【正文】 ...............................................................................................18 程序編寫 .....................................................................................................................................................19 硬件仿真 .....................................................................................................................................................19 5 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................19 最小系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................................................................................................20 顯示電路調(diào)試 ............................................................................................................................................20 測量電路調(diào)試 ............................................................................................................................................21 VI 其他電路調(diào)試 ............................................................................................................................................21 6 小結(jié) ......................................................................................................21 致 謝 .....................................................................................................23 參考文獻 .....................................................................................................24 附錄一：電路原理圖 ....................................................................................25 附錄二：總程序 ...........................................................................................26 1 1 緒論 隨著社會的不斷發(fā)展，各種電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，使得電子產(chǎn)品智能化的要求越來越高 .單片機就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（ CPU），存儲器（ RAM， ROM， EPROM）和各種輸入，輸出接口，這樣一塊集成電路芯片具有一臺計算機的屬性，被稱為單片微型計算機。從簡單的機電一體化產(chǎn)品深入到數(shù)控系統(tǒng)、柔性化、智能化系統(tǒng)以及機器人系統(tǒng)等。 通過本選題的研究，可以掌握單片機改造的基礎(chǔ)知識和步驟，對單片機的應(yīng)用也有了最基本的了解。正由于這樣，單片機已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。溫室大棚中溫度變化范圍一般為 0176。 c，精度要求為 177。 c。糧倉內(nèi)溫度范圍一般為： 0176。 c，精度為： 177。c。這樣可以提升工作效率，而且又能精確得知溫度變化，可以及時準確 地控制溫度達到預(yù)期要求，對作物生長和糧食儲藏非常有利，從而達到農(nóng)作物高生產(chǎn)糧食高質(zhì)量。其設(shè)計要求： 精度誤差小于 ℃； 用 LED數(shù)碼管顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)； 用 LED數(shù)碼管顯示報警值及巡回時間； 具有可以任意設(shè)定溫度的上下限和巡回時間功能。測量上下限要能夠包含測量點的最高和最低溫度，并留有一定的裕值。報警功能要簡單快速，要能及時通知管理員溫度出現(xiàn)異常。使得檢測更加及時準確。在根據(jù)構(gòu)思查閱相關(guān)資料文獻，從而選出符合要求的元件。并且細致分析選擇參數(shù)合理且精確度高的配件。最后按照電路圖焊接硬件電路，下載程序并調(diào)試，根據(jù)調(diào)試出現(xiàn)的問題在調(diào)整電路。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度及周圍電磁的影響，從而產(chǎn)生較大誤差。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費用較低，可靠性高，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 方案二： 51系列單片機由于其具有的集成度高、處理功能強、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點，應(yīng)用資料眾多，在實際應(yīng)用中得到廣泛的采用，比較實用于民用產(chǎn)品的開發(fā)。 本次設(shè)計用到七個數(shù)碼管，并要同時顯示，由于單片機的端口有限，所以要采用動態(tài)顯示。 方案一： 西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 采用 138譯碼器完成動態(tài)顯示， 138譯碼器的輸入連接到單片機三個引腳 ,LED的位選引腳連接 138輸出 ,但 LED的端選引腳依然要連接單片機端口 ,占有單片機的一個端口。并且還要進行軟件譯碼，使得程序復(fù)雜繁多。 7219本身可以進行 BCD譯碼，我們只需把測量數(shù)據(jù)直接送入即可，使得程序簡捷。 由方案對比得更加合理設(shè)計方案，因此，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行整體設(shè)計?？刂铺幚砟K的單片機將得到的采集信號送進行處理，進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換得到要輸出的信號。 該溫度巡回檢測系統(tǒng)由控制模塊、顯示模塊、溫度采集模塊組成。C～ 100176。 整體設(shè)計框圖如下： 圖 4 系統(tǒng)設(shè)計 溫度傳感器設(shè)計 （ 1） DS18B20 介紹 八路數(shù)字溫度傳感器 單 片 機 處 理 器 參數(shù)調(diào)整按鍵 LED 顯示電路 報警電路 5 本設(shè)計選用數(shù)字傳感器，選用常見的 DS18B20溫度傳感器。其實物圖如下： 圖 DS18B20 DS18B20 的性能特點如下： 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信； 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組 網(wǎng)功能 無須外部器件； 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； 零待機功耗； 溫度以 9或 12位數(shù)字； 用戶可定義報警設(shè)置； 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； 精度 177。 C。 DS18B20 測溫原理 如圖 所示。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的脈沖輸入。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置將西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。 DS18B20 輸出的二進制的高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一個字節(jié)，這個字節(jié)轉(zhuǎn)換位十進制為所測溫度值的百、十、個位，低字節(jié)的低半字節(jié)為小數(shù)部分。另一種是寄生電源供電方式，單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管來完成對總線的上拉。采用寄生電源供電方式時 VDD 端接地。 （ 4） DS18B20 工作時序 7 圖 DS18B20 初始化 圖 DS18B20 寫時序 西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 DS18B20 讀時序 （ 5） 測量電路設(shè)計 本次設(shè)計設(shè)計了八路溫度采集點，共有八個 DS18B20，選擇了單片機的 P1 口為采集量輸入端， ～ 分別為 1～ 8 號測量點。如下圖： 圖 連接圖 單片機最小系統(tǒng) （ 1） 51單片機簡介 本次設(shè)計選用 C51系列的單片機， 選擇目前市場上性價比較高的單片機 9 AT89C51作為該系統(tǒng)的控制核心 。同時， AT89C51可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電 工作模式。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硬件復(fù)位。其連接如下： 圖 復(fù)位電路 最小系統(tǒng)中晶振電路的晶振采用 12MHz，兩個電容均為 22PF。靜態(tài) 驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個高，缺點是占用 I/O端口多。為了電路簡化，軟件設(shè)計方便，我們選用 LED驅(qū)動芯片 MAX7219驅(qū)動顯示，所以選擇共陰極 LED數(shù)碼 管。其上包括一個片上的 B型 BCD編碼器 、多路掃描回路，段字驅(qū)動器，而且還有一個 8*8的靜態(tài) RAM用來存儲每一個數(shù)據(jù)。整個設(shè)備包含一個 150uA的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個掃描限制寄存器允許用戶顯示 1～ 8位數(shù)據(jù)，還有一個讓所有 LED發(fā)光的檢測模式。 MAX7219能夠接受的數(shù)據(jù)和命令格式為 16位數(shù)據(jù)包（格式如下表）， DIN 是串行數(shù)據(jù)輸人端，由 l6位數(shù)據(jù)包發(fā)送到 DIN端的串行數(shù)據(jù)在每個 CLK的上升沿被移入到內(nèi)部 l6位移位寄存器中； LOAD用來裝載數(shù)據(jù)，在 LOAD的上升沿， l6位數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄 存器中， LOAD必須在第 l6個時鐘上升沿的同時或之后，在下一個時鐘上升沿之前變高，否則數(shù)據(jù)會丟失。編程時，程序先送控制命令字，后向數(shù)據(jù)寄存器送顯西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 示數(shù)據(jù)。 表 功能 D15～ D12 D11 D10 D9 D8 十六進制編碼 空操作 X 0 0 0 0 X0 Dig0 X 0 0 0 1 X1 Dig1 X 0 0 1 0 X2 Dig2 X 0 0 1 1 X3 Dig3 X 0 1 0 0 X4 Dig4 X 0 1 0 1 X5 Dig5 X 0 1 1 0 X6 Dig6 X 0 1 1 1 X7 Dig7 X 1 0 0 0 X8 譯碼模式 X 1 0 0 1 X9 顯示亮度 X 1 0 1 0 XA 掃描界限 X 1 0 1 0 XB 停機 X 1 1 0 0 XC 待測模式 X 1 1 1 1 XF （ 3）各內(nèi)部寄存器含義如下： 1)空操作寄存器 (地址 xOH)。 2)譯碼模式寄存器 (地址 x9H)。當(dāng)高電平時，選擇硬件譯碼模式 (BCD— B碼譯碼 )，當(dāng)?shù)碗娖綍r選擇軟件譯碼模式 (即送來數(shù)據(jù)為字型碼 )。 4)掃描界限寄存器 (地址 xBH)。 5)停機寄存器 (地址 xCH)。當(dāng) DO=0時，正常工作；當(dāng) DO=l時，處于測試狀態(tài)，在該狀態(tài)下，不管 MAX7219處于什么模式，全部 LED將按最大亮度顯示。 （ 4） 7219電路設(shè)計 顯示單元利用 MAX7219驅(qū)動 7個共陰極 LED， MAX7219的三根串行線連接單片機的 \\， 并且三根連線上分別接有 20PF電容，起到濾波作用，使串行信號更加準確。顯示內(nèi)容為測量溫度值、測量通道、循環(huán)時間、報警 限 值。按下 RETURN后繼續(xù)檢測。 報警電路作用是當(dāng)測量溫度超出上限或低于下限時，發(fā)出報警信號。如圖： 圖 報警電路 最終將各個部分電路有機的連接在一起，完成整體電路設(shè)計，整體電路見附錄一。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，編寫其工作程序，其流程圖： 西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 主程序流程圖 DS18B20測溫度子程序 根據(jù) DS18B20的工作原理，及其時序圖編寫 DS18B20的工作程序，程序功能為：對 DS18B20初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換命令、讀取溫度，其流程圖： 17 圖 DS18B20測溫度子程序 由于 DS18B20的測量數(shù)據(jù)為正數(shù)和小數(shù)的組合形式，所以要先將小數(shù)和正數(shù)拆開，中間八位為正數(shù)部分，后四位是小數(shù)部分，按后將得到的小數(shù)和正數(shù)進行十進制轉(zhuǎn)換，得到顯示的數(shù)