基于單片機(jī)溫度測(cè)量控制及高溫系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)溫度測(cè)量控制及高溫報(bào)警系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞:數(shù)字溫度傳感器;單總線;通信協(xié)議;DS18B20;AT89C2051;LED顯示器;報(bào)警信號(hào)。Abstract Temperature detection and control of industrial production process, one of the more typical applications, with sensors in production and life is more widely used, using a new single-bus digital temperature sensor to a

2、chieve the test and control the temperature more rapidly development, this paper is designed based on AT89C51 temperature detection and alarm systems. The system will be more than a single-bus temperature sensor DS18B20 and connected to a port on the controller, the temperature sensors on each loop

3、collection, the temperature will be collected to compare with the set value, when the temperature exceeds the upper limit set , through the ISD1420 voice circuit gives voice prompts and alarm signal. In this paper, a single data lines extend multiple temperature sensor design methods and gives the s

4、ystem implementation of hardware and software flow diagram. The experimental tests show that this high accuracy, strong anti-interference ability, alarm timely and accurate, with a certain reference value. The system design and layout simple and compact structure, small size, light weight, anti-jamm

5、ing capability, cost-effective to expand convenience, in large warehouses, factories, construction and other areas of intelligent multi-point temperature measurement in a wide range of applications prospectsKey words: digital temperature sensor; single bus; communication protocols; DS18B20; AT89C205

6、1; LED display; alarm signal目錄摘 要IAbstractII目錄III第一章:緒論11.1:課題背景11.2:溫度檢測(cè)與及報(bào)警系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外狀況11.3:溫度參數(shù)、溫度檢測(cè)和語音報(bào)警31.3.1 溫度參數(shù)31.3.2 溫度檢測(cè)31.3.3 語音報(bào)警3第二章:系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案32.1 單片機(jī)語音溫度報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)32.2 系統(tǒng)的根本工作過程4第三章:單片機(jī)溫度控制和語音報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1 溫度控制和報(bào)警主機(jī)53.1.1主控制單片機(jī)53.1.2 AT89S51特點(diǎn)53.1.3 AT89S51主要功能特性:63.1.4 溫度檢測(cè)和報(bào)警主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)93.1.4單

7、片機(jī)及復(fù)位鍵控制模塊103.2 語音電路113.2.1 ISD1420芯片簡(jiǎn)述113.2.2 芯片引腳介紹123.2.3 芯片工作原理133.2.4 芯片工作模式133.2.5語音電路設(shè)計(jì)143.3 DS18B20芯片簡(jiǎn)介143.3.1溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介143.3.2 DS18B20性能特點(diǎn)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)153.3.3 DS18B20工作時(shí)序193.3.4 DS18B20的操作協(xié)議213.3.5 DS18B20序列號(hào)編碼233.3.6 DS18B20的測(cè)溫原理243.3.7 DS18B20的測(cè)溫流程253.3.8 DS18B20數(shù)據(jù)校驗(yàn)與糾錯(cuò)253.3.9 DS18B20在測(cè)溫系統(tǒng)中的應(yīng)用27

8、3.3.10測(cè)溫系統(tǒng)的硬件工作原理273.3.11 考前須知28第四章軟件設(shè)計(jì)284.1 設(shè)計(jì)思路284.2 程序設(shè)計(jì)314.2.1 主程序314.2.2 讀出溫度子程序324.2.3溫度轉(zhuǎn)化命令子程序324.2.4計(jì)算溫度子程序324.2.5顯示數(shù)據(jù)刷新子程序334.2.6 LED顯示程序模塊33第五章:系統(tǒng)調(diào)試345.1 硬件調(diào)試345.1.1 硬件靜態(tài)的調(diào)試345.1.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試355.2 軟件調(diào)試355.3 軟硬聯(lián)調(diào)35結(jié) 論37致 謝38參考文獻(xiàn)39附 錄40 第一章:緒論1.1:課題背景 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)計(jì)算的方法,綜合各種先進(jìn)技術(shù),使每個(gè)生

9、產(chǎn)環(huán)節(jié)都能夠得到有效的控制,不但保證了生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低本錢,還確保了生產(chǎn)平安。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、電子、輕工和紡織等行業(yè)1。隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速興起與蓬勃開展,其穩(wěn)定、平安、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)十分突出,所以其應(yīng)用也十分廣泛。單片機(jī)已經(jīng)無處不在、與我們生活息息相關(guān),并且滲透到生活的方方面面。 單片機(jī)的特點(diǎn)是體積較小,也就是其集成特性,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化,增加一些外圍電路,就能夠組成一個(gè)完整的小系統(tǒng),單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。它具有和普通計(jì)算機(jī)類似的、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,通過使用一些科學(xué)的算法,可以獲得很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力2。所以單片

10、機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用中,可以極大地提高工業(yè)設(shè)備的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率,而且單片機(jī)無需占用很大的空間。隨著溫度檢測(cè)理論和技術(shù)的不斷更新, 溫度傳感器的種類也越來越多,在微機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器,必須是能夠?qū)⒎请娏哭D(zhuǎn)換成電量的傳感器,目前常用的有熱電偶傳感器、熱電阻傳感器和半導(dǎo)體集成傳感器等,每種傳感器根據(jù)其自身特性,都有它自己的應(yīng)用領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比,具有讀數(shù)方便,測(cè)溫范圍廣,測(cè)溫準(zhǔn)確,其輸出溫度采用數(shù)字顯示,主要用于對(duì)測(cè)溫比擬準(zhǔn)確的場(chǎng)所,或科研實(shí)驗(yàn)室使用,該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89S51,測(cè)溫傳感器使用DS18B20,用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)

11、,實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確到達(dá)以上要求。1.2:溫度檢測(cè)與及報(bào)警系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外狀況 溫度是一個(gè)非常重要的物理量,因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反響、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)平安、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對(duì)溫度的檢測(cè)的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中,得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控,以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行,產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制,保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、平安進(jìn)行,從而提高企

12、業(yè)的生產(chǎn)效率。 溫度采集控制系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根底上開展起來的。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代,但是微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性,都無法滿足廣闊對(duì)象對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求,因此,嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立開展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上,從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立開展的單片機(jī)時(shí)代。單片機(jī)誕生于二十世紀(jì)七十年代末,經(jīng)歷了SCM、MCU和SOC三大階段 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中,電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。例如:在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中,人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反響爐和鍋爐中的溫度進(jìn)

13、行檢測(cè)和控制。采用MCS-51單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制,不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn),而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo),從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此,單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題。同時(shí)溫度也是生活中最常見的一個(gè)物理量,也是人們很關(guān)心的一個(gè)物理量,它與我們的生活息息相關(guān),有著十分重要的意義,在工業(yè)生產(chǎn)中,溫度過高或過低會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、對(duì)機(jī)械設(shè)備和控制系統(tǒng)中的各種元器件造成一定的損壞,嚴(yán)重的會(huì)影響到生產(chǎn)平安。在日常生活中,溫度過高或過低同樣會(huì)造成一些不良影響。 在實(shí)際生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域中,溫度是環(huán)境因素的不可或缺的一局部,對(duì)溫度及時(shí)精確

14、的控制和檢測(cè)顯得尤為重要。比方,農(nóng)業(yè)上土壤各個(gè)層面上的溫度將會(huì)影響植物的生長(zhǎng);在醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中也用到溫度的測(cè)量。在工業(yè)中,料桶里外上限溫度要求不一,以及熱處理中工件各個(gè)部位的溫度對(duì)工件形成后的性能至關(guān)重要等等?，F(xiàn)代電子工業(yè)的飛速開展對(duì)自動(dòng)測(cè)試的要求越來越高。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制,不僅具有控制方便和組態(tài)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),而且可以提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。針對(duì)以上情況,在控制本錢的前提下,通過本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一款能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)控制溫度,又具有對(duì)系統(tǒng)設(shè)定不同的報(bào)警溫度的溫度控制報(bào)警系統(tǒng)功能。此系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)生活的需要,效率高,具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和靈活性。因此,在生產(chǎn)和生活中要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制,使溫度在規(guī)定

15、的范圍內(nèi)變化。通過本系統(tǒng)提高學(xué)生對(duì)于溫度控制的認(rèn)識(shí)。在學(xué)習(xí)實(shí)踐中提高對(duì)理論的認(rèn)知能力和動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力,到達(dá)教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合的目的。及采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),加以豐富的保安實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和知識(shí),向社會(huì)提供各種超值平安設(shè)備效勞,給用戶帶來平安和放心。 隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來的方便也是不可否認(rèn)的,其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子,但人們對(duì)它的要求越來越高,要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手,一切向著數(shù)字化控制,智能化控制方向開展。1.3:溫度參數(shù)、溫度檢測(cè)和語音報(bào)警1.3.1 溫度參數(shù) 根本范圍-50-110

16、LED數(shù)碼直讀顯示 可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能1.3.2 溫度檢測(cè) 通過DS18B20傳感器檢測(cè)測(cè)量溫度,通過AT89S51單片機(jī)進(jìn)行控制,通過用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。1.3.3 語音報(bào)警 先錄音,能分160段地址為00H-0A0H。我們說話平均語速4字/秒,所以20秒我們錄80字。 經(jīng)過計(jì)算,每個(gè)字占2個(gè)地址。我們錄音13段。 錄音用S1鍵,放音控制用S2鍵。錄音時(shí)按下鍵后開始錄音,錄完每段后放開按鍵,錄音停止。 共錄13段,錄每段時(shí)同時(shí)用數(shù)碼管提示,分別用數(shù)字0-F來表示。 按語音提示鍵播報(bào)溫度,不按不播報(bào)。第二章:系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 單片機(jī)語音溫度報(bào)警系統(tǒng)

17、的總體設(shè)計(jì) 語音溫度報(bào)警計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1所示,控制器采用單片機(jī)AT89S51,溫度傳感器采用DS18B20,語音電路采用ISD1420,用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 圖2.1 總體設(shè)計(jì)方框圖 單元模塊功能如下: 檢測(cè)電路由溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改良型智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比,它能直接讀出被測(cè)溫度,并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 自動(dòng)報(bào)警主機(jī)的核心器件是單片機(jī),它是整個(gè)系統(tǒng)的心臟,由它來接受報(bào)警信號(hào)并控制協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作,考慮到系統(tǒng)的功能和經(jīng)濟(jì)性

18、因素,采用的是當(dāng)今流行的性價(jià)比比擬高的AT89C51。 看門狗電路完成對(duì)系統(tǒng)電源電壓的監(jiān)測(cè)工作。 語音電路采用美國(guó)ISD公司的高保真錄放一體化語音芯片ISD1420來完成報(bào)警時(shí)進(jìn)行語音提示的預(yù)存工作,根據(jù)警情的不同進(jìn)行相應(yīng)的語音提示。2.2 系統(tǒng)的根本工作過程 在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面虛擬儀器溫室大棚溫度測(cè)控系統(tǒng)是一種比擬智能,經(jīng)濟(jì)的方案,適于大力推廣,改系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進(jìn)行采集,然后再進(jìn)行比擬,通過比擬對(duì)大棚內(nèi)的溫度是否超過溫度限制進(jìn)行分析,如果超過溫度限制,溫度報(bào)警系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警,來通知管理人員大棚內(nèi)的溫度超過限制,大棚內(nèi)的溫控系統(tǒng)出現(xiàn)故障,從而有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng),提高產(chǎn)量。 第三章:單片機(jī)溫

19、度控制和語音報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 溫度控制和報(bào)警主機(jī) 本系統(tǒng)主要是基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其溫度檢測(cè)和報(bào)警功能,其硬件的主要設(shè)計(jì)如下: 主控單片機(jī)采用一片ATMEL AT89S51。根據(jù)題目要求,充分利用了單片機(jī)靈活控制的優(yōu)點(diǎn),發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)功能,采用單片機(jī)控制顯示信號(hào)燈,提高了系統(tǒng)的靈活性,設(shè)置方便。AT89S51芯片本身集成了看門狗(WDT)電路,這是為了系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠,防止了系統(tǒng)因?yàn)樗罊C(jī)而停止工作的情況發(fā)生這種做法對(duì)于實(shí)際上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在惡劣狀況的交通燈控制系統(tǒng)來說是十分必要的。它可以完成自動(dòng)加載復(fù)位,省去人工調(diào)整的麻煩,可以做到無人職守。3.1.2 AT89S51特點(diǎn) AT89S51是一個(gè)低功耗

20、,高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含4k Bytes ISPIn-system programmable的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元,功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51具有如下特點(diǎn):40個(gè)引腳,4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)口,5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷

21、嵌套中斷,2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。(如圖3.1所示)。 圖3.1 AT89S51芯片 此外,AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下,CPU暫停工作,而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器,串行口,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù),停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3.1.3 AT89S51主要功能特性: ? 兼容MCS-51指令系統(tǒng) ? 32個(gè)雙向I/O口 ? 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 ?

22、全雙工UART串行中斷口線 ? 2個(gè)外部中斷源 ? 中斷喚醒省電模式 ? 看門狗(WDT)電路 ? 靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程 ? 4k可反復(fù)擦寫1000次)ISP Flash ROM ? 時(shí)鐘頻率0-33MHz ? 128x8bit內(nèi)部RAM ? 低功耗空閑和省電模式 ? 3級(jí)加密位 ? 軟件設(shè)置空閑和省電功能 ? 雙數(shù)據(jù)存放器指針 AT89S51的引腳功能介紹: VCC: AT89S51 電源正端輸入,接+5V。 VSS: 電源地端。 XTAL1: 單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2: 系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端,一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振

23、蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了,此外可以在兩引腳與地之間參加一個(gè)20PF 的小電容,可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定,防止噪聲干擾而死機(jī)。 RESET: AT89S51的重置引腳,高電平動(dòng)作,當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí),只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間,AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作,使得內(nèi)部特殊功能存放器之內(nèi)容均被設(shè)成狀態(tài),并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 EA/VPP: "EA"為英文"External Access"的縮寫,表示存取外部程序代碼之意,低電平動(dòng)作,也就是說當(dāng)此引腳接低電平后,系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼(存于外部EPRO

24、M中)來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中,EA引腳必須接低電平,因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí),此引腳要接成高電平。此外,在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí),可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓(VPP)。 ALE/PROG: ALE是英文"Address Latch Enable"的縮寫,表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89S51可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器(如74LS373),將端口0的地址總線(A0A7)鎖進(jìn)鎖存器中,因?yàn)锳T89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率

25、的1/6,因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí),此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 PSEN: 此為"Program Store Enable"的縮寫,其意為程序儲(chǔ)存啟用,當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)(EA0),會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼,通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S51可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM,使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。 PORT0(P0.0P0.7): 端口0是一個(gè)8位寬的雙向輸出入端口,共有8個(gè)位,P0.0表示位0,P0

26、.1表示位1,依此類推。其他三個(gè)I/O端口(P1、P2、P3)那么不具有此電路組態(tài),而是內(nèi)部有一提升電路,P0在當(dāng)作I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)(即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器),P0就以多工方式提供地址總線(A0A7)及數(shù)據(jù)總線(D0D7)。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為A0A7,再配合端口2所送出的A8A15合成一個(gè)完整的16位地址總線,而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。 PORT2(P2.0P2.7): 端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口,每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載,假設(shè)將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí),此端口便能當(dāng)成輸入

27、端口來使用。P2除了用做一般I/O端口使用外,假設(shè)是在AT89S51擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),也提供地址總線的高字節(jié)A8A15,這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)作I/O來使用了。 PORT1(P1.0P1.7): 端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口,其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載,同樣地假設(shè)將端口1的輸出設(shè)為高電平,便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話,P1.0又當(dāng)作定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳,而P1.1可以有T2EX功能,可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。 PORT3(P3.0P3.7): 端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口,其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL

28、負(fù)載,同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能,包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?其引腳分配如下: P3.0:RXD,串行通信輸入。 P3.1:TXD,串行通信輸出。 P3.2:INT0,外部中斷0輸入。 P3.3:INT1,外部中斷1輸入。 P3.4:T0,計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。 P3.5:T1,計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。 P3.6:WR:外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。 P3.7: RD,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。3.1.4 溫度檢測(cè)和報(bào)警主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 圖3.2中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位,使用比擬方便,在程序跑飛時(shí),可以手動(dòng)復(fù)位,這樣就不用在重起單片

29、機(jī)電源,就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 圖3.2 單片機(jī)主板電路 溫度的檢測(cè)主要依據(jù)DS18B20來采集,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3.3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。本設(shè)計(jì)采用電源供電方式, P1.1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管和89S51的P1.0來完成對(duì)總線的上拉。當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D變換操作時(shí),總線上必須有

30、強(qiáng)的上拉,上拉開啟時(shí)間最大為10 s。采用寄生電源供電方式是VDD和GND端均接地。由于單線制只有一根線,因此發(fā)送接收口必須是三狀態(tài)的。主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟: 初始化; ROM操作指令; 存儲(chǔ)器操作指令 圖3.3 DS18B20與單片機(jī)的接口電路 我們要求的溫度在一定的范圍內(nèi)為平安溫度,我們?cè)O(shè)置的上界溫度為35,當(dāng)測(cè)量值在正常范圍內(nèi)時(shí),程序控制P2.0輸出低電平,音頻信號(hào)不發(fā)聲,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的上界或者下界時(shí),報(bào)警電路開始工作,P2.0同時(shí)為高電平,音頻發(fā)音告警,操作人員觀察音頻發(fā)生器是否發(fā)音,就可知道被測(cè)量器件工作是否正常。 3.1.4單片機(jī)及復(fù)位鍵控制模塊 單片機(jī)

31、采用89S51,其中有8K內(nèi)存可用。對(duì)交通燈的控制主要用其中的計(jì)數(shù)器定時(shí)來完成。一方面要完成對(duì)各模塊的控制,另一方面也要協(xié)調(diào)好各模塊的時(shí)序及口線沖突問題。 單片機(jī)復(fù)位電路是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài),并從該狀態(tài)開始工作,例如復(fù)位后PC0000H,使單片機(jī)從第一個(gè)單元取指令。無論是在單片機(jī)剛接上電源時(shí),還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位的條件是:使RST/VPD引腳?加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)振蕩周期)的高電平。假設(shè)時(shí)鐘頻率為12MHz,每機(jī)器周期為1us,那么只需2us以上時(shí)間的高電平,在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)常見的復(fù)位

32、電路如圖3.3按鍵復(fù)位電路所示。 圖3.3 按鍵復(fù)位電路 該電路除了具有上電復(fù)位電路功能,還可以使用中復(fù)位,只要按下列圖2.9中的RESET鍵,此時(shí)電源VCC經(jīng)電阻R1?、R2分壓,在RESET端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE和PSEN信號(hào),即ALE1,這說明單片機(jī)復(fù)位不會(huì)有任何取值操作。 按鍵復(fù)位電路,易掌握,好操作。3.2 語音電路 本系統(tǒng)語音電路可錄制四段提示音,同時(shí),在 接通后,可以將語音分段播放。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求,系統(tǒng)選擇了美國(guó)ISD公司的ISD1420芯片。3.2.1 ISD1420芯片簡(jiǎn)述 ISD1420語音芯片是由美國(guó)ISDInformation Storag

33、e Device公司開發(fā)的高保真、不怕斷電、錄放一體化的單片固態(tài)語音集成電路8。其片內(nèi)設(shè)有時(shí)鐘振蕩器、128K字節(jié)E2PROM電可編程可擦除只讀存貯器、低噪前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、反混疊濾波器、平滑濾波器、模擬轉(zhuǎn)發(fā)器、差動(dòng)功率放大器等高品質(zhì)語音錄放系統(tǒng)所需的全部根本功能電路。由ISD1420組成的最小應(yīng)用系統(tǒng)僅包含:一個(gè)麥克,喇叭,幾個(gè)阻容元件,兩個(gè)開關(guān)和電源。 錄制的信息存放在內(nèi)部不揮發(fā)單元中,斷點(diǎn)后可以長(zhǎng)久保存。這種獨(dú)特的單片解決方案使用了ISD的專利模擬存儲(chǔ)技術(shù)。語音和音頻信號(hào)不經(jīng)過轉(zhuǎn)換直接以原來狀態(tài)存儲(chǔ)到內(nèi)部存儲(chǔ)器,可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的語音復(fù)制。 ISD系列語音芯片特點(diǎn): (a)所需

34、外圍元件少,電路簡(jiǎn)單,操作方便; (b)采用直接模擬量存貯技術(shù)DASTDirect Analog Storage Technology,再現(xiàn)優(yōu)質(zhì)原聲; (c)零功率信息存貯,省掉備用電源; (d)信息可保存10年以上,可反復(fù)錄放達(dá)10萬次之多; (e)易于使用,語音固化無需專用編程或開發(fā)裝置,可隨意改變錄音內(nèi)容; (f)較強(qiáng)的選址能力,可進(jìn)行分段管理和分段存儲(chǔ)多段信息; (g)具有自動(dòng)省電模式,錄音和回放后即刻進(jìn)入等待模式,此時(shí)僅需0.5uA的維持電流; (h)自帶時(shí)鐘源,高抗干擾性能; (i)可直接驅(qū)動(dòng)8-16喇叭工作,輸出不失真功率大于50mW。也可作鼓勵(lì)信號(hào)單端輸出,外接功率放大器,輸出

35、功率為額定輸出功率的1/4,約為120mW左右; (j)采用總線技術(shù),適于同單片機(jī)接口。3.2.2 芯片引腳介紹 圖3.5 ISD1420芯片引腳圖 AO-A7為地址或操作模式控制端;VSSD為數(shù)字地; VSSA為模擬地:SP+、SP-為音頻信號(hào)輸出端,可以驅(qū)動(dòng)8-16個(gè)揚(yáng)聲器; VCCA為模擬電源; VCCD為數(shù)字電源; MIC為話筒輸人端,可用駐極體話筒,通過電容耦合; MICREF為話筒輸人參考端,假設(shè)不用應(yīng)懸空; AGC為自動(dòng)增益控制端,調(diào)整芯片內(nèi)部前置放大器增益,使錄入信號(hào)不失真; ANAIN,ANAOUT兩端間接電容,該端用于模擬信號(hào)的直接輸人、輸出; XCLK為外部時(shí)鐘或接地一般

36、用戶接地即可;REC/為錄、放音控制,低電平為錄音此時(shí)PLAYE/或PLAYL/O; PLAYL/為電平放音控制低電平有效,放音時(shí)應(yīng)該保持低電平此時(shí)REC/0; PLAYE/為邊沿放音控制,下降沿開始放音此時(shí)REC/0; RECLED/為錄音指示,接發(fā)光二極管,錄音時(shí)亮,放音結(jié)束閃爍一下,然后熄滅。3.2.3 芯片工作原理 ISD1420 地址輸入端具有雙重功能,根據(jù)地址中的 A6、A7 的電平狀態(tài)決定A0A7 的功能。如果 A6、A7 中間至少有一個(gè)低電平,那么 A0A7 輸入全解釋為地址位,作為起始地址用,此時(shí)地址線僅僅作為輸入端口,在操作過程中不能輸出內(nèi)部地址信息。根據(jù) PLAYE、PL

37、AYL或 REC的下降沿信號(hào),地址輸入被鎖定。如果 A6、A7 同為高電平時(shí),ISD1420芯片進(jìn)入模式操作方式。 3.2.4 芯片工作模式 先錄音,能分160段地址為00H-0A0H。我們說話平均語速4字/秒,所以20秒我們錄80字。 經(jīng)過計(jì)算,每個(gè)字占2個(gè)地址。我們錄音13段。 錄音用S1鍵,放音控制用S2鍵。錄音時(shí)按下鍵后開始錄音,錄完每段后放開按鍵,錄音停止。 共錄13段,錄每段時(shí)同時(shí)用數(shù)碼管提示,分別用數(shù)字0-F來表示。 按語音提示鍵播報(bào)溫度,不按不播報(bào)。 一、語音溫度計(jì)溫馨提示您,當(dāng)前溫度(00H-27H) 二、一(28H-2FH) 三、二(30H-37H) 四、三(38H-3FH

38、) 五、四(40H-47H) 六、五(48H-4FH) 七、六(50H-57H) 八、七(58H-5FH) 九、八(60H-67H) 十、九(68H-6FH) 十一、十(70H-77H) 十二、度(78H-7FH) 十三、溫度過高(80H-87H) 十四、溫度適宜(88H-8FH) 十五、溫度過低(90H-97H) 3.3 DS18B20芯片簡(jiǎn)介 溫度的測(cè)量是從金屬物質(zhì)的熱脹冷縮開始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測(cè)量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)?？墒撬娜秉c(diǎn)是只能近距離觀測(cè),而且水銀有毒,玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì),它們雖然沒有毒性,但測(cè)量精度很低,只能作為一個(gè)概略指示。不過在居民住宅中使

39、用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示,出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測(cè)方法,常用的有電阻式、熱電偶式、PN結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)如電阻值,熱電勢(shì)等的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高,出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器。3.3.2 DS18B20性能特點(diǎn)與內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易于與未處理器接口等優(yōu)點(diǎn),適合于各種溫度測(cè)控系統(tǒng)。 該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)化器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上,傳感器直接輸出的就是溫度信號(hào)數(shù)字

40、值。信號(hào)傳輸采用兩芯(或三芯)電纜構(gòu)成的單總線結(jié)構(gòu)。一條單總線上可以掛接假設(shè)干個(gè)數(shù)字溫度傳感器,每個(gè)傳感器有一個(gè)唯一的地址碼。微控制器通過對(duì)器件的尋址,就可以讀取某個(gè)傳感器的溫度值,從而簡(jiǎn)化了信號(hào)采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。 1 DS18B20的性能特點(diǎn)如下9: 1 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信; 2 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; 3 無須外部器件; 4 可通過數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍為3.05.5V; 5 零待機(jī)功耗; 6 溫度以3位數(shù)字顯示; 7 用戶可定義報(bào)警設(shè)置; 8 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; 9 負(fù)電壓特性,電源極

41、性接反時(shí),溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作。 2 DS18B20的外形及管腳排列如下列圖2: 圖3.7 DS18B20封裝 3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由六分組成: 1 64位光刻ROM。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56位的CRC校驗(yàn)碼,這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因10。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下: ?8b檢驗(yàn)CRC 48b序列號(hào) 8b工廠代碼(10H) MSB LSB MSBLSB MSB LSB 圖3.8 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2 非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限值。 3 高速暫

42、存存儲(chǔ),可以設(shè)置DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的精度。 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E2PRAM。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2.1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),為配置存放器,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)存放器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。它的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和字節(jié)定義如圖2.2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, Byte0 溫度測(cè)量值LSB(50H) By

43、te1 溫度測(cè)量值MSB(50H) E2PROM Byte2 TH高溫存放器 - TH高溫存放器 Byte3 TL低溫存放器 - TL 低溫存放器 Byte4 配位存放器 - 配位存放器 Byte5 預(yù)留(FFH) Byte6 預(yù)留(0CH) Byte7 預(yù)留(IOH) Byte8 循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(CRC) 圖2.3 DS18B20內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 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,如圖2.3。 TM R1 R0 1 1 1 1 1 圖2.4 DS18B20字節(jié)定義 由表2.1可見,分辨率越高,所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此,在

44、實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保存未用,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。/LSB形式表示。 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。表2.2是一局部溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)6。 表2.1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表: R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms 1 0 11 375 1 1 12 750 表2.2 一局部溫度對(duì)應(yīng)值表 溫度/ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示

45、+125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H +10.125 0000 0000 1010 0001 00A2H +0.5 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H -0.5 1111 1111 1111 0000 FFF8H -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH -55 1111 11

46、00 1001 0000 FC90H 4 CRC的產(chǎn)生 在64 b ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來計(jì)算CRC值,并和存入DS18B20中的CRC值做比擬,以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。 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。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)。 5)寄生電源 寄生電源有二極管VD1、VD2、寄生電容C和電源檢測(cè)電路組成,如下圖。電源檢測(cè)電路用于判定供電方式。DS18B20有兩種供

47、電方式:3.0?5.5V的電源供電方式和寄生電源供電方式(直接從數(shù)據(jù)線獲取電源)。 假設(shè)采用外部電源給器件供電,外部電源接VCC引腳通過VD2向器件供電,如下圖。 寄生電源供電時(shí),VCC端接地,器件從單線總線上獲取電源,如下圖。在I/O線呈低電平時(shí),改由電容C上的典雅繼續(xù)向器件供電。該寄生電源的優(yōu)點(diǎn):第一,檢測(cè)遠(yuǎn)程溫度時(shí)無需本地電源;第二、缺少正常電源時(shí)也能讀ROM。 外部電源供電 寄生電源供電 6)溫度報(bào)警信號(hào) DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)化后,就把測(cè)的的溫度值與Th、Tl做比擬,假設(shè)TTh或TTl,那么將器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位,將對(duì)主機(jī)發(fā)出的告警搜索命令作出響應(yīng)。因此,可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)

48、量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。一旦某溫度點(diǎn)越限,主機(jī)利用報(bào)警搜索命令,即可識(shí)別正在報(bào)警的器件,并讀出其序號(hào),而不必考慮非報(bào)警器件。3.3.3 DS18B20工作時(shí)序 根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟: 1. 每一次讀寫之前都必須要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位; 2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令; 3. 最后發(fā)送RAM指令,這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。 復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒,然后釋放,DS18B20收到信號(hào)后等待1560微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖,主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序,具體工作方法如圖2.5,2.6,2.7所示。 1 初始化時(shí) 圖2.5 初始化時(shí)序 上拉電阻將總線拉高,延時(shí)1560us,并進(jìn)入接受模式,以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖,假設(shè)為低電平,再延時(shí)480us12。 2 寫時(shí)序 圖2.6 寫時(shí)序 寫時(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要60us,且在2次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間,都是以總線拉低開始。寫1時(shí)序,主機(jī)輸出低電平,延時(shí)2us,然后釋放總線,延時(shí)60us。寫0時(shí)序,主機(jī)輸出低電平,延時(shí)60us,然后釋放總線,延時(shí)2us8。 3 讀時(shí)序 圖2.7 讀時(shí)序 總線器件僅在