【文章內(nèi)容簡介】 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 使溫度信息更迅速，直觀地發(fā)布，這些都提高了系統(tǒng)的可行性。而 且單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多 DS18B20 控制工作，還可以與 PC 機(jī)通信 .另外 AT89C51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。 系統(tǒng)方案 綜上所述 ,溫度傳感器以及主控部分都采用第二方案。 系統(tǒng)采用針對傳統(tǒng)溫度測溫系統(tǒng)測溫點少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點，運用分布式通訊的思想 ,用 DS18B20 和 AT89C51 單片機(jī) 一起組成了溫度采集系統(tǒng)。 DS18B20 是在分立式溫度采集模塊上發(fā)展 而來的集溫度傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)化于一體的芯片，該芯片能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 AT89C51 單片機(jī) 可以分別在 和 750ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭? DS18B20 的信息僅需要一根 I/O 口線 (單線接口 )讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。同時其“一線總線”獨 特而且經(jīng)濟(jì)的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入了全新的概念。 系統(tǒng)主要包括三大模塊：控制模塊，溫度采集模塊，溫度顯示模塊。 采用系統(tǒng)總 方案如下圖 ： 湖南人文科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 8 圖 1 控制模塊功能 控制模塊在系統(tǒng)的功能是控制溫度采集模塊完成溫度采集并將采集到的溫度讀入控制模塊的數(shù)據(jù)寄存器，再將從溫度采集模塊讀取的溫度數(shù)據(jù)寫入顯示模塊并控制顯示模塊完成溫度的顯示。 2 溫度采集模塊功能 溫度采集模塊的主要功能是通過溫度傳感器感應(yīng) 溫室溫度并轉(zhuǎn)化成模擬信號，通過轉(zhuǎn)化模塊將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號 ，并 存取溫度數(shù)據(jù) 。 3 溫度顯示模塊功能 溫度顯示模塊的主要功能是在控制模塊的控制下將控制模塊寫入的數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，便于 讀取溫度數(shù)值 。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 第三章 硬件的選擇 本文已經(jīng)在前面提出多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵在于溫度采集部分和系統(tǒng)主控單元部分的設(shè)計。因此系統(tǒng)硬件的選擇 主 要就是溫度傳感器主控單片機(jī)的選擇。 單片機(jī)的選擇 所謂單片機(jī) (m1crocontroller)是指在一個集成芯片中，集成微處理器 (CPU)、存儲器、基本的 I/O 接口以及定時 /計數(shù)、通信部件，即在一個芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機(jī)的基 本功能。 世界上最早的單片機(jī)是 1974 年美國仙童公司研制的 F8 單片機(jī)，但 其中最具典型性的當(dāng)數(shù) Intel 公司的 MCS51 系列單片機(jī)。 單片機(jī)按其結(jié)構(gòu)、特點等可以分為如下幾類： AVR 單片機(jī) ： ATMEL 公司的 AVR 單片機(jī) ,是增強(qiáng)型 RISC 內(nèi)載 Flash 的單片機(jī) ,芯片上的Flash 存儲器附在用戶的產(chǎn)品中 ,可隨時編程 ,再編程 ,使用戶的產(chǎn)品設(shè)計容易 ,更新?lián)Q代方便 .AVR單片機(jī)采用增強(qiáng)的 RISC結(jié)構(gòu) ,使其具有高速處理能力 ,在一個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令 ,每 MHz 可實現(xiàn) 1MIPS 的處理能力 .AVR 單片機(jī)工作電壓為 ~,可以實現(xiàn)耗電最優(yōu)化 .AVR 的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外部設(shè)備 ,工業(yè)實時控制 ,儀器儀表 ,通訊設(shè)備 ,家用電器 ,宇航設(shè)備等各個領(lǐng)域 . Motorola 單片機(jī) : Motorola 是世界上最大的單片機(jī)廠商 .從 M6800 開始 ,開發(fā)了廣泛的品種 ,4位 ,8 位 ,16 位 32 位的單片機(jī)都能生產(chǎn) ,其中典型的代表有 :8 位機(jī)M6805,M68HC05 系列 ,8位增強(qiáng)型 M68HC11,M68HC12 , 16 位機(jī) M68HC16, 32位機(jī) M683XX. Motorola 單片機(jī)的特點之一是在同樣單片機(jī)種類簡介 的速度下所用的時鐘頻率較 Intel 類單片機(jī)低得多 ,因而使得高頻噪聲低 ,抗干擾能力強(qiáng) ,更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境 。 湖南人文科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 10 MicroChip 單片機(jī) : MicroChip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是 PIC 16C系列和 17C系列 8位單片機(jī) ,CPU采用 RISC結(jié)構(gòu) ,分別僅有 33,35,58條指令 ,采用 Harvard雙總線結(jié)構(gòu) ,運行速度快 ,低工作電壓 ,低功耗 ,較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力 ,價格低 ,一次性編程 ,小體積 . 適用于用量大 ,檔次低 ,價格敏感的產(chǎn)品 .在辦公自動化設(shè)備 ,消費電子產(chǎn)品 ,電訊通信 ,智能儀器儀表 ,汽車電子 ,金融電子 ,工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用 ,PIC 系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場份額排名中逐年提高 .發(fā)展非常迅速 . MDT20XX 系列單片機(jī) : 工業(yè)級 OTP 單片機(jī) ,Micon 公司生產(chǎn) ,與 PIC 單片機(jī)管腳完全一致 ,海爾集團(tuán)的電冰箱控制器 ,TCL 通信產(chǎn)品 ,長安奧拓鈴木小轎車功率分配器就采用這種單片機(jī) EM78 系列 OTP 型單片機(jī) : 臺灣義隆電子股份有限公司 ,直接替代 PIC16CXX,管腳兼容 ,軟件可轉(zhuǎn)換 . Scenix 單片機(jī) : Scenix 公司推出的 8 位 RISC 結(jié)構(gòu) SX 系列單片機(jī)與 Intel 的Pentium II 等一起被 評選為 1998 年世界十大處理器 .在技術(shù)上有其獨到之處 : SX 系列雙時鐘設(shè)置 ,指令運行速度可達(dá) 50/75/100MIPS（每秒執(zhí)行百萬條指令 ,XXX M Instruction Per Second） 。具有虛擬外設(shè)功能 ,柔性化 I/O 端口 ,所有的I/O 端口都可單獨編程設(shè)定 ,公司提供各種 I/O 的庫函數(shù) ,用于實現(xiàn)各種 I/O 模塊的功能 ,如多路 UART,多路 A/D,PWM,SPI,DTMF,FS,LCD 驅(qū)動等等 . 采用EEPROM/FLASH程序存 儲器 ,可以實現(xiàn)在線系統(tǒng)編程 .通過計算機(jī) RS232C接口 ,采用專用串行電纜即可對目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行在線實時仿真 。 EPSON單片機(jī) : EPSON單片機(jī)以低電壓 ,低功耗和內(nèi)置 LCD 驅(qū)動器特點著名于世 ,尤其是LCD 驅(qū)動部分做得很好 .廣泛用于工業(yè)控制 ,醫(yī)療設(shè)備 ,家用電器 ,儀器儀表 ,通信設(shè)備和手持式消費類產(chǎn)品等領(lǐng)域 .目前 EPSON已推出四位單片機(jī) SMC62 系列 ,SMC63 系列 ,SMC60 系列和八位單片機(jī) SMC88 系列 . 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 東芝單片機(jī) : 東芝單片機(jī)門類齊全 ,4 位機(jī)在家電領(lǐng)域有很大市場 ,8 位機(jī)主要有 870 系列 ,90 系列 ,該類單片機(jī)允許使用慢模式 ,采用 32K 時鐘時功耗降至 10UA 數(shù)量級 .東芝的 32 位單片機(jī)采用 MIPS 3000A RISC 的 CPU結(jié)構(gòu) ,面向 VCD,數(shù)字相機(jī) ,圖像處理等市場 .。 華邦單片機(jī) : 華邦公司的 W77,W78 系列 8位單片機(jī)的腳位和指令集與 8051 兼容 , 但每個指令周期只需要 4 個時鐘周期 ,速度提高了三倍 ,工作頻率最高可達(dá) 時增加了 WatchDog Timer,6 組外部中斷源 ,2組 UART,2 組 Data pointer 及 Wait state control pin. W741系列的 4位單片機(jī)帶液晶驅(qū)動 ,在線燒錄 ,保密性高 ,低操作電壓（ ~） . Zilog 單片機(jī) : Z8 單片機(jī)是 Zilog 公司的產(chǎn)品 ,采用多累加器結(jié)構(gòu) ,有較強(qiáng)的中斷處理能力 ,開發(fā)工具價廉物美 .Z8單片機(jī)以低價位面向低端應(yīng)用 .我想很多人都知道 Z80單板機(jī) ,直到 90 年代后期 ,很多大學(xué)的微機(jī)原理還是講述 Z80. 8051 單片機(jī) : 8051單片機(jī)最早由 Intel公司推出 ,其后 ,多家公司購買了 8051的內(nèi)核 ,使得以8051為內(nèi)核的 MCU系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量 最大 ,應(yīng)用也最廣泛 ,有人推測 8051可能最終形成事實上的標(biāo)準(zhǔn) MCU芯片 . LG 公司生產(chǎn)的 GMS90 系列單片機(jī) ,與 Intel MCS51 系列 ,Atmel 89C51/52,89C2051 等單片機(jī)兼容 ,CMOS技術(shù) ,高達(dá) 40MHZ 的時鐘頻率 ,應(yīng)用于 : 多功能電話 ,智能傳感器 ,電度表 ,工業(yè)控制 ,防盜報警裝置 ,各種計費器 ,各種 IC卡裝置 ,DVD,VCD,CDROM。 MCS51 是在 MCS48 的基礎(chǔ)上于 80 年代初發(fā)展起來的，雖然它 還 是 8 位的單片機(jī)，但其功能有很大的增強(qiáng)。由于 PHILIPS、 ATMEL、 WELBORD、 LG 等近百家 IC 制造商都主產(chǎn) 51 系列兼容產(chǎn)品， 使其 具有品種全、兼容性強(qiáng)、軟硬件湖南人文科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 12 資料豐富等特點。因此， MCS51 應(yīng)用非常廣泛 。直到現(xiàn)在 MCS51 仍不失為單片機(jī)中的主流機(jī)型。國內(nèi)尤以 Intel 的 MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用最廣。由于 8 位單片機(jī)的高性能價格比，因此它 仍將是單片機(jī)中的主流機(jī)型 [1]。 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展，作為高新技術(shù)之一 的單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、價格低廉、使用靈活等優(yōu)勢 。它和一般的集成電路相比有較好的抗干擾能力， 對環(huán)境的溫度和濕度都有較好的適應(yīng)性，可以在工業(yè)條件下穩(wěn)定工作。且單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，提高它們的測量速度和測量精度，加強(qiáng)控制功能。單片機(jī)也廣泛地應(yīng)用于實時控制系統(tǒng)中，例如對工業(yè)上各種窯爐的溫度、酸度、化學(xué)成分的測量和控制。將測量技術(shù)、自動控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理功能和實時控制功能，使系統(tǒng)工作處于最佳狀態(tài)，提 高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從 冶金采礦、機(jī)械電子、輕工紡織等行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品，到郵電通信、日用設(shè)備和器械，單片機(jī)都發(fā)揮了巨 大作用。 因此，在本課題設(shè)計的溫度采集顯示系統(tǒng)中，采用單片機(jī)實現(xiàn)溫度的控制。在單片機(jī)選用方面，因為 MCS 51 系列單片機(jī) 擁有基于復(fù)雜指令集（ CISC）的單片機(jī)內(nèi)核，雖然其速度不快， 12 個振蕩周期才執(zhí)行一個單周期指令，但其端口結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)雙向并行口，可兼有外部并行總線，故使其擴(kuò)展性能非常強(qiáng)大。 51 系列 的內(nèi)部硬件預(yù)設(shè)，可用特殊功能寄存器對其進(jìn)行編輯。 所以，本系統(tǒng)中的單片機(jī)選用 INTEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 芯片， AT89C51 單片機(jī)是 INTEL 公司新近推出的高檔型 MCS 51 系列單片機(jī)中的增強(qiáng)型產(chǎn)品，是一種低 功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器， 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造。 片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程（ ISP），亦適于常規(guī)編程器 [2]。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 AT89C51 單片機(jī)的功能特點 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)。片內(nèi)含 4K bytes 可反復(fù)擦寫的只讀程序存 儲 器（ PEROM）和 128 bytes 隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存 儲 器（ RAM）。兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置 8 位中央處理器（ CPU）和 FLASH 存 儲 單元。 AT89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 ，能靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 主要性能參數(shù)： 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 AT89C51 單片機(jī)的引腳說明 在外部結(jié)構(gòu)上， AT89C51 單片機(jī)和 MCS－ 51 系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，有三種封裝形 式，分別是 PDIP 形式、 PLCC 形式、 TAFP 形式。 其中，常用的為 PDIP形式，其 40 針腳按其功能可分為 3 部分 ： I/O 口線 （ P0~P3） ，控制線 (ALE、 EA、PSEN、 RST)，電源及時鐘 (GND、 VCC、 XTAL XTAL2) [1]。 其 PDIP 封裝， 40針腳形式如 圖 ： 湖南人文科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 14 圖 AT89C51 PDIP 封 裝引腳圖 VCC：供電電壓