【正文】 主程序設(shè)計(jì) 主程序主要功能是控制調(diào)用子程序，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 DS18B20 的測(cè)量溫度值（溫度測(cè)量每 1s 進(jìn)行一次）。因此用匯編語言編寫和修改程序比用機(jī)器語言方便的多。這種用二進(jìn)制代碼來表示的指令系統(tǒng)統(tǒng)稱為機(jī)器語言系統(tǒng)。程序流程圖是人們對(duì)解決問題的方法、思路或算法的一種描述。這種方法思路清楚，軟件故障容易排除，便于移植及修改。軟件設(shè)計(jì)通常分為問題建摸，算法設(shè)計(jì)，編寫代碼和編譯調(diào)試四個(gè)階段。 數(shù)字式多路溫度測(cè)量系統(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 C。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)選擇降哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 壓比為 220V/6V、功率為 10W 的變壓器。 圖 314 電源電路 電子設(shè)備中常使用輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器。 報(bào)警控制電路工作過程 報(bào)警控制信號(hào)由單片機(jī) AT89C51 的 端輸 出，通過一個(gè)限流電阻加到三極管 C945 的基極。壓電陶瓷是一類有將壓力與電流相互轉(zhuǎn)換能力的特殊陶瓷。三極管 C945 集電極連接壓電蜂鳴器（ BUZZER） 的一端。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 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 312 顯示電路圖 顯示電路工作過程 AT89C51 單片機(jī)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。 顯示電路結(jié)構(gòu) 顯示電路由單片機(jī) 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。靜態(tài)顯示可以得到較高的顯示亮度。 LED 數(shù)碼顯示管有靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式，本系統(tǒng)采用串行輸出的靜態(tài)顯示方式。電路如圖 311所示，各鍵功能如表 32 所示。 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U9A T 89 C 51Y112 M zC1 30pC2 30p+C3 10uFR110kV C CS1.. 圖 310 單片機(jī) 控制 電路 輸入控制電路設(shè)計(jì) 輸入控制電路由 按 鍵 及其接口 構(gòu)成 ，鍵盤 是單片機(jī)最簡單的輸入設(shè)備。若該高電平能保持足夠 2 個(gè)機(jī)器周期，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本方式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。本電路選用晶振12MHz， C1=C2=30pF。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。 單片機(jī)工作基本電路設(shè)計(jì) AT89C51 單片機(jī)正常工作，必須連接基本電路。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源 （ VPP） 。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出 正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 RST：復(fù)位輸入。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。外形及引腳排列如圖 39 所示 。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000次。如果需要增加，可以在 端再連接更多的智能溫度傳感器 DS18B20。外部電源供電方式如圖 7 所示。 （ 3） DS18B20 供電方式 外部電源供電方式是 DS18B20 最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 第 5 字節(jié)配置寄存器各位的定義如圖 6 所示；低 5 位一直為 1， TM哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式； R1 和 R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)（即設(shè)置分辨率），定義方法見表 1。第 4 字節(jié)是 TH 和 TL 的拷貝，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。 E2PRAM 包括存放高 溫度和低溫度的觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 64 位光刻 ROM 的位結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示。 因 DS18B20 讀出或?qū)懭胄畔H需要一根口線， 而 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身 還 可向所掛接的 DS18B20 供電， 有時(shí)便 無需額外電源。 多路溫度采集（ DS18B20） 溫度顯示器（ LED） 輸入控制電路（按鍵） 報(bào)警控制電路(蜂鳴器 ) 主 控 制 器 （ AT89C51） 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 DS18B20 簡介 （ 1） DS18B20 的性能特點(diǎn) DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器， 對(duì)比 熱敏電阻等溫度傳感器， 它使用方便， 能夠直接讀出被測(cè)溫度，可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式 ，使相應(yīng) 9 位至 12 位的 數(shù)值 在 至 750ms 內(nèi)完成數(shù)字量轉(zhuǎn)換 ，其 測(cè)溫精度可達(dá)到 ℃ /LSB，測(cè)量的溫度 范圍是 55～ +125℃ 。采用智能溫度傳感器采樣處理電路，能夠方便的進(jìn)行溫度的采集及簡單的數(shù)據(jù)處理。數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。在本系統(tǒng)中，可以不必使用價(jià)格較高的 CRT； 4 位 LED 的工作電流為 240mA 左右，由于使用交流電源供電，足以提供 LED 顯示器所需要的功率，對(duì)于 LED 而言，僅有 4 位，體積也很小，這樣比較 LED 和 LCD 的諸多特點(diǎn)， 本系統(tǒng)選擇 LED 顯示器。目前常用的 LCD 是根據(jù)液晶的扭曲 向列效應(yīng)原理制成的，可得到黑底白字或白底黑字的顯示形式。 顯示部分的選擇 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 使用 的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱 LED ( Light Emitting Diode ) 液晶顯示 器，簡稱 LCD ( Liquid Crystal Display)CRT 顯示器。由于在溫度檢測(cè)部分采用先進(jìn)的傳感器而不再使用 A/D 轉(zhuǎn)換， CPU 內(nèi)部的 A/D轉(zhuǎn)換器和 6 個(gè) I/O 口也就顯得太浪費(fèi)了。比較 MCS8031 和 AT89C51 都具有 4 個(gè) 8 位 I/O 接口，但MCS8031 沒有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，需要外接，增加了電路的復(fù)雜性 。 AT89C51 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的、在我國應(yīng)用較早、技術(shù)較成熟的 MCS51 系列單 片機(jī) 。 考慮到 本系統(tǒng)是 多路 檢 測(cè)系統(tǒng) ，如果采用 MAX6575，占用 I/O 口資源較多，而 DS18B20 則至多需要 2 條總線便可以掛接至少 32 個(gè)傳感器，從而 CPU 還能留有較多的 I/O 口繼續(xù)擴(kuò)展檢測(cè)路數(shù)或其它功能，使用相當(dāng)靈活，所以在本系統(tǒng)中我選擇了 DS18B20?！?。輸出值是數(shù)字信號(hào)，所以不必使用 A/D 轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的接口芯片，直 接送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理。 MAX6575 要求在一個(gè)單片機(jī)的一條控制總線上只允許掛接 8 個(gè)溫度傳感器，管腳數(shù)太多，單個(gè)傳感器也不方便在總線上掛接。這種方案中的溫度傳感器兼有測(cè)溫和 A/D 轉(zhuǎn)換的功能，輸出值是數(shù)字信號(hào)，所以不必使用 A/D 轉(zhuǎn)換器和相關(guān)的接口芯片，能夠直接進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理。在這一方面顯然優(yōu)于第一方案。以 AD590 為例，它的測(cè)溫范圍為 55～+ 150℃ 。 實(shí)際上，各測(cè)試點(diǎn)的溫度值經(jīng)過測(cè)溫元件熱電偶、熱電阻等，被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這樣得到的多路采樣信號(hào)經(jīng)放大器、多路模擬開關(guān)及 A/D 轉(zhuǎn)換電路，由單片機(jī)控制多通道 A/D 轉(zhuǎn)換，分時(shí)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采樣和A/D 轉(zhuǎn)換。 采樣 轉(zhuǎn)換 報(bào)警 顯示 單片機(jī) 測(cè)試對(duì)象 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2章 多路溫度測(cè)量系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方案 方案的比較與論證 溫度傳感器的選擇 根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)一溫度測(cè)量電路，能夠通過溫度傳感器測(cè)量并顯示被測(cè)量點(diǎn)的溫度，常用的溫度傳感器可分為 3 大類： 方案一：熱電偶式 或電阻式 熱電偶具有構(gòu)造簡單 ,適用溫度范圍廣 ,使用方便 ,承受熱機(jī)械沖擊能力強(qiáng)以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn) ,常用于高溫區(qū)域 , 振動(dòng)沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測(cè)溫場(chǎng)合 。 根據(jù)以上所述的總體設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)中需解決的技術(shù)關(guān)鍵性問題是： 第一，本系統(tǒng)由于需要檢測(cè)的 點(diǎn)較多，為了便于用戶安裝使用，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能地使用各種先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，力求電路最簡單，安裝調(diào)試最方便。 CPU 不直接參與過程控制，對(duì)生產(chǎn)過程不會(huì)直接產(chǎn)生影響。因此選擇合適的溫度傳感器成為本次設(shè)計(jì)的重中之重。 現(xiàn)代多路溫度測(cè)量系統(tǒng)都是 綜合運(yùn)用先進(jìn)的元器件和技術(shù) 設(shè)計(jì) 的 多路溫度測(cè)量裝置 ， 可以真正方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度監(jiān)控的自動(dòng)化，為生產(chǎn)管理部門提供高精度的實(shí)時(shí)溫度，使操作者可以在生產(chǎn)過程中及時(shí)了解關(guān)于溫度的參考信息，保證生產(chǎn)能夠在正常的環(huán)境溫度下進(jìn)行，對(duì)于保障安全生產(chǎn)、節(jié)約能源、提高效率、保障產(chǎn)品質(zhì)量有重要的社會(huì)意義。 測(cè)控對(duì)象與計(jì)算機(jī)之間的信息交換是通過總線進(jìn)行的，常見的有 2I C總線、 SPI 總線等被廣泛應(yīng)用著，它們技術(shù)成熟，有眾多的芯片和功能完善的軟件相支持。所謂數(shù)字式溫度傳感器即集溫度感應(yīng)、變換、數(shù)碼調(diào)制于一體，對(duì)外輸出數(shù)字信號(hào)。但是上述場(chǎng)合通常需 要監(jiān)測(cè)的點(diǎn)遠(yuǎn)大于 8 個(gè)，則上述溫度測(cè)量裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足其要求。 但是這些溫度測(cè)量裝置 都有一個(gè)共同的主要缺點(diǎn)， 那就是只能檢測(cè)的路數(shù)不能任意增加。 DALLAS 公司出品的單總線數(shù)字傳感器 DS18B20，其不僅適用與高溫或低溫的環(huán)境，也適用于自然環(huán)境或接近自然溫度的檢測(cè)，如：對(duì)冷凍室或冷藏室溫度的監(jiān)測(cè)，糧食儲(chǔ)備的溫度監(jiān)測(cè)，蔬