65-溫控自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、-精準(zhǔn)溫度顯示的溫控自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)摘 要本設(shè)計(jì)為一種溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，具有靈敏的溫度感測(cè)和顯示功能，系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)AT89C51 單片機(jī)作為控制平臺(tái)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)展控制。利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集實(shí)時(shí)溫度，經(jīng)單片機(jī)處理后通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)直流風(fēng)扇的電機(jī)。根據(jù)采集的實(shí)時(shí)溫度，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇的自起自停.可由用戶(hù)設(shè)置高、低溫度值，測(cè)得溫度值在上下溫度之間時(shí)翻開(kāi)風(fēng)扇弱風(fēng)檔，當(dāng)溫度升高超過(guò)所設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)切換到大風(fēng)檔，當(dāng)溫度小于所設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇，控制狀態(tài)隨外界溫度而定。關(guān)鍵詞： 自動(dòng)控制;單片機(jī);溫控;風(fēng)扇目 錄摘 要1目 錄21引言32 方案論證42.1 溫度傳感器的選用42.2 控制核

2、心的選擇52.3顯示電路52.4調(diào)速方式63 系統(tǒng)簡(jiǎn)述74 硬件設(shè)計(jì)84.1 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器簡(jiǎn)介84.2 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介154.3 八段LED 數(shù)碼管195 軟件設(shè)計(jì)21參考文獻(xiàn)231引言生活中，我們經(jīng)常會(huì)使用一些與溫度有關(guān)的設(shè)備。比方，現(xiàn)在雖然不少城市家庭用上了空調(diào)，但在占中國(guó)大局部人口的農(nóng)村地區(qū)依舊使用電風(fēng)扇作為降溫防暑設(shè)備，春夏夏秋交替時(shí)節(jié)，白天溫度依舊很高，電風(fēng)扇應(yīng)高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量，使人感到清涼；到了晚上，氣溫降低，當(dāng)人入睡后，應(yīng)該逐步減小轉(zhuǎn)速，以免使人感冒。雖然電風(fēng)扇都有調(diào)節(jié)不同檔位的功能，但必須要人手動(dòng)換檔，睡著了就無(wú)能為力了，而普遍采用的定時(shí)器關(guān)閉的做

3、法，一方面是定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短有限制，一般是一兩個(gè)小時(shí)；另一方面可能在一兩個(gè)小時(shí)后氣溫依舊沒(méi)有降低很多，而風(fēng)扇就關(guān)閉了，使人在睡夢(mèng)中熱醒而不得不起床重新翻開(kāi)風(fēng)扇，增加定時(shí)器時(shí)間，非常麻煩，而且可能屢次定時(shí)后最后一次定時(shí)時(shí)間太長(zhǎng)，在溫度降低以后風(fēng)扇依舊繼續(xù)吹風(fēng)，使人感冒；第三方面是只有簡(jiǎn)單的到了定時(shí)時(shí)間就關(guān)閉風(fēng)扇電源的單一功能，不能滿(mǎn)足氣溫變化對(duì)風(fēng)扇風(fēng)速大小的不同要求。又比方在較大功率的電子產(chǎn)品散熱方面，現(xiàn)在絕大多數(shù)都采用了風(fēng)冷系統(tǒng)，利用風(fēng)扇引起空氣流動(dòng)，帶走熱量，使電子產(chǎn)品不至于發(fā)熱燒壞。要使電子產(chǎn)品保持較低的溫度，必須用大功率、高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量的風(fēng)扇，而風(fēng)扇的噪音與其功率成正比。如果要低噪音，則要減

4、小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，又會(huì)引起電子設(shè)備溫度上升，不能兩全其美。為解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這套溫控自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機(jī)控制，能顯示實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)使用者設(shè)定的溫度自動(dòng)在相應(yīng)溫度時(shí)作出小風(fēng)、大風(fēng)、停機(jī)動(dòng)作，準(zhǔn)確度高，動(dòng)作準(zhǔn)確。2 方案論證本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的溫度控制，需要有較高的溫度變化分辨率和穩(wěn)定可靠的換檔停機(jī)控制部件。2.1 溫度傳感器的選用溫度傳感器可由以下幾種方案可供選擇：方案一：選用熱敏電阻作為感測(cè)溫度的核心元件，通過(guò)運(yùn)算放大器放大由于溫度變化引起熱敏電阻電阻的變化、進(jìn)而導(dǎo)至的輸出電壓變化的微弱電壓變化信號(hào)，再用AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單

5、片機(jī)處理。方案二：采用熱電偶作為感測(cè)溫度的核心元件，配合橋式電路，運(yùn)算放大電路和AD轉(zhuǎn)換電路，將溫度變化信號(hào)送入單片機(jī)處理。方案三：采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測(cè)溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)供單片機(jī)處理。對(duì)于方案一，采用熱敏電阻有價(jià)格廉價(jià)、元件易購(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但熱敏電阻對(duì)溫度的細(xì)微變化不敏感，在信號(hào)采集、放大、轉(zhuǎn)換過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的R-T關(guān)系的非線性，其本身電阻對(duì)溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過(guò)一定電路予以糾正，但不僅將使電路復(fù)雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫度環(huán)境溫度變化中難以檢測(cè)到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。對(duì)于方案二，采用熱電偶和橋

6、式測(cè)量電路相對(duì)于熱敏電阻其對(duì)溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測(cè)溫圍也非常寬，從-50攝氏度到1600攝氏度均可測(cè)量。但是依然存在電路復(fù)雜，對(duì)溫度敏感性達(dá)不到本系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)，故不采用該方案。對(duì)于方案三，由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測(cè)溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量直接輸出，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，又由于該傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)1-WRIE，與單片機(jī)的接口變的非常簡(jiǎn)潔，抗干擾能力強(qiáng)。關(guān)于DS18B20的詳細(xì)參數(shù)參看下面硬件設(shè)計(jì)中的器

7、件介紹。2.2 控制核心的選擇方案一：采用電壓比較電路作為控制部件。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)并放大，由集成運(yùn)放組成的比較電路判決控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)高于或低于*值時(shí)將風(fēng)扇切換到相應(yīng)檔位。方案二：采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)展溫度判斷，并在端口輸出控制信號(hào)。對(duì)于方案一，采用電壓比較電路具有電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，以及無(wú)需編寫(xiě)軟件程序的特點(diǎn)，但控制方式過(guò)于單一，不能自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度，無(wú)法滿(mǎn)足不同用戶(hù)以及不同環(huán)境下的多種動(dòng)作溫度要求，故不在本系統(tǒng)中采用。對(duì)于方案二，以單片機(jī)作為控制器，通過(guò)編寫(xiě)程序不但能將傳感器感測(cè)到的溫度通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)，而且用戶(hù)能通過(guò)鍵

8、盤(pán)接口，自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度值，滿(mǎn)足全方位的需求。并且通過(guò)程序判斷溫度具有極高的精準(zhǔn)度，能準(zhǔn)確把握環(huán)境溫度的微小變化。故本系統(tǒng)采用方案二。2.3顯示電路方案一：采用數(shù)碼管顯示溫度，動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。方案二：采用液晶顯示屏LCD顯示溫度對(duì)于方案一，該方案本錢(qián)低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見(jiàn)，功耗極低，顯示驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)也相對(duì)簡(jiǎn)單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。缺乏的地方是掃描顯示方式是使數(shù)碼管逐個(gè)點(diǎn)亮，因此會(huì)有閃爍，但是人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間為20MS，當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個(gè)時(shí)間時(shí)人眼將感覺(jué)不到閃爍，因此可以通過(guò)增大掃描頻率來(lái)消除閃爍感。對(duì)于方案二，液晶體顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字

9、還能顯示字符甚至圖形的優(yōu)點(diǎn)，這是LED數(shù)碼管無(wú)法比較的。但是液晶顯示模塊價(jià)格昂貴，驅(qū)動(dòng)程序復(fù)雜，從簡(jiǎn)單實(shí)用的原則考慮，本系統(tǒng)采用方案一。2.4調(diào)速方式方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理將220V電壓通過(guò)線圈降壓到不同的電壓，控制風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。方案二：采用三極管驅(qū)動(dòng)PWM進(jìn)展控制。對(duì)于方案一，由于采用變壓器改變電壓調(diào)節(jié)，有風(fēng)速級(jí)別限制，不能適應(yīng)人性化要求。且在變壓過(guò)程中會(huì)有損耗發(fā)熱，效率不高，發(fā)熱有不平安因素。對(duì)于方案二，PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)展數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到

10、最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在*些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極延長(zhǎng)通信距離。故本系統(tǒng)采用方案二。3 系統(tǒng)簡(jiǎn)述本系統(tǒng)由集成溫度傳感器、單片機(jī)、LED數(shù)碼管、三極管驅(qū)動(dòng)電路及一些其他外圍器件組成。使用具有價(jià)廉易購(gòu)的AT89C51單片機(jī)編程控制，通過(guò)修改程序可方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)。系統(tǒng)的框圖構(gòu)造如下：AT89C51單片機(jī)數(shù)碼管顯示電路震蕩和復(fù)位電路風(fēng)扇風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路溫度傳感器按鍵輸入電路圖1 系統(tǒng)框圖4 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要部件包括DS18B20

11、溫度傳感器、AT89C51單片機(jī)、LED數(shù)碼管和風(fēng)扇。輔助元件包括電阻、晶振、電源、按鍵等。4.1 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器簡(jiǎn)介溫度傳感器DS18B20。DS18B20的簡(jiǎn)介DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體器件公司推出的單總線數(shù)字化智能集成溫度傳感器。單總線(1-Wire)是DALLAS公司的一項(xiàng)專(zhuān)有技術(shù),它采用單根信號(hào)線,既傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù),而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的,具有節(jié)省I/O口線資源、構(gòu)造簡(jiǎn)單、本錢(qián)低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。DS18B20 的特點(diǎn)及部構(gòu)造特點(diǎn)如下：采用獨(dú)特的單總線接口方式，即只有一根信號(hào)線與控制器相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信，不需要外部元件；測(cè)量結(jié)果

12、直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以單總線串行傳送給控制器，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三根線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)量；適應(yīng)電壓圍寬3.0-5.5V，不需要備份電源、可用數(shù)據(jù)線供電，溫度測(cè)量圍為-55125，-1085時(shí)測(cè)量精度為0.5；通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5，0.25，0.125，0.0625，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。封裝圖及部構(gòu)造，如下列圖所示。圖2-8 DS18B20外部構(gòu)造框圖圖2-9 DS18B20內(nèi)部構(gòu)造框圖圖2-10 DS

13、18B20的封裝引腳功能如下：NC:空引腳,懸空不使用;VDD:可選電源腳,電源電壓圍35.5V。工作于寄生電源時(shí),此引腳應(yīng)接地;I/O:數(shù)據(jù)輸入/輸出腳,漏極開(kāi)路,常態(tài)下高電平。DS18B20采用3腳TO-92封裝或8腳SOIC及CSP封裝方式。圖2-8所示為DS18B20的部構(gòu)造框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位光刻ROM及單總線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器含便箋式RAM、存儲(chǔ)與控制邏輯、用于存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器、構(gòu)造存放器、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC發(fā)生器等八局部。64位ROM的構(gòu)造如圖2-11所示，開(kāi)場(chǎng)8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)；接著是每個(gè)器件唯一的序號(hào)，共

14、48位；最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可采用單線進(jìn)展通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器TH、TL，可以通過(guò)編程寫(xiě)入用戶(hù)報(bào)警上下線數(shù)據(jù)。LSBMSBLSBMSBLSBMSB48位序列號(hào)8位工廠代碼10H8位檢驗(yàn)CRC圖2-11 64位ROM示意圖 DS18B20溫度傳感器的部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPROM。高速暫存RAM的構(gòu)造位9字節(jié)的存儲(chǔ)器，構(gòu)造如圖2-12所示。前兩個(gè)字節(jié)包括測(cè)得溫度的信息。3、4字節(jié)是TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5字節(jié)為配置存放器，其容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換頻率，DS18B20工作

15、時(shí)按此存放器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖2-13，其低5位一直為1；TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在檢測(cè)模式，在DS18B20出廠時(shí)，該位被設(shè)置為0，用戶(hù)不要去改動(dòng)；R1和R2決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來(lái)設(shè)置分辨率，單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625/LSB形式表示。表b 溫度值格式232221202-12-22-32-4SSSSS262524低字節(jié)高字節(jié)表b中，S表示符號(hào)位。當(dāng)S=0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼

16、變成原碼，在計(jì)算十進(jìn)制值。表c是局部溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度表示數(shù)據(jù)。表c DS18B20溫度與表示值對(duì)應(yīng)表溫度/二進(jìn)制十六進(jìn)制+12507D0H+850550H+25.062500000001100100010191H+10.125000000001010001000A2H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H-0.5FFF8H-10.125FF5EH-25.0625FF6FH-55FC90HDS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)容對(duì)照，假設(shè)TTH或TTL，則將該器件的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜

17、索命令做出響應(yīng)。因此，可以用多個(gè)DS18B20同時(shí)測(cè)得溫度并進(jìn)展報(bào)警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼CRC。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并與存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。關(guān)于DS18B20的工作原理這里就不再多說(shuō)，有感興趣的可以查閱相關(guān)手冊(cè)。DS18B20的編程指令DS18B20的指令有：讀ROM33H，匹配ROM55H，跳過(guò)ROMCCH，搜索ROMF0H，報(bào)警搜索ECH，穩(wěn)定轉(zhuǎn)換44H，度暫存器BEH，寫(xiě)暫存器4EH，復(fù)制暫存器48H，重調(diào)E2PROMB8H，讀供電方式B4H。關(guān)于這些指令，這里也不再一一介紹，只把

18、本設(shè)計(jì)用到的用法說(shuō)一下。CCH-跳過(guò)ROM指令。忽略64位ROM地址，直接向DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于一個(gè)從機(jī)工作。44H-溫度轉(zhuǎn)換指令。啟動(dòng)DS18B20進(jìn)展溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms9位93.75ms。結(jié)果存入部9字節(jié)的RAM中。BEH-讀暫存器指令。讀部RAM中9字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)。如圖2-14所示，是DS18B20在電路中的接發(fā)，本設(shè)計(jì)采用的是單獨(dú)電源供電方式，下面將介紹其工作時(shí)序，有工作時(shí)序圖可以很清楚的知道該這樣控制DS18B20。圖2-14 DS18B20的工作電路工作時(shí)序初始化時(shí)序，當(dāng)主機(jī)將單總線P30從邏輯高拉到邏輯低時(shí)，即啟動(dòng)一個(gè)寫(xiě)時(shí)隙，所有的寫(xiě)時(shí)隙必須在

19、60120us完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。寫(xiě)0和寫(xiě)1時(shí)隙如下圖。在寫(xiě)0時(shí)隙期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低；而寫(xiě)1時(shí)隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時(shí)隙起始后15us之釋放總線。時(shí)序圖如圖2-15所示。復(fù)位脈沖480ust960us延時(shí)等待18B20響應(yīng)大于等于480us圖2-15 初始化時(shí)序圖具體步驟如下：先將數(shù)據(jù)線置高電平1。延時(shí)時(shí)間應(yīng)盡量短些。數(shù)據(jù)線拉到低電平0。延時(shí)750 s(該圍可以在480960s)。數(shù)據(jù)線拉置高電平1.延時(shí)等待。如果初始化成功則在1560ms產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20返回的低電平0，據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。但是應(yīng)注意，不能無(wú)限地等待，不然

20、會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)展超時(shí)判斷。假設(shè)CPU讀到數(shù)據(jù)線上的低電平0后，還要進(jìn)展延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出高電平算起第5步的時(shí)間算起最少要480s。將數(shù)據(jù)線再次拉置高電平1后完畢。寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序當(dāng)主機(jī)將單總線P30從邏輯高拉到邏輯低時(shí)，即啟動(dòng)一個(gè)寫(xiě)時(shí)隙，所有的寫(xiě)時(shí)隙必須在60120us完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。寫(xiě)0和寫(xiě)1時(shí)隙如下圖。在寫(xiě)0時(shí)隙期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低；而寫(xiě)1時(shí)隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時(shí)隙起始后15us之釋放總線。時(shí)序圖見(jiàn)圖2-16所示?？刂破鲗?xiě)1時(shí)間隙控制器寫(xiě)0時(shí)間隙60ust120usDS18B20采樣DS18B20采樣圖2-16 寫(xiě)

21、數(shù)據(jù)時(shí)序圖具體步驟如下：數(shù)據(jù)線先置低電平0。延時(shí)確定時(shí)間為15s。按從低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù)一次只發(fā)送一位。延時(shí)時(shí)間為45s。將數(shù)據(jù)線拉到高電平1。重復(fù)步驟，直到發(fā)送完整個(gè)字節(jié)。最后將數(shù)據(jù)線拉高到1。讀數(shù)據(jù)時(shí)序DS18B20器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)隙時(shí)，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。所以在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)隙，以便DS18B20能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有的讀時(shí)隙至少需要60us，且在兩次獨(dú)立的讀時(shí)隙之間，至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)隙都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。在主機(jī)發(fā)起讀時(shí)隙之后，DS18B20器件才開(kāi)場(chǎng)在總線上發(fā)送0或1，假設(shè)DS18B20發(fā)送1，則保持總線為高電平。假設(shè)發(fā)送為0

22、，則拉低總線當(dāng)發(fā)送0時(shí)，DS18B20在該時(shí)隙完畢后，釋放總線，由上拉電阻將總線拉回至高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)，在起始時(shí)隙之后保持有效時(shí)間為15us。因而主機(jī)在讀時(shí)隙期間，必須釋放總線。并且在時(shí)隙起始后的15us之采樣總線的狀態(tài)。時(shí)序圖見(jiàn)圖2-17所示。控制器讀1時(shí)間隙控制器讀0時(shí)間隙控制器采樣控制器采樣圖2-17 讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖具體步驟如下:將數(shù)據(jù)線拉高到1。延時(shí)2s。將數(shù)據(jù)線拉低到0。延時(shí)6s。將數(shù)據(jù)線拉高到1。延時(shí)4s。讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)展數(shù)據(jù)處理。延時(shí)6s。重復(fù)步驟，直到讀取完一個(gè)數(shù)據(jù)。4.2 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介單片微型計(jì)算機(jī)Single Chip Mi

23、croputer簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，是指集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低、等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器、電子玩具等各領(lǐng)域。盡管單片機(jī)種類(lèi)很多，但無(wú)論是從世界圍還是從全國(guó)圍來(lái)看，使用最為廣泛的應(yīng)屬M(fèi)CS-51系列單片機(jī)。其生產(chǎn)廠家有：Intel公司、Atmel公司、Philips公司等。本設(shè)計(jì)采用Atmel公司的AT89C51，其它廠家單片機(jī)這里不再多說(shuō)，以下是對(duì)AT89C51的介紹。Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，部除CPU外，還包括128B

24、的部用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，4KB的部用戶(hù)程序存儲(chǔ)器，4個(gè)8位并行可編程I/0口，2個(gè)16位計(jì)數(shù)/定時(shí)器，5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)別，1個(gè)可編程的串行通信口。以下是對(duì)各局部的具體介紹：部介紹：1中央處理器又稱(chēng)CPU，是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又稱(chēng)RAM，C51部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用存放器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用存放器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)

25、據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型數(shù)據(jù)。并具有64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間。3程序存儲(chǔ)器又稱(chēng)ROM，C51共有4KB的掩膜ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。并具有64KB外部程序存儲(chǔ)器尋址空間。4定時(shí)/計(jì)數(shù)器，C51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，稱(chēng)為定時(shí)器0T0和定時(shí)器1T1。T0有專(zhuān)用存放器TH0和TL0組成，T10有專(zhuān)用存放器TH1和TL1組成。并且可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式、定時(shí)時(shí)間、計(jì)數(shù)值、啟動(dòng)、中斷請(qǐng)求等都可以由程序設(shè)定。5中斷系統(tǒng)，C51的中斷功能較強(qiáng)，可滿(mǎn)足控制應(yīng)用的需要。共有5個(gè)中斷源，即兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，并具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別的選擇。

26、6時(shí)鐘電路，C51部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，系統(tǒng)允許的晶振頻率一般位6MHz和12MHz，在應(yīng)用精度要求較高的場(chǎng)合一般選用11.0592MHz，可以使定時(shí)器/計(jì)數(shù)器更準(zhǔn)確。以上是從C51單片機(jī)的部介紹，下面再?gòu)耐獠靠雌錁?gòu)造。如圖2-2所示。外部介紹：有外部構(gòu)造圖我們可以看到，C51單片機(jī)有40個(gè)管腳。正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，一個(gè)復(fù)位端RESET,/EA,ALE,/PSEN三根線，P0-P3共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：(1)主電源引腳Vcc和Vss Vcc40腳：主電源接5V

27、Vss20腳：接地 (2)時(shí)鐘電路引腳*TAL1和*TAL2：接外部晶體振蕩器的引線端。當(dāng)使用芯片部時(shí)鐘時(shí)，兩引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。這兩個(gè)引腳連接的電路成為時(shí)鐘電路，用來(lái)產(chǎn)生單片機(jī)正常工作時(shí)所需要的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。(3)控制信號(hào)RST/Vpd、ALE/(/PROG) 、/ PSEN和 (/EA)/Vpp RST/Vpd9腳：復(fù)位端。高電平有效，保持在2個(gè)機(jī)器周期寬度以上，使單片機(jī)復(fù)位，用于完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。在進(jìn)展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，這個(gè)引腳一定要連接相應(yīng)的電路，即復(fù)位電路。該引腳有復(fù)用功能，Vpd為備用電源輸入端，防止主電源掉電。A

28、LE/PROG30腳：地址鎖存信號(hào)端。片外存貯器時(shí)，ALE作低八位地址的鎖存控制信號(hào)。平時(shí)不片外存貯器時(shí)，該端以六分之一的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。ALE端負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8個(gè)LSTTL門(mén)。該引腳有復(fù)用功能， 為片程序存貯器編程固化的編程脈沖輸入。 /PSEN29腳：片外程序存貯器讀選通信號(hào)端。負(fù)載能力為8LSTTL門(mén)。 (/EA)/Vpp31腳：/EA端接高電平時(shí)，CPU取指令從片程序存貯器自動(dòng)順延至片外程序存貯器。 /EA端接低電平時(shí)，CPU僅從片外程序存貯器取指令。該引腳有復(fù)用功能，Vpp為片程序存貯器編程時(shí)的編程電壓。(4)輸入/輸出引腳P0、P1、P2和P3口 P0.0P0.73932

29、腳：片外存貯器時(shí)作為低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線復(fù)用。負(fù)載能力為8個(gè)LSTTL門(mén)。P1.0P1.718腳： 8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個(gè)LSTTL門(mén)。 P2.0P2.72128腳：片外存貯器時(shí)作為高八位地址線。P3.0P3.71017腳：8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個(gè)LSTTL門(mén)。另外還有專(zhuān)門(mén)的第二功能。 P3口的第二功能是P3.010腳： R*D串行口輸入端P3.111腳： T*D串行口輸出端 P3.212腳： /INT0外部中斷0輸入端 P3.313腳： /INT1外部中斷1輸入端 P3.414腳： T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端 P3.515腳： T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端 P

30、3.616腳： /WR片外數(shù)據(jù)存貯器寫(xiě)選通信號(hào)輸出端 P3.717腳： /RD片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號(hào)輸出端89C51雖然有部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。80C51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用部時(shí)鐘方式，利用芯片部的振蕩電路，在*TAL1、*TAL2引腳上外接定時(shí)元件，部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用的部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無(wú)嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，C*1、C*2可在20pF到100pF之間取值，但在

31、60pF到70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇6MHZ,電容選擇65pF。在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。 89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò)1ms

32、,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用12MHZ時(shí)C取10uF,R取10K。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率選用12時(shí)，C取10uF下列圖是單片機(jī)工作的最小模塊，如圖2-3所示。圖單片機(jī)最小工作模塊4.3 八段LED 數(shù)碼管設(shè)計(jì)采用共陰極四位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，單片機(jī)P0口加上拉電阻驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的段碼，數(shù)碼管位選端可直接單片機(jī)，即可驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮數(shù)碼管。數(shù)碼管介紹：LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,

33、f,g,dp來(lái)表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2個(gè)8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個(gè)2字，則應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫(huà)常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過(guò)30mA。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極的稱(chēng)為共陽(yáng)數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱(chēng)為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、

34、A、B、C、D、E、F。 led數(shù)碼管的構(gòu)造及工作原理：led數(shù)碼管LED Segment Displays是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成8字型的器件，引線已在部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類(lèi)似于3位+1型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌?lèi)型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車(chē)站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管部引腳圖片 10引腳的LED數(shù)碼管圖1 這是一個(gè)7段兩位帶小數(shù)點(diǎn) 10引腳的LED數(shù)碼管 LED數(shù)碼管引腳定義圖2引腳定義 ：每一筆劃都是對(duì)應(yīng)一個(gè)字母表示