【正文】 設(shè)置模式， key1=2時(shí)為上限設(shè)置模式， key1=3時(shí)滿足 “key12”，此時(shí)將 key1清零。 DS18B20測(cè)溫過程主要分三個(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 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） 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 ，本系統(tǒng)要求精度為 176。 if(KEY1==0)set()。 //溫度處理 j=50。 dis_temp(temp)。 get_temp()。 //溫度轉(zhuǎn)換 dis_temp(temp)。 TR0=0。 TH0=(65536250)/256。 //定時(shí)器工作在方式 1 ET0=1。 shang=read_add(4)。 //計(jì)數(shù)器 xia=read_add(2)。 系統(tǒng)主流程圖如圖 41： 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)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。整機(jī)硬件電路圖請(qǐng)見附錄 A。 圖 311 共陰數(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 312 圖 312 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。電路如圖 310 圖 310 溫度控制電路 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 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。 圖 37 AT24C02 引腳圖 AT24C02通過 IIC總線與單片機(jī)進(jìn)行通信，電路連接如圖 38 圖 38 AT24C02電路 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 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，這里沒有采用語音報(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。 GND：電源地 (GND)。如果 WP 管腳連接到 VCC，所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)，只能 進(jìn)行 讀 操作 。使用 AT24C02 最大可級(jí)聯(lián) 8 個(gè)器件。 A0、 A A2：器件地址輸入端。 AT24C02 的引腳如圖 37，各引腳功能如下 [3]： 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。并且它是采用 I2C 總線式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的串行操作，只占用很少的資源和 I/O 線。 圖 36 溫度調(diào)整按鍵電路 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 報(bào)警溫度存儲(chǔ)電路 系統(tǒng)需要通過按鍵對(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，這里用到 AT24C02。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。 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。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電， I/O 口線要接 10KΩ 左右的上拉電阻 。 （ 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 [2]。 （ 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?！?。 （ 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)。 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)線供電。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。C，可編程為 9 位 ～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)176。 DS18B20 是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。 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。晶體的振蕩頻率采用 12MHz。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。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。 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 [1]： 表 31 P3口第二功能 引腳 第二功能 說明 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)器寫選通輸出 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 單片機(jī)最小系統(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)最小系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)的正常工作是很重要的。 P1口： 8位，準(zhǔn)雙向 I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng) 89C52擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器及 I/O借口芯片時(shí)，P0口作為地址總線低 8位及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。 EA為低電平時(shí)，對(duì)程序存儲(chǔ)器的讀操作只先頂著外部程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于 2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以對(duì)單片機(jī)完成復(fù)位操作。 XTAL2（ 18腳）： 片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。 二、 89C52單片機(jī)引腳功能說明 圖 32 89C52單片機(jī)引腳圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 （ 1） 電源引腳 VCC（ 40腳）：接 +5V電源 GND（ 20腳）：接地。 特殊功能寄存器（ SFR） 共有 21個(gè)特殊功能寄存器，用于 CPU對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視。可進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行 I/O，甚至于多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多級(jí)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的應(yīng)用更廣。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有 3個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，具有 4種工作方式。 89C52片內(nèi)集成有 8KB的 Flash存儲(chǔ)器，片外可外擴(kuò)至64KB。片內(nèi) 128B的 RAM以高速 RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 RAM還可以降低功耗。它由如下功能部件組成： （ 1） 微處理器（ CPU） （ 2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） （ 3） 程序存儲(chǔ)器（ 4K Flash ROM） （ 4） 4個(gè) 8位可編程并行 I/O口（ P0口 .P1口、 P2口、 P3口） （ 5） 1個(gè)全雙工串行口 （ 6） 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 （ 7） 中斷系統(tǒng) （ 8） 特殊功能寄存器（ SFR） 圖 31 89C52單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu) CPU 89C52單片機(jī)中有 1個(gè) 8位 CPU，與通用的 CPU基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的位處理功能。 89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介 一、 89C52單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu) 89C52單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖 31所示。當(dāng)系統(tǒng)斷電重啟后首先通過 AT24C02把溫度范圍值加載到單片機(jī)內(nèi)從而保證系統(tǒng)正常工作。C 時(shí)控制蜂鳴器進(jìn)行低頻率報(bào)警處理。C 時(shí)控制蜂鳴器進(jìn)行高頻率報(bào)警處理。 顯示模塊則由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 報(bào)警功能由蜂鳴器完成，通過單片機(jī) I/O口向蜂鳴器發(fā)出不同頻率的脈沖而發(fā)出不同的警報(bào)聲對(duì)相應(yīng)溫度進(jìn)行報(bào)警。 系統(tǒng)的核心器件是 51單片機(jī)，它是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，由它來控制協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作，考慮到系統(tǒng)的功能和經(jīng)濟(jì)性因素，采用的是性價(jià)比比較高的 STC89C52。 系統(tǒng)框圖主要由主控制器、溫度傳感器、報(bào)警按鍵設(shè)置、 AT24C0數(shù)碼管顯示、報(bào)警和控制電路組成。 從以上兩種方案，容易看出方案二的測(cè)溫裝置電路更簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)更方便、程序設(shè)計(jì)也更容易實(shí)現(xiàn)，故本次設(shè)計(jì)采用了方案二。 該系統(tǒng)利用 STC89C52芯片控制溫度傳感器 DS18B20進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報(bào)警溫度進(jìn)行報(bào)警和相應(yīng)的控制處理。采用 51單片機(jī)控制，軟件編程的自由度很大，可通過 C語言編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。 DS18B20采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由 DS18B20和微控制器 STC89C52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)，可直接與單片機(jī)連接。C時(shí)，最大線性偏差小于 1176。便于單片機(jī)控制及處理，省去傳統(tǒng)測(cè)溫方法的很多外圍電路。 此方案的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，體積小，精確度高，但是它們也存在著輸出電壓小、 抗干擾能力差 的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較復(fù)雜，增大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。利用熱敏電阻阻值隨溫度變化而顯著變化，能直接將溫度的變化轉(zhuǎn)換為 電壓 的變化，進(jìn)而制成溫度計(jì)。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案選擇 該系統(tǒng)主要由溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理 部分 組成，實(shí)現(xiàn)方案有很多種， 下面將列出兩種經(jīng)常用到的實(shí)現(xiàn)方案。 本文研究?jī)?nèi)容 本文是基于 STC89C52 單片機(jī)，采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，不需要 A/D轉(zhuǎn)換，可直接進(jìn)行溫度采集顯示，報(bào)警和控制的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)。采用 51 單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，不僅具有成本低廉、控制方便和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)， 從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。特別是 在環(huán)境惡劣或溫度較高等場(chǎng)合下，為了保證生產(chǎn)過程正常安全地進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，以及減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約能源，要求對(duì)加熱爐 內(nèi) 溫 度 進(jìn)行測(cè) 量 、顯示、 報(bào)警及 控制，使之達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量系統(tǒng)，可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行 顯示和報(bào)警以及進(jìn)行相應(yīng)控制。溫度測(cè)量無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在日常生活中都起著非常重要的作用。 測(cè)溫程序設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 16 溫度轉(zhuǎn)換工作流程 ......................................................................................... 16 讀暫存器工作流程 ......................................................................................... 16 讀數(shù)據(jù)求出十進(jìn)制 ......................................................................................... 16 報(bào)警溫度調(diào)節(jié)及存儲(chǔ)設(shè)計(jì) ...................................................................................... 17 按鍵設(shè)置程序 ................................................................................................. 17 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) iv 溫度儲(chǔ)存程序 ................................................................................................. 17 溫度報(bào)警及控制設(shè)計(jì) .................................................