基于51單片機(jī)的DS18B20溫度檢測————設(shè)計(jì)報(bào)告

課程名稱： 微機(jī)原理課程設(shè)計(jì) 題 目： 溫度檢測課程設(shè)計(jì) 20摘要隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的溫度檢測儀。本設(shè)計(jì)使用簡便，功能豐富?？梢詫?shí)現(xiàn)溫度采集，溫度報(bào)警，重設(shè)上下限溫度值等功能。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，需要對周圍環(huán)境的溫度進(jìn)行檢測和控制。本設(shè)計(jì)對溫控報(bào)警問題展開思考，設(shè)計(jì)一個能根據(jù)需求設(shè)置低溫到高溫進(jìn)行報(bào)警并通過數(shù)碼管顯示的系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用STC89C51單片機(jī)，同時(shí)運(yùn)用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，四位共陰數(shù)碼管顯示，按鍵控制等模塊可實(shí)現(xiàn)溫度的檢測與設(shè)置。課題經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有一定的使用價(jià)值和推廣價(jià)值。本作品使用四位共陰數(shù)碼管顯示，可以清晰地顯示當(dāng)前的報(bào)警溫度，一定程度避免使用者使用時(shí)出錯，安全可靠，可使用于各種食品儲存室，植物養(yǎng)殖所等地方，實(shí)用性很高。關(guān)鍵字：溫度報(bào)警器 STC89C51單片機(jī) 數(shù)碼管 DS18B20目錄一、課程設(shè)計(jì)目的和要求11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)要求1二、總體設(shè)計(jì)方案1三、硬件設(shè)計(jì)23.1 DS18B20傳感器23.2 STC89C51功能介紹53.3 時(shí)鐘電路73.4 復(fù)位電路83.5 LED顯示系統(tǒng)電路83.6 按鍵控制電路103.7 蜂鳴器電路103.8 總體電路設(shè)計(jì)11四、軟件設(shè)計(jì)134.1 keil軟件134.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)134.3 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)14五、仿真與實(shí)現(xiàn)165.1 PROTEUS仿真軟件165.2 STC-ISP程序燒錄軟件175.3 使用說明17六、總結(jié)18一、課程設(shè)計(jì)目的和要求1.1 設(shè)計(jì)目的熟悉典型51單片機(jī)，加深對51單片機(jī)課程的全面認(rèn)識和掌握，對51單片機(jī)及其接口的應(yīng)用作進(jìn)一步的了解，掌握基于51單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程、方法和技巧，為我們解決工程實(shí)際問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)課程設(shè)計(jì)也是讓我們熟練掌握了課本上的一些理論知識，是一個學(xué)習(xí)新知識、鞏固加深所學(xué)課本理論知識的過程，它培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用知識、獨(dú)立思考和解決問題的能力，加深了我們對單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的理解。所以此次設(shè)計(jì)目的具體如下：l 掌握溫度檢測儀的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法；l 熟悉集成電路DS18B20的使用方法，并掌握其工作原理；1.2 設(shè)計(jì)要求根據(jù)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的要求，主要進(jìn)行兩個方面的設(shè)計(jì)，即單片機(jī)最小系統(tǒng)和外圍電路擴(kuò)展設(shè)計(jì)、接口技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)。其中，單片機(jī)最小系統(tǒng)主要要求學(xué)生熟悉單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能、引腳的使用、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、4個并行接口和一個串行接口的實(shí)際應(yīng)用，從而可構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，并編程進(jìn)行簡單使用。在采集溫度時(shí)，為了具有一種反應(yīng)準(zhǔn)確且顯示方便的檢測溫度的裝置，下面設(shè)計(jì)了一種可調(diào)節(jié)的溫度檢測儀，也可稱作溫度報(bào)警器。設(shè)計(jì)要求如下： 完成溫度進(jìn)行測量，理論測量范圍-55C+125C； 將溫度測量值通過四位共陰數(shù)碼管顯示模塊顯示，顯示精度為0.5C； 可以通過按鍵進(jìn)行對上下限報(bào)警溫度，自行設(shè)定并實(shí)現(xiàn)功能；二、總體設(shè)計(jì)方案硬件電路設(shè)計(jì)由7個部分組成；DS18B20傳感器模塊，STC89C51單片機(jī)系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及按鍵控制電路。其系統(tǒng)框圖如下圖1所示：圖1 系統(tǒng)框圖三、硬件設(shè)計(jì)3.1 DS18B20傳感器1) DS18B20簡介DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。該裝置信號線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器 儲存能量通由1線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。 DS18B20的電源也可以從外部3V-5.5V的電壓得到。DS18B20采用一線通信接口。因?yàn)橐痪€通信接口，必須在先完成ROM設(shè)定，否則記憶和控制功能將無法使用。主要首先提供以下功能命令之一：1）讀ROM；2）ROM匹配；3）搜索ROM；4）跳過ROM；5）報(bào)警檢查。這些指令操作作用在沒有一個器件的64位光刻ROM序列號，可以在掛在一線上多個器件選定某一個器件，同時(shí)，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。若指令成功地使DS18B20完成溫度測量，數(shù)據(jù)存儲在DS18B20的存儲器。一個控制功能指揮指示DS18B20的演出測溫。測量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲器。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL都有一字節(jié)EEPROM 的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報(bào)警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶記憶用途。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。寫TH,TL指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。通過緩存器讀寄存器。所有數(shù)據(jù)的讀，寫都是從最低位開始。采用DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20。DS18B20“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器也支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55C+125C，在-10+85C范圍內(nèi),精度為0.5C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。DS18B20的特性：DS18B20可以程序設(shè)定912位的分辨率，精度為0.5C。可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。2) DS18B20主要特性獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；測溫范圍55+125，固有測溫誤差1；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定；工作電源：35V/DC（可以數(shù)據(jù)線寄生電源）；在使用中不需要任何外圍元件；測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送；不銹鋼保護(hù)管直徑6；適用于DN1525,DN40DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫；標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋M10X1,M12X1.5,G1/2”任選；PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。3) DS18B20芯片引腳說明DS18B20只有三個引腳，如下圖所示圖2 DS18B20引腳DS18B20有3個引腳，其每個引腳都有著特定的功能：GND（1引腳）為電源地；DQ（2引腳）為數(shù)字信號輸入/輸出端；VDD（3引腳）為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。如圖2。左負(fù)右正，一旦接反就會立刻發(fā)熱，有可能燒毀！接反是導(dǎo)致該傳感器總是顯示85的原因。面對著扁平的那一面，左負(fù)右正。如圖3為寄生電源供電方式：圖3 DS18B20寄生電源供電方式4) DS18B20工作原理獨(dú)特的單線接口方式使其工作是必須按照嚴(yán)格的時(shí)序才能進(jìn)行。DS18B20的所有通信都由由復(fù)位脈沖組成的初始化序列開始。該初始化序列由主機(jī)發(fā)出，后跟由DS18B20發(fā)出的存在脈沖（presence pulse）。當(dāng)發(fā)出應(yīng)答復(fù)位脈沖的存在脈沖后，DS18B20通知主機(jī)它在總線上并且準(zhǔn)備好操作了。在初始化步驟中，總線上的主機(jī)通過拉低單總線至少480s來產(chǎn)生復(fù)位脈沖。然后總線主機(jī)釋放總線并進(jìn)入接收模式。主機(jī)將總線拉低最短480us，之后釋放總線。由于5k上拉電阻的作用，總線恢復(fù)到高電平。DS18B20檢測到上升沿后等待15到60us，發(fā)出存在脈沖：拉低總線60-240us。至此，初始化和存在時(shí)序完畢。其時(shí)序如下圖所示：圖4 DS18B20初始化時(shí)序主機(jī)在寫時(shí)序向DS18B20寫入數(shù)據(jù)，并在讀時(shí)序從DS18B20讀入數(shù)據(jù)。在單總線上每個時(shí)序只傳送一位數(shù)據(jù)。寫時(shí)序分為兩種：寫“0”時(shí)間隙和寫“1”時(shí)間隙?？偩€主機(jī)使用寫“1”時(shí)間隙向DS18B20寫入邏輯1，使用寫“0”時(shí)間隙向DS18B20寫入邏輯0所有的寫時(shí)序必須有最少60us的持續(xù)時(shí)間，相鄰兩個寫時(shí)序必須要有最少1us的恢復(fù)時(shí)間。兩種寫時(shí)序都通過主機(jī)拉低總線產(chǎn)生。為產(chǎn)生寫1時(shí)序，在拉低總線后主機(jī)必須在15s內(nèi)釋放總線。在總線被釋放后，由于5k上拉電阻的作用，總線恢復(fù)為高電平。為產(chǎn)生寫0時(shí)序，在拉低總線后主機(jī)必須繼續(xù)拉低總線以滿足時(shí)序持續(xù)時(shí)間的要求(至少60s)。在主機(jī)產(chǎn)生寫時(shí)序后，DS18B20會在其后的15到60us的一個時(shí)間窗口內(nèi)采樣單總線。在采樣的時(shí)間窗口內(nèi)，如果總線為高電平，主機(jī)會向DS18B20寫入1；如果總線為低電平，主機(jī)會向DS18B20寫入0。寫0時(shí)序和寫1時(shí)序如圖5所示：圖5 寫“0”時(shí)序和寫“1”時(shí)序DS18B20只有在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序后才會向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，在發(fā)出讀暫存器命令 BEh或讀電源命令B4h后，主機(jī)必須立即產(chǎn)生讀時(shí)序以便DS18B20提供所需數(shù)據(jù)。另外，主機(jī)可在發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令。所有的讀時(shí)序必須至少有60us的持續(xù)時(shí)間。相鄰兩個讀時(shí)序必須要有最少1us的恢復(fù)時(shí)間。所有的讀時(shí)序都由拉低總線，持續(xù)至少1us后再釋放總線（由于上拉電阻的作用，總線恢復(fù)為高電平）產(chǎn)生。在主機(jī)產(chǎn)生讀時(shí)序后，DS18B20開始發(fā)送0或1到總線上。DS18B20讓總線保持高電平的方式發(fā)送1，以拉低總線的方式表示發(fā)送0當(dāng)發(fā)送0的時(shí)候，DS18B20在讀時(shí)序的末期將會釋放總線，總線將會被上拉電阻拉回高電平（也是總線空閑的狀態(tài)）。DS18B20輸出的數(shù)據(jù)在下降沿（下降沿產(chǎn)生讀時(shí)序）產(chǎn)生后15us后有效。因此，主機(jī)釋放總線和采樣總線等動作要在15s內(nèi)完成。圖6為DS18B20的讀時(shí)序圖：圖6 讀“0”時(shí)序和讀“1”時(shí)序表明了對于讀時(shí)序，TINIT（下降沿后低電平持續(xù)時(shí)間），TRC（上升沿）和TSAMPLE（主機(jī)采樣總線）的時(shí)間和要在15s以內(nèi)。5) DS18B20模塊電路圖本設(shè)計(jì)的DS18B20模塊負(fù)責(zé)電路功能是溫度采集與轉(zhuǎn)化（DS18B20芯片能自動將采集的溫度模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量），其具體連接電路如下圖所示：圖7 DS18B20連接電路DS18B20只有三個引腳，因此硬件連線上較為簡單。其單總線連接是單片機(jī)的P1.1口，因此在程序中可以通過控制P1.1口從而來控制DS18B20的功能。如上圖所示，上圖是DS18B20在proteus中的元件圖。該元件上有一個向上和向下箭頭，它表示控制傳感器的溫度，并且溫度在傳感器能顯示出來。這只是仿真上的一個形式，當(dāng)然實(shí)際的元件不是這樣的。并且此處為了連接采用的是外接電源的方式，沒有使用寄生電源。若在實(shí)際工程使用中，如果連接線路更長，為防止電路受外界干擾，可在DQ這條線路上接一個5k的上拉電阻，這樣即可使電路更加穩(wěn)定。3.2 STC89C51功能介紹1) 簡單概述STC89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。STC89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，STC的89C51是一種高效微控制器。STC89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及仿真引腳排列如圖8所示：圖8 89C51單片機(jī)引腳2) 主要功能特性帶有增強(qiáng)型1T流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)8051CPU；工作電壓為3.4V-5.5V（5V單片機(jī)）或2.0V-3.8V（3V單片機(jī)）；工作頻率范圍是0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的0420MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；用戶應(yīng)用程序空間有12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)等多種選擇；片上集成512字節(jié)RAM；通用I/O口（27/23個），復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）；可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏；每個I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA，但整個芯片最大不得超過55mA；ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器；可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路）；時(shí)鐘源特點(diǎn)是外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器，用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘。常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.2MHz6.8MHz。精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，因?yàn)橛袦仄话氵x4MHz8MHz；有2個16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；外部中斷2路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；PWM(4路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），也可用來再實(shí)現(xiàn)4個定時(shí)器或4個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可支持)；STC89C51具有ADC功能。10位精度ADC，共8路；通用異步串行口(UART)，SPI同步通信口，主模式/從模式工作溫度范圍：0-75/-40-+85；封裝類型有PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32，TSSOP-20等。3) STC89C51引腳89C51單片機(jī)多采用40只引腳的雙列直插封裝(DIP)方式，下面分別簡單介紹。首先電源引腳VCC是40引腳，單片機(jī)正是通過它接入+5V工作電源。與之相對的是GND(20引腳)，它是接地端，有了VCC與GND整體電路才能形成回路。時(shí)鐘引腳有兩個，分別是XTAL1(19引腳)和XTAL2(20引腳)，其中XTAL1是片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路的輸入端，而XTAL2是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端；復(fù)位RST(9引腳)在振蕩器運(yùn)行時(shí)，當(dāng)有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個引腳保持高電平，51芯片便可循環(huán)復(fù)位；EA/Vpp(31引腳)為外部程序存儲器訪問允許控制端。當(dāng)它為高電平時(shí)，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲器，在PC值超過0FFFH后將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器。當(dāng)它為低電平時(shí)，只限定在外部程序存儲器，地址為0000HFFFFH。Vpp為該引腳的第二功能，為編程電壓輸入端；ALE/PROG(30引腳)其中ALE為低八位地址鎖存允許信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE的負(fù)跳變沿P0口發(fā)出的第八位地址鎖存在外接的地址鎖存器，然后再作為數(shù)據(jù)端口。PROG為該引腳的第二功能，在對片外存儲器編程時(shí)，此引腳為編程脈沖輸入端；PSEN(29引腳)為片外程序存儲器的讀選通信號端。在單片機(jī)讀片外程序存儲器時(shí)，此引腳輸出脈沖的負(fù)跳變沿作為讀片外程序存儲器的選通信號；Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，P0口是一個8位漏極開路型雙向I/O口，內(nèi)部不帶上拉電阻，當(dāng)外接上拉電阻時(shí)，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個TTL負(fù)載電路。通常在使用時(shí)外接上拉電阻，用來驅(qū)動多個數(shù)碼管。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻；Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。P1口能驅(qū)動4個TTL負(fù)載；Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個TTL負(fù)載。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變；Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，P3口是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口能驅(qū)動4個TTL負(fù)載，這8個引腳還用于專門的第二功能。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時(shí)，接控制信息。3.3 時(shí)鐘電路單片機(jī)中CPU每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時(shí)間節(jié)拍進(jìn)行，而這個時(shí)鐘脈沖是單片機(jī)控制中的時(shí)序電路發(fā)出的。CPU執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應(yīng)時(shí)間順序稱為單片機(jī)的時(shí)序。MCS-51單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時(shí)鐘電路還需附加其他電路。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和2個電容即可，如圖9所示：圖9 時(shí)鐘電路電路中的器件選擇可以通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中，電容器C1和C2對震蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是3010pF，在這個系統(tǒng)中選擇了22pF；石英晶振選擇范圍最高可選24MHz，它決定了單片機(jī)電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是12MHz，因而時(shí)鐘信號的震蕩頻率為12MHz。3.4 復(fù)位電路單片機(jī)在啟動運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平即可確保時(shí)器件復(fù)位。復(fù)位完成后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，MCS-51就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要RST恢復(fù)低電平后，單片機(jī)才能進(jìn)入其他工作狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種，圖10是51系列單片機(jī)統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要Vcc上升時(shí)間不超過1ms，它們都能很好的工作。圖10 復(fù)位電路3.5 LED顯示系統(tǒng)電路LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED由于結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。1) LED基本結(jié)構(gòu)在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。LED七段數(shù)碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。LED引腳排列如下圖11所示：圖11 LED引腳2) LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計(jì)中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡稱“4-LED”。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個位，后兩位顯示電壓的小數(shù)位。4-LED顯示器引腳如圖11所示，是一個共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a，b，c，e，f，g為4位LED各段的公共輸出端，1、2、3、4分別是每一位的位選端，dp是小數(shù)點(diǎn)引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個單獨(dú)的LED顯示器組成，每個LED顯示器的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。圖12 四位LED引腳對于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計(jì)要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個I/O接口控制）顯示。3) 數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計(jì)采用的如圖12所示的四位共陰極數(shù)碼管，采用了動態(tài)掃描的方式讓數(shù)碼顯示出輸入通道的電壓值。其連接如圖13所示：圖13 數(shù)碼管顯示電路圖13中P0口接的上拉電阻是1k的排阻，關(guān)于排阻的介紹如下：常用排阻有A型和B型的區(qū)別。A型排阻的引腳總是奇數(shù)的。它的左端有一個公共端（用白色的圓點(diǎn)表示），常見的排阻有4、7、8個電阻，所以引腳共有5或8或9個。B型排阻的引腳總是偶數(shù)的。它沒有公共端，常見的排阻有4個電阻，所以引腳共有8個。排阻的阻值讀法如下：“103”表示：10k，“510”表示：51。以此類推。排阻的阻值與內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)通常可以從型號上識別出來。選用時(shí)要注意，有的排阻內(nèi)有兩種阻值的電阻，在其表面會標(biāo)注這兩種電阻值，如220330，所以SIP排阻在應(yīng)用時(shí)有方向性，使用時(shí)要小心。這里使用的排阻是A09-102型號的排阻，它的讀讀數(shù)值方法是：1023表示的是10的平方，10乘以10的平方，該排阻阻值為1k歐。圖13中數(shù)碼管是四位共陰數(shù)碼管P2.4P2.7分別接的是數(shù)碼管的位選，P0.0P0.7是數(shù)碼管的段選，動態(tài)掃描時(shí)在程序中先打開第一位數(shù)碼管的位選，再打開此位數(shù)碼管段選，然后短暫延時(shí)（延時(shí)盡量不要超過15ms，否則最終效果會使數(shù)碼管閃爍）。3.6 按鍵控制電路本設(shè)計(jì)除了實(shí)現(xiàn)溫度檢測功能外，設(shè)計(jì)者也豐富了其功能，另外還設(shè)計(jì)了可調(diào)節(jié)溫度上下限的模塊，因?yàn)镈S1B820內(nèi)部可存儲用上下限值，也可實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警的功能。其按鍵控制電路連接如下圖所示：圖14 按鍵控制如圖所示，K1,K2,K3,K4實(shí)現(xiàn)的功能分別是增加溫度數(shù)值，減少溫度數(shù)值，確認(rèn)，上下限警報(bào)切換。每按一次K1鍵，數(shù)碼管顯示的溫度值加1，按下確認(rèn)鍵后，那么這個值就成了一個界限，每按一次K2鍵，數(shù)碼管顯示的溫度值減1，按下確認(rèn)鍵后，那么這個值也成了一個界限，最終溫度的允許范圍只能在這兩個界限內(nèi)，一旦超出或低于這兩個界限，蜂鳴器報(bào)警電路將會發(fā)“嘟嘟嘟嘟”的響聲。3.7 蜂鳴器電路蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，該電路中蜂鳴器用的是無源蜂鳴器，如圖15蜂鳴器驅(qū)動模塊：圖15 蜂鳴器模塊電路有源蜂鳴器與無源蜂鳴器的區(qū)別：注意：這里的“源”不是指電源，而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內(nèi)部帶震蕩源，所以只要一通電就會響，而無源內(nèi)部不帶震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用2K-5K的方波去驅(qū)動它有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因?yàn)槔锩娑鄠€震蕩電路l 無源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是：便宜，內(nèi)部無振蕩源，價(jià)格上相比更為便宜。聲音頻率可控，可以做出“多來米發(fā)索拉西”的效果。在一些特例中，可以和LED復(fù)用一個控制口，因?yàn)樗笠纛l輸入的信號才能發(fā)響。l 有源蜂鳴器的優(yōu)點(diǎn)是：程序控制方便。此處驅(qū)動蜂鳴器用的三極管采用的是s9012(pnp)型號三極管，由于PROTEUS仿真中沒有s9012這個三極管，所以選用了一個相似的pnp型號三極管，其中基極接的限流電阻大小和實(shí)物也不一樣，實(shí)際接的是1k的限流電阻。但實(shí)際效果和仿真效果是一樣的，如圖所示，蜂鳴器接在了三極管的集電極，這里的三極管實(shí)際就是運(yùn)用開關(guān)管的功能。關(guān)于三極管的引腳分辨方法如下：1） 判定基極，用萬用表R100或R1k擋測量三極管三個電極中每兩個極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個電極均測得低阻值時(shí)，則第一根表筆所接的那個電極即為基極b。這時(shí)，要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時(shí)，測得的阻值都較小，則可判定被測三極管為PNP型管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時(shí)，測得的阻值較小，則被測三極管為NPN型管。2） 判定集電極c和發(fā)射極e。(以PNP為例)將萬用表置于R100或R1k擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個管腳時(shí)，所測得的兩個電阻值會是一個大一些，一個小一些。在阻值小的一次測量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。圖16 pnp三極管引腳3.8 總體電路設(shè)計(jì)經(jīng)過以上的設(shè)計(jì)過程，可設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的簡易溫度檢測儀硬件電路原理圖如圖17所示：圖17 整體電路從圖中可以看出整體電路是以STC89C52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的。在數(shù)碼管部分用的是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號與P0口連接，這樣比較美觀，避免了太多線的麻煩。8按鍵全部整使用的P1口，因?yàn)槠渌腜0都有擴(kuò)展東西，所以利用P1口擴(kuò)展按鍵將單片機(jī)的I/O口合理利用。整體電路的布局也更為合理，也方便了在實(shí)際焊接步驟。經(jīng)過將近一周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成了溫度檢測儀的設(shè)計(jì)，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但還是收獲良多。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更進(jìn)一步地熟悉了單片機(jī)芯片的工作原理和其具體的使用方法。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)就在于軟件算法的設(shè)計(jì)，需要有很巧妙的程序算法，這鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。還有了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，做這個設(shè)計(jì)我有了很多教訓(xùn)，首先在洞洞板的布線上面思考了很久，之前是比較隨意的用軟件將器件布在了洞洞板軟件上，所以很多的問題沒有考慮周全，包括一些器件空間的大小，還有包括布局的合理安排等，一開始都做得不夠好，在老師指導(dǎo)下，將器件重新布置一番，使得最終效果比以前看上去更工整，這樣不僅外觀看著更舒服，而且有利于后面出問題的檢查與調(diào)試。四、軟件設(shè)計(jì)4.1 keil軟件1）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)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。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（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會令人事半功倍。2）C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.OBJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。調(diào)試程序通過Keil軟件編譯，產(chǎn)生HEX文件如圖18所示：圖18 keil編譯產(chǎn)生HEX文件4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分為初始化模塊，按鍵控制模塊，DS18B20傳感器模塊，顯示模塊。當(dāng)然還有一個蜂鳴器模塊，其在主程序中沒標(biāo)出，因?yàn)樗菆?zhí)行報(bào)警功能，其詳細(xì)情況，可到蜂鳴器模塊查。主程序流程如圖19所示：圖19 主程序流程4.3 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)1) 初始化程序所謂初始化，是對將要用到的MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時(shí)器的工作模式，初值預(yù)置，開中斷和打開定時(shí)器等。本設(shè)計(jì)程序中的初始化就有一些關(guān)于定時(shí)器的處理及初始操作，另外還加了一些開機(jī)LOGO程序，即剛上電時(shí)，該段程序會讓數(shù)碼管顯示一些數(shù)字，蜂鳴器響一到兩秒。2) 按鍵控制程序因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中有四個控制按鍵，所以程序中必然少不了按鍵掃描的程序，按鍵控制電路部分程序流程圖如下圖所示：圖20 按鍵控制程序流程因本設(shè)計(jì)中所使用的四腳輕觸臥式開關(guān)，所以在按鍵過程中，必然產(chǎn)生一些抖動干擾，因此在程序中必須對按鍵控制程序進(jìn)行消抖處理，具體操作一般采用控制其發(fā)生，一般這種按鍵抖動在按下時(shí)會有20ms左右時(shí)間，在釋放時(shí)也會存在20ms左右時(shí)間，因此，當(dāng)檢測到按鍵按下時(shí)，讓其延時(shí)10ms后再次檢測是否按下，如果按下則進(jìn)入下一段程序。通過這種方法可以達(dá)到去抖的作用。而且這也是比較通用的簡便去抖方法。3) DS18B20傳感器模塊程序此模塊的程序主要功能是讀取采集的溫度，其流程圖如下所示：圖21 讀取溫度流程3) 顯示模塊程序因本設(shè)計(jì)是一個溫度檢測儀，即要顯示的是溫度值，而且溫度數(shù)值有正有負(fù)，因此本設(shè)計(jì)中對這些情況都有所考慮，具體流程如下圖所示：圖22 顯示模塊流程因顯示模塊使用的是四位共陰數(shù)碼實(shí)現(xiàn)的，并且段選都是接一個I/O口上，所以，要讓其顯示不同的數(shù)字時(shí)，必須采用動態(tài)掃描的方式方能實(shí)現(xiàn)。在采用動態(tài)掃描時(shí)，要非常注意動態(tài)掃描的時(shí)間長度，一般來講延時(shí)不要超過20ms，因?yàn)槌^20ms可能看上去會導(dǎo)致數(shù)碼管閃爍造成顯示效果不好。但延時(shí)也不能太短，太短會造成顯示亮度太低甚致無顯示等結(jié)果。所以，延時(shí)時(shí)間上要掌握好，一般來講延時(shí)10ms左右就可以。4) 蜂鳴器模塊程序此模塊程序功能是執(zhí)行報(bào)警提示。即當(dāng)溫度不在設(shè)定的上下限范圍之內(nèi)時(shí)，蜂鳴器便會發(fā)出“嘟嘟嘟”的響聲。其具體流程如下圖所示：圖23 蜂鳴器模塊程序流程此處所用蜂鳴器為無源蜂鳴器，因此在程序編寫中應(yīng)注意，要將控制該I/O口的電平設(shè)成方波形式才能使蜂鳴器發(fā)響。五、仿真與實(shí)現(xiàn)5.1 PROTEUS仿真軟件1）PROTEUS軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。迄今為止是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯2）在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。PROTEUS 是單片機(jī)課堂教學(xué)的先進(jìn)助手。PROTEUS不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。隨著科技的發(fā)展“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點(diǎn)?？墒乖O(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。相信在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。通過Proteus進(jìn)行仿真，如仿真結(jié)果所示：圖24 啟動時(shí)整體狀態(tài)圖24顯示的是剛啟動時(shí)的電路狀態(tài)，從電路中可以看到，每個引旁邊都有一些紅色或者綠色的小方塊，其中紅色方塊代表此處是高電平，綠色方塊代表此處是低電平，在整個電路工作時(shí)，基上就可以很清晰地看出電路中每個引腳的電平變化情況。此時(shí)數(shù)碼顯示的是一橫亮的狀態(tài)，這是開機(jī)時(shí)的一個LOGO，在程序中有設(shè)定，并且剛開機(jī)時(shí)，蜂鳴器也會響一到兩秒。5.2 STC-ISP程序燒錄軟件STC-ISP是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件，是針對STC系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機(jī)，使用非常簡便，現(xiàn)在已被廣泛使用。1) 其使用方法步驟如下： 打開STC-ISP，在MCU Type欄目下選中單片機(jī)，如STC89C52RC； 根據(jù)您的9針數(shù)據(jù)線連接情況選中COM端口，波特率一般保持默認(rèn)，如果遇到下載問題，可以適當(dāng)下調(diào)一些；2) 按圖示選中各項(xiàng)： 先確認(rèn)硬件連接正確，按如圖點(diǎn)擊“打開文件”并在對話框內(nèi)找到您