【正文】 ........17 按鍵 程序 ..............................................................................................................................................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(cè)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(xiàn) .....................................................................................................24 附錄一：電路原理圖 ....................................................................................25 附錄二：總程序 ...........................................................................................26 基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測(cè)儀設(shè)計(jì) 1 1 緒論 隨著社會(huì)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(lái)越高 .單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器（ CPU），存儲(chǔ)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(tái)計(jì)算機(jī)的屬性，被稱為單片微型計(jì)算機(jī)。從簡(jiǎn)單的機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)等。 通過本選題的研究，可以掌握單片機(jī)改造的基礎(chǔ)知識(shí)和步驟，對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用也有了最基本的了解。正由于這樣，單片機(jī)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(cāng)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(shí)準(zhǔn)確 地控制溫度達(dá)到預(yù)期要求，對(duì)作物生長(zhǎng)和糧食儲(chǔ)藏非常有利，從而達(dá)到農(nóng)作物高生產(chǎn)糧食高質(zhì)量。其設(shè)計(jì)要求： 精度誤差小于 ℃； 用 LED數(shù)碼管顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)； 用 LED數(shù)碼管顯示報(bào)警值及巡回時(shí)間； 具有可以任意設(shè)定溫度的上下限和巡回時(shí)間功能。測(cè)量上下限要能夠包含測(cè)量點(diǎn)的最高和最低溫度，并留有一定的裕值。報(bào)警功能要簡(jiǎn)單快速，要能及時(shí)通知管理員溫度出現(xiàn)異常。使得檢測(cè)更加及時(shí)準(zhǔn)確。在根據(jù)構(gòu)思查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，從而選出符合要求的元件。并且細(xì)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(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)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(jiǎn)單，費(fèi)用較低，可靠性高，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。 方案二： 51系列單片機(jī)由于其具有的集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用資料眾多，在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛的采用，比較實(shí)用于民用產(chǎn)品的開發(fā)。 本次設(shè)計(jì)用到七個(gè)數(shù)碼管，并要同時(shí)顯示，由于單片機(jī)的端口有限，所以要采用動(dòng)態(tài)顯示。 方案一： 西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 采用 138譯碼器完成動(dòng)態(tài)顯示， 138譯碼器的輸入連接到單片機(jī)三個(gè)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(jī)端口 ,占有單片機(jī)的一個(gè)端口。并且還要進(jìn)行軟件譯碼，使得程序復(fù)雜繁多。 7219本身可以進(jìn)行 BCD譯碼，我們只需把測(cè)量數(shù)據(jù)直接送入即可，使得程序簡(jiǎn)捷。 由方案對(duì)比得更加合理設(shè)計(jì)方案，因此，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)?？刂铺幚砟K的單片機(jī)將得到的采集信號(hào)送進(jìn)行處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換得到要輸出的信號(hào)。 該溫度巡回檢測(cè)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(jì)框圖如下： 圖 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 溫度傳感器設(shè)計(jì) （ 1） DS18B20 介紹 八路數(shù)字溫度傳感器 單 片 機(jī) 處 理 器 參數(shù)調(diào)整按鍵 LED 顯示電路 報(bào)警電路 基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測(cè)儀設(shè)計(jì) 5 本設(shè)計(jì)選用數(shù)字傳感器，選用常見的 DS18B20溫度傳感器。其實(shí)物圖如下： 圖 DS18B20 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組 網(wǎng)功能 無(wú)須外部器件； 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ～ ； 零待機(jī)功耗； 溫度以 9或 12位數(shù)字； 用戶可定義報(bào)警設(shè)置； 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； 精度 177。 C。 DS18B20 測(cè)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(hào)作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)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(jì)（論文） 6 重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。 DS18B20 輸出的二進(jìn)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(gè)字節(jié)，這個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換位十進(jìn)制為所測(cè)溫度值的百、十、個(gè)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(jī)端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè) MOSFET 管來(lái)完成對(duì)總線的上拉。采用寄生電源供電方式時(shí) VDD 端接地。 （ 4） DS18B20 工作時(shí)序 基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測(cè)儀設(shè)計(jì) 7 圖 DS18B20 初始化 圖 DS18B20 寫時(shí)序 西南石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 DS18B20 讀時(shí)序 （ 5） 測(cè)量電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了八路溫度采集點(diǎn)，共有八個(gè) DS18B20，選擇了單片機(jī)的 P1 口為采集量輸入端， ～ 分別為 1～ 8 號(hào)測(cè)量點(diǎn)。如下圖： 圖 連接圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) （ 1） 51單片機(jī)簡(jiǎn)介 本次設(shè)計(jì)選用 C51系列的單片機(jī)， 選擇目前市場(chǎng)上性價(jià)比較高的單片機(jī)基于單片機(jī)多路溫度巡回檢測(cè)儀設(shè)計(jì) 9 AT89C51作為該系統(tǒng)的控制核心 。同時(shí)， 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(gè)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(gè)電容均為 22PF。靜態(tài) 驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)高，缺點(diǎn)是占用 I/O端口多。為了電路簡(jiǎn)化，軟件設(shè)計(jì)方便，我們選用 LED驅(qū)動(dòng)芯片 MAX7219驅(qū)動(dòng)顯示，所以選擇共陰極 LED數(shù)碼 管。其上包括一個(gè)片上的 B型 BCD編碼器 、多路掃描回路，段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè) 8*8的靜態(tài) RAM用來(lái)存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。整個(gè)設(shè)備包含一個(gè) 150uA的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個(gè)掃描限制寄存器允許用戶顯示 1～ 8位數(shù)據(jù)，還有一個(gè)讓所有 LED發(fā)光的檢測(cè)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(gè) CLK的上升沿被移入到內(nèi)部 l6位移位寄存器中； LOAD用來(lái)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(gè)時(shí)鐘上升沿的同時(shí)或之后，在下一個(gè)時(shí)鐘上升沿之前變高，否則數(shù)據(jù)會(huì)丟失。編程時(shí)，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(jì)（論文） 12 示數(shù)據(jù)。 表 功能 D15～ D12 D11 D10 D9 D8 十六進(jìn)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(jī) X 1 1 0 0 XC 待測(cè)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(shí)，選擇硬件譯碼模式 (BCD— B碼譯碼 )，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)選擇軟件譯碼模式 (即送來(lái)數(shù)據(jù)為字型碼 )。 4)掃描界限寄存器 (地址 xBH)。 5)停機(jī)寄存器 (地址 xCH)。當(dāng) DO=0時(shí)，正常工作；當(dāng) DO=l時(shí)，處于測(cè)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(jì) 顯示單元利用 MAX7219驅(qū)動(dòng) 7個(gè)共陰極 LED， MAX7219的三根串行線連接單片機(jī)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(hào)更加準(zhǔn)確。顯示內(nèi)容為測(cè)量溫度值、測(cè)量通道、循環(huán)時(shí)間、報(bào)警 限 值。按下 RETURN后繼續(xù)檢測(cè)。 報(bào)警電路作用是當(dāng)測(cè)量溫度超出上限或低于下限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如圖： 圖 報(bào)警電路 最終將各個(gè)部分電路有機(jī)的連接在一起，完成整體電路設(shè)計(jì)，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(jì)（論文） 16 圖 主程序流程圖 DS18B20測(cè)溫度子程序 根據(jù) DS18B20的工作原理，及其時(shí)序圖編寫 DS18B20的工作程序，程序功能為：對(duì) DS18B20初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)