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《單片機原理及應(yīng)用》課程設(shè)計任務(wù)書 二級學(xué)院：電子信息與電氣工程學(xué)院 專業(yè)： 班級： 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 職 稱 講師 課題名稱 基于51單片機的溫度警報器的設(shè)計 課題工作內(nèi)容 1、 設(shè)計內(nèi)容：硬件電路的設(shè)計、軟件電路的設(shè)計 2、 總體方案的選擇、討論確定。軟件流程圖的設(shè)計，硬件電路各部分的設(shè)計，程序的軟調(diào)試、整機的調(diào)試。 3、 撰寫設(shè)計報告 指標(biāo)要求 1、LED能顯示傳感器的溫度 2、溫度高于30度或者小于15度，蜂鳴器發(fā)出警報 進(jìn)程安排 第一天 下達(dá)任務(wù)、講授、查資料 第二天 方案確定 第三天、第四天 軟、硬件設(shè)計 第五天～第八天 軟、硬件調(diào)試 第九天 撰寫報告 第十天 答辯考核 主要參考文獻(xiàn) [1]鐘曉偉，宋哲存，基于單片機的實驗是溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計 [A] 林業(yè)機械與木工設(shè)備 [2]葉景，基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)驗與交流，2008 [3]楊光友.單片機微型計算機原理及接口技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2002 地點 起止日期 9.5-9.15 22 課 程 設(shè) 計 題 目：基于單片機的數(shù)字溫度報警器的設(shè)計 姓 名： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級： 　　　　 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：　　　　　　　　　　　　　 2011年 9月15日 目 錄 摘要 4 1 引言 4 1.1課題背景 4 1.2研究內(nèi)容和意義 6 2 芯片介紹 6 2.1 DS18B20概述 6 2.1.1 DS18B20封裝形式及引腳功能 7 2.1.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7 2.1.3 DS18B20供電方式 9 2.1.4 DS18B20的測溫原理 10 2.1.5 DS18B20的ROM命令 12 2.2 AT89C52概述 13 2.2.1單片機AT89C52介紹 13 2.2.2功能特性概述 13 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 14 3.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 14 3.2 溫度采集電路的設(shè)計 15 3.3 LED顯示報警電路的設(shè)計 16 4 總結(jié) 16 致謝 17 參考文獻(xiàn) 18 附錄A 總電路圖 19 附錄B 原器件清單 19 附錄C 溫度報警器部分程序 20 摘 要 隨著時代的進(jìn)步和發(fā)展，溫度的測試已經(jīng)影響到我們的生活、工作、科研、各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為了一種非常重要的事情，因此設(shè)計一個溫度測試的系統(tǒng)勢在必行。 本文主要介紹了一個基于AT89C52單片機的數(shù)字溫度報警器系統(tǒng)。詳細(xì)描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，對各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹，該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)溫度的采集和報警，并可以根據(jù)需要任意上下限報警溫度，它使用起來相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當(dāng)做溫度處理模塊潛入其他系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。DS18B20與AT89C52結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：單片機；溫度檢測；AT89C52;DS18B20; 1 引言 1.1課題背景 溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，如冶金、機械、食品、化工各類工業(yè)生產(chǎn)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等，對工件的溫度處理要求嚴(yán)格控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求溫度測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。 基于AT89C51單片機提高了系統(tǒng)的可移植性、擴展性，利于現(xiàn)代測控、自動化、電氣技術(shù)等專業(yè)實訓(xùn)要求。以單片機為核心設(shè)計的溫度報警器，具有安全可靠、操作簡單方便、智能控制等優(yōu)點。 溫度對于工業(yè)生產(chǎn)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。溫度傳感器主要經(jīng)過了三個發(fā)展階段[1]： （1）模擬集成溫度傳感器。該傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。此種傳感器具有功能單一(僅測量溫度)、 測溫誤差小、價格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等特點，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。它是目前在國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等； （2）模擬集成溫度控制器。模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增強型集成溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處。但它自成系統(tǒng)，工作時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)。智能溫度傳感器是在20世紀(jì)90年代中期問世的，其內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。 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（通信技術(shù)）和信息處理（計算機技術(shù)）。傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。數(shù)字溫度傳感器可以直接將被檢測的溫度信息以數(shù)字化形式輸出，與傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器相比，具有測量精度高、功耗低、穩(wěn)定性好、外圍接口電路簡單特點。而單片機微處理器越來越豐富的外圍功能模塊，更加方便了數(shù)字式溫度傳感器輸出信號的處理。 智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)化器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央處理器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片機測溫系統(tǒng)等的方向發(fā)展。數(shù)字化溫度傳感器可以直接將溫度量以數(shù)字脈沖信號形式輸出，具有測量精度高、抗干擾能力強、傳輸距離遠(yuǎn)、外圍接口電路簡單等諸多優(yōu)點。同時數(shù)字溫度傳感器還可直接與微處理器進(jìn)行接口，大大方便了傳感器輸出信號的處理.數(shù)字單總線溫度傳感器是目前最新的測溫器件，它集溫度測量，A/D轉(zhuǎn)換于一體，具有單總線結(jié)構(gòu)，數(shù)字量輸出，直接與微機接口等優(yōu)點。 1.2研究內(nèi)容和意義 本溫度報警器以AT89C51單片機為控制核心,由一數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量被控溫度，結(jié)合7段LED以及驅(qū)動LED的74LS245組合而成。當(dāng)被測量值超出預(yù)設(shè)范圍則發(fā)出警報，且精度高，適用于大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)以及教育教學(xué)領(lǐng)域。 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)計中經(jīng)常遇到和必須精確測量的物理量。從工業(yè)爐溫、環(huán)境氣溫到人體溫度；從空間、海洋到家用電器，各個技術(shù)領(lǐng)域都離不開測溫和控溫。因此，研究溫度的測量和控制方法具有重要的意義。 AT89C52單片機 數(shù)字溫度傳感器 雙限報警系統(tǒng) 譯碼顯示電路 設(shè)計原理 2 芯片介紹 2.1 DS18B20概述 DS18B20是Dallas公司繼DS1820后推出的一種改進(jìn)型智能數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，只需一根線就能直接讀出被測溫度值，并可根據(jù)實際需求來編程實現(xiàn)9~12位數(shù)字值的讀數(shù)方式[3]。 2.1.1 DS18B20封裝形式及引腳功能 圖2.1 DS18B20封裝形式和引腳功能 如圖2.1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。 DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，與TTL電平兼容。 VDD：可接電源，也可接地。因為每只DS18B20都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采用數(shù)據(jù)總線供電方式時VDD接地，可以節(jié)省一根傳輸線，但完成數(shù)據(jù)測量的時間較長；采用外部供電方式則VDD接+5V，多用一根導(dǎo)線，但測量速度較快。 2.1.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 64位ROM和單線接口 存儲和控制邏輯 高速緩存器 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器TH 低溫觸發(fā)器TL 匹配寄存器 8位CRC發(fā)生器 電源檢 測 C DQ VDD 內(nèi)部電源VDD 圖2.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖2.2中出示了DS18B20 的主要內(nèi)部部件，下面對DS18B20內(nèi)部部分進(jìn)行簡單的描述[4]: (1)64位ROM。64位ROM是由廠家使用激光刻錄的一個64位二進(jìn)制ROM代碼，是該芯片的標(biāo)識號，如表2.1所示： 表2.1 64位ROM標(biāo)識 8位循環(huán)冗余檢驗 48位序列號 8位分類編號（10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 第1個8位表示產(chǎn)品分類編號，DS18B20的分類號為10H；接著為48位序列號。它是一個大于281*1012的十進(jìn)制編碼，作為該芯片的唯一標(biāo)示代碼；最后8位為前56位的CRC循環(huán)冗余校驗碼，由于每個芯片的64位ROM代碼不同，因此在單總線上能夠并接多個DS18B20進(jìn)行多點溫度實習(xí)檢驗。 （2）溫度傳感器。溫度傳感器是DS18B20的核心部分，該功能部件可完成對溫度的測量通過軟件編程可將-55~125℃范圍內(nèi)的溫度值按9位、10位、11位、12位的分辨率進(jìn)行量化，以上的分辨率都包括一個符號位，因此對應(yīng)的溫度量化值分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃，即最高分辨率為0.0625℃。芯片出廠時默認(rèn)為12位的轉(zhuǎn)換精度。當(dāng)接收到溫度轉(zhuǎn)換命令（44H）后，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度以16位帶符號擴展的的二進(jìn)制補碼形式表示，存儲在高速緩存器RAM的第0，1字節(jié)中，二進(jìn)制數(shù)的前5位是符號位。如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測得的數(shù)值乘上0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測得的數(shù)值需要取反加1再乘上0.0625即可得到實際溫度。 （3）高速緩存器。DS18B20內(nèi)部的高速緩存器包括一個高速暫存器RAM和一個非易失性可電擦除的EEPROM。非易失性可點擦除EEPROM用來存放高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL和配置寄存器中的信息。 （4）配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。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個字節(jié)，該字節(jié)定義如表2.2所示： 表2.2 匹配寄存器 TM R0 R1 1 1 1 1 1 TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動；R1和R0用來設(shè)置分辨率；其余5位均固定為1。DS18B20分辨率的設(shè)置如表2.3所示： 表2.3 DS18B20分辨率的設(shè)置 R1 R0 分辨率 最大轉(zhuǎn)換時間 /ms 0 0 9位 93.75 0 1 10位 187.5 1 0 11位 375 1 1 12位 750 DS18B20依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面5個ROM 操作命令之一： 1）讀ROM； 2）匹配ROM； 3）搜索ROM； 4）跳過ROM； 5）報警搜索。 這些命令對每個器件的激光ROM 部分進(jìn)行操作，在單線總線上掛有多個器件時，可以區(qū)分出單個器件，同時可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號的器件。成功執(zhí)行完一條ROM 操作序列后，即可進(jìn)行存儲器和控制操作，控制器可以提供6 條存儲器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示DS18B20完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在DS18B20的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報警觸發(fā)器TH 和TL 各由一個EEPROM字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對DS18B20使用報警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用?？梢杂靡粭l存儲器操作命令對TH 和TL 進(jìn)行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫。 2.1.3 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。外部電源供電模式是將DS18B20的GND直接接地，DQ與但單總線相連作為信號線，VDD與外部電源正極相連。如圖2.3所示： 單片機 DS18B20 外部+5V電源 VDD DQ 4.7K VCC 其它單線器件 圖2.3 DS18B20外部供電方式 圖中DS18B20的DQ端口通過接入一個4.7K的上拉電阻到VCC，從而實現(xiàn)外部電源供電方式。 寄生電源供電模式如圖2.4所示：從圖中可知，DS18B20的GND和VDD均直接接地，DQ與單總線相連，單片機其中一個I/O口與DS18B20的DQ端相連。 VCC 單片機 DS18B20 GND 4.7K 圖2.4 DS18B20寄生電源供電方式 +5V 2.1.4 DS18B20的測溫原理 DS18B20的測溫原理如圖2.5所示, 其主要由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計數(shù)器、溫度存儲器等功能部件組成。 圖2.5 DS18B20的測溫原理 DS1820 是這樣測溫[5]的：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于-55℃的一個值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá)0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到-55℃）的值增加，表明所測溫度大于-55℃。同時，計數(shù)器被復(fù)位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。 斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨率。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。 DS18B20內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供0.5℃的分辨率。溫度以16bit帶符號位擴展的二進(jìn)制補碼形式讀出，表2.4 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。DS18B20測溫范圍-55℃~+125℃，以0.5℃遞增。 表2.4 溫度數(shù)據(jù)關(guān)系 溫度℃ 數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制） 數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制） +125 00000000 11111010 00FA +25 00000000 00110010 0032 +0.5 00000000 00000001 0001 0 00000000 00000000 0000 -0.5 11111111 11111111 FFFF -25 11111111 11001110 FFCE -55 11111111 10010010 FF92 S18B20遵循單總線協(xié)議，每次測溫時都必須有4個過程[6]： ? 初始化； ? 傳送ROM 操作命令； ? 傳送ROM操作命令； ? 數(shù)據(jù)交換； 2.1.5 DS18B20的ROM命令 read ROM（讀ROM）.命令代碼為33H，允許主設(shè)備讀出DS18B20的64位二進(jìn)制ROM代碼。該命令只適用于總線上存在單個DS18B20. Match ROM（匹配ROM）。命令代碼為55H，若總線上有多個從設(shè)備時，適用該命令可選中某一指定的DS18B20，即只有和64位二進(jìn)制ROM代碼完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)其操作。 Skip ROM(跳過ROM)。命令代碼為CCH，在啟動所有DS18B20轉(zhuǎn)換之前或系統(tǒng)只有一個DS18B20時，該命令將允許主設(shè)備不提供64位二進(jìn)制ROM代碼就適用存儲器操作命令。 Search ROM(搜索ROM)。命令代碼為F0H,當(dāng)系統(tǒng)初次啟動時，主設(shè)備可能不知縱向上有多少個從設(shè)備或者它們的ROM代碼，適用該命令可確定系統(tǒng)中的從設(shè)備個數(shù)及其RON代碼。 Alarm ROM（報警搜索ROM）。命令代碼為ECH，該命令用于鑒別和定位系統(tǒng)中超出程序設(shè)定的報警溫度值。 Write scratchpad(寫暫存器)。命令代碼為4EH，允許主設(shè)備向DS18B20的暫存器寫入兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中第一個字節(jié)寫入TH中，第二個字節(jié)寫入TL中。可以在任何時刻發(fā)出復(fù)位命令終止數(shù)據(jù)的寫入。 Read scratchpad(讀暫存器)。命令代碼為BEH，允許主設(shè)備讀取暫存器中的內(nèi)容。從第一個字節(jié)開始直到讀完第九個字節(jié)CRC讀完。也可以在任何時刻發(fā)出復(fù)位命令中止數(shù)據(jù)的讀取操作。 Copy scratchpad(復(fù)制暫存器)。命令代碼為48H，將溫度報警觸發(fā)器TH和TL中的字節(jié)復(fù)制到非易失性EEPROM。若主機在該命令之后又發(fā)出讀操作，而DS18B20又忙于將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM時，DS18B20就會輸出一個“0”,若復(fù)制結(jié)束，則DS18B20輸出一個“1”。 Convert T(溫度轉(zhuǎn)換)。命令代碼為44H，啟動一次溫度轉(zhuǎn)換，若主機在該命令之后又發(fā)出其它操作，而DS18B20又忙于溫度轉(zhuǎn)換，DS18B20就會輸出一個“0”，若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則DS18B20輸出一個“1”。 Recall E2(拷回暫存器)。命令代碼為B8H。將溫度報警觸發(fā)器TH和TL中的字節(jié)從EEPROM中拷回到暫存器中。該操作是在DS18B20上電時自動執(zhí)行，若執(zhí)行該命令后又發(fā)出讀操作，DS18B20會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙標(biāo)識：0為忙，1完成。 Read power supply(讀電源使用模式)。命令代碼為B4H。主設(shè)備將該命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀操作，DS18B20會返回它的電源使用模式：0為寄生電源，1為外部電源。 2.2 AT89C52概述 2.2.1單片機AT89C52介紹 AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。 2.2.2 主要功能特性 1、兼容MCS51指令系統(tǒng) 　　2、8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM； 　　3、32個雙向I/O口； 　　4、256x8bit內(nèi)部RAM； 　　5、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷； 　　6、時鐘頻率0-24MHz； 　　7、2個串行中斷，可編程UART串行通道； 　　8、2個外部中斷源，共8個中斷源； 　　9、2個讀寫中斷口線，3級加密位； 　　10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 　　11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。本次課程設(shè)計中選用AT89C52式單片機，其最小系統(tǒng)主要由電復(fù)位、振蕩電路組成。單片機的最小系統(tǒng)如圖3所示。 單片機的復(fù)位電路原理是在單片機的復(fù)位引腳RST上電阻和電容，實現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個時鐘周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成，上電復(fù)位是在復(fù)位引腳上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND；按鍵復(fù)位是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復(fù)位。 AT89C51單片機使用12MHZ的晶振最為振蕩源，由于單片機內(nèi)部有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容一般在15pF至50pF之間。外部晶振結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率。 圖3 單片機最小系統(tǒng) 3.2 溫度采集電路的設(shè)計 溫度采集電路部分，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3個引腳；溫度側(cè)量范圍為-55℃—+125℃，測量精度為0.5℃；被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；CPU只需用一個端口線就可以與DS18B20通信。溫度采集電路如圖4所示。 圖4 溫度采集電路 3.3 LED顯示報警電路的設(shè)計 LED數(shù)碼管與單片機的P0口相連，單片機將采集到的溫度值轉(zhuǎn)化為與數(shù)碼管對應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過P0口輸出顯示。即信號通過譯碼管的端口a、b、c、d、e、f、g 、dp 端來控制每段譯碼管的亮滅與否，同時通過端口1、2、3、4 四個端口來控制四個譯碼管。在本次設(shè)計中，用集成芯片74HC245驅(qū)動數(shù)碼管。同時當(dāng)采集到的溫度值超過所設(shè)置的范圍時，單片機會輸出一信號，通過三極管放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警信號。LED數(shù)碼管報警電路 4 總結(jié) 本設(shè)計是以溫度采集及控制過程設(shè)計為總目標(biāo)，以89C52單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)為總控制中心，輔助設(shè)計有溫度采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換接口、加熱電路、LED數(shù)碼管動態(tài)串行顯示器等。 本設(shè)計的重點、難點是： （1） 要掌握溫度傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等； （2） 考慮從非電量信號到電量信號的電路實現(xiàn)原理以及與單片機的接口； （3） 熟悉MCS-51編程的技術(shù)，實現(xiàn)單片機對溫度的調(diào)節(jié)控制； （4） 整體電路的仿真調(diào)試。 本次設(shè)計優(yōu)點：采用的單片機AT89C51 性價比高；熱敏電阻溫度傳感器轉(zhuǎn)化溫度的方法非常簡潔且精度高、測試范圍較廣。 由于時間及精力所限，對溫度控制系統(tǒng)做了整體設(shè)計，具體實現(xiàn)了其中的溫度報警部分設(shè)計，即溫度控制系統(tǒng)的采集、顯示及報警模塊。 實物圖如下： 致謝 在論文完成之際，我首先要想車曉巖老師表示最真摯的謝意。車?yán)蠋煏r常督促我抓緊時間做畢業(yè)設(shè)計，并經(jīng)常討論，給我提出好的建議。車?yán)蠋煵粌H工作認(rèn)真，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度令我受益匪淺，相信在我以后的生活學(xué)習(xí)帶來深遠(yuǎn)的影響。在此衷心的向車?yán)蠋煴磉_(dá)我的感激之心。 我還要特別感謝各位同學(xué)給予了我無私的幫助，他們幫我解決了很多設(shè)計中遇到的難題，并幫我測試程序。 由于本人學(xué)識有限，加之時間倉促，文中不免有錯誤和待改進(jìn)之處，真誠歡迎各位師長、同學(xué)提出寶貴意見。 參考文獻(xiàn): [1]鐘曉偉，宋哲存，基于單片機的實驗是溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計 [A] 林業(yè)機械與木工設(shè)備 [2]葉景，基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)驗與交流，2008 [3]楊光友.單片機微型計算機原理及接口技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2002 [4]李丹妮，單片機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J]九江學(xué)院報2005 [5]ATMLE Corporation,8-Bit Microcontroller AT89C51 DATE SHEET.0265F-A-12/97 [6]胡壽松，自動控制原理[M]北京：科學(xué)出版社，2007 [7]劉篤仁，韓保君，傳感器原理及應(yīng)用技術(shù) 西安電子科技大學(xué)出版社，2008 [8]梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸，張軍，單片機原理及接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社2006 [9]深圳市計算機行業(yè)協(xié)會，2005年全國單片機與嵌入式系統(tǒng)學(xué)術(shù)交流會，北京航空航天大學(xué)出版社，2005 [10]張義和，陳敵北，例說8051[M]北京：人民郵電出版社，2006 [11] 張開生，郭國法，MCS-51單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]微型計算機信息，2005 [12]Dallas Semiconductor,Programmable Resolution 1-WIRE Digital Thermometer DS18B20 DATE SHEET. 附錄A：總電路圖 附錄B：原器件清單 序號 編號 名稱 型號 數(shù)量 1 R1 電阻 4.7K 1 2 R2 電阻 100K 1 3 R3 電阻 5K 1 4 RP1 排阻 5K 1 5 C1、C2 電容 33P 2 6 C3 電容 100u 1 7 S1 按鍵開關(guān) 1 8 X1 晶振 12M 1 9 Q1 三極管 PNP 1 10 LS1 蜂鳴器 1 11 U1 51單片機 AT89C52 1 12 U2 溫度傳感器 DS18B20 1 13 U3 集成芯片 74HC245 1 14 U4 4位7段數(shù)碼管 共陽 1 附錄C：溫度報警器部分程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit DQ=P3^7; sbit beep=P3^0; void reset(); //DS18B20復(fù)位函數(shù) void write_byte(uchar val); //DS18B20寫命令函數(shù) uchar read_byte(void); //DS18B20讀1字節(jié)函數(shù) void read_temp(); //溫度讀取函數(shù) void LED_display(); void alarm(); uchar tempH,tempL,num; uchar table[10]= {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //0~9的LED字符編碼 uchar setValue_low=15; uchar setValue_high=30; main() { while(1) { read_temp(); LED_display(); alarm(); } } void delay(uint t) { for(;t>0;t--); } void reset() //DS18B20的復(fù)位 { uchar presence=1; while(presence) { while(presence) { DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ=0; delay(50); DQ=1; delay(6); presence=DQ; } delay(45); presence=~DQ; } DQ=1; } void write_byte(uchar val) //DS18B20寫一個字節(jié) { uchar i; for(i=8;i>0;i--) { DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DQ=val&0x01; delay(6); val=val>>1; } DQ=1; _nop_(); } uchar read_byte(void) //DS18B20讀一個字節(jié) { uchar i; uchar value=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=1;_nop_();_nop_(); value>>=1; DQ=0; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); if(DQ) value|=0x80; delay(6); } DQ=1; return(value); } void read_temp() //從DS18B20讀取溫度值 { uchar ch1,ch2; reset(); write_byte(0xcc); write_byte(0x44); reset(); write_byte(0xcc); write_byte(0xbe); ch1=read_byte(); //DS18B20的溫度數(shù)值是16位的二進(jìn)制，精度高，最后四位是溫度的小數(shù)部分，最高五位為符號位（即正負(fù)溫度） ch2=read_byte(); num=(ch2<<4)|(ch1>>4); //只取溫度值的中間八位，小數(shù)部分舍去，符號位舍去四位。 tempH=num/10; //溫度的十位 tempL=num-tempH*10; //溫度的個位 } void LED_display() //顯示檢測的溫度 { P2=0x0; P2=2; P0=table[tempL]; delay(50); P2=0x0; P2=1; P0=table[tempH]; delay(50); P2=0x0; } void alarm() //報警 { if(setValue_low<=num && setValue_high>=num) beep=1; //在溫度允許范圍，不報警 else beep=~beep; }