【正文】 可靠、應(yīng)用廣泛。 另外，隨著微電子技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，片上系統(tǒng) SOC(System On Chip)得到了十足的發(fā)展。 SOC 芯片通常含有一個微處理器核 (CPU)，同時，它還含有多個外圍 特殊功能模塊和一定規(guī)模的存儲器 (RAM 和 ROM)，并且這種片上系統(tǒng)一般具有用戶自定義接口模塊，使得其功能非常強(qiáng)大，適用領(lǐng)域也非常廣。從實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能和簡化硬件結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)， SOC 是實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的最佳選擇，但目前市場上 SOC 的價格還比較昂貴，并且 SOC 的封裝形式幾乎都采用貼片式封裝，不利于實(shí)驗(yàn)電路板的搭建。 目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且 在性能方面也各有所長。本系統(tǒng) 是以 AT89S52 為核心器件組成的控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)軟件方案分析 目前， MCS51 單片機(jī)的開發(fā)主要用到兩種語言 :匯編語言和 C 語言。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦阌谑褂?、維護(hù)及調(diào)試 。目前，主流的 CPU 和常見的 MCU 都有 C 編譯器。所以，本系統(tǒng) 選擇使用 C 語言開發(fā)。 7 第 2章 系統(tǒng)元件簡介 單片機(jī)簡介 單片機(jī) 單片機(jī)到底是什么呢？就是一個電腦，只不過是微型的，麻雀雖小，五臟俱全：它內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如 CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過 10 元 ， 用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。 它主要是作為控制部分的核心部件 。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國 50 年代開發(fā)的74系列，或者 60 年代的 CD4000 系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大 PCB板 。 只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性 。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十 K 的尺寸 。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。英特爾） 8 生產(chǎn)的， 89C51 是這幾年在我國非常流行的單片機(jī)，它是由美國 ATMEL 公司開發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容 MCS51 單片機(jī)。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動 化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。因此，單片機(jī)的學(xué) 習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師 。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。 (2)在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 (3)在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器 基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 (5)單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中 的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 AT89S52 簡介 DS18B20 引腳圖如圖 21 所示 圖 21 DS18B20引腳圖 主要性能 ： ? MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ? K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 ? 1000次擦寫周期 ? 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ? 三級加密程序存儲器 ? 32個可編程 I/O口線 ? 三個 16位定時器 /計(jì)數(shù)器 ? 八個中斷源 10 ? 全雙工 UART串行通道 ? 低功耗空 閑和掉電模式 ? 掉電后中斷可喚醒 ? 看門狗定時器 ? 雙數(shù)據(jù)指針 ? 掉電標(biāo)識符 功能特性描述 ： AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器， 片 內(nèi) 8kBytesISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案 。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計(jì)數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口 ， 片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52是一個低功耗，高性能 CMOS8位單片機(jī)， AT89S52具有如下特點(diǎn)： 40個引腳， 8kBytes lash片內(nèi)程序存儲器， 256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2個 16位可編程定時計(jì) 數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器?？臻e模式下， CPU暫停工作，而 RAM定時計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模 11 式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。 DS18B20 簡介 DS18B20 的性能特點(diǎn) DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司半導(dǎo)體公司最新推出 的一種單線改進(jìn)型智能溫度傳感器。而且單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。 DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn) （ 1） 只要求一個端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 （ 3） 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。 C到＋ 125。 （ 5） 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9位到 12位選擇。 （ 7） 不需要外部器件，零待機(jī)功耗。 （ 9） 報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度。 （ 11） 正負(fù)極反接不會燒壞，只是不能正常工作 DS18B20 引腳功能介紹及內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 引腳如圖 22 所示 ： 圖 22 DS18B20引腳圖 12 DS18B20引腳功能如表 21所示 。開漏單總線接口引腳。 3 VDD 可選擇的 VDD引腳。 DS18B20采用 3腳 PR35封裝或 8腳 SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 23所示： 6 4 位R O M 和單 線 端口存 儲 器 和 控 制 邏 輯暫 存 器溫 度 傳 感 器上 限 觸 發(fā) H L下 限 觸 發(fā) T L八 位 C R C產(chǎn) 生 器電 源探 測V d qV d c內(nèi) 部 V D D 圖 23 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 64位 ROM的位結(jié)構(gòu)如圖 23所示。 非 易失性溫度報(bào)警器觸發(fā)器 TH和 HL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限數(shù)據(jù)。 表 22 64位光刻 ROM 8位檢驗(yàn) CRC 48位序列號 8位工廠代碼（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部儲存器還包括一個高速暫存 RAM和一個非易失性的可電擦除的 2E PROM。前 2字節(jié)包含測得的溫度信息。第 5字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率， DS18B20工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。 表 23 高速暫存 RAM結(jié)構(gòu)表 溫度 LSB 1字節(jié) 溫度 MSB 2字節(jié) TH用戶字節(jié) 1 3字節(jié) TH用戶字節(jié) TL用戶字節(jié) 2 4字節(jié) TL用戶字節(jié) 配置寄存器 5字節(jié) 保留 6字節(jié) 保留 7字節(jié) 保留 8字節(jié) CRC 9字節(jié) DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且設(shè)定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。 高速暫存 RAM的第 8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 9字節(jié)是前面所有 8字節(jié)的 CRC碼，可用來檢測數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的 正確性。轉(zhuǎn)換完成后的溫度就以 16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼 形式 存儲在高速暫存 RAM的第 2字節(jié)中。讀數(shù)據(jù)時，低位在先，高位在后。 DS18B20溫度與對應(yīng)值對應(yīng)表如表 24所示 表 24 DS18B20溫度與表示值對應(yīng)表 溫度 /℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 溫度 /℃ 二進(jìn)制表 示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H 0 0000 0000 0000 0000 0000H +85 0000 0101 0101 0000 0550H 1111 1111 1111 1000 FFF8H + 0000 0001 1001 0001 0191H 1111 1111 0101 1110 FF5EH + 0000 0000 1010 0010 00A2H 1111 1110 0110 1111 FE5EH 14 + 0000 0000 0000 1000 0008H 55 1111 1100 1001 0000 FC90H DS18B20 測溫原理 用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來得到溫度值。如果計(jì)數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃ ）的值增加 ， 表明所測溫度大于 55℃ 。然后計(jì)數(shù)器又開始計(jì)數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。這是通過改變計(jì)數(shù)器對溫度每增加一度所需計(jì)數(shù)的的值來實(shí)現(xiàn)的。 DS1820內(nèi)部對此計(jì)算的結(jié)果可提供 ℃ 的分辨力。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。如用于華氏溫度，必須要用一個轉(zhuǎn)換因子查找表。 DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩產(chǎn)生的 15 時鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。 減法計(jì)數(shù)器 1對溫度系數(shù)振蕩產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將被裝入，并從新對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖六中斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線型性，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)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器達(dá)到被測溫度值。它用于在控制電路中傳遞中間信號。所以，它只能用于控制電路中。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。一般是直流電源供電。 結(jié)構(gòu)及原理 DZ系列繼電器為閥型電磁式繼電器。在非動作狀態(tài)下觸點(diǎn)彈片將銜鐵向上托起，使銜鐵與導(dǎo)磁體之間保持一定間隙。當(dāng)電磁力矩減小到一定值時，由于觸點(diǎn)彈片的反作用力矩，而使觸點(diǎn)與銜鐵返回到初始位置，準(zhǔn)備下次工作。對于DZY、 DZL和 DZJ型只裝一個線圈，而對于 DZB， DZS， DZK型可根據(jù)需要在另一個鐵心上裝以 保持 線圈或延時用阻尼片等。 中間繼電器的選型 繼電器的選型主要考慮以下幾個要素： 1 地理位置氣候作用要素 主要指海拔高度、環(huán)境溫度、濕度、和電磁干擾等要素。因?yàn)橹挥腥芊饫^電器才具有優(yōu)良的長期耐受惡劣環(huán)境性能、良好的電接觸穩(wěn)定、可靠性和切換負(fù)載能力 (不受外部氣候 環(huán)境影響 )。對控制系統(tǒng)主要考慮到抗地震應(yīng)力作用、抗機(jī)械應(yīng)力作用能力，宜選用采用平衡銜鐵機(jī)構(gòu)的小型中間繼電器。按小型中間繼電器所規(guī)定的激勵量激勵是確保它可靠、穩(wěn)定工作的必要條件。 任何自動化設(shè)備都必須切實(shí)認(rèn)定實(shí)際所需要的負(fù)載性質(zhì)、負(fù)載量值的大小，選用合適的繼電器產(chǎn)品尤為 重要 。如切換的實(shí)際負(fù)載與所選用繼電器規(guī)定的切換負(fù)載不一致，可靠性將無從談起。從上面一排左邊第一引腳開始，按順時針順序依次往下遍歷所有引腳（圖 25）。 圖 25 4 位一體共陰數(shù)碼管 74HC573 簡介 SL74HC573 跟 LS/AL573 的管腳一樣。主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制 1) 真值表 表格 25 74HC573真值表 Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Qo X X H Z 表 25 是真值表 ,表示這個芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。 布爾邏輯比較簡單 ,在此不贅述 。但是 ,這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài) ,否則會將芯片燒毀 ； 高阻態(tài)的概念在 RS232和 RS422 通訊中還可以用到。 4) 數(shù)據(jù)緩沖 加強(qiáng)驅(qū)動能力。 OE： output_enable,輸出使能 ； LE： latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能 ,latch 是鎖存的意思 ； Dn：第 n路輸入數(shù)據(jù) ； On：第 n路輸出數(shù)據(jù) ； 再看這個真值表 ,意思如下： 第四行：當(dāng) OE＝ 1是 ,無論 Dn、 LE 為何 ,輸出端為高阻態(tài) ； 第三行：當(dāng) OE＝ 0、 LE＝ 0時 ,輸出端保持不變 ； 第二行第一行：當(dāng) OE＝ 0、 LE＝ 1 時 ,輸