畢業(yè)設計（論文）基于單片機的電子體溫計電路設計

1、基于單片機的電子體溫計電路設計基于單片機的電子體溫計電路設計 摘摘 要要 溫度作為一個重要的物理量，是工業(yè)生產過程中最普遍、最常用的測量及被控參 數(shù)之一。隨著社會的發(fā)展、科學技術的不斷更新，溫度的測量范圍要求不斷擴大，同 時溫度的測量準確性要求不斷提高。它直接影響燃燒、化學反應、發(fā)酵、烘烤、蒸餾、 濃度、擠壓成形、結晶以及空氣流動等物理和化學過程。溫度控制失誤就可能引起生 產安全、產品質量、產品產量等一系列問題。因此對溫度測量的意義就越來越大。 電子體溫計電路采用 at89s52 作為核心器件實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動控制。外界溫度經 ds18b20 集成溫度傳感器采集，溫度變化最終轉換為可被單片機識別

2、的數(shù)字信號，單 片機將采集到的溫度值在 led 數(shù)碼管上顯示出來。當采集到的溫度不在-55c125 c 時，啟動報警裝置，提醒相關工作人員采取措施。當采集到的溫度在 35c40c 時，啟動語音播報功能，提醒溫度正常，溫度偏高，溫度偏低等。 傳統(tǒng)所使用的溫度計通常都是精度為 1c 和 0.1c 的水銀、煤油或酒精溫度計。 這些溫度計的刻度間隔通常都緊密，不容易準確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量 還比較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準，并且使用非常不方便。電子 體溫計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫速度快、測溫準確、 攜帶方便等優(yōu)點。 關鍵詞：關鍵詞：單片機；電子體溫

3、計；溫度傳感器；報警；語音播報 the design of the electronic thermometer based on microcontroller abstract temperature as an important physics, is the most common industrial production process, the most commonly used one of measuring and controlled parameter. with the development of society, the science and technol

4、ogy unceasing renewal, temperature measurement range requirements, at the same time expanding temperature measurement accuracy requirement enhances unceasingly. it directly affects combustion, chemical reaction, fermentation, roasted, distillation, concentration, extrusion, crystallization and air f

5、low etc physical and chemical processes. temperature control error could cause a production safety, product quality, product yield and so on. so the significance of temperature measurement is more and more big. electronic thermometers circuit uses at89s52 devices as the core device implements to the

6、 system automatic control. the temperature outside temperature sensors to collect by ds18b20 integration, the temperature change finally converted to can be microcontroller identification digital signal, microcontroller will to collect in led digital tube temperature displayed. when the collected c

7、temperature is not - 55 125 c - start alarm device, remind relevant working personnel take measures. when the collected in 35 c temperature of 40 c - start speech function, remind temperature normal higher temperature, temperature, low, etc. traditional use thermometer is usually accuracy 0.1 c and

8、1 c of mercury, kerosene or alcohol thermometer. the thermometer calibration interval are usually close, not easy accurate resolution, reading difficulties, and their heat capacity is bigger, the time needed to reach thermal equilibrium is long, so it is difficult to read accurate, and use very inco

9、nvenient. electronic thermometers and compared with traditional thermometer readings, convenient, measuring temperature range, temperature measuring speed, temperature measurement accurate, easy to carry, etc. keywords: microcontroller; electronic thermometers; temperature sensors; alarm; speech bro

10、adcast 目錄目錄 引引 言言1 第第 1 章章 緒論緒論 .2 第第 2 章章 硬件部分的設計硬件部分的設計 .4 2.1 at89s52 單片機及其晶振電路 .4 2.2 看門狗復位電路 .7 2.3 溫度信號采集模塊 .10 2.4 鍵盤與顯示電路 .13 2.5 語音提示電路.16 2.6 報警電路 .17 2.7 輸出驅動接口電路 .18 第第 3 章章 軟件程序設計軟件程序設計 19 3.2 定時器中斷服務程序流程圖設計.19 3.3 ds18b20 子程序流程圖 .21 3.4 看門狗程序流程圖的設計 .24 結論與展望結論與展望. 26 致致 謝謝. 27 參考文獻參考文獻

11、. 28 附錄附錄 a 總體電路圖總體電路圖 29 附錄附錄 b 外文文獻及譯文外文文獻及譯文 30 附錄附錄 c 參考文獻題錄及摘要參考文獻題錄及摘要 34 附錄附錄 d 源程序源程序.36 插圖清單插圖清單 圖 2-1 總體電路框圖.3 圖 2-2 at89s52 的引腳圖. .4 圖 2-3 內部振蕩電路連接圖.6 圖 2-4 外部振蕩電路連接圖. .6 圖 2-5 x5045 的引腳圖. .7 圖 2-6 x5045 與 at89s52 單片機連接電路圖.9 圖 2-7 ds18b20 引腳圖. .10 圖 2-8 寫“0”和寫“1”時隙. .12 圖 2-9 讀0讀和1時隙. .12

12、 圖 2-10 溫度傳感器 ds18b20 與單片機的連接.13 圖 2-11 74ls164 引腳圖. .14 圖 2-12 顯示電路的連接.15 圖 2-13 按鍵對單片機的接口電路圖.15 圖 2-14 語音模塊與單片機的接口電路.17 圖 2-15 報警電路圖.17 圖 2-16 驅動電路與單片機的連接.18 圖 3-1 主流程圖.19 圖 3-2 鍵盤掃描流程圖.20 圖 3-3 中斷程序流程圖.21 圖 3-4 ds18b20 的讀程序流程圖. .22 圖 3-5 ds18b20 的寫程序流程圖.23 圖 3-6 溫度采集程序流程圖.23 圖 3-7 x5045 讀寫程序流程圖.

13、.25 表格清單表格清單 表 2-1 p1 口引腳的第二功能.5 表 2-2 p3 口引腳的第二功能.5 表 2-3 引腳功能描述.7 表 2-4 x5045 狀態(tài)寄存器各位定義.8 表 2-5 wd1、wd0 組合定義.8 表 2-6 bl1、bl0 組合定義.8 表 2-7 x5045 內部指令.9 表 2-8 溫度和數(shù)字量的關系.10 表 2-9 ds18b20 內部存儲器. .11 表 2-10 溫度存儲格式與配置寄存器控制字格式.11 表 2-11 存儲器中邏輯地址定義.11 表 2-12 74ls164 的真值表. .12 引引 言言 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產中，溫度是常用的測量及被控參

14、數(shù)。溫度測量在物理實驗、 醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產等領域，尤其在熱學實驗中，有特別重要的意義。隨著時代的進 步和發(fā)展，單片機技術已經普及到我們生活、工作、科研各個領域，已經成為一種有 力的工具。傳統(tǒng)所使用的溫度計通常都是精度為1c和0.1c的水銀、煤油或酒精溫度 計。這些溫度計的刻度間隔通常都緊密，不容易準確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱 容量還比較大，達到熱平衡所需的時間較長，因此很難讀準，并且使用非常不方便。 電子體溫計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫速度快、測溫準 確、攜帶方便等優(yōu)點，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對溫度比較準確的場所， 或科研實驗室使用。本文將介紹一種基于單

15、片機控制的電子溫度計，它克服了傳統(tǒng)的 水銀溫度計測溫速度慢、環(huán)境污染嚴重、攜帶不方便等缺點。具有體積小、可靠性高、 抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。 該設計是以單片機為核心，配合溫度傳感器，以及相關的電路組成?？梢越邮账?測環(huán)境和人體的溫度信號，檢測人員可以通過儀器的數(shù)碼顯示數(shù)據，實時監(jiān)控環(huán)境的 溫度情況。所有的測量操作都可以通過主機控制軟件來實現(xiàn)。由溫度傳感器得到的測 量信號，經電路轉換為電信號，然后通過一定的放大，再通過 a/d 轉換送到單片機進 行數(shù)據處理，經軟件分析處理后送顯示裝置，cpu 根據檢測到的溫度結果，判斷溫度， 是否在界定的范圍內，由此啟動

16、系統(tǒng)的報警，并進行自動調節(jié)，直到溫度達到標準范 圍之內為止。 第第 1 1 章章 緒論緒論 溫度計的發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計、熱電 偶溫度計、半導體集成數(shù)字溫度計等。在電子式溫度計中，傳感器是它的重要組成部 分，傳感器的精度、靈敏度基本決定了溫度計的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。 溫度傳感器應用極其廣泛，目前已經研制出多種新型溫度傳感器，從而構成性能優(yōu)良 的溫度監(jiān)控系統(tǒng)13 。 由于水銀體溫計使用方便、精度高，因而應用很廣。再加上測溫方法及其結構都 已成熟，沒多大改進余地，人們對它的研究失去了信心，至今幾乎沒有什么進展。由 于用水銀體溫計進行體溫監(jiān)測很不方便

17、，水銀的污染可能也很嚴重等，為了正確測量 人體局部溫度，促使人們開發(fā)了各種不同的測溫儀器和測溫方法。雖然水銀體溫計仍 不愧是一個精度高、便宜、使用方便的測溫儀器，現(xiàn)在已有許多醫(yī)院采用了電子體溫 計，用其它電子儀器測量體溫也日益普及。這一事實至少表明，電子測溫儀器的性能 已接近水銀溫度計的性能。它在穩(wěn)定性及響應時間上比傳統(tǒng)的水銀體溫計有著顯著的 優(yōu)勢，精度要求也能和傳統(tǒng)的水銀體溫計相媲美。 在本設計中單片機是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機的性能關系到整個系統(tǒng)的好壞。 因此單片機的選擇，對所設計系統(tǒng)的實現(xiàn)以及功能的擴展有著很大的影響。單片機種 類很多，在眾多51系列單片機中，較為常用的是atmel公司

18、at89c51和at89s52單片機， at89c51片內4krom是flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時對單片機進行 電擦除和改寫，片內有128字節(jié)的ram。而at89s52含有在系統(tǒng)可編程的flash存儲器， 片內有8k閃存，ram的容量也較at89c51大，為256字節(jié)。顯然這種單片機優(yōu)點更多， 開發(fā)時間也大為縮短。因此，在本次設計中選用了atmel公司的at89s52單片機2。 在本設計中，溫度信號的采集為模擬信號，而單片機接收的為數(shù)字信號，因此需 要進行 a/d 轉換，在需要進行多路 a/d 轉換時，目前常采用多通道 a/d 轉換器，如 adc0809、ad574 等。這

19、些轉換器多為 8 通道，電路較為復雜。智能溫度傳感器 ds18b20，它是將溫度傳感器、a/d 轉換器、寄存器集成在一塊芯片中，所以在溫度 的采集中就不需要另外添加 a/d 轉換器了7。 報警電路很簡單，當顯示的溫度超過設定的溫度值時，單片機就會從 int1 引腳發(fā) 出一連串脈沖，驅動蜂鳴器發(fā)出報警聲。 在本設計中，鍵盤接口電路較為簡單，而顯示部分有兩種方案供選擇：一種為 lcd，一種為 led。lcd 液晶顯示的像素單元是整合在同一塊液晶版當中分隔出來的 小方格。通過數(shù)碼控制這些極小的方格進行顯像。顯示非常細膩但是造價很高。而 led 數(shù)碼顯示中每一個像素單元就是一個發(fā)光二極管，如果是單色，

20、一般是紅色發(fā)光 二極管。如果是彩色，一般是三個三原色小二極管組成的一個大二極管。這些二極管 組成的矩陣由數(shù)碼控制實時顯示文字或圖象，造價相對低廉，顯示效果也較好。 由于單片機工作現(xiàn)場存在著各種干擾，為保證系統(tǒng)的可靠工作，本設計選擇了常 用的看門狗芯片 x5045，以實現(xiàn)對單片機的復位，監(jiān)控等功能6 。程序的設計也考慮 了抗干擾措施。 在設計初期找了很多溫度傳感器，在智能化的溫度傳感器中，大多是同步串行總 線技術，如 i（philips） 、smbus(intel)、spi(motorola)、microwire/plus(nsc)等串行總 線協(xié)議，而 ds18b20 采用的是 1-wire 總

21、線協(xié)議。1-wire 是 dallas 公司的一項專 有技術，它采用一根信號線實現(xiàn)信號的雙向傳輸，具有接口簡單、節(jié)省 i/o 口線、便 于擴展和維護等優(yōu)點。為此最終確定使用美國達拉斯(dallas)半導體公司推出的智能 溫度傳感器 ds18b20，它是將溫度傳感器、a/d 轉換器、寄存器、極口電路集成在一塊 芯片中，可實現(xiàn)直接數(shù)字化輸出和測試。 語音提示模塊采用 isd2560 語音錄放集成電路14。這是一種永久記憶型語音錄放 電路，其集成度較高，內部包括前置放大器、內部時鐘、定時器、采樣時鐘、濾波器、 自動增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、譯碼器和 480k 字節(jié)的 eeprom，應用更方 便

22、。也可以通過 a/d 轉換器、單片機、存儲器、d/a 轉換器實現(xiàn)聲音信號的采樣、處 理、存儲，首先要將聲音信號放大，通過 a/d 轉換器采樣將語音模擬信號轉換成數(shù)字 信號，并由單片機處理后放到存儲器中，實現(xiàn)錄音操作。在錄放的過程中由單片機控 制 d/a 轉換器，將存儲器中的數(shù)據轉換成聲音信號，此方案復雜，集成度低，我選擇 isd2560 來實現(xiàn)。 系統(tǒng)主要由以上元器件組成，通過硬件電路和軟件程序的設計，實現(xiàn)系統(tǒng)的基本 功能。以下就分別對系統(tǒng)的硬件以及軟件方面做一詳細介紹。 第第 2 2 章章 硬件部分的設計硬件部分的設計 對于硬件部分的設計，本著簡單可靠的思想。本次設計的對象是針對一個應用系

23、統(tǒng)，是對環(huán)境溫度或是人體溫度的檢測，其系統(tǒng)構圖如圖 2-1 所示。系統(tǒng)中主要用到： at89s52 單片機與晶振時鐘電路；看門狗復位電路；溫度傳感器 ds18b20；鍵盤輸入； led 顯示與報警電路；語音提示模塊等?？傮w電路框圖如下： 單 片 機 晶振電路 測溫電路 復位電路 顯示電路 鍵盤報警電路 輸出驅動電路 語音提示電路 圖 2-1 總體電路框圖 2.1 at89s52 單片機及其晶振電路 2.1.1 功能特性描述 at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos 八位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器，使用 atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80

24、c51 產 品指令和引腳完全兼容。片上 flash 允許 rom 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單 芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統(tǒng)可編程 flash，使其為眾多嵌入式控制應用系 統(tǒng)提供靈活的解決方案。 其主要特性為： 與 mcs-51 單片機產品兼容； 8k 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器； 1000 次擦寫周期； 全靜態(tài)操作：0hz33hz； 三級加密程序存儲器； 32 個可編程 i/o 口線； 三個 16 位定時器/計數(shù)器； 八個中斷源； 全雙工 uart 串行通道； 低功耗空閑和掉電模式； 掉電后中斷可喚醒； 看門狗定時器； 雙數(shù)據指針； 掉電標識符。 at89s

25、52 芯片的引腳見圖 2-2 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 3.0/rxd 10 3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal1 18 xtal2 19 vss 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 ale 30 ea 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5

26、34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vcc 40 圖 2-2 at89s52 的引腳圖 vcc：電源 vss：地 p0 口：8 位漏極開路的雙向 i/o 口。作為輸出口，每位能驅動 8 個 ttl 邏輯電平。 對 p0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據存儲器時，p0 口 也被作為低 8 位地址/數(shù)據復用。在這種模式下，p0 具有內部上拉電阻。 在 flash 編程時，p0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程 序校驗時，需要外部上拉電阻。 p1 口：具有內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 輸出緩

27、沖器能驅動 4 個 ttl 邏輯 電平。對 p1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil） 。此外， p1.0 和 p1.2 分別作定時器/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時器/計數(shù)器 2 的 觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex） ，具體如表 2-1 所示。在 flash 編程和校驗時，p1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 p2 口：具有內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅動 4 個 ttl 邏輯 電平。對 p2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸

28、入口使用。 作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（iil） 。在訪問 外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據存儲器時，p2 口送出高八位地址。在這種 應用中，p2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址訪問外部數(shù)據存儲器時， p2 口輸出 p2 鎖存器的內容。 表 2-1 p1 口引腳的第二功能 引腳號第二功能 p1.0t2（定時器/計數(shù)器 t2 的外部計數(shù)輸入） ，時鐘輸出 p1.1t2ex（定時器/計數(shù)器 t2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） p1.5mosi（在系統(tǒng)編程用） p1.6miso（在系統(tǒng)編程用） p1.7sck（在系統(tǒng)編程用） 在

29、flash 編程和校驗時，p2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3 口：p3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅動四 個 ttl 邏輯電平。對 p3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸 入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流 （iil） 。 p3 口亦作為 at89s52 特殊功能（第二功能）使用，如下表 2-2 所示。在 flash 編 程和校驗時，p3 口也接收一些控制信號。 表 2-2 p3 口引腳的第二功能 引腳號第二功能 p3.0rxd（串行輸入） p3.1txd（串行輸出） p

30、3.2 （外部中斷 0）0int p3.3 （外部中斷 1）1int p3.4t0（定時器 0 外部輸入） p3.5t1（定時器 1 外部輸入） p3.6 （外部數(shù)據存儲器寫選通）wr p3.7 （外部數(shù)據存儲器讀選通）rd rst：復位輸入。晶振工作時，rst 腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使單片機復位。 看門狗計時完成后，rst 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 auxr（地址 8eh）上的 disrto 位可以使此功能無效。disrto 默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 ale/：控制信號（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸prog 出脈沖。在 flash 編

31、程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。prog 在一般情況下，ale 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器 或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據存儲器時， ale 脈沖將會跳過。 如果需要，通過將地址為 8eh 的 sfr 的第 0 位置“1”，ale 操作將無效。這一位置 “1”，ale 僅在執(zhí)行 movx 或 movc 指令時有效。否則，ale 將被微弱拉高。這個 ale 使能標志位（地址為 8eh 的 sfr 的第 0 位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下 無效。 ：外部程序存儲器選通信號。當 89s52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，psen 在每個機器周

32、期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據存儲器時，將不被激活。psenpsen /vpp：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000h 到 ffffh 的外部程序ea 存儲器讀取指令，必須接地。為執(zhí)行內部程序指令，應該接 vcc。eaea 在 flash 編程期間，也接收 12 伏 vpp電壓。ea xtal1：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。 2.1.2 at89s52 與晶振連接電路 at89s52 單片機有一個用于構成內部振蕩器的反相放大器，xtal1 和 xtal2 分別 是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構成自激振

33、蕩器。 從外部時鐘源驅動器件的話，xtal2 可以不接，而從 xtal1 接入，如圖 2-4。在本設計 系統(tǒng)中采用的是內部振蕩電路連接法，如圖 2-3 所示。 c2 c1 xtal2 xtal1 gnd xtal2 xtal1 gnd nc 外部振蕩信號 圖 2-3 內部振蕩電路連接圖 圖 2-4 外部振蕩電路連接圖 （石英晶振 c1,c2=30pf10pf 陶瓷諧振器 c1,c2=40pf10pf） 2.2 看門狗復位電路 當系統(tǒng) cpu 不能正常工作時，有可能會造成死機、信息丟失、運行不穩(wěn)定等故障。 為了解決這些問題，實現(xiàn)系統(tǒng)安全可靠、穩(wěn)定、實時運行，可以采用集可編程看門狗、 電壓監(jiān)控、e

34、2prom 等功能于一身的 x5045 芯片。這種組合設計有效地減少了硬件電路 的復雜程度。 x5045 中的看門狗對系統(tǒng)提供了保護功能。當系統(tǒng)發(fā)生故障而超過設置時間時，電 路中的看門狗將通過 reset 信號向 cpu 做出反應。x5045 提供了三個時間值供用戶選 擇使用。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護系統(tǒng)免受低電壓的影響，當電源電壓降 到允許范圍以下時，系統(tǒng)將復位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。x5045 的存儲器與 cpu 可通過串行通信方式接口。 引腳介紹：x5045 的引腳圖可參見圖 2-5。它共有 8 個引腳： vcc reset wp vss cs si sck so x50

35、45 圖 2-5 x5045 的引腳圖 表 2-3 引腳功能描述 引 腳 名稱 功能描述 1 /cs wdi 芯片選擇輸入：當是高電平時，芯片末選中，并將 so 置為高阻態(tài)。cs 器件處于標準的功耗模式，除非一個向非易失單元寫的周期開始。在 是高電平時，將拉低將使器件處于選擇狀態(tài)，器件將工作于cscs 功耗狀態(tài)。在上電后任何操作之前，必須要有一個高變低的過程。cs 看門狗輸入：在看門狗定時器超時并產生復位之前，一個加在 wdi 引 腳上的由高到低的電平變化將復位看門狗定時器。 2so 串行輸出：so 是一個推/拉串行數(shù)據輸出引腳，在讀數(shù)據時，數(shù)據在 sck 脈沖的下降沿由這個引腳送出。 3 w

36、p寫保護：當引腳是低電平時，向 x5045 中寫的操作被禁止，但是wp 其它的功能正常。當引腳是高電平時，所有操作正常，包括寫操作。 如果在是低的時候，變?yōu)榈碗娖?，則會中斷向 x5045 中寫的cswp 操作，但是，如果此時內部的非易失性寫周期己經初始化了，變wp 為低電平不起作用。 4vss 地。 5si 串行輸入：si 是串行數(shù)據輸入端，指令碼、地址、數(shù)據都通過這個引 腳進行輸入。在 sck 的上升沿進行數(shù)據的輸入，并且高位(msb)在前。 6sck 串行時鐘：串行時鐘的上升沿通過 si 引腳進行數(shù)據的輸入，下降沿通 過 so 引腳進行數(shù)據的輸出。 7reset 復位輸出：reset 下是

37、一個開漏型輸出引腳。只要 vcc 下降到最小允 許 vcc 值，這個引腳就會輸出高電平，一直到 vcc 上升超過最小允許 值之后 200ms 。同時它也受看門狗定時器控制，只要看門狗處于激活 狀態(tài)，并且 wdi 引腳上電平保持為高或者為低超過了定時的時間，就 會產生復位信號。引腳上的一個下降沿將會復位看門狗定時器。cs 由于這是一個開漏型的輸出引腳，所以使用時必須接上拉電阻。 8vcc 正電源。 x5045 的狀態(tài)寄存器描述了器件的當前狀態(tài)，各位意義如下所示： 表 2-4 x5045 狀態(tài)寄存器各位定義 76543210 00wd1wd0bl1bl0welwip 其中，wd1、wd0 是看門狗

38、定時時間設置位；bl1、bl0 是存儲單元寫保護區(qū)設置位； wel 是只讀標志，1 表明寫使能開關打開；wip 也是只讀標志，1 代表芯片內部正處于 寫周期。電復位時，各位都被清零。 x5045 芯片功能包括以下 4 種： （1）上電復位控制。在對 x5045 通電時，reset 引腳輸出有效的復位信號，并保持 至少 200ms，使 cpu 有效復位。 （2）電源電壓監(jiān)控。當檢測到電源電壓低于內部門檻電壓 vtrip時，reset 輸出復 位信號，直至電源電壓高于 vtrip并保持至少 200ms，復位信號才被撤消。vtrip的出廠 值根據芯片型號不同共有 5 個級別的電壓范圍。對于需要電源電

39、壓精確監(jiān)控的應用， 用戶可以搭建編程電路，對芯片內 vtrip電壓進行微調。 （3）看門狗定時器。芯片內部狀態(tài)寄存器的 wd1、wd0 是看門狗定時設置位，通過 狀態(tài)寄存器寫指令 wrsr 修改這兩個標志位，就能在三種定時間隔中進行選擇或關閉定 時器。對看門狗的復位由輸入電平的下降沿完成。下表是 wd1、wd0 組合的含義。cs 表 2-5 wd1、wd0 組合定義 wd1wd0 看門狗定時值 001.4s 01600ms 10200ms 11 禁止看門狗工作 （4）串行 e2prom。芯片片內含 512 字節(jié)存儲單元，10 萬次可擦寫，數(shù)據保持時間 100 年，并設計了 3 種保護方式防止誤

40、寫。包括：寫保護引腳，當引腳被拉低時，wp 內部存儲單元狀態(tài)寄存器都禁止寫入；存儲區(qū)域寫保護模式，通過對狀態(tài)寄存器的 bl1、bl0 位的設置，可以選擇對不同的存儲區(qū)域進行寫保護；在進行任何寫操作前 都必須打開寫使能開關，而且在上電初始化寫操作完成時，寫使能開關自動關閉。顯 然，在幾方面的保護之下，產生誤寫的可能性極小，下表是 bl1、bl0 組合的含義。 表 2-6 bl1、bl0 組合定義 bl1bl0 寫保護的單元地址 00 沒有保護 01 180h1ffh 10 100h1ffh 11 000h1ffh （1）wren 和 wrdi 是寫使能開關的開/關指令。它們都是單字節(jié)指令。 （2

41、）rdsr 和 wrsr 是狀態(tài)寄存器的讀/寫指令。在從 si 輸入指令后，rdsr 的執(zhí)行 結果，即狀態(tài)寄存器內容須從 so 讀出；而 wrsr 需要緊接著輸入修改數(shù)據。 （3）read 和 write 是存儲單元的讀/寫指令。輸入指令后（指令的位三用于選擇存 儲器的上半區(qū)和下半區(qū)），接著輸入低八位地址，最后就可以連續(xù)讀出或寫入數(shù)據。 其中，讀指針和寫指針的工作方式完全不同，讀指針的全部 8 位用來計數(shù)，0ffh 溢出 后變成 00h；寫指針只用最低兩位計數(shù)，xxxxxx11b 溢出后變成 xxxxxx00b，所以連續(xù) 寫的實際結果是在 4 個單元中反復寫入。另外，由于 e2prom 的寫入

42、時間長，所以在連 續(xù)兩條寫指令之間應讀取 wip 狀態(tài)，只有內部寫周期結束時才可輸入下一條寫指令。 芯片內部共有 6 條指令，如下表 2-7 所示。 表 2-7 x5045 內部指令 命令名稱命令格式內 容 wren0000 0110 打開寫使能開關 wrdi0000 0100 關閉寫使能開關 rdsr0000 0101 讀狀態(tài)寄存器 wrsr0000 0001 寫狀態(tài)寄存器 read0000 a8011 讀存儲單元 write0000 a8010 寫存儲單元 對 x5045 的操作是通過 4 根口線、sck、si 和 so 進行同步串行通信來完成的。cs x5045 與 at89s52 單片

43、機的連接電路圖見圖 2-6。sck 是外部輸入的同步時鐘信號，在 對芯片進行寫入指令或數(shù)據時，時鐘前沿將 si 引腳信號輸入；在讀取數(shù)據時，時鐘后 沿將數(shù)據位輸出到 so 引腳上。數(shù)據的輸入、輸出都是高位在先。 vcc reset vcc reset wp vss cs si sck so x5045 4.7k r1 p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 圖 2-6 x5045 與 at89s52 單片機連接電路圖 綜上所述，并基于電路產生復位信號的條件，只要滿足以下任意一個條件，就將 使系統(tǒng)產生復位，迫使程序從起點執(zhí)行。 （1）該芯片在其上電后自產生復位信號，這樣就實現(xiàn)單片機的上電自動復位

44、； （2）當電源 vcc低于規(guī)定值時， （如 vcc=5v，則規(guī)定值為 4.252.5v） ，將產生復 位信號。這樣就實現(xiàn)系統(tǒng)電源的掉電復位； （3）當程序在編程選擇的時間里沒有訪問 x5045 時，即沒有一個喂狗語句，則看 門狗（wdt）將起作用，rst 將產生復位信號，迫使單片機復位。 2.3 溫度信號采集模塊 2.3.1 ds18b20 的芯片簡介 ds18b20 是美國達拉斯(dallas)半導體公司推出的應用單總線技術的數(shù)字溫度傳感 器。該器件將半導體溫敏器件、a/d 轉換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。 本設計中溫度傳感器之所以選擇單總線數(shù)字器件 ds18b20，是在經過

45、多方面比較和考慮 后決定的，主要有以下幾方面的原因： （1）系統(tǒng)的特性：測溫范圍為-55+125 ，測溫精度為士 0.1；溫度轉換精 度 912 位可變，能夠直接將溫度轉換值以 16 位二進制數(shù)碼的方式串行輸出；12 位精 度轉換的最大時間為 750ms；可以通過數(shù)據線供電，具有超低功耗工作方式。 （2）系統(tǒng)成本：由于計算機技術和微電子技術的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能 越來越強大，體積越來越小，而價格也越來越低。一支 ds18b20 的體積與普通三極管 相差無幾，價格只有十元人民幣左右。 （3）系統(tǒng)復雜度：由于 ds18b20 是單總線器件，微處理器與其接口時僅需占用 1 個 i/o 端口且

46、一條總線上可以掛接幾十個 ds18b20，測溫時無需任何外部元件，因此， 與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復雜度，減少工程的施工 量。使測溫系統(tǒng)的線路結構設計和硬件開銷大為簡化。 （4）系統(tǒng)的調試和維護：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡化，給系統(tǒng)的調 試帶來方便。同時因為 ds18b20 是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強，因此， 減少了系統(tǒng)的日常維護工作。 ds18b20 采用 3 腳封裝如圖 2-7 所示： ds18b20 圖 2-7 ds18b20 引腳圖 引腳說明： 1.gnd 接地 2.dq 數(shù)字輸入/輸出 3.vdd 可選的電源 2.3.2 ds18b20

47、 的溫度測量 ds18b20 的核心功能是其數(shù)字溫度傳感器，其溫度與數(shù)字量的關系如表 2-8 所示。 溫度傳感器的測量結果被用戶定義為 9,10，11 或 12 位，其各自的準確度為 0.5、0.25、0.125、0. 0625。ds18b20 測得溫度數(shù)據在溫度寄存器中被存為帶標志位 的 16 位數(shù)，標志位 s 表示溫度是正是負，為正則 s=0，為負則 s=1, 如果 ds18b20 設 定為 12 位結果，溫度寄存器中所有位將包含有數(shù)據；對于 11 位結果，0 位未定義；10 位結果，0 位和 1 位未定義；9 位結果位 2、位 1 和位 0 未定義。表 2-9 是 ds18b20 內 部

48、存儲器，表 2-10 是 ds18b20 溫度存儲格式與配置寄存器控制字的格式。由表 2-8 可 知，檢測溫度由兩個字節(jié)組成，字節(jié) 1 的高 5 位 s 代表符號位，字節(jié) 0 的低 4 位是小 數(shù)部分，中間 7 位是整數(shù)部分。字節(jié) 4 是配置寄存器控制字的格式，當主機發(fā)出溫度 轉換命令（44h）時，啟動溫度轉換過程，轉換時間最長 750 ms。主機通過讀寄存器命 令（beh） ，將溫度值讀出。通過寫寄存器功能命令，改變分辨率的設置。 表 2-8 溫度和數(shù)字量的關系 溫 度 數(shù)字輸出（二進制） 數(shù)字輸出（十六進制） +1250c0000 0111 1101 0000b07d0h +850c000

49、0 0101 0101 0000b0550h +25.06250c0000 0001 1001 0001b0191h 表 2-9 ds18b20 內部存儲器 字 節(jié) romram 0產品代號（28h）溫度低 8 位 148 位器件序列號溫度高 8 位 248 位器件序列號 th 348 位器件序列號 tl 448 位器件序列號配置寄存器 548 位器件序列號保留 648 位器件序列號保留 7 crc 保留 8 crc 表 2-10 溫度存儲格式與配置寄存器控制字格式 bite7bite6bite5bite4bite3bite2bite1bite0 字節(jié) 0232221202-12-22-32-

50、4 字節(jié) 1sssss2-62-52-4 字節(jié) 40r1r011111 2.3.3 溫度報警信號 ds18b20 完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與 th，tl 作比較。若 tth 或 ttl， 則將該器件內的報警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。因此，多只 ds18b20 同時測量溫度并進行報警搜索，一旦某測溫點越限，主機利用報警搜索命令， 即可識別正在報警的器件，并讀出其序列號。 2.3.4 溫度傳感器的登記 每一個 ds18b20 在接入系統(tǒng)工作前，必須先進行登記注冊。在每臺分機上都有一 個登記注冊端口，ds18b20 在接入系統(tǒng)前，先接到登記注冊端口，確認后，cpu 將 d

51、s18b20 的物理位址(8 個 byte)讀出, 然后存入到 e2prom 中剛才設定的邏輯地址上， ds18b20 在 e2prom 中邏輯地址定義見表 2-11。 表 2-11 存儲器中邏輯地址定義 表中各位表示的意義如下： a15、a14 存儲操作標志(為固定值 00) a13、a12、a11 口地址 a10、a9、a8 線地址 a7、a6、a5、a4 點地址 a3、a2、a1、a0 存儲區(qū)域 2.3.5 ds18b20 的通信協(xié)議 數(shù)字式溫度傳感器和模擬傳感器最大的區(qū)別，是將溫度信號直接轉化成數(shù)字信號， 然后通過串行通信的方式輸出。因此掌握 ds18b20 的通信協(xié)議是使用該器件的關

52、鍵。 所有的 ds18b20 器件要求采用嚴格的通信協(xié)議，以保證數(shù)據的完整性。該協(xié)議定義了 幾種信號類型：復位脈沖、應答脈沖時隙；寫“0”寫“1”時隙；讀“0”讀“1” 時 隙。與 ds18b20 的通信，是通過操作時隙完成單總線上的數(shù)據傳輸。發(fā)送所有的命令 和數(shù)據時，都是字節(jié)的低位在前，高位在后。 （1）復位和應答脈沖時隙 每個通信周期起始于微控制器發(fā)出的復位脈沖，其后跟 ds18b20 發(fā)出的應答脈沖。 在寫時隙期間，主機向 ds18b20 器件寫入數(shù)據，而在讀時隙期間，主機讀入來自 18b20 的數(shù)據。在每一個時隙，總線只能傳輸一位數(shù)據。 （2）寫時隙 當主機將單總線 dq 從邏輯高（空

53、閑狀態(tài)）拉為邏輯低時，即啟動一個寫時隙。所 有的寫時隙必須在 60120us 完成，且在每個循環(huán)之間至少需要 1us 的恢復時間。寫 0 和寫 1 時隙如圖 2-8 所示。在寫 0 時隙期間，微控制器在整個時隙中將總線拉低，而 寫 1 時隙期間，微控制器將總線拉低，然后在時隙起始后 15us 之后釋放總線。 寫“0”時隙 1 ustrec 1 us 寫“1”時隙 60120 us vp e2prom th tl 配置寄存器 a15a14a13a12a11a10a9a8a7a6a5a4a3a2a1a0 00p1p2p3l1l2l3d1d2d3d4xxxx gnd ds18b20 采樣 ds18b

54、20 采樣 15 us 45 us 15 us 45 us 圖 2-8 寫“0”和寫“1”時隙 （3）讀時隙 ds18b20 器件僅在主機發(fā)出讀時隙時才向主機傳輸數(shù)據，所以在主機發(fā)出讀數(shù)據命 令后，必須馬上產生讀時隙，以便 ds18b20 能夠傳輸數(shù)據。所有讀時隙至少需要 60us，且在兩次獨立的讀時隙之間，至少需要 1us 的恢復時間。每個讀時隙都有主機 發(fā)起，至少拉低總線 1us。讀時隙如圖 2-9 所示，在主機發(fā)起讀時隙之后，ds18b20 器 件才開始在總線上發(fā)送“0”或“1” ，若 ds18b20 發(fā)送“1” ，則保持總線為高電平。若 發(fā)送“0” ，則拉低總線當發(fā)送“0”時，ds18

55、b20 在該時隙結束后，釋放總線，由上拉 電阻將總線拉回至空閑高電平狀態(tài)。ds18b20 發(fā)出的數(shù)據，在起始時限之后保持有效時 間 15us。因而主機在讀時隙期間，必須釋放總線，并且在時隙起始后的 15us 之內采樣 總線狀態(tài)。 1 ustrec 讀“0”時隙 讀“1”時隙 vp 主機采樣 1 us 主機采樣 1 us 15 us 45 us 15 us 圖 2-9 讀0和1時隙 2.3.6 ds18b20 與單片機的接口電路 ds18b20 只有三根外引線：單線數(shù)據傳輸總線端口 dq ，外供電源線 vdd ，共用地 線 gnd。ds18b20 有兩種供電方式：一種為數(shù)據線供電方式，此時 vd

56、d 接地，它是通過 內部電容在空閑時從數(shù)據線獲取能量，來完成溫度轉換，相應的完成溫度轉換的時間 較長。這種情況下，用單片機的一個 i/o 口來完成對 ds18b20 總線的上拉。另一種是 外部供電方式(vdd 接+5v)，相應的完成溫度測量的時間較短。 在本設計中采用外部供電方式實現(xiàn) ds18b20 傳感器與單片機的連接，其接口電路 如圖 2-10 所示。 ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00

57、 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 at89s52 vcc vcc 1 2 3 ds18b20 r10 圖 2-10 溫度傳感器 ds18b20 與單片機的連接 2.4 鍵盤與顯示電路 2.4.1 led 顯示電路設計 在單片機系統(tǒng)中，發(fā)光二極管(led)常常作為重要的顯示手段，它既可以顯示系統(tǒng) 的狀態(tài)，又可以顯示數(shù)字和字符。由于 led 顯示器的驅動電

58、路簡單，易于實現(xiàn)且價格 低廉，因此是工業(yè)儀表和實驗室儀器常用的一種輸出顯示設備。led 顯示器，它是將多 個發(fā)光二極管集中在一塊，構成阿拉伯數(shù)字筆畫的形狀。這些發(fā)光二極管共用一個或 兩個公共極，為數(shù)字信息的顯示提供了方便。led 顯示器的驅動方法分靜態(tài)和動態(tài)兩種。 所謂動態(tài)是指 led 顯示器上的信息是通過不斷地刷新(即周期性的驅動)維持的。動態(tài) 驅動的優(yōu)點是連線比靜態(tài)方式大為減少，它是數(shù)碼顯示器常用的一種方式。靜態(tài)驅動， 編程簡單，但占用 i/o 口較多。本設計采用 74ls164 驅動 4 位 led 顯示的動態(tài)掃描驅 動方式。 1、芯片介紹 74ls164 是 8 位串入并出移位寄存器，

59、其芯片引腳如圖 2-11 所示。 a 1 b 2 q0 3 q1 4 q2 5 q3 6 q4 10 q5 11 q6 12 q7 13 clk 8 mr 9 74ls164 圖 2-11 74ls164 引腳圖 引腳功能如下： a 與 b串行數(shù)據輸入，每個輸入可以作為另一個輸入的高電平有效輸入，在使用 時，兩個輸入端必須相連，而不同輸入端必須接高電平。 clk時鐘信號，高電平有效。 mr/清零復位端，低電平有效。 q0q7數(shù)據輸出端。 74ls164 的真值表為表 2-12 示： 表 2-12 74ls164 的真值表 輸入輸出 mr/clkabqaqbqcqdqeqfqgqh lxxxll

60、llllll hlxxqa0qb0qc0qd0qe0qf0qg0qh0 hhhhqanqbnqcnqdnqenqfnqgn hlxlqanqbnqcnqdnqenqfnqgn hxllqanqbnqcnqdnqenqfnqgn 在使用時將 a、b 并接作為數(shù)據的串行輸入端 dio，clk 作為時鐘端。串行輸入時， 先將數(shù)據在 a、b 端準備好，在 clk 端產生一上升沿，則一位數(shù)據移至最低位 q0；再將 下一位數(shù)據準備好后，在 clk 端產生下一上升沿，則下一位數(shù)據移至次低位 q1，其余 位順次從低位到高位移動。這種時序符合串行器件特性，即把 74ls164 當成一典型串 行外設，用具有串行外