【正文】 極和共陽極兩種，如圖 所示。 結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在這里系統(tǒng)的顯示采用發(fā)光二極管作為顯示器件。 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) LED 顯示 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；液晶顯示器，簡稱 LCD。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將－ 55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 DS18B20 的測溫原理是這這樣的 ,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小， 用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2的脈沖輸入。用戶要去改動(dòng)， R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。前 5 位為 1 時(shí)，讀取的溫度為負(fù)值，且測到的數(shù)值需要取反加 1 再乘以 才可得到實(shí)際溫度值。另外，還需要判斷溫度的正負(fù)。該字節(jié)各位的定義如圖 3 所示。 DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。第 0~1 個(gè)字節(jié)是溫度的顯示位，第 2 和第 3 字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。 DS18B20MCS51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 溫度傳感器的內(nèi) 部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ＲＡＭ和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。 溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣，它不僅用于日常生活中，而且也大量應(yīng)用于自動(dòng)化和過程檢測控制系統(tǒng)。 51 系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘。本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為 12MHZ。 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大器，XTAL1 和 XTAL2分別是該 反向振蕩放大器的 輸 入端和 輸出 端 。 圖 復(fù)位電路 圖 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。為了便于本設(shè)計(jì) 運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。內(nèi)部復(fù)位電路在每一個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出端，該觸發(fā)器可抑制 RST引腳的噪聲干擾，并在復(fù)位期間不產(chǎn)生 ALE信號(hào)，內(nèi)部 RAM 處于不斷電狀態(tài)。 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運(yùn)行。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 P0 端口 0 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH） 80H P1 端口 1 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH） 90H P2 端口 2 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH） 0A0H P3 端口 3 狀態(tài)寄存器（初始值為 0FFH） 0B0H IP 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 0B8H IE 中斷允許控制寄存器 0A8H TMOD 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器方式控制寄存器 89H TCON 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 88H TH0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 高字節(jié) 8CH TL0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 低字節(jié) 8AH TH1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 高字節(jié) 8DH TLI 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 低字節(jié) 8BH SCON 串行控制寄存器 98H SBUF 串行數(shù)據(jù)緩沖器 99H PCON 電源控制寄存器 87H 芯片擦除 整個(gè) EPROM 陣列電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平10ms 來完成。 表 32 專用寄存器名稱，功能及對(duì)應(yīng)的 RAM地址 名稱 簡單 描述 地址 ACC 累加器（專門用于存儲(chǔ)算術(shù)和邏輯運(yùn)算的結(jié)果） 0E0H B B 寄存器（專門用于乘 /除法運(yùn)算） 0F0H PSW 程序狀態(tài)寄存器 0D0H SP 推棧指針寄存器 81H DPTR 16 位數(shù)據(jù)指針寄存器。 MCS51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 特殊功能存儲(chǔ)器 在單片機(jī)內(nèi)高 128B RAM 中，由有 21 個(gè)特殊功能寄存器（ AFR），它們離散的分布在 80HFFH 的 RAM 空間中，訪問特殊功能寄存器只允許使用直接尋址方式。 (11) XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 (10) EA/VPP:訪問外部程序存儲(chǔ) 器控制信號(hào)。 (9) PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。這一位置 “1” ， ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或 MOVC指令時(shí)有效。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。 DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。 P3口亦作為 AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表 31所示。作為輸入使 用時(shí)，被外部拉低的引腳 。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào) 。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由 于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 (5) P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 (4) P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯電平。在 flash編程時(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯電平。 (2) GND: 地 。還具有 三級(jí)程序存儲(chǔ) 器 鎖定 , 全靜態(tài)工作 頻率 0Hz24Hz, 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 可長達(dá) 10 年 。 AT89C51 有 片內(nèi)振蕩器和時(shí) 鐘電路 ,具有 低功耗的閑置和掉電模式 ,在空閑方式下， CPU 停止工作，但允許內(nèi)部RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 圖 AT89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 單片機(jī) 與 MCS51 系列單片機(jī) 兼容 , AT89C51 內(nèi)部有 4K 字節(jié)可編程 閃爍存儲(chǔ)器 , 128*8 位內(nèi)部 RAM,兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 , 5 個(gè)中斷源 , 32 可編程 I/O 線 及 串行通道 。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是 一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51 簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的 具有 低電壓，高性能CMOS 的 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 由于單片機(jī)具有較高的性能比，國內(nèi) MCS51 系列單片 機(jī)應(yīng)用最廣，易于開發(fā)、使用靈活、而且體積小、易于開發(fā)、抗干擾能力強(qiáng)，可以工作于各種惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。 圖 主板 電路 中央處理器 MCS51 系列單片機(jī)是 8 位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級(jí)識(shí)別功能的串行通訊接口（ UART），規(guī)范了功能單元的 SFR 控制模式及適應(yīng)控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 MCS51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主板電路 系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，如圖 所示。 功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由鍵盤處理子程序、顯示子程序 、繼電器控制程序 等部分組成 。系統(tǒng)軟件主要 由三大模塊組成：主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊。 本次設(shè)計(jì)采用繼電器作為控制電路的主要器件，通過繼電器可以實(shí)現(xiàn)直流信號(hào)控制交流負(fù)載的功能，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的控制功能。 控制電路 控制電路作為單片機(jī)系統(tǒng)的后向通道，他是將單片機(jī)處理后的數(shù)字 控制 信號(hào)用輸出口輸出，并將該數(shù)字信號(hào)用于對(duì)控制對(duì)象的控制。這樣 就 可以充分的利用并行口，并將并行口用到最需要的地方去，同時(shí)主程序不需要掃描顯示器，使它有更多的時(shí)間處理其他事情。為了節(jié)省系統(tǒng)本身的硬件資源，在這里 LED 的顯示方式采用串行靜態(tài)顯示 方式 。采用 LED 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示器具有價(jià)格低、性能穩(wěn)定和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。鍵盤的連接 方式 采用獨(dú)立連接式，這種連接方式能夠簡化程序的編寫。在單片機(jī)組成的測控系統(tǒng)中，用得最多的是非編碼鍵盤。被測溫度信號(hào)為一路由 DS18B20 測得的代表溫度的電壓信號(hào)，經(jīng)溫度調(diào)理電路放大后使其在 05V 范圍內(nèi)，使其 適合的輸入電壓范圍。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器 ，具有 4K 的 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。單片機(jī)根據(jù)其基本操作處理的位數(shù)可分為 1 32 位單片機(jī)，應(yīng)用最為廣泛的是八位單片機(jī)。單片機(jī)以其較高的性能價(jià)格比受到了人們的重視和關(guān)注。 系統(tǒng)硬件包括：溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路 、 MCS51 單片機(jī)、鍵盤輸入、 LED 溫度顯示器、溫度控 制電路。系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低主 控 制 器 LED顯 示 溫 度 傳 感 器 單片機(jī)復(fù)位 時(shí)鐘振蕩 報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整 MCS51 單片機(jī)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 功耗產(chǎn)品 。由于本設(shè)計(jì)的響應(yīng)時(shí)間要求不高，所以有一些功能 可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)，如 鍵盤的去抖動(dòng) 問題 。軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用了典型的顯示電路、A/D 轉(zhuǎn)化電路，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 ： 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 就是為本單片機(jī)溫控系統(tǒng)選擇合適的、最優(yōu)的系統(tǒng)配置 ，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī) 、 設(shè)計(jì)合適的接口電路 等 。 本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成 ,硬件部分主要完成傳感器信號(hào)的采集處理 ,信 息的顯示等 。 通過溫度傳感器將 采集的 溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成 與之相 對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 送入到控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。軟件程序編寫主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、 LED顯示、繼電器控制等數(shù)據(jù)處理功能 。本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。根據(jù)比較的結(jié)果得到控制信號(hào)用以控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的控制。 同時(shí)也能 根據(jù)實(shí)際情況 實(shí)現(xiàn)多路巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警及記錄 ,對(duì)各個(gè)參數(shù)以一定的周期進(jìn)行檢查和測量 ,檢測的結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī) 處理后再進(jìn)行顯示、打印和報(bào)警 ,以提醒操作人員注意或直接用于生產(chǎn)控制。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低、應(yīng)用十分廣泛，因此，本方案采用接觸式測溫法，選用相關(guān)類型的傳感器。非接觸式檢測方法是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫度進(jìn)行 檢測，主要有亮度法、全輻射法和比色法等。 溫度檢測的方法根據(jù)敏感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分為接觸式與非接觸式兩大類。 隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展 ， 新型的數(shù)字化溫度傳感器其精度 、 穩(wěn)定性 、 可靠性及抗干擾能力都優(yōu)于模擬的溫度傳感器 。 通過放大 ， 采樣得到被測量 。隨著生產(chǎn)的發(fā)展 ,新型溫度傳感器還會(huì)不斷出現(xiàn) ,目前 ,國內(nèi)外通用的溫度傳感器及測溫儀大致有以下幾種 : 熱膨脹式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、 熱電偶、輻射式測溫儀表、石英溫度傳感器測溫儀。溫度測量的過程就是通過溫度傳感器將被測對(duì)象的溫度值轉(zhuǎn)換成電的或其它形式的信 號(hào) ,傳遞給信號(hào)處理電路進(jìn)行信號(hào)處理轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來。 目前國內(nèi)外的溫度控制方式越來越趨向于智能化，溫度測量首先是由溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。新一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化，主要包括以下幾種。未來主要的研究方向?qū)⑹侨绾螖U(kuò)大它的溫度適用范圍 ,以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面 。與之相比較 ,半導(dǎo)體溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、功耗低、時(shí)間常數(shù)小、自熱溫升小、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn) ,無論是電壓、電流還是 頻率輸出 ,在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi) ( 55～ 150 ℃ )都與溫度成線性關(guān)系 ,適合在集成電路系統(tǒng)中應(yīng)用。目前的溫度檢測技術(shù) 原理 很多，大致包括以下幾種 :(1)物體熱脹冷縮原理 (2)熱電效應(yīng) (3)熱阻效應(yīng) (4)利熱輻射原理。儀器本身也趨向小型化，多采用集成度較高的芯片或元件組成電路