【文章內(nèi)容簡介】 AT89C51 的 端作數(shù)據(jù)輸出 ， 連接到低位 74LS164 的數(shù)據(jù)輸入引腳端，其余 3 片 74LS164 的數(shù)據(jù)輸入端分別接到它前面一位 74LS164 的數(shù)據(jù)輸出端的最高位 引腳端 。單片機 AT89C51 的 、 端分別接到一個 與 門電路的輸入端，與門電路 的輸出端 分別與每片 74LS164 的輸出允許控制端相連接。 每片 74LS164 的輸出端分別連接到一個數(shù)碼顯示管。 顯示電路結構圖如圖 11 所示。 abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpD S 1 D P Y _ 7 S E G _ D PabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpD S 2 D P Y _ 7 S E G _ D PabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpD S 3 D P Y _ 7 S E G _ D PabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpD S 4 D P Y _ 7 S E G _ D PA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U4 7 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U1 7 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U2 7 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U3 7 4 L S 1 6 4123U7A N DP 3 .0 (R X D )P 3 .1 (T X D )P 1 .4..V C C V C C V C C V C C 圖 11 顯示電路圖 顯示電路工作過程 AT89C51 單片機工作在串行口方式 0 下 （ 移位寄存器方式 ） ， （ RXD） 為數(shù)據(jù)輸出 端， （ TXD） 為移位 脈沖 輸出 端 ， 為 74LS164 允許輸出 控制 端 。 串行口發(fā)送緩沖 區(qū) 的數(shù)據(jù) 在移位脈沖的作用下， 一位一位地從 口 移入 到 74LS164 中， 并在控制信號的 控制作用下， 通過 LED 數(shù)碼顯示管顯示 。 報警控制電路設計 報警控制電路 采 用壓電式蜂鳴器 作發(fā)聲體 ，用三極管對蜂鳴器發(fā)聲進行控制。 內(nèi)江師范學院本科畢業(yè) 設計 10 報警控制電路結構 報警控制電路由單片機 AT89C51 的 端作輸出，通過一個限流電阻與三極管 C945的基極相連接。三極管 C945 集電極連接 壓電蜂鳴器 （ BUZZER） 的一端。壓電蜂鳴器的另一端連接電源。 報警控制電路如圖 12 所示。 Q1C 9 45R41 00U8B U Z Z E RV C CP 3. 7... . 圖 12 報警工作電路 報警控制電路工作過程 （ 1） 壓電蜂鳴器工作原理 壓電蜂鳴器以壓電陶瓷制作而成。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉換能力的特殊陶瓷。當壓電陶瓷在一定方向上 受到一個壓力使其晶體結構發(fā)生形變時，它就會在內(nèi)部產(chǎn)生一個電流，電流的變化與壓力的變化密切相關。反之 ，當在壓電陶瓷上加上一定頻率的電壓，就會在內(nèi)部產(chǎn)生一定頻率的電流，從而就會引起壓電陶瓷微小形變，這一形變帶動空氣發(fā)生振動。 如果頻率適當，就產(chǎn)生蜂鳴聲，可以被人耳所聽見。 （ 2）報警控制電路工作過程 報警控制信號由單片機 AT89C51 的 端 輸出，通過一個限流電阻 加到 三極管 C945的基極。當 端 的輸出信號發(fā)生變化時，則三極管 C945 將交替的工作于截止、飽和狀態(tài) ，形成高低電平的波， 從而使壓電蜂鳴器發(fā)出聲音 。 電源電路設計 電源電路 [7]由變壓器、單相橋式 整流 電路 、 濾波電路和三端穩(wěn)壓電路構成。其電路圖如圖 13 所示，圖中 “output”端輸出為 +5V。 內(nèi)江師范學院本科畢業(yè) 設計 11 圖 13 電源電路 電子設備中常使用輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器。三端式穩(wěn)壓器只有輸入、輸出和公共引出端，由啟動電路、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護電路等部分組成。在本系統(tǒng)中，要求電源電壓為 +5V，由于三端式穩(wěn)壓器輸出電壓固定，故在設計中選擇三端式穩(wěn)壓器 L7805。三端式穩(wěn)壓器的輸入與輸出之間電壓差為 2～ 3V，整流橋的輸出電壓是輸入電 壓 (有效值 )的 倍，根據(jù)有效值與峰 峰值的關系選擇 220V/6V的變壓器。由于 L7805 的最大輸出電流為 1A，電壓為穩(wěn)定的 +5V， 輸出功率為 5W， 加上三端式穩(wěn)壓器 L7805 的消耗，故本系統(tǒng)選擇降壓比為 220V/6V、功率為 10W 的變壓器。圖 13 中 C C5 為低頻濾波電容，根據(jù)經(jīng)驗選擇電解電容，其容值分別為 C4=220μF、C5=47μF； C C7為高頻濾波電容，均選 。發(fā)光二極管用于指示電源是否接通，選擇 FG1112021 發(fā)光二極管，根據(jù) FG1112021 正向電流 為 5mA 及管壓降 為+2V，選擇限流電阻 R5= 680Ω。 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)元件清單 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)元件清單 ， 見附錄（ 1） 。 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng) 電路圖 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)原理圖 ， 見附錄（ 2） （圖 14） 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)印刷電路板 圖， 見附錄（ 3） （ 圖 15） 內(nèi)江師范學院本科畢業(yè) 設計 12 3 數(shù)字 式多路 溫度 采集 系統(tǒng)程序設計 主程序 設計 主程序 [8]主要功能是控制調(diào)用子程序，實現(xiàn)溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20的測量溫度值（溫度測量每 1s 進行一次）。其程序流程圖如圖 16 所示。 圖 16 數(shù)字式 多路 溫度 采集系統(tǒng) 主程序流程圖 子程序 設計 DS18B20 的 通信協(xié)議 根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議 [7]，主機（單片機 AT98C51）控制 DS18B20 完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進行初始化操作，初始化成功后發(fā)送一條存儲器操作命令（ ROM 指令），最后處理數(shù)據(jù)（發(fā)送 RAM 指令），這樣才能對 DS18B20 進行預定的操作。 所用 各 ROM、 RAM 操作指令分別如表 表 4 所示 。 調(diào)用顯示子程序 1s 到 ? 初次上電 ? 讀出溫度值 溫度計算處理 顯示數(shù)據(jù)刷新 發(fā)出溫度轉換開始命令 N Y Y N 初始化 發(fā)出報警 Y N 溫度超過報警值 ? 調(diào)用鍵盤掃描子程序 內(nèi)江師范學院本科畢業(yè) 設計 13 表 3 ROM 指令表 指令 約 定代碼 功能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 溫度傳感器 ROM 中的編碼 (即 64 位地址 ) 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后 ,接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼 ,訪問單總線上與該編碼相對應的 DS18B20 使之做出響應 ,為下一步對該DS18B20 的讀寫做準備 . 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數(shù)和識別 64位 ROM 地址。為操作各器件作好準備。 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。 告警搜索命令 0ECH 執(zhí)行后溫度超過設 定值上限或下限的片子才能做出響應。 表 4 RAM 指令表 指令 約定代碼 功能 溫度轉換 44H 啟動 DS18B20進行溫度轉換， 12 位轉換時最長為 750ms（ 9 位為 ）。結果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中。 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容。 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 子程序 （ 1） 鍵盤掃描子程序 鍵盤掃描子程序對按下的鍵進行判斷，并轉到按下的相應鍵對應的程序段，執(zhí)行相應的功能。 其 程 序流程圖如圖 17 所示。 （ 2）溫度轉換命令子程序 溫度轉換命令子程序主要是發(fā)送溫度轉換開始命令。 在發(fā)送匹配 ROM 命令后，緊跟著發(fā)送要進行測溫的 DS18B20 的 64 位 ROM 序列（這個序列號一般由廠方提供或通過實驗的方式獲得）。 采用 12 位分辨率，轉換時間約為 750ms。其程序流程圖如圖 18 所示。 內(nèi)江師范學院本科畢業(yè) 設計 14 圖 17 鍵盤掃描子程序 流程圖 圖 18 溫度轉換命令子程序 流程圖 （ 3）讀出溫度子 程序 讀出溫度子程序主要功能是讀出 RAM 中的 9 個 字節(jié)，在讀出時需進行 CRC 校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖 19 所示。 （ 4）計算溫度子程序 從 DS18B20 讀取出的二進制值必須先轉換成十進制值，才能用于字符的顯示。 在系統(tǒng) 采用 12 位轉換精度，溫度寄存器里的值是以 為步進的，即溫度值為溫度寄存器里的二進制值乘以 ，就是實際的十進制溫度值。 通過觀察可以發(fā)現(xiàn)一個十進制值和二進制值之間有很明顯的關系。低字節(jié)的高半字節(jié)乘以 恰好就是原整數(shù)。因此，把二進制的高字節(jié)的低 半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一個字節(jié)，這個字節(jié)的二進制值化為十進制值后，就恰好是溫度值的百、十、個位值；剩下的低字節(jié)的低半字節(jié)化成十進制后，就是溫度值的小數(shù)部分。小數(shù)部分因為是半個字節(jié)，所以二進制值范圍是 0～ F， 轉換成十進制小數(shù)值就是 的倍數(shù)。這樣需要 4 位的數(shù)碼管來顯示小數(shù)部分，實際應用不必有這么高的精度，采用 1 位數(shù)碼管來顯示小數(shù)，可以精確到 ℃ 。表 5 就是二進制和十進制小數(shù)的近似對應關系。 其程序流程圖如圖 20 所示。 表 5 小數(shù)部分二進制和十進制的近似對應關系表 小數(shù)部分 二進制數(shù) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 十進制數(shù) 0 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 6 7 8 8 9 發(fā) DS18B20復位命令命令 匹配 ROM、 64 位地址 發(fā)溫度轉換開始命令 結束 確定鍵號 有鍵按下？ 開始 Y 轉至相應的程序，執(zhí)行相應的功能 N 其它子程序 內(nèi)江師范學院本科畢業(yè) 設計 15 圖 19 讀出溫度子程序流程圖 圖 20 計算溫度子程序流程圖 （ 5） 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 [9]主要是對顯示緩沖 區(qū) 中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，當最高顯示位為 0 時將符號顯示位移入下一位。 其 程序流程圖如圖 21 所示。 圖 21 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序流程圖 圖 22 報警控制子程序 流程圖 結束 N 設定最高溫度報警值 設定值小于顯示緩 沖區(qū)的值？ Y 發(fā)出報警 置“ +”標志 計算小數(shù)位溫度 BCD值 計算整數(shù)位溫度 BCD值 溫度值取補碼置“ － ”標志 溫度零下？ 結束 Y N 開始 發(fā) DS18B20復位命令命令 發(fā)匹配 ROM、 64 位地址 移入溫度暫存區(qū) 發(fā)讀取溫度命令 讀取 RAM 中的 9個字節(jié) 9 字節(jié)完 ？ 結束 Y N Y N CRC 校驗正確 ？ 十位數(shù)顯示符號，百位數(shù)不顯示 十位數(shù) 0？ 結束 Y N 溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器 百位數(shù) 0？ 百位數(shù)顯示 數(shù)據(jù)（不顯示符號） Y N 內(nèi)江師范學院本科畢業(yè) 設計 16 （ 6）報警控制子程序 當設定的最高報警溫度值大于顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)時，發(fā)出報警，提示溫度超過設定的最大值。其程序流程圖如圖 22 所示。 數(shù)字 式多路 溫度 采集系統(tǒng) 控制源程序 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)控制源程序 ， 見附錄（ 4） 。 內(nèi)江師范學院本科畢業(yè) 設計 17 4 系統(tǒng)調(diào)試及性能分析 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試