基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于單片機(jī)的蔬菜大棚溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT

2、89C51單片機(jī)為核心的溫度采集系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。溫度信號(hào)由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測(cè)電路、溫度顯示電路。單片機(jī)通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度顯示的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計(jì)部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、溫度信號(hào)處理程序、超溫報(bào)警程序。</p><p>　　溫室大棚是如今植物栽培生產(chǎn)中必不可

3、少的設(shè)施之一，不同種類蔬菜對(duì)溫度及濕度等生長(zhǎng)所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個(gè)更適宜其生長(zhǎng)的封閉的、良好的生存環(huán)境，以提早或延遲花期，最終將會(huì)給我們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度采集；AT89C51；DS18B20；</p><p>　　Design of the Temperature Acquisition System Based on the SCM

4、in the Greenhouse</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of modern information technology, temperature acquisition system in industry, agriculture and people

5、9;s daily life plays a more and more important role; it to people's life has a great influence, so the temperature gathering the design of control system and research have very important significance.</p><

6、p>　　This design as the core of the AT89C51 temperature control system of the working principle and design method. Temperature signal chipDS18B20collection by the temperature, and the way to digital signal transfer to

7、the microcontroller. The paper introduces the hardware part of the control system, including: temperature detection circuit, temperature control circuit, temperature display circuit. SCM through to signal processed, so a

8、s to achieve the purpose of temperature control. This paper has mai</p><p>　　Greenhouse canopy is now planting plant production of one of the indispensable facilities, different kinds of vegetables such as t

9、emperature and humidity conditions needed for growth of demand is endless also and same, provide them with a more suitable for the growth of the closed, good living environment, and to delay or early flowering, will even

10、tually bring the huge economic benefits.</p><p>　　Keywords: temperature acquisition ；AT89C51; DS18B20;</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p>&

11、lt;p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 課題研究背景2</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 該課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案選擇4<

12、;/p><p>　　2.1.1 溫度測(cè)量的選擇5</p><p>　　2.1.2 顯示電路的選擇5</p><p>　　2.1.3 系統(tǒng)各模塊的最終方案5</p><p>　　2.2 方案的總體設(shè)計(jì)電路圖6</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 單片機(jī)AT89

13、C517</p><p>　　3.1.1 簡(jiǎn)介7</p><p>　　3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)10</p><p>　　3.2 溫度傳感器DS18B2011</p><p>　　3.2.1 簡(jiǎn)介11</p><p>　　3.2.2 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路14</p>&l

14、t;p>　　3.3 LED數(shù)碼顯示模塊設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3.1 LED簡(jiǎn)介14</p><p>　　3.3.2 LED與單片機(jī)接口電路15</p><p>　　3.4 報(bào)警器的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.5 與上位機(jī)通信的接口電路17</p><p>　　3.5.1 RS232接口

15、介紹18</p><p>　　3.5.2 MAX232資料簡(jiǎn)介18</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 Keil軟件概述20</p><p>　　4.2 主程序21</p><p>　　4.3 讀出溫度子程序21</p><p>　　4.4 溫度

16、轉(zhuǎn)換命令子程序22</p><p>　　4.5 計(jì)算溫度子程23</p><p>　　4.6 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序24</p><p>　　第5章 調(diào)試與仿真25</p><p>　　5.1 Proteus 簡(jiǎn)介25</p><p>　　5.2 調(diào)試與仿真25</p><p>　　第6

17、章 結(jié)論與展望28</p><p><b>　　致謝29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p>　　附錄A :電路原理圖繪制31</p><p>　　附錄B：一篇引用的英文文獻(xiàn)及翻譯32</p><p>　　附錄C：主要參考文獻(xiàn)的

18、題錄及摘要40</p><p><b>　　附錄D:程序42</b></p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖2-1 整體系統(tǒng)框圖5</p><p>　　圖2-2 大棚內(nèi)部采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5</p><p>　　圖2-3總體方案電路圖7<

19、;/p><p>　　圖3-1單片機(jī)AT89C2051引腳9</p><p>　　圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)11</p><p>　　圖3-3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)12</p><p>　　圖3-4 DS18B20 測(cè)溫原理圖14</p><p>　　圖3-5 DS18B20與單片機(jī)的接口電路15</p>

20、;<p>　　圖3-6 LED與單片機(jī)的接口電路16</p><p>　　圖3-7蜂鳴器電路圖18</p><p>　　圖3-8 MAX232芯片的引腳連線圖20</p><p>　　圖3-9 與上位機(jī)通信的接口電路圖20</p><p>　　圖4-1主程序流程圖22</p><p>　　圖4-

21、2讀溫度流程圖23</p><p>　　圖4-3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖24</p><p>　　圖4-4計(jì)算溫度流程圖24</p><p>　　圖4-5顯示數(shù)據(jù)刷新25</p><p>　　圖5-1溫度低于15 ℃的仿真圖27</p><p>　　圖5-2溫度高于15℃低于45℃時(shí)的仿真圖27</p>

22、<p>　　圖5-3溫度高于15℃低于50℃的仿真圖28</p><p>　　圖5-4 溫度高于50℃的仿真圖28</p><p><b>　　表格清單</b></p><p>　　表3-1 DS18B20字節(jié)定義12</p><p>　　表3-2 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表12</p>

23、;<p>　　表3-3一部分溫度對(duì)應(yīng)值表14</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　蔬菜的生長(zhǎng)與溫度息息相關(guān)，對(duì)于蔬菜大棚來說，最重要的一個(gè)管理因素是溫度控制。溫度太低，蔬菜就會(huì)被凍死或則停止生長(zhǎng)，所以要將溫度始終控制在適合蔬菜生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。如果僅靠人工控制既費(fèi)時(shí)費(fèi)力, 效率低，又容易發(fā)生差錯(cuò)，為此，在現(xiàn)代化的蔬菜大棚管理中

24、通常有溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，來監(jiān)控采集大棚內(nèi)各個(gè)角落的溫度變化情況，以控制蔬菜大棚溫度，適應(yīng)生產(chǎn)需要。要時(shí)刻對(duì)蔬菜大棚的溫度進(jìn)行測(cè)量，就離不開溫度傳感器。</p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單實(shí)用 ,但由于繼電器動(dòng)作頻繁 ,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作。控制領(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對(duì)象的模型難以建立,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí),參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用數(shù)字溫度傳感器DS18

25、B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。</p><p><b>　

26、　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　　中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在農(nóng)業(yè)種植問題中

27、，溫室環(huán)境與生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測(cè)控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長(zhǎng)。國(guó)外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)

28、控軟件。而當(dāng)今大多數(shù)對(duì)大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測(cè)與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測(cè)控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測(cè)控不及時(shí)等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提</p><p>　　目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對(duì)其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對(duì)大棚的自動(dòng)化程度要求也越來越高。由于單片機(jī)及

29、各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋?lt;/p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　溫室是一種可以改變植物生長(zhǎng)環(huán)境、為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱?chǎng)所。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長(zhǎng)的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)

30、鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。</p><p>　　國(guó)外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國(guó)的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。 </p>

31、<p>　　從國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段:　　</p><p>　　（1）手動(dòng)控制。這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采取的控制手段，其時(shí)并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對(duì)溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過對(duì)溫室內(nèi)外的氣候狀況和對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的觀測(cè)，憑借長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺推測(cè)及判斷，手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)

32、環(huán)境。種植者采用手動(dòng)控制方式，對(duì)于作物生長(zhǎng)狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。但這種控制方式的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對(duì)種植者的素質(zhì)要求較高。</p><p><b>　?。?）自動(dòng)控制。</b></p><p>　　這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長(zhǎng)所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測(cè)量值與事先設(shè)定的

33、目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控制過程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫和通風(fēng)等動(dòng)作。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到提高。通過改變溫室環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以自動(dòng)地進(jìn)行溫室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的改變難以及時(shí)做出反應(yīng)，難以介入作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律。目前我國(guó)絕大部分自主開發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進(jìn)的國(guó)外設(shè)備都屬于這種控制方式。</p><p><b

34、>　?。?）智能化控制。</b></p><p>　　這是在溫室自動(dòng)控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開發(fā)出的一種適合不同作物生長(zhǎng)的溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)。溫室控制技術(shù)沿著手動(dòng)、自動(dòng)、智能化控制的發(fā)展進(jìn)程，向著越來越先進(jìn)、功能越來越完備的方向發(fā)展。由此可見，溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長(zhǎng)模型、溫室綜合環(huán)境因

35、子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動(dòng)采集及智能控制趨勢(shì)發(fā)展。</p><p>　　1.3 該課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)的溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)為核心來對(duì)蔬菜大棚溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。單片機(jī)能獨(dú)立完成各自功能，同時(shí)能根據(jù)主控機(jī)的指令對(duì)溫度進(jìn)行定時(shí)采集。測(cè)量結(jié)果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機(jī)的串行口和總線通信協(xié)議能把溫室中的溫度參數(shù)及時(shí)上傳至上位機(jī)，并

36、與設(shè)定值進(jìn)行比較，與設(shè)定值不符時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，以實(shí)現(xiàn)恒溫環(huán)境。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過程中充分考慮到性價(jià)比和精度，在選用低價(jià)格、通用元件的的基礎(chǔ)上，盡量滿足設(shè)計(jì)要求，并使系統(tǒng)具有高的精度。本控制系統(tǒng)以單片機(jī)的控制為核心，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大棚環(huán)境的溫度，并設(shè)定了這兩個(gè)參數(shù)的上下限定值，并具有相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)超過設(shè)定的限定值時(shí)，單片機(jī)控制報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)參數(shù)值恢復(fù)到設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，控制又恢復(fù)檢測(cè)狀態(tài)。從而

37、使環(huán)境的溫度在一定的范圍內(nèi)得到控制。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1．選擇適合的傳感器，設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號(hào)采集和處理電路。</p><p>　　2．掌握AT89C51單片機(jī)的主要功能和特性，以其為核心設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。</p><p>　　3．設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話接口系統(tǒng)，如顯示、報(bào)警等。</p>

38、;<p>　　4．實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的通信。</p><p>　　第二章 總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案選擇</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)由傳感器和單片機(jī)、LED數(shù)碼管、蜂鳴器等裝置組成，傳感器將物理參量轉(zhuǎn)換為電壓并完成信號(hào)的調(diào)理，再送人模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809 ,由下位單片機(jī)AT89C51讀取，單片機(jī)將數(shù)據(jù)

39、通過總線送給上位機(jī)，上位機(jī)設(shè)有顯示功能，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)決定要采取的措施，并將信息傳給下位機(jī)，由鍵盤強(qiáng)制控制。蔬菜大棚溫度采集系統(tǒng)的組成基于兩個(gè)方面：?jiǎn)螚澥卟舜笈餃囟炔杉到y(tǒng)和集約化生產(chǎn)連棟蔬菜大棚溫度采集系統(tǒng)。后者建立在前者的基礎(chǔ)上，前者適于我國(guó)農(nóng)村個(gè)體經(jīng)營(yíng)的現(xiàn)狀。對(duì)于單棟蔬菜大棚溫度采集系統(tǒng)，設(shè)置了獨(dú)立的控制和顯示等功能，并設(shè)置了RS-232 和 RS-485通訊接口，便于和上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)，其模式如圖下。另外，在設(shè)計(jì)

40、過程中考慮到農(nóng)生產(chǎn)的特點(diǎn)，每個(gè)系統(tǒng)的各部分接口都作了模塊化設(shè)計(jì)，并增加備用接口和功能，便于大蔬菜棚生產(chǎn)重建和生產(chǎn)場(chǎng)地的變化，也增加了系統(tǒng)的通用性，擴(kuò)大了適用范圍。整個(gè)蔬菜大棚溫度采集系統(tǒng)框圖如下圖2-1。</p><p>　　圖2-1 整體系統(tǒng)框圖</p><p>　　根據(jù)題目要求系統(tǒng)模塊分可以劃分為：鍵盤模塊，溫度測(cè)量模塊，顯示電路模塊，報(bào)警模塊。為實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的方

41、案并進(jìn)行了論證。</p><p>　　圖2-2 大棚內(nèi)部采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。大棚內(nèi)部采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖2-2。</p>

42、<p>　　2.1.1 溫度測(cè)量的選擇</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。</p

43、><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較

44、簡(jiǎn)單，故采用了方案二</p><p>　　2.1.2 顯示電路的選擇</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　使用靜態(tài)顯示，此方法不用另加外界驅(qū)動(dòng)直接與單片技術(shù)出口相連，不需要單獨(dú)的程序來完成顯示。但占用I/O口多。</p><p><b>　　方案二：</b></p

45、><p>　　使用動(dòng)態(tài)顯示，節(jié)省了I/O輸出口，但此方法需要加外加外部驅(qū)動(dòng)以此增加輸出電流來更好的驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，電路簡(jiǎn)單，成本稍高，需要特定的編程來完成動(dòng)態(tài)刷新。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中使用的是動(dòng)態(tài)顯示，因?yàn)闆]有太多的輸出口來完成靜態(tài)顯示，故選動(dòng)態(tài)顯示。</p><p>　　2.1.3 系統(tǒng)各模塊的最終方案</p><p>　　根據(jù)以上分

46、析，結(jié)合器件和設(shè)備等因素，確定如下方案：</p><p>　　1．采用AT89C51單片機(jī)作為控制器，分別對(duì)溫度采集、數(shù)碼管顯示、蜂鳴器的控制。</p><p>　　2．溫度測(cè)量模塊采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。此器件經(jīng)軟件設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)高分辨測(cè)量。</p><p>　　3．顯示數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度值。</p><p>　　4．蜂鳴器對(duì)高于或

47、低于上下限的溫度進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　2.2 方案的總體設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數(shù)碼管以并口循環(huán)點(diǎn)亮來實(shí)現(xiàn)溫度顯示。</p><p>　　其中，P1.0至P0.7口連四個(gè)數(shù)碼管的abcdefg，dp口。</p><p

48、>　　P2.0至p2.3分別作為四個(gè)數(shù)碼管的片選端</p><p>　　P2.4口連溫度傳感器的串行數(shù)據(jù)口</p><p>　　設(shè)計(jì)的電路主要有三部分組成：51單片機(jī)、LED數(shù)碼管液晶顯示模塊、溫度采集如下圖 2-3。</p><p>　　圖2-3總體方案電路圖</p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)</b>

49、</p><p>　　3.1 單片機(jī)AT89C51</p><p><b>　　3.1.1 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh 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)。

50、AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C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。 <

51、;/p><p><b>　　主要特性：</b></p><p>　　·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)

52、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。</p><p>　　·單片機(jī)AT89C2051的引腳圖如圖3-1</p><p>　　圖3-1 單片機(jī)AT89C2051引腳</p><p><b>　　管腳說明：</b></p&g

53、t;<p>　　VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流，當(dāng)P1 口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上

54、拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。

55、這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于

56、外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩特性：</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向

57、放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　芯片擦出：</b></p><p>　　整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處

58、于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 </p><p>　　3.1

59、.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的，在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2兩個(gè)管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，電路中電容器C1和C2對(duì)振蕩器頻率有微調(diào)作用，通常?。?0±10）pF石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以。</p><p>　　單片機(jī)的RST管腳為主機(jī)提供了一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入口。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，高電平

60、有效的持續(xù)時(shí)間為2個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動(dòng)復(fù)位方式完成。電阻、電容器的參考值R1=10kΩ 、C1=10uF、C2=0.01uF。</p><p>　　由時(shí)鐘電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分組成。如下圖3-2。</p><p>　　圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.2 溫度傳感器DS18B20</p><p><

61、b>　　3.2.1 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積

62、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。</p><p>　　技術(shù)性能描述：獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5Ｖ；零待機(jī)功耗；溫度以9或12位數(shù)字；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度

63、計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作DS18B20采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　64位ROM的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL

64、，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。</p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)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EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精

65、度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如表3-1所示。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和Ｒ0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。如下表3-1：</p><p>　　表3-1　DS18B20字節(jié)定義</p><p>　　由表3-1可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的

66、溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。</p><p>　　高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。</p><p>　　當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。

67、單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃／LSB形式表示。</p><p>　　當(dāng)符號(hào)位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)符號(hào)位S=1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。</p><p>　　表是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。如下表3-2</p><p>

68、;　　表3-2 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表</p><p>　　DS18B20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)內(nèi)容作比較。若Ｔ＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。</p><p>　　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)ROM的前

69、56位來計(jì)算CRC值，并和存入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。</p><p>　　DS18B20 的測(cè)溫原理如圖3-4 所示. 圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯變，所以產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2 的脈沖輸入。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20 對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖

70、進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定，每次測(cè)量前，首先將-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。</p><p>　　圖3-4 DS18B20 測(cè)溫原理圖</p><p>　　減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加

71、1，減法計(jì)數(shù)器１的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。如下表3-3：</p><p>　　另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要

72、。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化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)。</p><p>　　表3-3　一部分溫度對(duì)應(yīng)值表</p><p>　　3.2.2 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　DS18B20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時(shí)DS18B20的1

73、腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖3-5 所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。</p><p>　　當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)VDD端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。<

74、/p><p>　　圖3-5 DS18B20與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　3.3 LED數(shù)碼顯示模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 LED簡(jiǎn)介</p><p>　　LED數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)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

75、有一種是類似于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兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?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。LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 　　</p><

76、;p>　　靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O埠來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O口才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬體電路的復(fù)雜性。 　　</p>&l

77、t;p>　　動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示

78、的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O總線，而且功耗更低。&l

79、t;/p><p>　　3.3.2 LED與單片機(jī)接口電路</p><p>　　LED液晶顯示電路采用4位七段共陽LED數(shù)碼管構(gòu)成，通過編程實(shí)現(xiàn)逐個(gè)點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管，電路圖如下3-6：</p><p>　　圖3-6 LED與單片機(jī)的接口電路 </p><p>　　3.4 報(bào)警器的設(shè)計(jì)</p><p>　　蜂鳴器是一種

80、一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。</p><p>　　蜂鳴器的電路圖形符號(hào) 蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”表示。</p><p>　　壓電式蜂鳴器,壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。</

81、p><p>　　多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.5~15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。</p><p>　　壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。</p><p>　　電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由

82、振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。</p><p>　　接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。</p><p>　　由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對(duì)驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電平并通過三極管放大驅(qū)動(dòng)電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡(jiǎn)單，這里就不對(duì)自激蜂鳴器進(jìn)行說明了。這里只

83、對(duì)必須用1/2duty 的方波信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的他激蜂鳴器進(jìn)行說明。 </p><p>　　單片機(jī)驅(qū)動(dòng)他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 </p><p>　　PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)是利用PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。在單片機(jī)的軟件設(shè)置中有幾個(gè)系統(tǒng)寄存器是用來設(shè)置PWM 口的輸出的，可以設(shè)

84、置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開PWM 輸出，PWM 輸出口就能輸出該頻率的方波，這個(gè)時(shí)候利用這個(gè)波形就可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。比如頻率為2000Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為500μs，這樣只需要把PWM 的周期設(shè)置為500μs，占空比電平設(shè)置為250μs，就能產(chǎn)生一個(gè)頻率為2000Hz 的方波，通過這個(gè)方波再利用三極管就可以去驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。 </p><p&g

85、t;　　而利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的方式會(huì)比較麻煩一點(diǎn)，必須利用定時(shí)器來做定時(shí)，通過定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。比如為2500Hz 的蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，可以知道周期為400μs，這樣只需要驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的I/O 口每200μs 翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個(gè)頻率為2500Hz，占空比為1/2duty 的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。 </p><p&g

86、t;　　由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O 口是無法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放大電流就可以了。</p><p>　　蜂鳴器報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)需購(gòu)買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需19mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)也可以使用一個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)。</p><

87、p>　　單片機(jī)P1.7接晶體管基極輸入端，當(dāng)P1.7輸出高電平時(shí)，晶體管導(dǎo)通過壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P1.7輸出低電平，晶體管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。其電路圖如下圖3-7：</p><p>　　圖3-7 蜂鳴器電路圖</p><p>　　下面是蜂鳴器100ms下的程序：</p><p>　　SOUND: SETB P1.7</p>

88、<p>　　MOV R4，#64H</p><p>　　LOOP: MOV R3，#0F9H</p><p>　　LOOP1:DJNZ R3，LOOP1</p><p>　　DJNZ R4，LOOP</p><p>　　CLR P1.7</p><p><b>　　RET<

89、/b></p><p>　　如果要想發(fā)出更大聲音，可以采用功率大的揚(yáng)聲器作為發(fā)音器，這時(shí)要采用相應(yīng)的功率驅(qū)動(dòng)器。按照設(shè)計(jì)要求，當(dāng)溫度低于下限或高于上限時(shí)，應(yīng)具有報(bào)警功能。這樣就可以用一只蜂鳴器作為三極管VT1的集電極負(fù)載，當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲；VT1截止時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。</p><p>　　3.5 與上位機(jī)通信的接口電路</p><p>　　微型

90、計(jì)算機(jī)中的中的信號(hào)電平是TTL電平，即>=2.4V表示“1”，<=0.5V表示“0”。在通信過程中如果DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備)和DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備)之間仍采用這個(gè)電平傳送數(shù)據(jù),那么在兩者距離增大時(shí)很可能會(huì)使信號(hào)源點(diǎn)的邏輯“1”電平在到達(dá)目的點(diǎn)時(shí)衰減到0.5V以下，從而使通行失敗。因此，為了提高數(shù)據(jù)通信的可靠性并消除線路上各種早噪聲影響，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定信號(hào)源點(diǎn)的邏輯“0”（空號(hào)）電平范圍為+5V~+15V，邏輯“1”

91、（傳號(hào)）電平范圍為-5V~-15V；目的點(diǎn)的邏輯“0”為+3V~+15V，邏輯“1”為-3V~-15V。噪聲容量為2V。</p><p>　　RS-232C由于發(fā)送器和接收器之間具有公共信號(hào)地，不能使用雙端信號(hào)，因此，共模噪聲回耦合到信號(hào)系統(tǒng)中，這迫使RS-232C使用較高傳輸電壓的主要原因。</p><p>　　3.5.1 RS232接口介紹</p><p>　　

92、RS232接口是1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。DB25的串口一般只用到的管腳只有2（RXD）、3（TXD

93、）、7（GND）這三個(gè)，隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在DB25針很少看到了，代替他的是DB9的接口，DB9所用到的管腳比DB25有所變化，是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）這三個(gè)。因此現(xiàn)在都把RS232接口叫做DB9。</p><p>　　由于RS232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：</p><p>　?。?）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL

94、電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。</p><p>　?。?）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps；因此在“南方的老樹51CPLD開發(fā)板”中，綜合程序波特率只能采用19200，也是這個(gè)原因。</p><p>　?。?）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。</p><p&g

95、t;　?。?）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右。</p><p>　　RS-232C規(guī)定的邏輯電平與一般微處理器、單片機(jī)的邏輯電平是不一致的。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須把微處理器的信號(hào)電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換為RS-232C電平，或者對(duì)兩者進(jìn)行逆轉(zhuǎn)換。這兩種轉(zhuǎn)換是由專用電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　3.5.2 MAX232資料簡(jiǎn)介</p&

96、gt;<p>　　設(shè)計(jì)中用到的MAX232芯片是電平轉(zhuǎn)換芯片。該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口RS232電平是-10v +10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0 +5v,MAX232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-2

97、32-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。</p><p>　　1．單5V電源工作 </p><p>　　2． LinBiCMOSTM工藝技術(shù) </p><p>　　3． 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器</p><p>　　4． ±30V輸入電平

98、 </p><p>　　5． 低電源電流：典型值是8mA</p><p>　　6． 符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.28</p><p>　　7． ESD保護(hù)大于MIL-STD-883（方法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V4.2.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　MAX232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的，

99、包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片，適用于各種EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換成為RS-232C輸出電平所需的+-10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。對(duì)于沒±12V電源的場(chǎng)合，其適應(yīng)性更強(qiáng)。加之其價(jià)格適中，硬件接口簡(jiǎn)單，所以被廣泛采用。工作電路如圖3-8。圖中上半部分電容C1、C2、C3、C4，及V+，

100、V-是電源變換電路部分。在實(shí)際應(yīng)用中，器件對(duì)噪聲很敏感。因此，Vcc必須要對(duì)地加去耦電容C5，其值為0.1uF。電容C1、C2、C3、C4取同樣數(shù)值的鉭電解電容0.1uF/16V，用以提高抗干擾能力，在連接時(shí)必須盡量靠近器件。</p><p>　　圖3-8 MAX232芯片的引腳連線圖</p><p>　　下半部分為發(fā)送和接收部分。實(shí)際應(yīng)用中，T1IN和T2IN可直接接TTL/CMOS電平

101、的單片機(jī)ADuC812的串行發(fā)送端TxD；R1OUT，R2OUT可直接接TTL/CMOS電平的單片機(jī)ADuC812的串行發(fā)送端RxD；T1OUT，T2OUT可直接接PC機(jī)的RS-232串口的接收端RxD；R1IN，R2IN可直接接PC機(jī)的RS-232串口的發(fā)送端TxD。</p><p>　　現(xiàn)從MAX232芯片中兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口。要注意其發(fā)送、接收的引腳要對(duì)應(yīng)。如使T1IN接單片機(jī)ADuC812的發(fā)

102、送端TxD，則PC機(jī)的RS-232的接收端RxD一定要對(duì)應(yīng)接T1OUT引腳。同時(shí)，R1OUT接單片機(jī)ADuC812的RxD引腳，則PC機(jī)的RS-232的發(fā)送端TxD對(duì)應(yīng)接R1IN引腳，其接口電路如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 與上位機(jī)通信的接口電路圖</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序

103、，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計(jì)算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。</p><p>　　4.1 Keil軟件概述</p><p>　　單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS-51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨

104、著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級(jí)語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)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(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑

105、的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。。</p><p>　　Keil C51開發(fā)系統(tǒng)基本知識(shí)Keil C51開發(fā)系統(tǒng)基本知識(shí)： </p><p><b>　　1．系統(tǒng)概述 </b></p><p>　　Keil C51是美國(guó)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

106、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(shì)，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 </p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹

107、Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 </p><p>　　2．Keil C51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) </p><p>　　C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)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A51

108、編譯器編譯生成目標(biāo)文件。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件。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(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)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。 </p><p>　　仿真芯片的31腳已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)ROM，不能使用片外ROM；但仿真

109、器外引插針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部ROM的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。</p><p>　　1、安裝好了Keil軟件以后，我們打開它。</p><p>　　2、 我們先新建一個(gè)工程文件，點(diǎn)擊“Project->New Project…”菜單。</p><p>　　3、選擇工程文件要存放的路徑 ,輸入工程文件名 xdch