【正文】 ction and display temperature, but also setting the temperature range and the measurement and control of temperature. Key words: Thermometer。51 MCU。 單片機(jī) 最 小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 5 89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 ........................................................................................... 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) ............................................................................................... 8 溫度檢測(cè)電路及 DS18B20 測(cè)溫原理 ...................................................................... 8 DS18B20 介紹 .................................................................................................. 8 DS18B20 特性 .................................................................................................. 9 DS18B20 硬件電路 ........................................................................................ 10 報(bào)警溫度調(diào)節(jié)電路 .................................................................................................. 10 報(bào)警溫度存儲(chǔ)電路 ...................................................................................................11 報(bào)警及控制電路 ...................................................................................................... 12 顯示電路 .................................................................................................................. 13 小結(jié) .......................................................................................................................... 13 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...................................................................................14 軟件總體設(shè)計(jì)方案 .................................................................................................. 14 主程序設(shè)計(jì) ............................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問(wèn)題。 傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，而單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題能夠得到很好的解決。 溫度測(cè)量及其報(bào)警系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外情況 溫度檢測(cè)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總的發(fā)展水平仍然不高，和日本、德國(guó)、美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比有著較大的差距。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的處理問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。 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)整及存儲(chǔ)電路，溫度報(bào)警和控制電路，單片機(jī)主板電路等組成。 方案一 采用熱敏電阻傳感器。 數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有 A/D 通道的單 片機(jī)或使用專(zhuān)業(yè)的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，同時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警和控制。 方案二 采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。且該芯片的性能 比較 穩(wěn)定，線(xiàn)形較好 ， 在 0—100176。C 。這樣，測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單，體積也不大。另外 51單片機(jī)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。該系統(tǒng)擴(kuò)展性很強(qiáng)，它可以利用鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行溫度范圍調(diào)整，利用 AT24C02芯片作為存儲(chǔ)器件，獲得的數(shù)據(jù)可以通過(guò) I2C總線(xiàn)協(xié)議與 AT24C02通信而把溫度范圍數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，方便應(yīng)用中的實(shí)時(shí)調(diào)整以及關(guān)機(jī)重啟后加載 數(shù)據(jù) 。 系統(tǒng)的組成 本課題是以 51 單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種數(shù)字溫度報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括溫度采集電路 ，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，存儲(chǔ)電路，報(bào)警及控制電路，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 單片機(jī)主板電路等組成。 系統(tǒng)框圖如圖 21 所示 圖 21 系統(tǒng)框圖 單元模塊功能如下： 檢測(cè)電路由 DS18B20構(gòu)成， DS18B20是美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器， 與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn) 9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 溫度范圍值的存儲(chǔ)采用 AT24C02， AT24C02是一個(gè) 2K串行 CMOS E2PROM存儲(chǔ)器，其通過(guò) I2C協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行通信而把報(bào)警溫度值儲(chǔ)存起來(lái)，關(guān)機(jī)重啟后能保留報(bào)警溫度值，從而無(wú)需再進(jìn)行設(shè)置。 溫度控制模塊，溫度過(guò)高時(shí) 由風(fēng)扇制冷，溫度過(guò)低時(shí)由紅色 LED燈模擬加熱器進(jìn)行升溫處理。 系統(tǒng)的工作過(guò)程 系統(tǒng)由 DS18B20采集溫度后進(jìn)行轉(zhuǎn)換再把溫度數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)控制數(shù)碼管進(jìn)行同步溫度顯示，同時(shí)對(duì)溫度值進(jìn)行處理，當(dāng)溫度高于設(shè)定值后進(jìn)行制冷湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 處理，溫度繼續(xù)上升超過(guò)設(shè)定值 +3176。當(dāng)溫度低于設(shè)定值后進(jìn)行加熱處理，溫度繼續(xù)下降低于設(shè)定值 3176。系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中可以隨時(shí)對(duì)溫度上下限制進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)按鍵輸入調(diào)整數(shù)值，由于單片機(jī)片內(nèi) RAM具有掉電丟失數(shù)據(jù)的特性，這里把溫度上下限數(shù)值存入AT24C02中。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 STC89C52為主控器，兼容所有 89C51單片機(jī)。它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個(gè)集成電路芯 片上。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 片內(nèi)為 256B，片外最多可擴(kuò)展 64KB。 程序存儲(chǔ)器（ ROM） 程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序。 中斷系統(tǒng) 5個(gè)中斷源， 2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 串行口 1個(gè)全雙工的串行口，具有 4中工作方式。 P1口、 P2口、 P3口、 P0口 4個(gè) 8位并行 I/O口。特殊功能寄存器實(shí)際上是片內(nèi)各個(gè)功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內(nèi) RAM區(qū) 80H~FFH的地址區(qū)間內(nèi)。 （ 2） 時(shí)鐘引腳 XTAL1（ 19腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路的輸入端。 （ 3） 控制引腳 RST（ 9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。 EA /VPP（ 31腳）：當(dāng) EA引腳為高電平時(shí)， 89C52單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在 PC值超過(guò) 8KB時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器中的程序。 （ 4） I/O口引腳 P0口： 8位，漏極開(kāi)路的雙向 I/O口。作為通用 I/O口時(shí)需加上拉電阻，作為普通 I/O口輸入時(shí)應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫(xiě)入 1。作為普通 I/O輸入時(shí)，先向端口輸出鎖存器寫(xiě)入 1. P2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。 圖 33 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 33 所示，其中有 4 個(gè)雙向的 8 位并行 I/O 端口，分別記作 P0、P P P3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入， P3 口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號(hào)。 單片機(jī) 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。電路中的微調(diào)電容通常選擇為 30pF 左右，該電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。 MCS51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 34 DS18B20 的管腳排列 DALLAS 半導(dǎo)體 公司的 單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的“一線(xiàn)器件”，其體積小、適用于多種場(chǎng)合。溫度測(cè)量范圍為 55～ +125 176。C。多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)到 3 根或 2 根線(xiàn)上， CPU 只需一根端口線(xiàn)就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口很 少，可節(jié)省大量的引線(xiàn)和邏輯電路。 （ 2） 獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式，在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器 與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 4） 測(cè)溫范圍－ 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10℃ ～ +85℃ 時(shí)精度為 177。 （ 5） 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和 ℃ ，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 （ 7） 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 “一線(xiàn)總線(xiàn) ”串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳 送 CRC 校驗(yàn)碼，具有 很 強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 DS18B20 硬件電路 在硬件上， DS18B20 與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是 VCC 接外部電源， GND接地， I/O 與單片機(jī)的 I/O 線(xiàn)相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí) VDD、 GND 接地 ，I/O 接單片機(jī) I/O。 我們采用的是第一種連接方法 ， 如圖 35 所示 ， 把 DS18B20 的數(shù)據(jù)線(xiàn)與單片機(jī)的 管腳連接 ， 再加上上拉電阻。再按 key1鍵切換到上限溫度設(shè) 置模式，同時(shí)顯示上限溫度，同樣按 key2， key3可以進(jìn)行設(shè)置。按鍵電路如圖 36所示，直接將 I/O口通過(guò)按鍵接地即可，程序運(yùn)行時(shí)檢測(cè)到低電平即為按鍵按下。 AT24C02 是美國(guó) Atmel 公司的低功耗 CMOS 型 EEPROM，內(nèi)含 256*8 位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬 (~)，擦寫(xiě)次數(shù)多 (大于 10000 次 )，寫(xiě)入速度快 (小于 10ms)，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)不易丟失，體積小等特點(diǎn)。 AT24C02 有一個(gè) 16 字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器，該器件通過(guò) I2C 總線(xiàn)接口進(jìn)行操作，還有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。 SDA：雙向串行數(shù)據(jù) /地址管腳，用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。這些輸入腳用于多個(gè)器件級(jí)聯(lián)時(shí)設(shè)置器件地址，當(dāng)這些腳懸空時(shí)默認(rèn)值為 0。 WP：寫(xiě)保護(hù)。當(dāng) WP 管腳連接到 GND 或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀 /寫(xiě)操作。 VCC：電源電壓 (5V)。蜂鳴器電路如圖 39,采用 PNP三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 [4] 圖 39 蜂鳴器電路 在溫度控制方面，降溫利用小風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)，而考慮到成本和簡(jiǎn)便，加熱器用紅色 LED燈模擬。如圖 311，這里采用的是共陰數(shù)碼管。 小結(jié) 系統(tǒng)硬件電 路采用 Altium ，硬件制作過(guò)程中遇到不少困難，如電路板制作，硬件的調(diào)試等，經(jīng)過(guò)不懈努力及老師同學(xué)幫助終于完成硬件設(shè)計(jì)。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)的軟件分 4個(gè)大部分：溫度測(cè)量部分，溫度顯示部分，報(bào)警溫度設(shè)置部分和溫度處理部分 ,其中溫度測(cè)量部分為軟件設(shè)計(jì) 的 關(guān)鍵，此部分決定溫度精度的大小。然后進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)，在主循環(huán)中首先對(duì)溫度