畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于proteus仿真的多溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

1、基于proteus仿真的多溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)作者姓名： 專業(yè)名稱：電子信息科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師： 摘要在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的測(cè)量及控制占據(jù)著極其重要地位。在消防電氣的非破壞性溫度檢測(cè)，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測(cè)，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測(cè)，各類運(yùn)輸工具之組件的過熱檢測(cè)，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與健診的溫度測(cè)試，化工、機(jī)械等設(shè)備溫度過熱檢測(cè)，溫度檢測(cè)系統(tǒng)都應(yīng)用的十分廣泛。本文設(shè)計(jì)的多通道溫度檢測(cè)系統(tǒng)是通過proteus仿真，利用單片機(jī)at89c51單片機(jī)作控制器,采用數(shù)字式傳感器ds18b20進(jìn)行溫度測(cè)量,實(shí)現(xiàn)多地點(diǎn)的溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)并通過led顯示器件顯示溫度的功能,能方便地應(yīng)用于各種溫

2、度檢測(cè)場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)采用ds18b20和at89c51單片機(jī)研制了一種溫度巡回檢測(cè)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞： 單片機(jī) at89c51 ds18b20 溫度 abstract in the industrial and agricultural production and daily life, the right temperature measurement and control occupy a very important position. in the fire temperature detection non-destructive electrical, power, telecommu

3、nication equipment failures to predict overheating detection, air-conditioning system, temperature measurement, all kinds of means of transport of the components overheating detection, security and surveillance system applications, the temperature of medical and health consultation testing, chemical

4、, and mechanical equipment such as temperature overheat . detection, temperature detection systems have a wide range of applications.this design of multi-channel temperature measurement system is through proteus simulation, using microcontroller at89c51 microcomputer as the controller, using digital

5、 sensor ds18b20 for temperature measurement, the temperature of multi-location real-time detection and through led display device displays the temperature function can be easily used in various temperature detection occasions. this design uses ds18b20 and at89c51 microcontroller developed a temperat

6、ure circuit detection system.key words: scm at89c51 ds18b20 temperature目錄摘要iabstractii目錄iii前言11 設(shè)計(jì)要求及方案21.1多路溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)21.2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的原理功能21.3 溫度檢測(cè)方案22 單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)42.1 概述42.1.1單片機(jī)的發(fā)展史42.1.2單片機(jī)的應(yīng)用52.2單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)、引腳功能、i/o口62.2.1 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)62.2.2單片機(jī)外部引腳功能和i/o（p0、p1、p2、p3）83 所用器件介紹113.1 溫度傳感器 （ds18b20）113.1.1 傳感器

7、的選擇113.1.2 ds18b20(溫度傳感器)113.2 74hc595123.2.1 74hc595引腳說明133.2.2 74hc595 功能表、注釋133.3 led顯示器143.3.1 led 的優(yōu)點(diǎn)143.3.2 led工作方式154 仿真軟件proteus184.1 proteus軟件簡(jiǎn)介185 硬件設(shè)計(jì)195.1 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)195.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)195.3 溫度采集傳感電路215.4 溫度顯示電路235.5 溫度顯示通道號(hào)電路246 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)256.1 系統(tǒng)程序總設(shè)計(jì)256.2 溫度檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)267 系統(tǒng)仿真及結(jié)果277.1 proteus原理圖設(shè)計(jì)277.2

8、keil與proteus聯(lián)機(jī)仿真277.3 protel原理圖及pcb版28總結(jié)29致謝30參考文獻(xiàn)31附件1 pcb圖32 前言溫度的測(cè)量在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。在日常生活中也很常見。在科研和生產(chǎn)中，常要對(duì)某些系統(tǒng)進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)，目前已有的實(shí)現(xiàn)溫控的方法有很多，如油浴恒溫法、比例式、積分式及其組合的調(diào)節(jié)方法等，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)溫度的自動(dòng)測(cè)控，能很方便的知道系統(tǒng)的溫度，提高整個(gè)系統(tǒng)的靈活性和可靠性，而且精度高，方法便于實(shí)現(xiàn)。有很多方法實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)檢測(cè)。傳統(tǒng)的常規(guī)溫度知道檢測(cè)因其明顯的缺點(diǎn)已被淘汰；本文設(shè)計(jì)的多路溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是利用單片機(jī)at89c51作控制器，采用數(shù)字式傳感

9、器ds18b20進(jìn)行多路溫度的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)多地點(diǎn)的多溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過led數(shù)碼顯示管進(jìn)行多路溫度自動(dòng)循環(huán)顯示。并通過proteus軟件進(jìn)行仿真最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。通過數(shù)字傳感器ds18b20能夠直接把所測(cè)的溫度轉(zhuǎn)化位數(shù)字信號(hào)直接送個(gè)單片機(jī)處理，這樣簡(jiǎn)化了電路，并且ds18b20可用數(shù)據(jù)線供點(diǎn)使得在比較不容易測(cè)的地方很方便的測(cè)量溫度。本文分別介紹了單片機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)的總體方案，單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，并給出了所用器件如ds18b20相關(guān)的信息，以及系統(tǒng)的工作原理和軟硬件設(shè)計(jì)的思路和程序調(diào)試的結(jié)果，最后對(duì)課題內(nèi)容成果進(jìn)行了深入的總結(jié)。1 設(shè)計(jì)要求及方案溫度檢測(cè)系統(tǒng)是比較常見和典型的過程監(jiān)控系統(tǒng)。溫度是

10、工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐，對(duì)工件的處理均需要對(duì)溫度嚴(yán)格控制。當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)化、智能化，能夠隨時(shí)監(jiān)控多方溫度信息，使生產(chǎn)、生活得到安全的保障。1.1多路溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)根據(jù)系統(tǒng)需求，系統(tǒng)需要提供的技術(shù)指標(biāo)如下：1：工作溫度范圍： 2：分比率： 3：測(cè)量溫度的范圍： 4：工作電壓： 1.2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的原理功能當(dāng)溫度檢測(cè)系統(tǒng)開始工作后，傳感器所測(cè)環(huán)境或者元件的溫度高低，并將熱信號(hào)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)傳遞到微機(jī)，微機(jī)將收到的電信號(hào)處理并同時(shí)顯示到顯示器上，通過顯

11、示器循環(huán)地顯示各個(gè)不同的測(cè)量地的溫度。1.3 溫度檢測(cè)方案課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測(cè)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)并通過計(jì)算機(jī)實(shí)施溫度監(jiān)控。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器ds18b20、數(shù)據(jù)處理單片機(jī)、溫度循環(huán)顯示模塊等。文章對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了介紹。整個(gè)系統(tǒng)的核心是進(jìn)行溫度監(jiān)控，完成課題要求。單片機(jī)8路溫度傳感器溫度顯示顯示第幾路溫度圖1 多溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)電路框圖：2 單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)2.1 概述單片微型計(jì)算機(jī)（single chip microcomputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器cpu、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器ram、只

12、讀存儲(chǔ)器rom、可編程存儲(chǔ)器eprom、并行及串行輸入輸出i/o接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器等部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)內(nèi)還可包含a/d、d/a轉(zhuǎn)換器、高速輸入/輸出部件、dma通道、浮點(diǎn)運(yùn)算等新的特殊功能部件。由于它的結(jié)構(gòu)和指令功能都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，特別適合于工業(yè)控制及與控制有關(guān)的數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合，因而目前應(yīng)確切稱其為微控制器。單片機(jī)的稱謂只是保留了其習(xí)慣稱呼。2.1.1單片機(jī)的發(fā)展史單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展十分迅速。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國(guó)intel公司首先推出4位微處理

13、器以來(lái)，它的發(fā)展到目前為止大致分為5個(gè)階段：第1階段（19711976）：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)展的初級(jí)階段。1971年11月intel公司首先設(shè)計(jì)出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器intel4004，并配有ram、rom和移動(dòng)寄存器，構(gòu)成了第一臺(tái)mcs-4微處理器，而后又推出了8位微處理器intel8008，以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。第2階段（19761980）：低性能單片機(jī)階段。以1976年intel公司推出的mcs-48系列為代表，采用將8位cpu、8位并行i/o接口、8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、ram和rom等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu)，雖然其尋址范圍有限，也沒有串行輸入輸出口，中

14、斷系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單，但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器的需要。第3階段（19801983）：高性能單片機(jī)階段。這一階段推出的高性能8位單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)ram、rom的容量加大，且尋址范圍可達(dá)64kb，個(gè)別片內(nèi)還帶有a/d轉(zhuǎn)換接口。第4階段（198380年代末）：16位電瓶夾階段。1983年intel公司又推出了高性能的16位單片機(jī)mcs-96系列，由于其采用了最新的制作工藝，使芯片集成度高達(dá)12萬(wàn)只晶體管/片。第5階段（90年代）：?jiǎn)纹瑱C(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位想更高水平發(fā)展。2.1.2單片機(jī)的應(yīng)用由于單片機(jī)具有體積小

15、、重量輕、價(jià)格便宜、功耗低、控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。按其單片機(jī)的特點(diǎn)，其應(yīng)用可分為單機(jī)應(yīng)用與多機(jī)應(yīng)用。1. 單機(jī)應(yīng)用在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，只使用1片單片機(jī)成為單機(jī)應(yīng)用，這是目前應(yīng)用最多的一種方式。單片機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域有：（1）測(cè)控系統(tǒng)。用單片機(jī)可以構(gòu)成各種不太復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，達(dá)到測(cè)量與控制的目的。（2）智能儀器。用單片機(jī)改造原有的測(cè)量、控制儀表，促進(jìn)儀表向數(shù)字化、智能化、多樣化、綜合化方向發(fā)展。（3）機(jī)電一體化產(chǎn)品。單片機(jī)與系統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化。（4）智能接

16、口。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，特別是在較大型工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，加之單片機(jī)與主機(jī)的并行工作，大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。（5）智能民用產(chǎn)品。如在家用電器、玩具、游戲機(jī)等許多產(chǎn)品中，單片機(jī)控制器的引入，不僅使產(chǎn)品的功能大大增加，性能得到提高，而且獲得了良好的實(shí)用效果。2. 多機(jī)應(yīng)用單片機(jī)的多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng)、并行多機(jī)處理及局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（1）功能集散系統(tǒng)。多功能集散系統(tǒng)是為了滿足工程系統(tǒng)多種外圍功能要求而設(shè)置的多機(jī)系統(tǒng)。（2）并行多機(jī)控制系統(tǒng)。并行多機(jī)控制系統(tǒng)主要解決工程應(yīng)用系統(tǒng)的快速性問題，以便構(gòu)成大型實(shí)時(shí)工程應(yīng)用系統(tǒng)。（3）局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使單

17、片機(jī)應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域。綜上所述，目前單片機(jī)已用于工業(yè)控制、機(jī)電一體化設(shè)備、儀器儀表、信號(hào)處理、現(xiàn)代兵器、商用設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，隨著單片機(jī)性能的不斷提高，它的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。2.2單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)、引腳功能、i/o口2.2.1 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)就mcs-51系列單片機(jī)來(lái)說可分為兩大系列：mcs-51子系列與mcs-52子系列。mcs-51子系列種主要有8031、8051、8751三種類型。而mcs-52子系列也有3種類型8032、8052、8752。各子系列配置見表2.1所示。表2.1 mcs-51系列單片機(jī)配置一覽表表2.1列出了mcs-51系列單片機(jī)的兩個(gè)字系列，在4

18、個(gè)性能上略有差異。由此可見，在本字系列內(nèi)各類芯片的主要區(qū)別在于片內(nèi)有無(wú)rom或eprom；mcs-51與mcs-52字系列間所不同的是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器rom從4kb增至8kb；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由128個(gè)字節(jié)增至256個(gè)字節(jié)；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器增加了一個(gè)；中斷源增加了12個(gè)。另外，對(duì)于制造工藝為chmos的單片機(jī)，由于采用cmos技術(shù)制造，因此具有低功耗的特點(diǎn)，如8051功耗約為630mw，而80c51的功耗只有12mw。圖2.1 mcs-51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖mcs-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。mcs-51單片機(jī)由8大部分組成的，這8大部分是：一個(gè)8位中央處理器cpu。它由運(yùn)算部件、控

19、制部件構(gòu)成，其中包括振蕩電路和時(shí)鐘電路，其主要完成單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能。它是單片機(jī)的核心部件，決定了單片機(jī)的主要功能特性。128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram。其片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64kb，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果或最終結(jié)果等。4kb的片內(nèi)程序只讀存儲(chǔ)器rom或eprom。其片外可尋址范圍為64kb，主要用于存放已編制的程序，也可以存放一些原始數(shù)據(jù)和表格。18個(gè)特殊功能寄存器sfr。它用于控制和管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行i/o口、串行i/o口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊的工作。4個(gè)8位并行輸入輸出i/o接口:p0口、p1口、p2口、p3口，用于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。

20、1個(gè)串行i/o接口。它可使數(shù)據(jù)1位1位串行地在計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間傳遞，可用軟件設(shè)置為4種工作方式，用于多處理機(jī)通訊、i/o擴(kuò)展或全雙工通用異步接收器。2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。它可以設(shè)置為計(jì)數(shù)方式對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置為定時(shí)方式進(jìn)行定時(shí)。1個(gè)具有5個(gè)中斷源，可編程為2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)。它可以接收外部中斷申請(qǐng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷申請(qǐng)和串行口中斷申請(qǐng)。2.2.2單片機(jī)外部引腳功能和i/o（p0、p1、p2、p3）圖2.2 mcs-51系列單片機(jī)引腳圖mcs-51系列單片機(jī)芯片均為40個(gè)引腳，hmos工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝，其引腳示意及功能分類如圖2.2所示。cmos工藝制造的低功

21、耗芯片也有采用封裝的，但為44個(gè)引腳，其中4個(gè)引腳是不使用的。mcs-51系列單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源的引腳，2個(gè)外接晶體的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出i/o引腳。下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹龈饕_的功能。1.源引腳vcc和vssvcc（40腳）：接5v電源正端；vss（20腳）：接5v電源地端。2.晶體引腳xtal1和xtal2xtal1(19引腳)：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于hmos單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于chmos單片機(jī)，該引腳作為外部震蕩信號(hào)的輸入端。xt

22、al2(18引腳)：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)的內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于hmos單片機(jī)該引腳作為外部震蕩信號(hào)的輸入端；對(duì)于chmos芯片，該引腳是懸空不接。3.控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有rst/vpd、ale/、和/vpp等4種形式。（1）rst/vpd（9引腳）：rst既為reset，vpd為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。當(dāng)vcc發(fā)生故障、降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源vpd為內(nèi)部供電，以保證ram中的

23、數(shù)據(jù)不丟失。（2）ale/ (30引腳)：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在p0口的低8位地址。在不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale端仍以上述不變的頻率，周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。（3）(29引腳)：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期psen兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，psen信號(hào)將不出現(xiàn)。（4）/vpp(31引腳)：為訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4kb。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去

24、執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)端保持低電平時(shí)，無(wú)論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有eprom的單片機(jī)，在eprom編程期間，該引腳用于接21v放入編程電源vpp。4.輸入/輸出引腳p0口、p1口、p2口及p3 口（1）p0口（3932引腳）：p0.0p0.7為p0口。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展i/o接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向口8為輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展i/o口時(shí)，p0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。 對(duì)于片內(nèi)含有eprom的單片機(jī)，當(dāng)eprom編程時(shí)，從p0口端輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。（2）p1口（18引腳）：p1.0p1.7統(tǒng)稱為p1口，可作為

25、準(zhǔn)雙向i/o接口使用。對(duì)于mcs-52子系列單片機(jī)，p1.0與p1.1還有第2功能：p1.0可用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端t2；p1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端t2ex。對(duì)eprom編程和進(jìn)行程序驗(yàn)證時(shí)，p2口接收輸入的高8位地址。（3）p2口（2128引腳）：p2.0p2.7統(tǒng)稱為p2口，一般可作為準(zhǔn)雙向i/o接口。當(dāng)接有外部存儲(chǔ)器或擴(kuò)展i/o接口且尋址范圍超過256個(gè)字節(jié)時(shí)，p2口用于高8位地址總線送出高8位地址。（4）p3口（1017引腳）：p3.0p3.7統(tǒng)稱為p3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向i/o接口，也可以將每一位用于第2功能，而且p3口的每一條引腳均可以

26、獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。綜上所述，mcs-51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納以下兩點(diǎn)：（1）單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳都具有第2功能；（2）單片機(jī)對(duì)外呈3總線形式，由p2、p0口組成16位地址總線；由p0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線；由ale、rst、與p3口中的、t0、t1、共10個(gè)引腳組成控制總線。由于是16位地址線，因此，可使外部存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到64kb。 3 所用器件介紹3.1 溫度傳感器 （ds18b20）3.1.1 傳感器的選擇現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器

27、確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也可以確定了，測(cè)量結(jié)果的成敗在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。常用的溫度檢測(cè)元件主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。熱電偶主要是利用兩種不同金屬的熱電效應(yīng)，產(chǎn)生接觸電勢(shì)隨溫度變化而變化，從而達(dá)到測(cè)溫的目的；熱電阻是利用金屬的電阻率隨溫度變化而變化的特性，將溫度量轉(zhuǎn)化成電阻量，其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高，性能可靠、熱慣性小、復(fù)現(xiàn)性好、價(jià)格適中；熱敏電阻由金屬氧化物或半導(dǎo)體材料制成，靈敏度高、熱惰性小、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜，但其測(cè)量的穩(wěn)定性和測(cè)量精度均不夠好，而且線性度差，需要進(jìn)行查表線性擬合，大大浪費(fèi)控制器的資源，一般不被選用。3.1.2 ds18b20(

28、溫度傳感器)ds18b20為單線數(shù)字溫度傳感器，是由dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)設(shè)計(jì)的世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，是用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。它獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信、多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感器應(yīng)用，無(wú)需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍3.0v5.5v無(wú)需備用電源。測(cè)量溫度范圍-55- +125。范圍內(nèi)精度0.5。圖為ds18b20封裝和引腳描述該ds18b20的數(shù)字溫度計(jì)提供9至12位可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息

29、被發(fā)送到/從ds18b20 通過1線接口，所以中央微處理器與ds18b20只有一個(gè)一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 因?yàn)槊恳粋€(gè)ds18b20的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè)ds18b20s可以同時(shí)存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測(cè)建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過程監(jiān)測(cè)和控制。以9位數(shù)字值方式讀出溫度，在1秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字并輸出給單片機(jī)處理，用戶還可以定義，非易失性的溫度告警設(shè)置，告警收索命令識(shí)別和尋址溫度在編定的極限之外的器件。3.2 74hc595 74hc595是硅結(jié)構(gòu)的cmos器件，兼容低電壓t

30、tl電路，遵守jedec標(biāo)準(zhǔn)。它具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。數(shù)據(jù)在schcp的上升沿輸入，在stcp的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器由一個(gè)串行移位輸入（ds），和一個(gè)串行輸出（q7），和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總輸出，當(dāng)使能oe時(shí)，存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。74hc595具有8位串行輸入/8位串行或并行輸出，存儲(chǔ)狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài)輸出寄存器可以直接清除100mhz的移位平率等特點(diǎn)。3.2.1 74hc595引腳說明74hc595引腳如圖

31、：vcc 16 電源gnd 8 地mr 10 主復(fù)位（低電平）shcp 11 移位寄存器時(shí)鐘輸入stcp 12 存儲(chǔ)寄存器時(shí)鐘輸入oe 13 輸出有效（低電平）ds 14 串行數(shù)據(jù)輸入q0q7 并行數(shù)據(jù)輸出3.2.2 74hc595 功能表、注釋下圖為74hc595功能表 注釋：h=高電平狀態(tài)l=低電平狀態(tài)=上升沿=下降沿z=高阻nc=無(wú)變化=無(wú)效當(dāng)mr為高電平，oe為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)在shcp上升沿進(jìn)入移位寄存器，在stcp上升沿輸出到并行端口。3.3 led顯示器 led（light emitting diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。led的心臟是一

32、個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附三豐led在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是n型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但在兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，他們之間就形成一個(gè)“pn結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的珊瑚，電子就會(huì)被推向p區(qū)，在p區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是led發(fā)光的原理。3.3.1 led 的優(yōu)點(diǎn)led 的內(nèi)在特征優(yōu)點(diǎn)如下決定了它有著廣泛的用途。固耐用：led是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，這些特點(diǎn)使得l

33、ed可以說是不易損壞的。高節(jié)能：節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。 壽命長(zhǎng)：led光源有人稱它為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。 多變幻：led光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，即可產(chǎn)生25625625616777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。 利環(huán)保：

34、環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。 高新尖：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，led光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn)。3.3.2 led工作方式1.led靜態(tài)顯示方式led顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陰極）連接在一起并接地（或+5v）；每位的段碼線（adp）分別與1個(gè)8位的鎖存器輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，是

35、因?yàn)楦鱾€(gè)led的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個(gè)字符段碼為止。正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。如圖為一個(gè)4位靜態(tài)led顯示電路該電路各位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段碼線上保持該段碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于各位分別由1個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出口（例如8255a的a、b、c口）控制段碼線，故在同一時(shí)間里，每一位顯示的字符可以各不相同。這種顯示方式接口編程容易，付出的代價(jià)是占用的口線較多。若用i/o口線接口，則要占用4個(gè)8位i/o口，若用鎖存器接口，則要用4片74ls373芯片。如果顯示器的位數(shù)增多，則需要增加鎖存器。因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用

36、動(dòng)態(tài)顯示方式。2.led動(dòng)態(tài)顯示方式 在多位led顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，有1個(gè)8位i/o口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別由相應(yīng)的i/o口控制，形成各位的分時(shí)選通。如下圖為1個(gè)4位8段led動(dòng)態(tài)顯示器電路其中段碼線占用1個(gè)8位i/o口而位選線占用1個(gè)4位i/o口。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位i/o口輸出的段碼對(duì)各個(gè)顯示位都是相同的。因此，在同一時(shí)刻，如果各位位選線都處于選通狀態(tài)的話，4位led顯示相同的字符。若要各位led能夠同時(shí)顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，而其他各位位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符的段碼。這樣

37、，在同一時(shí)刻，4位led中只有選通的那1位顯示出字符，而其他3位則是熄滅的。同樣，在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于led顯示器的余暉和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。 led不同位顯示的時(shí)間間隔應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而決定。發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的時(shí)延，導(dǎo)通時(shí)間太短，則發(fā)光

38、太弱，人眼無(wú)法看清；但也不能太長(zhǎng)，因?yàn)橐芟抻谂R界閃爍頻率，而且此時(shí)間越長(zhǎng)，占用cpu時(shí)間也越多。另外，顯示位數(shù)增多，也將占用大量的cpu時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)顯示的實(shí)質(zhì)是以犧牲c(diǎn)pu時(shí)間來(lái)?yè)Q取器件的減少。4 仿真軟件proteus4.1 proteus軟件簡(jiǎn)介 proteus軟件是英國(guó)labcenter electronics公司開發(fā)的eda工具軟件。最早的版本是1989年推出的。proteus軟件的使用十分廣泛。proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式spice仿真、pcb設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。除了其具有和其他eda工具一樣的原理布圖、pcb自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能

39、外，其革命性的功能是：用戶可以對(duì)基于單片機(jī)為核心的系統(tǒng)連同所有的接口器件一起仿真，即用戶可以采用如led/lcd、鍵盤、rs232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。proteus軟件主要由兩個(gè)軟件組成：ares和isis。ares主要用于pcb自動(dòng)或人工布線及其電路仿真，isis主要采用原理圖的方法繪制電路并進(jìn)行相應(yīng)的仿真。proteus軟件主要有以下特點(diǎn)：支持許多通用的單片機(jī)，目前最新版支持arm7/lpc2000的仿真；交互的裝置模型包括：led、led數(shù)碼管、lcd、通用鍵盤等；強(qiáng)大的調(diào)試工具，包括寄存器和存儲(chǔ)器，斷點(diǎn)和單步模式等；可以和keil uvision2等開發(fā)工具接口

40、。proteus軟件有著數(shù)量龐大的仿真元件庫(kù)。labcenter electronics公司與其第三方共同開發(fā)了6000多個(gè)模擬和數(shù)字電路中常用的spice模型以及各種動(dòng)態(tài)元件，基本元件如電阻、電容、各種二極管、三極管、mos管、555定時(shí)器等；在豐富的庫(kù)元件的支持下，原理布圖時(shí)只要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)用和連線，以及對(duì)每個(gè)元件的屬性設(shè)置，即可完成繪圖，然后能進(jìn)行功能和性能仿真，以及虛擬測(cè)量。proteus軟件的虛擬工具箱提供了電路測(cè)試中常用工具和儀器，主要用于在實(shí)時(shí)仿真的電路參數(shù)觀測(cè)，測(cè)量結(jié)果隨仿真動(dòng)態(tài)變化并顯示，可以滿足精度要求不是很高的測(cè)量分析。虛擬工具主要有示波器、邏輯分析儀、spi調(diào)試工具、串

41、口調(diào)試工具、函數(shù)發(fā)生器、脈沖碼型發(fā)生器、計(jì)數(shù)器等。5 硬件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu) 八個(gè)獨(dú)立的ds18b20溫度傳感器12345678mcs51單片機(jī)上拉電阻各 路 溫 度 顯 示值芯片：74hc595顯示第幾路的溫度值系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖5.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可由單片機(jī)內(nèi)時(shí)鐘電路產(chǎn)生，可以直接使用外部時(shí)鐘信號(hào)。因此，單片機(jī)時(shí)鐘電路通常有兩種形式內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 而本文所用的是內(nèi)部振蕩方式。 單片機(jī)通常都采用上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種方式。復(fù)位電路的核心就是如前面所述的必須保證ret引腳上出現(xiàn)10ms以上穩(wěn)定的高電平，這樣就

42、能夠?qū)崿F(xiàn)可靠地復(fù)位。下面是單片機(jī)復(fù)位電路：本文采用的是上電復(fù)位電路。單片機(jī)最小電路圖如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小電路圖5.3 溫度采集傳感電路 溫度傳感器選用ds18b20。ds18b20具有耐磨耐碰，體積小，方便，封裝形式多樣，使用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制。 1. 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。 2.ds18b20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量。 3.測(cè)量溫度范圍-55+125，固有測(cè)溫分辨率0.5。 4.工作電源：35v/dc。 溫度傳感器最簡(jiǎn)單連接方法是傳感器輸出直接

43、與微處理器相連，而多個(gè)連接的時(shí)候最好接上+5v電壓，避免因?yàn)閿?shù)量過多，電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸不穩(wěn)定。連接如圖：ds18b20與微處理器連接圖 ds18b20溫度傳感器可將所采集的溫度數(shù)字信息直接傳給單片機(jī)處理，因?yàn)閐s18b20用12位存儲(chǔ)溫度值，最高位為符號(hào)位，負(fù)溫度s=1，正溫度s=0.如： 0550h為+85，0191h為+25.0625，fc90h為-55。圖為ds18b20的溫度存儲(chǔ)方式 8路s18b20傳感器與單片機(jī)p1口相連圖5.4 溫度顯示電路 溫度顯示采用led數(shù)碼顯示管動(dòng)態(tài)顯示，顯示有5個(gè)led數(shù)碼顯示管共同完成，小數(shù)點(diǎn)在led4上面。第一個(gè)led顯示溫度的正負(fù)由單

44、片機(jī)p3.7口直接控制，其余的通過芯片74hc595與單片機(jī)相連。如下圖。為溫度顯示電路：溫度顯示電路圖5.5 溫度顯示通道號(hào)電路 溫度顯示通道號(hào)是由一個(gè)led直接顯示，它是通過單片機(jī)p2口控制，不間斷地循環(huán)顯示8路溫度的號(hào)碼，這樣可以明確的知道當(dāng)前顯示的溫度是那個(gè)地方的溫度。這樣不容易出錯(cuò)。如下圖為顯示溫度通道圖：顯示溫度通道號(hào)圖 6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1 系統(tǒng)程序總設(shè)計(jì) 多溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的主程序流程圖如下。該流程圖的說明如下 在系統(tǒng)啟動(dòng)的同時(shí)，系統(tǒng)程序會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，當(dāng)系統(tǒng)的初始化完成之后，就進(jìn)入了溫度檢測(cè)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)溫度傳感器進(jìn)行溫度的采集、并進(jìn)行標(biāo)度變換，然后送顯示，當(dāng)8路溫度都顯示完后，系統(tǒng)將會(huì)延時(shí)些許時(shí)間進(jìn)行下一次的溫度檢測(cè)，并顯示出來(lái)，這樣循環(huán)顯示所采集的溫度。溫度自動(dòng)檢測(cè)的主流程圖6.2 溫度檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)對(duì)于溫度檢測(cè)每個(gè)ds18b20都需要一次檢測(cè)是否在工作，如果在系統(tǒng)給它一個(gè)轉(zhuǎn)換命令，并讀出ds18b20檢測(cè)的溫度數(shù)。如圖為溫度檢測(cè)子程序：7 系統(tǒng)仿真及結(jié)果7.1 proteus原理圖設(shè)計(jì) 將元件在proteus中找出并全部放好連接好如下圖：proteus原理圖7.2 keil與proteus聯(lián)機(jī)仿真通過在keil軟件中程序的調(diào)試，然后將所調(diào)試