【正文】 的晶體 振蕩頻率采用[10]。 當(dāng)上電時，復(fù)位電路通過電容給 RST 一個高電平，隨著 VCC 對電容充電的進(jìn)行，高電平 信號逐漸衰弱。 電源電路 要使整個系統(tǒng)正常的工作，電源電路是必不可少的，電源電路要提供穩(wěn)定的+5V 電壓，給整個多點(diǎn)測溫系統(tǒng)供電。 7805 有三個端子：輸入端 IN，輸出端 OUT 和公共端 COM。其內(nèi)部由采樣、基準(zhǔn)、放大、調(diào)整和保護(hù)等電路組成。 正常工作時， 要求 最低輸入電壓比輸出電壓 34V， 還要考慮輸出與輸入間壓差帶來的功率損耗，所以一般輸入為 915V 之間。同時在電路中加有開關(guān)還發(fā)光二極管做指示燈，也使整個設(shè)計(jì)更完善 [11]。 圖 35 DS18B20 的管腳排列 和實(shí)物 DALLAS 半導(dǎo)體 公司的 單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的 “ 一線器件 ”，其體積小、適用于多種場合。C，可編程為 9 位 ～ 12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá) 176。被測溫度用符號擴(kuò)展的 16位數(shù)字量方式串行輸出。而且多個 DS18B20 可以串聯(lián)到一條數(shù)據(jù)線上，單片機(jī)只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，提高了 I/O 口的利用率，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路 [12]。 （ 2） 獨(dú)特的單線接口方式，在與微處理器 連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 4） 測溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10℃ ～ +85℃ 時精度為 177。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 ，共 41 頁 （ 5） 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 （ 7） 測量結(jié)果直 接輸出數(shù)字溫度信號，以 “一線總線 ”串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有 很 強(qiáng)的抗干擾糾錯能力。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 36 所示。 64 位激光 ROM 從高位到低位依次為 8 位 CRC、 48 位序列號和 8 位家族代碼 (28H)組成。 （ 3） 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL。 （ 4） 配置寄存器。 DS18B20在 0 工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值，其各位定義如圖 37 所示 。 表 32 配置寄存器與分辨率關(guān)系表 R0 R1 溫度計(jì)分辨率 /bit 最大轉(zhuǎn)換時間 /us 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 （ 2）高速暫存存儲器 高速暫存存儲器由 9 個字節(jié)組成，其分配如 下 圖所示。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖 38 所示。 溫度低位 溫度高位 TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位 CRC LSB MSB 圖 38 DS18B20 存儲器映像圖 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)和典型對應(yīng)的溫度值如表 33，表 34 所示： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 ，共 41 頁 表 33 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)表 ： 23 22 21 20 21 22 23 24 MSB LSB S S S S S 26 25 24 表 34 典型對應(yīng)的溫度值 : 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 + + + 0 55 00000111 11010000 00000001 10010001 00000000 10100010 00000000 00001000 00000000 00000000 11111111 11111000 11111111 01011110 11111110 01101111 11111100 10010000 07D0H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H DS18B20 電路設(shè)計(jì) DS18B20 最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式， DS18B20 的數(shù)據(jù) I/O 均 由同一條線來完成。 DS18B20 采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛 256 個 DS18B20，但實(shí)踐 應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接 25 個以上的 DS18B20仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題。 對 DS18B20 的設(shè)計(jì)，需要注意以下問題 （ 1）對硬件結(jié)構(gòu)簡單的單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進(jìn)行操作，需要 用較為復(fù)雜的程序完成。尤其在使用 DS18B20 的高測溫分辨力時，對時序及電氣特性參數(shù)要求更高。 （ 3）測溫電纜線建議采用屏蔽 4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接 VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。若 VCC脫開未接，傳感器只送 ℃ 的溫度值。另外還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本 設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警主要由蜂鳴器和發(fā)光二極管構(gòu)成，蜂鳴器采用 NPN 三極管驅(qū) 動。即當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定的溫度值時，蜂鳴器能夠發(fā)生警報(bào)，同時，相對應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)生光亮。 LCD1602 它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。 它的 顯示的內(nèi)容為 16x2,即可以顯示兩行，每行16 個字符 。 第 4 腳： RS 為 寄存器 選擇，高電平 1 時選擇 數(shù)據(jù)寄存器 、低電平 0 時選擇 指令寄存器 。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時讀取信息，負(fù)跳變時執(zhí)行指令。 第 15～ 16 腳： 空腳 或背燈電源。 在本設(shè)計(jì)中， LCD1602 的 數(shù)據(jù) /命令端 RS 管腳接單片機(jī)的 口 ， 讀寫端RW 管腳接單片機(jī)的 口，使能端 EN 接 單片機(jī)的 端，數(shù)據(jù)段 D0D7 接在單片機(jī)的 P0 口，具體電路如圖 313 所示： 圖 313 LCD1602 電路連接圖 在本電路中， LCD1602 的數(shù)據(jù)段 D0D7 連接在單片機(jī)的 P0 口，因?yàn)?P0 口 是 8位漏極開路的雙向 I/O 口 ， 內(nèi)部沒有上拉電阻，是開漏的， 不管它的驅(qū)動能力多中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 ，共 41 頁 大，相當(dāng)于它是沒有電源的，需要外部的電路提供 。在這里， LCD1602 的 V0 管腳接了 的電阻，液晶可以達(dá)到一個相對合適的亮度。進(jìn)行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是 RS232電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠 [17]。這是最簡單的連接方法，但是對 本設(shè)計(jì) 來說已經(jīng)足夠使用了，電路如 上 圖所示 。 具體連接電路如圖 315: 162738495J1D B 9 A T 8 9 C 5 1162738495J2D B 9 P CR X D R X DT X D T X D 圖 315 單片機(jī)與 PC 機(jī)串口連接圖 整體電路 見附件一 （電路原理圖） 4 軟件設(shè)計(jì) 概述 整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計(jì)算、顯示、通訊等。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。 首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù) 實(shí)時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。 溫度測試程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算和顯示。 溫度報(bào)警：對溫度值做出判斷，當(dāng)超出界限時，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，發(fā)光二級管發(fā)光。 將各個功能程序以子程序的形式寫 好，當(dāng)寫主程序的時候，只需要調(diào)用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整，消除寄存器沖突和 I/O 沖突即可。因?yàn)樘D(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。將功能程序段寫成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個好處那就是以后寫程序的時候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個單元功能模塊 [18,19]。我們可以程序獲取到每片 DS18B20 芯片的序列號，并通過液晶顯示出來。 （ 3） 串口通信程序設(shè)計(jì) 本次通訊中，測控系統(tǒng)分位上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信，系統(tǒng)中單片機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù) 采集、處理和控制，上位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場可視化檢測，通信協(xié)議采用半雙工異步串行通信方式，通過 RS232 的 RTS 信號進(jìn)行收發(fā)轉(zhuǎn)換，傳輸數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)，上位機(jī)與下位機(jī)之間采用主從式通訊。如果利用串口線，還需要其他軟件搭建窗口界面。 串口通信顯示溫度 仿真 結(jié) 果如圖 43 所示： 圖 43 串口通信顯示溫度 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 ，共 41 頁 如圖 43 示，每兩個數(shù)據(jù)為一組數(shù)據(jù)， 以“ Fir”和“ Sec”區(qū)分。在實(shí)際制作中，考慮到硬件電路不是很復(fù)雜，所以選擇用洞洞板自己焊接。 PCB 圖 見附錄二。（模擬多點(diǎn)不同溫度值環(huán)境） 測試儀器及軟件：數(shù)字萬用表，溫度計(jì) 0~100 攝氏度，串口調(diào)試助手。 測試方法 打開實(shí)物電源開關(guān) ，觀察系統(tǒng)硬件檢測是否正常（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，鍵盤電路，顯示電路，溫 度測試電路等）。并記錄各點(diǎn)溫度值，與實(shí)際溫度值比較，得出系統(tǒng)的溫度指標(biāo)。 測試結(jié)果分析 自檢正常，各點(diǎn)溫度顯示正常，串口傳輸數(shù)據(jù)正確。 用萬用表對各個模塊進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)電源電路是正常的，能過輸出 +5V電壓 。對單片機(jī)模塊的檢測是通過編寫簡單小程序，測量其管腳地位來判斷的，經(jīng)測量單片機(jī)模塊也使正確的。通過與電路原理圖比對，找到連接錯誤的引腳，重新正確焊接 ， 出現(xiàn) 預(yù)期的顯示結(jié)果。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁 ，共 41 頁 總結(jié) AT89C51 的時鐘為 ， I/O 口可達(dá) 32 個，高的時鐘頻率和豐富的 I/O，都為實(shí)現(xiàn)電路功能提供了非常有利的條件。實(shí)時顯示電路的設(shè)計(jì)，使溫度信息更迅速，直觀地發(fā)布。報(bào)警系統(tǒng)的存在，更是增顯本設(shè)計(jì)的實(shí)用性。 當(dāng)然在設(shè)計(jì)的過程中也出現(xiàn)很多困難，尤其是在焊接電路及最后調(diào)試過程中 。 致此本人設(shè)計(jì)基本完成了預(yù)期的目標(biāo)，系統(tǒng)在硬件自動測試，實(shí)時顯示 ，上位機(jī)通信方面都能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果 。我準(zhǔn)備在今后的工作過程中進(jìn)一步完善此設(shè)計(jì)。 C 時，綠色發(fā)光二極管發(fā) 出光亮，蜂鳴器發(fā)出滴滴聲。 sbit RW=P2^5。 sbit