【正文】 與單片機(jī)通信，讀取測溫數(shù)據(jù)，電路簡單。DS18B20 是Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器，它是一種支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線將獨(dú)特的電源和信號復(fù)合在一起，并僅使用一條線，每個芯片都有唯一的編碼，支持聯(lián)網(wǎng)尋址，簡單的網(wǎng)絡(luò)化的溫度感知，零功耗等待等特點(diǎn)[2]。而且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根單線讀寫,因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單，可靠性更高。 所以本設(shè)計中選用了DS18B20溫度傳感器，節(jié)省了A/D轉(zhuǎn)換器，同時也節(jié)省了I/O輸出口，誤差小，測量準(zhǔn)確。但是占用I/O接口多。 本設(shè)計中使用的是動態(tài)顯示，因為沒有太多的輸出口來完成靜態(tài)顯示，故選動態(tài)顯示。這樣就可以用一只蜂鳴器作為三極管 VT1 的集電極負(fù)載，當(dāng) VT1 導(dǎo)通時，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲；VT1 截止時，蜂鳴器不發(fā)聲[3]。 。 系統(tǒng)的基本框圖如圖1所示。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果就顯示到數(shù)碼管上。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)主要由4個大的模塊構(gòu)成，分別是主控模塊、傳感器模塊、數(shù)碼管顯示模塊及報警模塊，其中主控模塊是此次畢業(yè)設(shè)計的核心模塊，主要是指AT89C51芯片，它控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行，利用其各個口分別控制其他模塊，使其他模塊能夠成為一個整體，實現(xiàn)功能的需要；傳感器模塊用于實驗室實時溫度的檢測，由于DHT11的數(shù)字一體性，集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換等模塊。直接接單片機(jī)即可；報警模塊主要指將蜂鳴器接入單片機(jī)電路，通過對時溫度的檢測，并給定所需要的溫度區(qū)間，即給定上下限值，實現(xiàn)越限報警。一方面要考慮選用的單片機(jī)能否在不需要外擴(kuò)的情況下就可以滿足要實現(xiàn)的功能。另一方面還要考慮單片機(jī)的性價比，是否容易買到等一些外部因素。并且該型號單片機(jī)程序下載方便、價格便宜的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛的應(yīng)用。圖2 AT89C51單片機(jī)引腳圖 由圖可知該單片機(jī)共有40個引腳，按其功能類別將他們分為三類：。 。 管腳說明：VCC：電源接入引腳。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0可以用為外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：　　 RXD（串行輸入口）　　 TXD（串行輸出口）　　 /INT0（外部中斷0）　　 /INT1（外部中斷1）　　 T0（記時器0外部輸入）　　 T1（記時器1外部輸入）　　 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）　　 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。　　PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。加密方式為1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器?！　TAL1：晶體振蕩器接入的一個引腳。 存儲空間配置和功能：AT89C51單片機(jī)的存儲器組織結(jié)構(gòu)可以分為三個不同的存儲空間，分別是：①64KB程序存儲器(ROM)，包括片內(nèi)ROM和片外ROM；②64KB外部數(shù)據(jù)存儲器(外RAM)；③256KB(包括特殊功能寄存器)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(內(nèi)RAM)； 三個不同的存儲空間用不同的指令和控制信號實現(xiàn)讀寫功能操作：①ROM空間用MOVC指令實現(xiàn)只讀功能操作，用PSEN信號選通讀外ROM；②外RAM空間用MOVX指令實現(xiàn)讀寫功能操作，用RD信號選通讀外RAM，用WR信號選通寫外RAM；③內(nèi)RAM(包括特殊功能寄存器)用MOV指令實現(xiàn)讀寫和其它功能操作； 程序存儲器(ROM)：ROM空間共64KB ,其中60KB在片外。對于有內(nèi)ROM的AT89C51，EA應(yīng)接高電平，復(fù)位后先從內(nèi)ROM0000H開始執(zhí)行程序，當(dāng)PC值超出內(nèi)ROM4KB空間時，會自動轉(zhuǎn)向片外ROM1000H依次執(zhí)行程序；讀ROM是以程序計數(shù)器PC作為16位地址指針，依次讀取相應(yīng)的地址ROM中的指令和數(shù)據(jù)，每讀一個字節(jié)，(PC)+1→PC，這是CPU自動形成的。讀外ROM的過程：CPU從PC中取出當(dāng)前ROM的16位地址，分別由P0口(低8位)和P2口(高8位)同時輸出，ALE信號有效時由地址鎖存器鎖存低8位地址信號，地址鎖存器輸出的低8位地址信號和P2口輸出的高8位地址信號同時加到外ROM16位地址輸入端，當(dāng)PSEN信號有效時，外ROM將相應(yīng)地址存儲單元中的內(nèi)容送至數(shù)據(jù)總線(P0口)，CPU讀入后存入指定單元[5]。單片機(jī)復(fù)位后，(PC)=0000H，CPU從地址為0000H的ROM單元中讀取指令和數(shù)據(jù)。 外部數(shù)據(jù)存儲器(外RAM)：外部數(shù)據(jù)存儲器共64KB，讀寫外RAM用MOVX指令，控制信號是P3的WR和RD?；虍?dāng)信號有效時，外RAM將數(shù)據(jù)總線(P0口分別傳送)上的內(nèi)容寫入相應(yīng)地址存儲單元中[6]。一般情況下，只有在內(nèi)RAM不能滿足應(yīng)用時，才接外RAM。必須注意，由于數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器全部64K地址重疊，且數(shù)據(jù)存儲器的片內(nèi)外的低字節(jié)地址重疊。對片內(nèi)RAM讀寫數(shù)據(jù)時，無讀寫信號(RD，WR)產(chǎn)生；對片外RAM讀寫數(shù)據(jù)時，有讀寫信號產(chǎn)生。另外，在片外數(shù)據(jù)存儲器中，數(shù)據(jù)區(qū)和擴(kuò)展的I/O口是統(tǒng)一編址的，使用的指令也完全相同。主要包括時鐘電路、復(fù)位電路[7]。在單片機(jī)的 XTAL1和 XTAL2 管腳，按圖 3所示接上晶振和電容就夠成了單片機(jī)的時鐘電路。石英晶體選擇 12MHz，選擇不同的石英晶體，其結(jié)果只是機(jī)器周期不同。本設(shè)計系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，如圖4所示復(fù)位電路。只要 VCC上升時間不超過 1ms，他們都能很好的工作。DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微小化、功耗低、性能高、高抗干擾能力、容易搭配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號供處理器處理[8]。圖5 溫度采集 按鍵電路設(shè)計基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)工作時應(yīng)具備以下功能：一、可以切換顯示實時溫度和溫度上下限的值。要實現(xiàn)這些功能，可以通過按鍵輸入電路[9]。如圖6所示，電路有三個按鍵組成，按鍵采用輕觸開關(guān)。）S2：遞減鍵（當(dāng)顯示溫度報警上下限時，按此鍵則顯示的報警上限和下限減1.）S3：遞增鍵（當(dāng)顯示溫度報警上下限時，按此鍵則顯示的報警上限和下限加1.） 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常都需要進(jìn)行人機(jī)對話，這包括人對應(yīng)用系統(tǒng)的狀態(tài)干預(yù)和數(shù)據(jù)輸入，以及應(yīng)用系統(tǒng)向外界顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果等。由于數(shù)碼管顯示器不能被單片機(jī)的并行口驅(qū)動，所以必須采用專門的驅(qū)動電路芯片，讓它產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作。 數(shù)碼管顯示器的顯示控制方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，若選擇靜態(tài)顯示，則數(shù)碼管驅(qū)動器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器的電流相匹配即可，而且一般只需考慮斷的驅(qū)動；動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的顯示是由段和位選信號共同配合完成的，因此，要同時考慮段和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力[11]。采用單片機(jī) P2 口的低3位作為數(shù)碼管的位碼輸出信號，P0口作為段碼輸出信號。由圖7可以看到，原理圖中用3個三極管作為數(shù)碼管的位驅(qū)動。（LED燈管作用為判斷當(dāng)前負(fù)載的工作情況）如圖8所示。只用在人按下復(fù)位按鈕或溫度在允許的范圍內(nèi)報警電路就不會觸動。系統(tǒng)程序主要包括以下幾個部分：主程序、按鍵掃描、定時器0中斷子程序。本軟件設(shè)計采用循環(huán)查詢來處理各個模塊，溫度是緩慢變化量所以可以滿足性能要求。 （a）（b）圖10 主程序流程圖 鍵盤掃描子程序 鍵盤掃描子程序如圖11所示： 圖11 鍵盤掃描子程序 讀取DS18B20溫度模塊子程序 每次對DS18B20操作時都要按照DS18B20工作過程中的協(xié)議進(jìn)行。程序流程圖如圖12所示。小數(shù)部分的值，得到真正的數(shù)值，數(shù)值可能帶幾個小數(shù)位，所以采取四舍五入，保留一位小數(shù)即可。首先程序判斷溫度是否是零下，如果是，則DS18B20保存的是溫度的補(bǔ)碼值，需要對其低8位（LS Byte）取反加一變成原碼。數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖13所示。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起[14]。產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Keil C編譯器、宏匯編器、調(diào)試器、實時內(nèi)核、單板計算機(jī)和仿真器，支持所有的251系列微控制器，幫助你如期完成項目進(jìn)度。該軟件包含大量的例程，幫助你著手使用最流行的嵌入式8051設(shè)備。模擬幫助你了解硬件配置，避免在安裝問題上浪費(fèi)時間。 仿真軟件Proteus介紹 Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，是一個電子設(shè)計的教學(xué)平臺、實驗平臺和創(chuàng)新平臺，涵蓋了電工電子實驗室、電子技術(shù)實驗室、單片機(jī)應(yīng)用實驗室等的全部功能。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：(1)實現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE