的只有數(shù)字，故用數(shù)碼管顯示即可。 7 段 LED數(shù)碼管是利用 7 個(gè) LED（發(fā)光二極管）外加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的 LED 組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示 0~9 等 10個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，使用非常廣泛。 這種數(shù)碼管可以分為共陽(yáng)極和共陰極兩種，共陽(yáng)極就是把所有LED 的陽(yáng)極連接到共同節(jié)點(diǎn)，而每個(gè) LED的陰極分別為 a、 b、 c、 d、e、 f、 g 及 dp（小數(shù)點(diǎn)），如圖 311 圖 311 LED 共陽(yáng)極接法 共陰極則是把所有 LED的陰極連接到共同接點(diǎn)，每個(gè) LED的陽(yáng)極分別為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g及 dp（小數(shù)點(diǎn)），如圖 312 22 圖 312 LED 共陰極接法 如圖 313，圖中的 8個(gè) LED 分別與圖中的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g及 dp 各段位相對(duì)應(yīng)，通過(guò)控制各個(gè) LED的亮滅來(lái)顯示 0~9 不同數(shù)字及小數(shù)點(diǎn)。 如圖 313 LED 各段對(duì)應(yīng)圖 如圖 314，這里采用的是共陰 極 數(shù)碼管。 23 圖 314 共陰極數(shù)碼管 S2， S3， S4 分別為十，個(gè)，小數(shù)位的陰極，陰極由 NPN 三極管加上拉電阻驅(qū)動(dòng)，如圖 315 圖 315 數(shù)碼管陰極驅(qū)動(dòng) 圖中 shi， ge， xiao相應(yīng)連接單片機(jī) ， ， ，控制 S2， S3， S4 的電平高低。 整體 硬件電路圖請(qǐng)見(jiàn)附錄 1。 24 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)的軟件分 4 個(gè)大部分：溫度測(cè)量部分，溫度顯示部分，報(bào)警溫度設(shè)置部分和溫度處理部分 ,其中溫度測(cè)量部分為軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，此部分決定溫度精度的大小。 系統(tǒng)上電后首先加載 EEPROM 中的上下限溫度值，然后初始化定時(shí)器用于對(duì)蜂鳴器的控制。然后進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)，在主循環(huán)中首先對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行顯示，下一步對(duì)溫度進(jìn)行處理，對(duì)超出溫度范圍的情況進(jìn)行控制及報(bào)警處理，然后掃描鍵盤(pán)，如果掃描到按鍵 1按下將進(jìn)入溫度設(shè)置模式，通過(guò)按鍵 1， 2， 3對(duì)上下限溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)置完成后把上限值和下限值儲(chǔ)存到 EEPROM的相應(yīng)地址中。 系統(tǒng)主流程圖如圖 41： 25 圖 41 系統(tǒng)主流程 主程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件主要在溫度顯示和鍵盤(pán)掃描之間循環(huán)，隔一段時(shí)間才對(duì)DS18B20 進(jìn)行溫度獲取，所以顯示和掃描循環(huán) 50 次后再和溫度測(cè)量部分構(gòu)成系統(tǒng)大循環(huán)，即大約每一秒獲取一次溫度數(shù)據(jù) 。 系統(tǒng)主程序： void main() { uint j。 //計(jì)數(shù)器 xia=read_add(2)。 26 delayms(10)。 shang=read_add(4)。 //讀出保存的上限數(shù)據(jù) TMOD=0x01。 //定時(shí)器工作在方式 1 ET0=1。 EA=1。 TH0=(65536250)/256。 TL0=(65536250)%256。 TR0=0。 //先關(guān)閉定時(shí)器 while(1) { tempchange()。 //溫度轉(zhuǎn)換 dis_temp(temp)。 //顯示溫度 dis_temp(temp)。 get_temp()。 //獲取溫度 dis_temp(temp)。 dis_temp(temp)。 deal()。 //溫度處理 j=50。 while(j) { 27 dis_temp(temp)。 if(KEY1==0)set()。 //鍵盤(pán)掃描 } } } 測(cè)溫程序設(shè)計(jì) DS18B20與單片機(jī)通信采用的是單總線(xiàn)技術(shù)，它采用單條信號(hào)線(xiàn)，既可傳輸時(shí)鐘，又可傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線(xiàn)技 術(shù)具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，硬件開(kāi)銷(xiāo)少，成本低廉，便于總線(xiàn)擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。 DS18B20 測(cè)溫過(guò)程主要分三個(gè)步驟： DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換， DS18B20度暫存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)求出十進(jìn)制，如圖 42： 圖 42 測(cè)溫流程 28 溫度轉(zhuǎn)換工作流程 ROM的字節(jié)命令 0xcc 0x44 750~900ms 讀暫存器數(shù)據(jù)流程 ROM的字節(jié)命令 0xcc 0xee 0個(gè)字節(jié) LS，轉(zhuǎn)換結(jié)果低八位 1個(gè)字節(jié) MS，轉(zhuǎn)換結(jié)果高八位 ，表示讀取暫存結(jié)果 數(shù)據(jù)求出十進(jìn)制 LS和 MS數(shù)據(jù) （由于本系統(tǒng)測(cè)量范圍在 0到 ，故不要 ） ，本系統(tǒng)要求精度為 176。 C，故將測(cè)得的數(shù)據(jù)乘以。 報(bào)警溫度設(shè)置及儲(chǔ)存設(shè)計(jì) 溫度設(shè)置采用三按鍵設(shè)置，利用按鍵 1 轉(zhuǎn)換模式，按鍵 2和按鍵29 3 分別進(jìn)行加和減。 按鍵設(shè)置程序 按鍵 1 對(duì)應(yīng)鍵值 key1 的大小進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，每掃描到鍵 1 按下時(shí) key1 加 1，當(dāng) key1=1時(shí)為下限設(shè)置模式， key1=2 時(shí)為上限設(shè)置模式， key1=3 時(shí)滿(mǎn)足“ key12”，此時(shí)將 key1 清零。將上下限值儲(chǔ)存在 EEPROM 中然后退出設(shè)置模式。進(jìn)入設(shè)置模式時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的設(shè)置溫度，利用顯示用于 KEY2和 KEY3 掃描的消抖延時(shí)。流程圖如圖43： 圖 43 按鍵設(shè)置流程圖 溫度儲(chǔ)存程序 EEPROM采用 I2C總線(xiàn)與單片機(jī)進(jìn)行通信 。 I2C 總線(xiàn)是由飛利浦公司推出，是近年來(lái)微電子通信控制領(lǐng)域廣