【正文】 圖 ................................................... 17 溫度報(bào)警器器的整體設(shè)計(jì) ......................................... 17 溫度報(bào)警器的基本組成 ........................................... 18 晶振電路 ..................................................... 18 復(fù)位電路 ..................................................... 18 溫度報(bào)警電路 ................................................. 19 控制說(shuō)明 ....................................................... 19 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................................... 20 系統(tǒng)主程序流程圖 ............................................... 20 溫度采集模塊 ................................................... 21 溫度顯示 ....................................................... 22 5 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果 ................................................... 23 6 總結(jié) ............................................................. 27 致謝 ............................................................... 28 參考文獻(xiàn) ........................................................... 29 附錄 A 溫度報(bào)警器部分程序 ......................................... 30 1 基于單片機(jī)的溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師 摘要 ： 在工業(yè)生產(chǎn) 過(guò)程 中，人們需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度 進(jìn)行檢測(cè)和控制。 本論文 設(shè)計(jì)了 一種基于 單片機(jī)的 溫度報(bào)警器 。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，其次進(jìn)行軟件設(shè)計(jì) ，最后仿真 和綜合調(diào)試，最終使得此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 了溫度的 采集、顯示和 報(bào)警設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求溫度測(cè)量的范圍向深度和廣度發(fā)展，以滿足工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的要求。以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警器，具有安全可靠、操作 簡(jiǎn)單方便、智能控制等優(yōu)點(diǎn)。溫度傳感器主要經(jīng)過(guò)了三個(gè)發(fā)展階段 [1]： （ 1）模擬集成溫度傳感器。此種傳感器具有功能單一 (僅測(cè)量溫度 )、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等特點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開(kāi)關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有 LM5 AD22105 和 MAX6509。但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別； （ 3）智能溫度傳感器 (亦稱數(shù)字溫度傳感器 )。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器 (CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)和只讀存儲(chǔ)器 (ROM)。 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集 [2]（即傳感器技術(shù)）、信息傳輸（通信 2 技術(shù)）和信息處理（計(jì)算機(jī)技術(shù)）。 數(shù)字溫度傳感器可以直接將被檢測(cè)的溫度信息以數(shù)字化形式輸出，與傳統(tǒng)的 模擬式溫度傳感器相比，具有測(cè)量精度高、功耗低、穩(wěn)定性好、外圍接口電路簡(jiǎn)單特點(diǎn)。 智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、 A/D轉(zhuǎn)化器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。 數(shù)字化溫度傳感器可以直接將溫度量以數(shù)字脈沖信號(hào)形式輸出，具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、外圍接口電路簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。 研究?jī)?nèi)容 和意義 本溫度 報(bào)警器 以 AT89C51 單片機(jī)為控制核心 ,由一數(shù)字溫度傳感器 DS18B20測(cè)量被控溫度， 結(jié)合 7 段 LED 以及驅(qū)動(dòng) LED 的 74LS245 組合而成。 溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)， 它是與人類的生活、工作關(guān)系最密切的物理量，也是各門學(xué)科與工程研究設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到和必須精確測(cè)量的物理量。 因此 ， 研究溫度的測(cè)量和 控制方法 具有重要的意義。 DS18B20 封裝形式及引腳功能 圖 DS18B20 封裝形式和引腳功能 如圖 所示， DS18B20 的外形如一只三極管，引腳名稱及作用如下： GND:接地端。 VDD：可接電源，也可接地。采 用數(shù)據(jù)總線供電方式時(shí) VDD接地，可以節(jié)省一根傳輸線，但完成數(shù)據(jù)測(cè)量的時(shí)間較長(zhǎng)；采用外部供電方式則 VDD接 +5V，多用一根導(dǎo)線，但測(cè)量速度較快。 64 位 ROM 是由廠家使用激光刻錄的一個(gè) 64 位二進(jìn)制 ROM 代碼，是該芯片的標(biāo)識(shí)號(hào)，如表 所示： 表 64位 ROM標(biāo)識(shí) 8位循環(huán)冗余檢驗(yàn) 48位序列號(hào) 8位分類編號(hào)（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 第 1 個(gè) 8 位表示產(chǎn)品分類編號(hào)， DS18B20 的分類號(hào)為 10H；接著為 48位序列號(hào)。 （ 2）溫度傳感器。芯片出廠時(shí)默認(rèn)為 12位的轉(zhuǎn)換精度。如果測(cè)得的溫度大于 0，這 5位為 0， 只要將測(cè)得的數(shù)值乘上 即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測(cè)得的數(shù)值需要取反加 1再乘上 即可得到實(shí)際溫度。 DS18B20 內(nèi)部的高速緩存器包括一個(gè)高速暫存器 RAM 和一個(gè)非易失性可電擦除的 EEPROM。 （ 4）配置寄存器。 DS18B20工作是按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值，它是高速緩存器的第5個(gè)字節(jié)，該字節(jié)定義如表 所示： 表 匹配寄存器 TM R0 R1 1 1 1 1 1 TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，在 DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)； R1 和 R0 用來(lái)設(shè)置分辨率；其余 5位均固定為 1。在單線端口條件下，必須先建立 ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲(chǔ)器和控制操作。 這些命令對(duì)每個(gè)器件的激光 ROM 部分進(jìn)行操作，在單線總線上掛有多個(gè)器件時(shí)，可以區(qū)分出單個(gè)器件，同時(shí)可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號(hào)的器件。一條控制操作命令指示DS18B20 完 成一次溫度測(cè)量。溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL 各由一個(gè) EEPROM 字節(jié)構(gòu)成?？梢杂靡粭l存儲(chǔ)器操作命令對(duì) TH 和 TL 進(jìn)行寫(xiě)入，對(duì)這些寄存器的讀出需要通過(guò)暫存器。 DS18B20 供電方式 DS18B20 可以采用外部電源供電和寄生電源供電兩種模式。如圖 所示： 圖中 DS18B20 的 DQ 端口通過(guò)接入一個(gè) 的上拉電阻到 VCC，從而實(shí)現(xiàn)外部電源供電方式。 單片機(jī) DS18B20 外部 +5V 電源 VDD DQ VCC 其它單線器件 圖 DS18B20外部供電方式 7 DS18B20 的測(cè)溫原理 DS18B20的測(cè)溫原理如圖 , 其主要由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計(jì)數(shù)器、溫度存儲(chǔ)器等功能部件組成。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于 55℃的一個(gè)值。同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器 單片機(jī) DS18B20 GND 圖 DS18B20 寄生電源供電方式 +5V VCC 8 電路用 來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。 斜坡式累加器用來(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以期在測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨率。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時(shí)知道在給定溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一度的計(jì)數(shù)值。溫度以 16bit 帶符號(hào)位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，表 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。 DS18B20測(cè)溫范圍 55℃ ~+125℃，以 ℃遞增。該命令只適用于總線上存在單個(gè) DS18B20. Match ROM（匹配 ROM）。 Skip ROM(跳過(guò) ROM)。 9 Search ROM(搜索 ROM)。 Alarm ROM（報(bào)警搜索 ROM）。 Write scratchpad(寫(xiě)暫存器 )?？梢栽谌魏螘r(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令終止數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。命令代碼為 BEH，允許主設(shè)備讀取暫存器中的內(nèi)容。也可以在任何時(shí)刻發(fā)出復(fù)位命令中止數(shù)據(jù)的讀取操作。命令代碼為 48H，將溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和TL 中的字節(jié)復(fù)制到非易失性 EEPROM。 Convert T(溫度轉(zhuǎn)換 )。 Recall E2(拷回暫存器 )。將溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL中的字節(jié)從 EEPROM 中拷回到暫存器中。 Read power supply(讀電源使用模式 )。主設(shè)備將該命令發(fā)給 DS18B20 后發(fā)出讀操作， DS18B20 會(huì)返回它的電源使用模式： 0為寄生電源，1為外部電源。 功能特性 概述 圖 AT89C51 引腳圖 AT89C51 提供以下 標(biāo) 準(zhǔn)功能： 4k 字 節(jié) Flash 閃 速存 儲(chǔ) 器， 128 字 節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I／ O 口 線 ， 兩個(gè) 16 位定 時(shí) ／ 計(jì) 數(shù)器 ，一 個(gè) 5 向量 兩級(jí) 中 斷結(jié)構(gòu) ，一 個(gè) 全 雙 工串行通信口，片 內(nèi) 振 蕩 器及 時(shí)鐘電 路?？?閑 方式停止 CPU 的工作，但允 許 RAM，定 時(shí) ／ 計(jì)數(shù)器 ，串行通信口及 中 斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 11 圖 AT89C51 方框圖 引腳功能 說(shuō)明 圖 AT89C51 方框圖 Vcc： 電源電壓 GND：地 P0 口： P0 口是一 組 8 位漏 極開(kāi) 路型 雙 向 I／ O 口，也即地址／ 數(shù) 據(jù) 總線復(fù)用口。 在 訪問(wèn) 外部 數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ) 器或程序存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 這 12 組 口 線 分 時(shí)轉(zhuǎn)換地 址（低 8 位）和 數(shù) 據(jù) 總線復(fù) 用，在 訪問(wèn) 期 間 激活 內(nèi) 部上 拉 電阻 。 P1 口： P1 是一 個(gè)帶內(nèi) 部上拉 電 阻的 8位 雙向 I／ O 口， P1 的 輸 出 緩 沖 級(jí) 可驅(qū)動(dòng) （吸收或 輸 出 電流 ） 4 個(gè) TTL 邏輯門電 路。作 輸 入口使用 時(shí) ，因 為內(nèi) 部存在上拉 電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 P2 口： P2 是一 個(gè)帶 有 內(nèi) 部上拉 電 阻的 8 位 雙 向 I／ O 口， P2 的 輸 出 緩 沖級(jí) 可 驅(qū)動(dòng)（ 吸收或 輸 出 電流 ） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路 。 在 訪問(wèn) 外部程序存 儲(chǔ)器或 16 位地址的外部 數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ) 器（例如 執(zhí)行 MOVXDPTR 指令） 時(shí) ， P2 口送出高 8 位地址 數(shù) 據(jù)。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其 它控制信號(hào)。 P3口 輸 出 緩 沖級(jí) 可 驅(qū)動(dòng) （吸收或 輸 出 電 流） 4個(gè) TTL 邏輯門電 路。作 輸 入端 時(shí) ，被外部拉低的 P3口 將 用上拉 電阻輸出電流（ IIL）。 RST：復(fù)位輸入。 ALE／ PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊 功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 DO 位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 空間節(jié)電模式 AT89C51 有兩種可用軟件編程的省電模式 [8]，它們