基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 (系)： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 二一三年十二月五日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專 業(yè)院（系）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1).介紹多路溫度采集系統(tǒng)的發(fā)展歷史、現(xiàn)況及將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)；(2).多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)及原理說明；(3).介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)的原理和作用；(4).多路溫度采集的總體設(shè)計(jì)框圖；(5).多路溫度采集系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)及說明。完成時(shí)間段指導(dǎo)教師單位職稱院（系）審核意見畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字2013

2、.6.15-2013.6.28查找資料，選題2013.6.29-2013.8.30完成論文的初稿2013.8.31-2013.9.30完成論文二稿的寫作2013.10.1-2013.10.20完成論文的終稿及格式修改2013.10.21-2013.11.20進(jìn)一步修改論文、定稿，打印論文，做好答辯準(zhǔn)備20113.11.21-2013.12.5做好論文答辯準(zhǔn)備教師對(duì)進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況總評(píng) 簽名： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中期檢查記錄表學(xué)生填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名:學(xué)號(hào)：專業(yè)： 指導(dǎo)教師姓名:職稱:檢查教師填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目工作量飽滿一般不

3、夠畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目難度大適中不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目涉及知識(shí)點(diǎn)豐富比較豐富較少畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目?jī)r(jià)值很有價(jià)值一般價(jià)值不大學(xué)生是否按計(jì)劃進(jìn)度獨(dú)立完成工作任務(wù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度填寫情況指導(dǎo)次數(shù)學(xué)生工作態(tài)度認(rèn)真一般較差其他檢查內(nèi)容：存在問題及采取措施:檢查教師簽字: 年 月 日院（系）意見(加蓋公章): 年 月 日摘 要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測(cè)量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個(gè)越來(lái)越重要的角色，它對(duì)人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究有十分重要的意義。本次設(shè)計(jì)的目的在于學(xué)習(xí)基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程。本設(shè)計(jì)采用單

4、片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號(hào)通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報(bào)警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時(shí)將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到LED進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號(hào)采集與顯示，可以使用按鍵來(lái)設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號(hào)達(dá)到控制蜂鳴器和繼電器的目的。我所采用的控制芯片為AT89C51，此芯片功能較為強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)，對(duì)芯片的外圍擴(kuò)展，來(lái)達(dá)到對(duì)某一車間溫度的控制和調(diào)節(jié)功能。關(guān)鍵詞：溫度 多路溫度采集 驅(qū)動(dòng)電路 繼電器ABSTRACTWith the rapid

5、 development of modern information technology, temperature measurement and control system is playing a more and more important role in industry, agriculture and peoples daily life, it has great influence on peoples life, has very important significance to research and design of the temperature acqui

6、sition and control system.This design aims to study based on the basic process design of multi-channel temperature acquisition and control system of 51 single chip microcomputer. This design uses a microcontroller as data process and control unit, in order to carry on the data processing, SCM contro

7、l digital temperature sensor, the temperature signal through single bus digital temperature sensor transfer to mcu. After the microcomputer data processing, sends control information to change the alarm and control execution module state, at the same time, the temperature information is sent to the

8、LED for display. This system can realize the multi-channel temperature signal acquisition and display, you can use the button to set the temperature limit value, by MCU, sends a control signal to control the buzzer and relay destination.I adopted the control chip AT89C51, the chip function is relati

9、vely strong, can meet the design requirements. Through the circuit design, on chip peripheral expansion, to achieve the control of a workshop of temperature and regulating function.Keywords: Temperature Multi temperature acquisition Drive circuit Relay目 錄第一章 緒論1第一節(jié) 選題背景1第二節(jié) 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容2第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3第一

10、節(jié) 系統(tǒng)概述3第二節(jié) 系統(tǒng)工作原理分析3第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4第一節(jié) 溫度采集系統(tǒng)的開發(fā)過程4第二節(jié) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)4第三節(jié) 溫度采集接口電路設(shè)計(jì)8第四節(jié) 顯示器與鍵盤電路的設(shè)計(jì)14第五節(jié) 報(bào)警電路設(shè)計(jì)16第六節(jié) 綜合功能的設(shè)計(jì)16第四章 多路溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)18第一節(jié) 主程序流程設(shè)計(jì)18第二節(jié) 程序設(shè)計(jì)及巡檢子程序設(shè)計(jì)19第三節(jié) 巡檢鍵盤及數(shù)碼管多通道顯示21第四節(jié) 溫度報(bào)警程序設(shè)計(jì)24結(jié)論25致 謝26參考文獻(xiàn)27第一章 緒論本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)一種多路溫度采集檢測(cè)系統(tǒng)，采用目前低價(jià)位但技術(shù)十分成熟的AT89S52單片機(jī)作為內(nèi)核，選用DS18B20作為溫度傳感器，送到顯示器循環(huán)顯示

11、所測(cè)的四路溫度數(shù)值，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)需要，設(shè)置了一定范圍的報(bào)警值，報(bào)警優(yōu)先顯示，利用按鍵消除報(bào)警?？捎冒存I查看某一路的溫度值，查看時(shí)數(shù)據(jù)采集不中斷。軟件算法上采用了直接擬合的方法（通過電壓-溫度關(guān)系來(lái)計(jì)算溫度值），符合課題要求。本課題構(gòu)成的多路溫度系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、測(cè)量精度高、量程寬的特點(diǎn)，在很多場(chǎng)合具有一定的適用性。第一節(jié) 選題背景測(cè)量控制的作用是從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中獲取各種參數(shù)，運(yùn)用科學(xué)方法，綜合各種先進(jìn)的技術(shù)，是生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制，不但保證了生產(chǎn)的規(guī)范化、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，還確保了生產(chǎn)安全。所以，測(cè)量控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、冶金、電力、輕工和紡織等行業(yè)。

12、溫度是工業(yè)對(duì)象中主要的被控參數(shù)之一，在各個(gè)種類的企業(yè)中應(yīng)用廣泛的各種加熱設(shè)備、反應(yīng)爐設(shè)備等都需要嚴(yán)格的控制溫度。隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)于溫度采集系統(tǒng)的要求也在不斷提高以達(dá)到設(shè)備環(huán)境、生產(chǎn)流程的安全要求，也越來(lái)越成為溫度采集系統(tǒng)的幾個(gè)重要指標(biāo)。隨著集成電路技術(shù)的越來(lái)越快、越來(lái)越大規(guī)模化的發(fā)展，由于單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，基于單片機(jī)開發(fā)出來(lái)的一系列采集、控制系統(tǒng)也逐漸受到廣泛關(guān)注。采取單片機(jī)作為核心，可完成對(duì)溫度的采集要求。所以基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于很多工業(yè)過程控制中，使產(chǎn)品既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。采用單片機(jī)設(shè)計(jì)的多路

13、溫度采集系統(tǒng)，可進(jìn)行溫度檢測(cè)、采集及顯示，對(duì)于提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源、資源都有非常重要的作用。第二節(jié) 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和主要內(nèi)容如何基于AT89S52對(duì)4路溫度進(jìn)行采集的具體要求，有以下幾點(diǎn)：（1）選用哪種傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；（2）單片機(jī)外圍硬件的電路設(shè)計(jì)；（3）內(nèi)部程序的編寫。在溫度采集系統(tǒng)中我們經(jīng)常用到集成型溫度傳感器，集成型傳感器可以達(dá)到較高的精度，在集成型溫度傳感器的使用過程中，由于采用的單總線傳輸方式進(jìn)行對(duì)遠(yuǎn)距離的多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測(cè)，故在程序的控制上較復(fù)雜。新型溫度傳感器DS18B20具有體積小、精度高、使用電壓寬采用一線總線等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。用四只DS1

14、8B20同時(shí)采集4路溫度。AT89S52單片機(jī)P3.7接口接單線總線。單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行通訊口，單片機(jī)與電腦之間能更好地進(jìn)行串口通訊。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第一節(jié) 系統(tǒng)概述根據(jù)設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)，本系統(tǒng)不僅要滿足一定精度的溫度采集的基本功能，而且由于測(cè)量的路數(shù)為4路，還存在多路信號(hào)的循環(huán)顯示問題，還要考慮溫度超限報(bào)警輸出的功能，同時(shí)系統(tǒng)還具有顯示當(dāng)前各路的測(cè)量溫度值的功能和鍵盤選擇顯示路數(shù)的功能。第二節(jié) 系統(tǒng)工作原理分析在測(cè)溫系統(tǒng)中我們常常用到集成型溫度傳感器，集成型溫度傳感器可以達(dá)到較高的精度，在集成型溫度傳感器的使用過程中，由于采用的單總線傳輸方式進(jìn)行對(duì)遠(yuǎn)距離的多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測(cè)，所以在

15、程序的控制上比較復(fù)雜。在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)以及硬件的特點(diǎn)，本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示。AT89S52報(bào)警時(shí)鐘電路鍵盤電路4位LED顯示DS18B20 1DS18B20 2DS18B20 3DS18B20 4 圖2.1 總體設(shè)計(jì)框圖第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)一個(gè)溫度采集系統(tǒng),包括被采集信息的采集、轉(zhuǎn)換、顯示等環(huán)節(jié)，在本多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，包括CPU的選型以及包括顯示電路、存儲(chǔ)器

16、、報(bào)警電路、電源電路等設(shè)計(jì)。第一節(jié) 溫度采集系統(tǒng)的開發(fā)過程本設(shè)計(jì)中以DS18B20為傳感器、AT89S52單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)。用4只DS18B20同時(shí)測(cè)控4路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，所以在一條總線上可掛接多個(gè)DS18B20芯片。從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。讀寫及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。DS18B20提供9位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件。處理時(shí)，將DS18B20信號(hào)線與單片機(jī)一位口線相連，

17、單片機(jī)可掛接多片DS18B20，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。由于DS18B20只有三個(gè)引腳，其中兩根是電源線VDD和GND，另外一根用作總線DQ(Data In/Out)，由于其輸出和輸入均是數(shù)字信號(hào)且與TTL電平兼容，因此其可以與微處理器直接進(jìn)行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。第二節(jié) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、單片機(jī)的選型目前，生產(chǎn)單片機(jī)的廠商有很多，尤其是近年來(lái)微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，比較著名的有Intel、Philips、Microchip、Motorola、Zilog、Atmel等半導(dǎo)體企業(yè)。在上述著名的半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)品中，尤其在工業(yè)測(cè)控場(chǎng)合，運(yùn)用較多的為Intel

18、公司的MCS-51系列，Microchip公司的PIC系列，如果作單路溫度測(cè)量，恐怕要選擇該系列的CPU，但由于本系統(tǒng)涉及的是多路，各路報(bào)警的輸出信號(hào)需要單獨(dú)輸出，而且考慮信號(hào)調(diào)理電路的切換等還需要不少的控制線，因此該系列的少引腳特點(diǎn)就不適合本設(shè)計(jì)的需要，因此，本設(shè)計(jì)還是選用了ATMEL最新的8位單片機(jī)AT89S52作為本系統(tǒng)的CPU。二、AT89S52的性能及應(yīng)用功能特性描述：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80S52產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可

19、編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決案，其引腳如圖3.1所示。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(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)

20、中斷或圖3.1是AT89S52的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口與P3口復(fù)用。其對(duì)應(yīng)的引腳功能：Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM抄寫程序時(shí)，接+5V電源。Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。AT89S52的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容,振蕩電容的值一般取10PF-30PF；另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。本設(shè)計(jì)采用片內(nèi)時(shí)鐘電路，外

21、接晶振和電容組成振蕩器。圖3.1 AT89S52引腳輸入輸出(I/O)引腳：Pin39-Pin32為。P0.0-P0.7輸入輸出腳，Pin1-Pin8為P1.0-P1.7輸入輸出腳,Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸硬件復(fù)位為止入輸出腳，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳。在對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)中，P0作為數(shù)碼管的段選選通端口何數(shù)字鍵盤接口。Pin9:RESET/ 復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)AT89S52通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)2個(gè)時(shí)鐘周期以上的高平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H， P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其

22、它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。值得注意的是，P0、P1、P2、P3口作為普通I/O口使用時(shí)都是準(zhǔn)雙向口結(jié)構(gòu)，其輸入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)，輸出是對(duì)鎖存器的寫入操作。當(dāng)內(nèi)部總線給口鎖存器置0或1時(shí)，鎖存器中的0、1狀態(tài)立即反映到引腳上。但在輸入操作時(shí)，如果鎖存器狀態(tài)為0引腳被鉗位0狀態(tài)，導(dǎo)致無(wú)法讀出引腳的高電平輸入。因此，準(zhǔn)雙向口作為輸入口時(shí)，應(yīng)先使鎖存器置1（稱之為置輸入方式）。然后，再讀引腳，例如：要將P1口的狀態(tài)讀入到累加器A中，應(yīng)執(zhí)行以下兩條指令：MOV P1，#0FFH ；P1口置入方式。MOV A，

23、 P1 ；讀P1口引腳狀態(tài)到A。此外，I/O口的端口自動(dòng)識(shí)別功能，保證了無(wú)論是P1口（低8位地址）P2口（高8位地址）的總線復(fù)用，還是P3口的功能復(fù)用，內(nèi)部資源自動(dòng)選擇不需要用指令進(jìn)行狀態(tài)選擇。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，壽命長(zhǎng)、速度快、低功耗、低噪聲、可靠性高的特點(diǎn)及16位、32位單片機(jī)的出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域仍具有很大的發(fā)展?jié)摿?。三、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘電路通常由晶震控制芯片、電容和晶體震蕩器組成。時(shí)鐘電路是用來(lái)產(chǎn)生AT89C51單片機(jī)工作時(shí)所需要的時(shí)鐘信號(hào)。一般時(shí)鐘設(shè)計(jì)有兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益

24、反響放大器，它用來(lái)構(gòu)成振蕩器。此放大器有兩個(gè)引腳，一個(gè)是的輸入引腳XTAL1，另一個(gè)是輸出引腳XTAL2，這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，目的是用來(lái)構(gòu)成一個(gè)自激勵(lì)振蕩器。如圖3-2時(shí)鐘電路，晶體振蕩器的頻率范圍一般在1.2MHz和12MHz之間，單片機(jī)的運(yùn)行速度會(huì)受到晶振頻率的影響，因此晶振頻率的選擇很重要。晶振的起振頻率有兩個(gè)，一個(gè)是11.0592MHZ，另一個(gè)是12MHZ，本設(shè)計(jì)的AT89S52單片機(jī)采用的是12MHz。通常電路中的電容C1和C2的值都取為30PF。電路對(duì)外接電容的值盡管沒有明確的要求，然而電容的晶體振蕩器頻率會(huì)受到電容大小的影響，以及振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性

25、都會(huì)受到影響。為了減少寄生電容，晶振和電容應(yīng)該與單片機(jī)芯片安裝時(shí)盡可能的靠近，以確保振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。本設(shè)計(jì)使用NPO電容，原因是它的溫度穩(wěn)定性比較好。時(shí)鐘電路如圖3.2所示：圖3.2 時(shí)鐘電路四、復(fù)位電路設(shè)計(jì)為了使系統(tǒng)能夠從正確的初始狀態(tài)開始工作，就必須在啟動(dòng)單片機(jī)的時(shí)候?qū)纹瑱C(jī)復(fù)位。對(duì)電源+5V而言，電容C3和電阻R3構(gòu)成了微分電路。對(duì)于上電復(fù)位，上電以后，復(fù)位電路通過電容使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，如果RST能夠持續(xù)充足時(shí)間的高電平，系統(tǒng)就有足夠的時(shí)間復(fù)位，那么就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)復(fù)位的可靠性。但是，電容的充電時(shí)間決定了RST端持續(xù)高電平的時(shí)間。隨著電容充電的完成，RST端變成低電平。如

26、圖3-3所示。對(duì)于手動(dòng)按鈕復(fù)位，它是通過手動(dòng)操作按鍵來(lái)給RST一個(gè)高電平，這種復(fù)位方式可以滿足設(shè)計(jì)的要求，原因是，手動(dòng)按鍵的時(shí)候總是有一個(gè)過程，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)能夠有足夠的時(shí)間復(fù)位。圖3.3中C7=10uf，R21=4.7k。圖3.3 復(fù)位電路第三節(jié) 溫度采集接口電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中以DS18B20為傳感器、AT89S52單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)。用4只DS18B20同時(shí)測(cè)控4路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。由于每片DS18B20含有唯一的硅串行數(shù)，所以在一條總線上可掛接多個(gè)DS18B20芯片。從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息，僅需要一根口線（單線接口）。

27、讀寫及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。DS18B20提供9位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件。處理時(shí)，將DS18B20信號(hào)線與單片機(jī)一位口線相連，單片機(jī)可掛接多片DS18B20，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。由于DS18B20只有三個(gè)引腳，其中兩根是電源線VDD和GND，另外一根用作總線DQ(Data In/Out)，由于其輸出和輸入均是數(shù)字信號(hào)且與TTL電平兼容，因此其可以與微處理器直接進(jìn)行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。一、DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體公司推出的第一片支持一線總線

28、接口的溫度傳感器。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理。DS18B20 特點(diǎn)如下：硬件接口簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，單線接口，僅需一根口線與MCU連接無(wú)需外圍元件；由總線提供電源；測(cè)溫范圍為-5575；精度為0.5；9位溫度讀數(shù)；A/D變換時(shí)間為200ms；用戶自設(shè)定溫度報(bào)警上下限，其值是非易失性的；報(bào)警搜索命令可識(shí)別那片DS18B20超溫度限。（1）DS18B20的引腳介紹TO92封裝的DS18B20的引腳排列見圖3.4，其引腳功能描述見表3.1。表3.1 DS18B20詳細(xì)引腳功能描述序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入

29、/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。圖3.4 DS18B20的管腳排列（2）DS18B20的產(chǎn)品特點(diǎn)1） 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信；2） 在DS18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)；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(cè)溫；4） 測(cè)量溫度范圍在55到125之間；5） 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從9位到12位選擇；6） 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置；7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在一根三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫；8） 負(fù)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

30、，但不能正常工作。DS18B20的工作原理是：DS18B20采用3腳PR-35封裝，其中GND為地；I/O為數(shù)據(jù)輸入/輸出端（即單線總線），該腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平；VDD是外部+5V電源端，不用時(shí)應(yīng)接地；DQ為空腳。圖3.5所示為DS18B20的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含RAM），用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。圖3.5 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化ROM操作指令存儲(chǔ)器操作指令數(shù)據(jù)傳輸。其工作時(shí)序包

31、括復(fù)位時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，如圖3.6，3.7，3.8所示。由于DS18B20采用的是1Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對(duì)AT89S52單片機(jī)來(lái)說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議時(shí)序來(lái)完成對(duì)DS18B20芯片的訪問。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如

32、果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20的復(fù)位時(shí)序：圖3.6 DS18B20的復(fù)位時(shí)序DS18B20的讀時(shí)序，對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序是從主機(jī)把單總線拉低之后，在15s之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要60s才能完成。圖3.7 DS18B20的讀時(shí)序DS18B20的寫時(shí)序，對(duì)于DS18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。圖3.8 DS18B20的寫時(shí)序?qū)τ贒S18B20寫0時(shí)序

33、和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少60s，保證DS18B20能夠在15s到45s之間能夠正確地采樣I/O總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15s之內(nèi)就得釋放單總線。圖3.9 DS18B20測(cè)溫原理框圖DS18B20的溫度測(cè)量原理如下：DS18B20測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，其測(cè)量電路框圖如圖3.9所示。內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)一個(gè)受溫度影響的振蕩器的脈沖計(jì)數(shù)，低溫時(shí)振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時(shí)，振蕩器的脈沖無(wú)法通過門電路。計(jì)數(shù)器設(shè)置為-55時(shí)的值，如果計(jì)數(shù)器到達(dá)0之前，門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將增加，這表示當(dāng)前溫度高于-55。

34、同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)直到回零。如果門電路仍然未關(guān)閉，則重復(fù)以過程。溫度表示值為9bit，高位為符號(hào)位。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。二、DS18B20與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)溫度采集是工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常遇到的問題。本設(shè)計(jì)中以DS18B20為傳感器AT89S52單片機(jī)為控制核心組成的多點(diǎn)溫度測(cè)試系統(tǒng)。用4只DS18B20同時(shí)測(cè)控4路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展

35、通道數(shù)）。本系統(tǒng)采用四位共陽(yáng)極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示溫度，系統(tǒng)設(shè)有上下限報(bào)警電路。該控制系統(tǒng)的功能如下：（1）溫度控制得設(shè)定范圍為0100，最小分辨率為0.5；（2）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度，可以單通道也可以循環(huán)顯示；（3）命令按鍵5個(gè)：通道0通道3按鍵，巡檢鍵。第四節(jié) 顯示器與鍵盤電路的設(shè)計(jì)基于DS18B20的多點(diǎn)溫度采集，共模擬了4點(diǎn)溫度，具有各點(diǎn)溫度采集功能，通過按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度,還設(shè)置報(bào)警溫度，具有越限報(bào)警功能。SW1SW4通道0通道3報(bào)警， XUNJIAN為巡檢鍵,關(guān)閉進(jìn)入巡檢模式。在本系統(tǒng)中，由于該溫度計(jì)還要進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)顯示，所以設(shè)計(jì)了LED顯示電路。LED顯示器采用8段發(fā)光二極

36、管。共陽(yáng)極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓。該電路由晶體管（NPN）、顯示器（共陽(yáng)極LED）和電阻構(gòu)成。一、顯示電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用了四塊共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的LED，對(duì)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)有兩種選擇，一種是顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7221，一種選擇是三極管驅(qū)動(dòng)。MAX7221的特點(diǎn)是顯示多樣、需要單片機(jī)輸入輸出口少（只需要3根）、編程靈敏、簡(jiǎn)單且實(shí)用等，但是它是共陰極的驅(qū)動(dòng)器。因此，選擇直接由三極管驅(qū)動(dòng)。LED數(shù)碼管顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)侯，和它相應(yīng)的段（即就是發(fā)光二極管）恒定的導(dǎo)通或者截止，直到顯示要另一個(gè)字符為止。比起動(dòng)態(tài)顯示器，靜態(tài)顯

37、示器的亮度較高，編程也很容易，管理也較簡(jiǎn)單，但就是占用輸入輸出線資源較多，而且沒有位選信號(hào)，線路復(fù)雜，成本也高。動(dòng)態(tài)顯示就是單片機(jī)定時(shí)的對(duì)LED進(jìn)行掃描，然后使其逐個(gè)的顯示出結(jié)果。當(dāng)數(shù)碼管顯示的時(shí)候，由于人眼的視覺暫留效果，仍然感覺到所有的數(shù)碼管都同時(shí)在顯示，此方法用到的是硬件掃描，成本低，但是占用的CPU資源多，亮度也不如靜態(tài)顯示。根據(jù)以上所述，本設(shè)計(jì)選用的顯示方示為動(dòng)態(tài)顯示。如圖3.10為顯示電路。圖3.10 顯示電路二、鍵盤電路設(shè)計(jì)基于DS18B20的多點(diǎn)溫度采集，共模擬了4點(diǎn)溫度，具有各點(diǎn)溫度采集功能，通過按鍵設(shè)置也可以監(jiān)控某一通道的溫度,還設(shè)置報(bào)警溫度，具有越限報(bào)警功能。鍵盤電路如圖

38、3.11所示。圖3.11 鍵盤電路第五節(jié) 報(bào)警電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)采集溫度發(fā)生低于或超出所設(shè)定的溫度時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)能相應(yīng)發(fā)出提醒。本次設(shè)計(jì)采用蜂鳴器。蜂鳴器可用AT89S52的I/O口線通過設(shè)置PNP的飽和截止驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲,當(dāng)I/O口線發(fā)出具有一定的低電平信號(hào),即可使蜂鳴器報(bào)警。報(bào)警電路如圖3.12所示。圖3.12 報(bào)警電路第六節(jié) 綜合功能的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號(hào)通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報(bào)警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時(shí)將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到LED進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多

39、路溫度信號(hào)采集與顯示，可以使用程序來(lái)設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號(hào)達(dá)到控制蜂鳴器和LED進(jìn)行報(bào)警。如圖3.13綜合功能設(shè)計(jì)圖。圖3.13 綜合功能設(shè)計(jì)圖第四章 多路溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第一節(jié) 主程序流程設(shè)計(jì)圖4.1 主程序框圖(1) 采用模塊程序設(shè)計(jì)。(2) 采用自頂向下的程序設(shè)計(jì)。(3) 外部設(shè)備和外部事件盡量采用中斷方式與CPU聯(lián)絡(luò),這樣既便于系統(tǒng)模塊化, 也可提高程序效率。(4) 近幾年推出的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng), 有些是支持高級(jí)語(yǔ)言的,如C51與PL/M96的編程和在線跟蹤調(diào)試。(5) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到軟件抗干擾措施。第二節(jié) 程序設(shè)計(jì)及巡檢子程序設(shè)計(jì)程序

40、處理是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，即簡(jiǎn)潔的硬件結(jié)構(gòu)是靠復(fù)雜的軟件來(lái)支持的。多個(gè)器件掛在一條總線上為了識(shí)別不同的器件，在程序設(shè)計(jì)過程中一般有四個(gè)步驟：初始化命令；傳送ROM命令；傳送RAM命令；數(shù)據(jù)交換命令。由于已經(jīng)在上面獲取了多個(gè)DS18B20的ROM代碼并在AT89S52單片機(jī)內(nèi)部的E2PROM中建立了測(cè)量位置點(diǎn)和傳感器64位ROM代碼之間的關(guān)系表，因此對(duì)多個(gè)溫度的巡回測(cè)量流程圖如圖4.2所示。圖4.2巡開始復(fù)位DS18B20發(fā)出搜索ROM的命令返回讀在線DS18B20序列號(hào)所有在線DS18B20是否訪問完？是否存在一個(gè)DS18B20？初始化DS18B20啟動(dòng)所有在線的DS18B20作溫度A/D轉(zhuǎn)換跳過

41、ROM命令；轉(zhuǎn)換命令延時(shí)104s初始化DS18B20執(zhí)行期間匹配命令發(fā)一個(gè)DS18B20序列號(hào)發(fā)讀暫存RAM命令讀匹配的DS18B20溫度YNYN檢顯示子程序流程圖測(cè)量流程說明：(1) 發(fā)跳過ROM命令CCH；(2) 發(fā)啟動(dòng)所有在線的DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換命令44H；(3) 延遲104s；(4) 發(fā)匹配ROM命令55H；(5) 按照E2PROM中建立的關(guān)系表的順序取出64位ROM代碼發(fā)送到單總線；(6) 發(fā)讀溫度值命令BEH，讀取溫度值；(7) 進(jìn)行CRC校驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理后送LED顯示器顯示；(8) 重復(fù)第4步到第7步，直到所有的DS18B20測(cè)量處理完。需要注意的是，無(wú)論是單點(diǎn)還是多點(diǎn)溫度

42、檢測(cè)，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與DS18B20掛接，讀出其序列號(hào)。其工作過程為：主機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖，待0電平大于104s后，復(fù)位DS18B20，在DS18B20所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機(jī)接收后，主機(jī)再發(fā)讀ROM命令代碼33H，然后發(fā)一個(gè)脈沖（104s），并接著讀取DS18B20序列號(hào)的一位。用同樣方法讀取序列號(hào)的56位。另外，由于DS1820單線通信功能是分時(shí)完成的，遵循嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此，系統(tǒng)對(duì)DS18B20和各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行，即初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。在正常測(cè)溫情況下，DS18B20的測(cè)溫分辨力為0.5。采用下述方法可獲得高分辨率

43、的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用DS18B20提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)部分，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值和每度計(jì)數(shù)值。考慮到DS18B20測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25和0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系。第三節(jié) 巡檢鍵盤及數(shù)碼管多通道顯示選用高亮度發(fā)光LED器件。溫度數(shù)據(jù)按動(dòng)態(tài)方式顯示，將采集到的數(shù)值通過標(biāo)度轉(zhuǎn)換由四位數(shù)碼管顯示。其段選段接P0，位選信號(hào)由P2.2、P2.3、P2.4和P2.5設(shè)置。存放位置：6AH6DH為0通道設(shè)定值存放單元(依次為小數(shù)位,個(gè)位,十位,百位數(shù))；6EH6FH,76H

44、77H為1通道設(shè)定值存放單元(依次為小數(shù)位,個(gè)位,十位,百位數(shù))；78H7BH為2通道設(shè)定值存放單元(依次為小數(shù)位,個(gè)位,十位,百位數(shù))；7CH7FH為3通道設(shè)定值存放單元(依次為小數(shù)位,個(gè)位,十位,百位數(shù))；51H54H顯示值存放單元(調(diào)溫度閃爍時(shí)再送回顯示單元)。各顯示按鍵功能如表4.1所示。表4.1 顯示按鍵按 鍵 功 能 XUNJIAN鍵 用于控制循環(huán)顯示各通道溫度數(shù)據(jù) SW1用于實(shí)時(shí)顯示“0”通道的溫度數(shù)據(jù) SW2 用于實(shí)時(shí)顯示“1”通道的溫度數(shù)據(jù) SW3 用于實(shí)時(shí)顯示“2”通道的溫度數(shù)據(jù) SW4 用于實(shí)時(shí)顯示“3”通道的溫度數(shù)據(jù) 系統(tǒng)經(jīng)過初始化，進(jìn)入多通道顯示，然后掃描鍵盤，判斷是否有按鍵按下，然后進(jìn)行按鍵所控制的通道的溫度采集。所采集的溫度與設(shè)定的溫度相比較，越