基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文題 目 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 電子信息工程 專 業(yè) 通信工程 學(xué)生姓名 祝君 學(xué) 號(hào) 201010315222 年級(jí) 2010級(jí) 指導(dǎo)教師 田曉濱 職稱 高級(jí)工程師二一三 年 十二 月 二十 日成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì) 專 業(yè)：通信工程 學(xué) 號(hào)：201010315222 學(xué) 生：祝君 指導(dǎo)教師：田曉濱 三號(hào)黑體加粗摘要：在我們的日常生活和生產(chǎn)過(guò)程中，常需要檢測(cè)及控制溫度，溫度是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到的重要參數(shù)之一。溫度控制在生產(chǎn)過(guò)程起到相當(dāng)重要的作用。溫度測(cè)量是溫度控制的基礎(chǔ)，技術(shù)已經(jīng)趨向簡(jiǎn)單和成熟。在設(shè)計(jì)中選用AT89S

2、51型單片機(jī)作為主控制器件，選用DS18B20溫度傳感器作為測(cè)溫電子元件，通過(guò)LCD1602液晶顯示屏傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要分為兩部分，一是對(duì)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，包括溫度采集電路、顯示電路和報(bào)警電路；二是對(duì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)，應(yīng)用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)溫度的采集與顯示。通過(guò)DS18B20直接讀取被測(cè)溫度值，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，之后進(jìn)行輸出顯示。該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采集、聲音報(bào)警、報(bào)警上下限設(shè)置、溫度顯示、串口下載等功能。關(guān)鍵詞：溫度；AT89S51；DS18B20Design of digital thermometer based on single chip Specialty：C

3、ommunication Engineering Student Number：201010315222Student：Zhu jun Supervisor：Tian xiaobinAbstract：In our daily life and production process, we often need to measure and control temperature. Temperature is one of the most frequently encountered parameters in production process and scientific experi

4、ments . Thus, the temperature detection and control are definitely vital in the forementioned or any other similar processions. As the basis of the temperature control ,the temperature measurement technology has now become simple and mature. In this design, AT89S51 single-chip is chosen as the cente

5、r control and DS18B20 temperature sensor performs the temperature measurement with LCD1602 liquid crystal display to realize data transfer and values display.The main part of this design consists of two aspects. One of them is the design of the hardware of the system, including the temperature gathe

6、ring electric circuit, the display circuit and the alarm circuit.The other aspect is the design of the software of the system, which includes the realization of the data collection and temperature display by the use of C language. Measured temperature value can be directly read through the DS18B20 a

7、nd the data will be transferred into the single-chip. Afterwards, the single-chip will output and display the data. The design is able to achieve multi-point temperature acquisition, sound alarm, alarm limit setting, temperature display, and serial downloading,etc.Key words：Temperature；AT89S51；DS18B

8、2057 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）目 錄1 緒論11.1 課題的背景及目的11.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀22 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)的研究方法及內(nèi)容42.2 測(cè)溫電路方案42.2 顯示電路方案52.3 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案53 硬件設(shè)計(jì)63.1 硬件電路開(kāi)發(fā)工具63.2 單片機(jī)AT89S5163.2.1 AT89S51芯片簡(jiǎn)介63.2.2 AT89S51的特性及引腳功能63.2.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)93.2.4 晶振電路的設(shè)計(jì)103.2.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)103.3 溫度傳感器DS18B20123.3.1 芯片簡(jiǎn)介123.3.2 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)123.3.3 DS18B20的工

9、作時(shí)序153.3.4 DS18B20的各個(gè)ROM命令173.4 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)183.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)183.6 顯示電路設(shè)計(jì)193.6.1 LCD1602簡(jiǎn)介193.6.2 顯示電路的設(shè)計(jì)213.7 MAX232簡(jiǎn)介213.8 RS-232接口簡(jiǎn)介233.8.1 RS-232接口的電平轉(zhuǎn)換233.8.2 RS-232總線接口標(biāo)準(zhǔn)233.9串口電路的設(shè)計(jì)254 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)264.1 開(kāi)發(fā)工具264.2 軟件設(shè)計(jì)264.2.1 主程序模塊264.2.2 讀溫度子程序274.2.3 報(bào)警子程序285 Proteus仿真305.1 Proteus簡(jiǎn)介305.2 Proteus操作簡(jiǎn)介305.3

10、Proteus測(cè)溫仿真316 硬件的制作及系統(tǒng)調(diào)試336.1 硬件制作過(guò)程336.2 系統(tǒng)調(diào)試336.3 遇到的問(wèn)題及解決方法346.4 結(jié)果分析347 結(jié)論36附錄137附錄238附錄351附錄452附錄553參考文獻(xiàn)54致謝55成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）1 緒論1.1 課題的背景及目的隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)儀器和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。環(huán)境溫度一直是生物能否適宜生存的一個(gè)重要因素，而人們對(duì)環(huán)境溫度的感知也從單純的憑身體感官的感受發(fā)展到用各種溫度計(jì)來(lái)對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機(jī)來(lái)對(duì)這些被控參數(shù)進(jìn)行

11、控制已成為當(dāng)今的主流。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題能夠得到很好的解決。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。近年來(lái)，在溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，多種新的檢測(cè)原理與技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已取得了重大的進(jìn)展。新一代溫度檢測(cè)元件正在不斷出現(xiàn)和完善。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，這個(gè)設(shè)計(jì)完成的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便、測(cè)溫范圍廣、測(cè)溫精確、數(shù)字顯示、適用范圍寬等特點(diǎn)。單片機(jī)自1976年由Intel公司推出MCS-48開(kāi)始，迄今已有三十多年了。單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、可靠性

12、高、體積小、功耗低、使用方便、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)又稱單片微控器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。單片機(jī)數(shù)字溫度計(jì)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)，配置了外圍設(shè)備，構(gòu)成了一個(gè)可編程可報(bào)警的單片機(jī)多路數(shù)字溫度計(jì)，具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)等特點(diǎn),不僅能滿足所需要求而且還有很多功能可供開(kāi)發(fā)，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel公司以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核技術(shù)轉(zhuǎn)讓給許多半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家，如PHILIPS、ATMEL、ANALOG、DEVICES

13、、DALLAS等。這些廠家生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說(shuō)是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)。MCS-51系列及80C51單片機(jī)有多種品種。它們的引腳及指令系統(tǒng)相互兼容，主要在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有些區(qū)別。目前使用的MCS-51系列單片機(jī)及其兼容產(chǎn)品通常分成以下幾類：基本型、增強(qiáng)型、低功耗型、專用型、超8位型和片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型。其中ATMEL公司的標(biāo)準(zhǔn)型AT89單片機(jī)因?yàn)槠渑cMCS-51的完全兼容性、優(yōu)良的工作性能、使用的靈活性以及較高的性能價(jià)格比，成為AT89系列單片機(jī)的主流機(jī)型，在嵌入式控制系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器芯片，內(nèi)部集成

14、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件，可以把模擬溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行的數(shù)字信號(hào)提供給單片機(jī)進(jìn)行處理。DS18B20的封裝形式為3引腳TO-92的小體積封裝，可以測(cè)量的溫度范圍為55125，它的測(cè)溫分辨率可以達(dá)到0.0625，A/D轉(zhuǎn)換精度為可編程的912位精度，被測(cè)溫度用16位補(bǔ)碼方式串行輸出。DS18B20支持35.5V的電壓范圍，其工作電源既可由寄生電源方式產(chǎn)生，也可在遠(yuǎn)端引入。多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到三根或兩根線上，諸多DS18B20與單片機(jī)通信只需一根端口線就能夠進(jìn)行通信，較少占用微處理器的端口，可廣泛運(yùn)用于民用、工業(yè)、軍事等諸多領(lǐng)域的溫度測(cè)量及大型設(shè)備、測(cè)控系統(tǒng)、控制儀器當(dāng)中?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總

15、線”的數(shù)字方式傳輸，利用DSl8B20作為測(cè)溫傳感器通過(guò)LCD1602并行傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。使用十分靈活和方便。課題的設(shè)計(jì)目的：（1）鞏固、加深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面，提高綜合及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力。（2）學(xué)習(xí)DS18B20數(shù)字溫度傳感器的測(cè)溫原理，提高運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行獨(dú)立思考和綜合分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（3）通過(guò)對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較，熟悉單片機(jī)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、研制的過(guò)程、軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟。（4）學(xué)會(huì)用Autium designer進(jìn)行電路原理圖和PCB圖的繪制。（5）學(xué)習(xí)用Proteus仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真

16、。1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀溫度計(jì)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度計(jì)來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有著較大的差距。溫度計(jì)測(cè)溫技術(shù)的關(guān)鍵在于溫度傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，同時(shí)具有抑制串模干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)四個(gè)現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)在科技和生產(chǎn)各領(lǐng)域都取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，發(fā)展以溫度傳感器為載體的溫度測(cè)量技術(shù)具有重大意義。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，它被廣泛用于工農(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。溫度

17、傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；模擬集成溫度傳感器/控制器；數(shù)字溫度傳感器。 溫度傳感器使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首，其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段： （1） 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）熱電偶傳感器,主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。 （2） 模擬集成溫度傳感器/控制器：集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。 （3） 智能溫度傳感器：智能溫度傳感器是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度傳感器、A/D傳感器、信號(hào)處理器、

18、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路1。從國(guó)內(nèi)外來(lái)看，工業(yè)生產(chǎn)控制中用數(shù)字溫度計(jì)可清晰顯示溫度來(lái)防止元器件失效或損壞等不必要的非人為損失，對(duì)做好車間機(jī)器維修與保養(yǎng)起到很重要的作用。溫度是一般工業(yè)領(lǐng)域最容易碰到的檢測(cè)參數(shù)，如環(huán)境溫度的檢測(cè)、工業(yè)工藝溫度參數(shù)的檢測(cè)、設(shè)備的溫度保護(hù)檢測(cè)等，而市場(chǎng)上通用的、專用的各類溫控儀器產(chǎn)品也相當(dāng)豐富。國(guó)內(nèi)外的溫度檢測(cè)儀器的發(fā)展水平主要體現(xiàn)在儀器的測(cè)量的溫度范圍、測(cè)量的精度、智能化水平以及儀器的功耗等技術(shù)指標(biāo)上，目前在國(guó)內(nèi)的溫度測(cè)量中，測(cè)量精度很少能夠高于0.1。近年來(lái)，溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著多功能

19、、高精度、高可靠性及安全性、總線標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳感器和虛擬傳感器、研制單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。新型溫度計(jì)的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化，他不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可促進(jìn)建立新型工業(yè)，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的方式。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)的研究方法及內(nèi)容 課題的研究方法是利用單片機(jī)和數(shù)字溫度傳感器DS18B20設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)。單片機(jī)作為主控制器，數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測(cè)溫元件，傳感器DS18B20可以將被測(cè)量溫度值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而用LCD1602來(lái)顯示轉(zhuǎn)換后的溫度值。課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）溫度測(cè)試基本范圍030。（2）測(cè)量精度為0.

20、5。（3）顯示電路采用LCD1602液晶顯示器，能準(zhǔn)確顯示溫度。（4）可以設(shè)定溫度的上下限并實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。（5）利用多個(gè)溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。2.2 測(cè)溫電路方案方案一：熱敏電阻的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化，變送器將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成與溫度成正比的電壓信號(hào)。使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，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(lái)。這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路。此方案數(shù)據(jù)處理比較麻煩，且容易產(chǎn)生信號(hào)失真。方案二：使用溫度傳感器，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?？梢圆?/p>

21、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。而且此方案的電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較容易實(shí)現(xiàn)。方案一的優(yōu)點(diǎn)就是它能檢測(cè)的溫度范圍很大，熱敏電阻的性能決定了整個(gè)設(shè)計(jì)所能檢測(cè)的溫度范圍。但從以上兩種方案容易看出方案二電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，方案二可以只用一根線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的雙向傳輸，具有接口簡(jiǎn)單容易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，DS18B20可以直接將溫度轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)，供單片機(jī)進(jìn)行處理，且多個(gè)溫度傳感器DS18B20可以直接掛在一根主線上。DS18B20具有低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，故在設(shè)計(jì)中采用方案二。2.2 顯示電路方案方案一

22、：采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。使用七段LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示的方法來(lái)顯示各項(xiàng)指標(biāo)，此方法雖然價(jià)格成本低，但是顯示單一，且功耗較大。方案二：采用LCD1602顯示。此方案顯示內(nèi)容相對(duì)豐富，且LCD1602具有顯示質(zhì)量高、數(shù)字化接口、體積小、重量輕、功耗低且價(jià)格不高等特點(diǎn)。綜合上述原因，采用方案二，使用LCD1602液晶作為顯示電路。2.3 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)作為主機(jī)。單片機(jī)具有體積很小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便且編程自由度大的特點(diǎn)，可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，還可以完成單獨(dú)對(duì)多個(gè)DS18B20的控制工作。另外AT89S51單片機(jī)在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，

23、編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。設(shè)計(jì)需完成的單總線多路數(shù)字溫度計(jì)采用具有基板專利技術(shù)的DS1820溫度傳感器來(lái)測(cè)量溫度 ,DS18B20中集成了溫度傳感器及各種數(shù)字轉(zhuǎn)換電路, 測(cè)量值(9位二進(jìn)制編碼)由總線串行輸出?？梢詼y(cè)量的溫度范圍為-55+125,還可以讀內(nèi)部計(jì)數(shù)器 ,獲得較高的分辨率。同時(shí)還可以進(jìn)行上、下限溫度的設(shè)定和報(bào)警等。這個(gè)課題主要研究如何利用DS18B20智能溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度，并將其與LCD1602和報(bào)警電路聯(lián)合使用，制成一個(gè)能實(shí)時(shí)顯示溫度以及報(bào)警的數(shù)字溫度計(jì)。設(shè)計(jì)利用DS18B20智能溫度傳感器和單片最小系統(tǒng)完成一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)主要由

24、單片機(jī)、溫度傳感器DS18B20、LCD1602組成。系統(tǒng)的硬件電路主要由復(fù)位電路、測(cè)溫電路、顯示電路、晶振電路和報(bào)警電路組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖3 硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件電路開(kāi)發(fā)工具 Altium Designer是原Protel軟件開(kāi)發(fā)商Altium公司推出的一體化的針對(duì)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。這套軟件主要在Windows XP操作系統(tǒng)中運(yùn)行。這個(gè)開(kāi)發(fā)軟件完美的融合了原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)，能夠給設(shè)計(jì)電路的人提供不一樣的設(shè)計(jì)方案，輔助設(shè)計(jì)者輕松完成設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量

25、和效率大大提高。Altium Designer除了全面繼承包括Protel DXP、Protel 99SE在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端的功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA與PCB設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。 由于Altium Designer 在繼承先前Protel軟件功能的基礎(chǔ)上，綜合了FPGA設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能，所以Altium Designer對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些。Altium Designer具有原理圖設(shè)計(jì)、印刷電路板設(shè)計(jì)、FP

26、GA開(kāi)發(fā)、嵌入式開(kāi)發(fā)等功能。3.2 單片機(jī)AT89S513.2.1 AT89S51芯片簡(jiǎn)介AT89S51是一種8位的CMOS單片機(jī)，它具有高性能、低功耗等特點(diǎn)。單片機(jī)里面含4k Bytes ISP的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，這個(gè)存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦寫(xiě)1000次。單片機(jī)的內(nèi)部總的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量為256個(gè)單元，其中每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址，256個(gè)單元共有256個(gè)地址，用2位十六進(jìn)制數(shù)表示，即存儲(chǔ)器的地址（00HFFH）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，能夠與80C51引腳結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)兼容，芯片里面集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大的微

27、型計(jì)算機(jī)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。3.2.2 AT89S51的特性及引腳功能單片機(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)端口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)僅用兩節(jié)電池供電即可工作。AT89S51單片機(jī)的引腳圖如圖3-1所示。 圖3-1 單片機(jī)引腳圖單片機(jī)引腳功能介紹：（1）VCC：接+5V電源正端。（2）VSS：接+5V電源地端。（3）XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。（4）XTAL2：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，在設(shè)計(jì)中只要在XTAL1和XTAL2這兩個(gè)引腳與地之間接上兩個(gè)30PF的

28、小型電容器和一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以開(kāi)始運(yùn)作。（5）RST：RST即為RESET，該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器處于工作狀態(tài)的時(shí)候，在該引腳上會(huì)出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，這樣就可以完成單片機(jī)的復(fù)位。上電的時(shí)候，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，要想保證復(fù)位，高電平在這個(gè)引腳上必須持續(xù)10ms以上才能完成。（6）EA/Vpp：EA為片外程序存儲(chǔ)器選用端。當(dāng)這個(gè)引腳為低電平時(shí)，就選用片外程序存儲(chǔ)器；高電平或懸空時(shí)選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器2。（7）ALE/PROG：地址鎖存信號(hào)輸出端。ALE在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器期間，下降沿的功能為控制鎖存P0輸出的低8

29、位地址。在不訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器的時(shí)候，可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖或用于定時(shí)目的。但要注意，在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，ALE脈沖會(huì)跳空一個(gè)，此時(shí)作為時(shí)鐘輸出就不妥了。（8）PSEN：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。在外部存儲(chǔ)器讀取常數(shù)或指令的時(shí)候，每一個(gè)機(jī)器周期，該信號(hào)有效兩次，通過(guò)數(shù)據(jù)總線P0口讀回常數(shù)或指令。在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PSEN信號(hào)不出現(xiàn)2。（9）PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個(gè)8位寬的開(kāi)路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路

30、，P0在當(dāng)作I/O口用時(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)者必須外加鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。（10）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，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)作一般I/O端口使用外，若是在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

31、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(lái)使用了。（11）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，同樣的，若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)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。（12）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負(fù)載，同時(shí)還具有其他的額外特殊功能，包括外部中斷控制、串行通信、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

32、取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ湟_分配如下：P3.0：RXD，串行口輸入端。P3.1：TXD，串行口輸出端。P3.2：INT0，外部中斷0請(qǐng)求輸入端。P3.3：INT1，外部中斷1請(qǐng)求輸入端。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(xiě)入信號(hào)。 P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。3.2.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的復(fù)位就是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化操作，使單片機(jī)內(nèi)部各寄存器處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，以便進(jìn)行下一步操作。當(dāng)振蕩運(yùn)行時(shí)，在此引腳上將出現(xiàn)2個(gè)以上的機(jī)器周期的高電平使單片機(jī)復(fù)位，單片機(jī)復(fù)位后，從程序存儲(chǔ)器的0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序，并將一

33、些專用寄存器初始化為復(fù)位狀態(tài)值3。單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如圖3-2所示。該復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位與上電復(fù)位相結(jié)合的方式。當(dāng)按下按鍵S1時(shí)，VCC給復(fù)位輸入端口一個(gè)高電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，即手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位就是VCC對(duì)電容C4充電和放電的過(guò)程，所以復(fù)位端口會(huì)得到一個(gè)周期性變化的電壓值，并且有一段時(shí)間的電壓值高于CPU復(fù)位電壓，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位功能。圖3-2 復(fù)位電路3.2.4 晶振電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必備的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件（如存儲(chǔ)器、寄存器、觸發(fā)器等）構(gòu)成，這些數(shù)字器件在工作的時(shí)候必須按照時(shí)間順序完成，這種時(shí)間順序就叫做時(shí)序。時(shí)鐘電路就是提供單片機(jī)內(nèi)部各種操

34、作的時(shí)間基準(zhǔn)電路，沒(méi)有時(shí)鐘電路單片機(jī)就無(wú)法工作。單片機(jī)晶振電路的設(shè)計(jì)如圖3-3所示。XTAL1（X1）為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（X2）是來(lái)自反向振蕩的輸出。按照理論上AT89S51使用的是12MHz的晶振。 3.2.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所謂最小系統(tǒng)，是指一個(gè)真正可用的單片機(jī)的最小配置系統(tǒng)。對(duì)于單片機(jī)內(nèi)部資源已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)需要的，可直接采用最小系統(tǒng)。由于MCS51系列單片機(jī)片內(nèi)不能集成時(shí)鐘電路所需的晶體振蕩器，也沒(méi)有復(fù)位電路，因此在構(gòu)成最小系統(tǒng)時(shí)必須外接這些部件，8051/8071片內(nèi)有4K的ROM/ERPROM，因此只需要外接晶體振蕩器和復(fù)位電路就可以構(gòu)

35、成最小系統(tǒng)，綜合上述晶振電路和復(fù)位電路以及AT89S51單片機(jī)構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-4所示：圖3-3 晶振電路圖3-4 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3 溫度傳感器DS18B20 3.3.1 芯片簡(jiǎn)介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器芯片，DS18B20的封裝形式為3引腳TO-92的小體積封裝，可以測(cè)量的溫度范圍為55125。它的測(cè)溫分辨率可以達(dá)到0.0625，A/D轉(zhuǎn)換精度為可編程的912位精度，被測(cè)溫度用16位補(bǔ)碼方式串行輸出。DS18B20支持35.5V的工作電壓范圍，其工作電源既可由寄生電源方式產(chǎn)生，也可在遠(yuǎn)端引入。多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到三根或兩根線上，諸多DS

36、18B20與單片機(jī)通信只需一根端口線就能夠進(jìn)行，較少占用微處理器的端口，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍用等領(lǐng)域的溫度測(cè)量及控制儀器、測(cè)控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。溫度傳感器DS18B20的主要特性如下：（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0 V5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）負(fù)壓特性：當(dāng)電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作4 。（3）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信4。（4）測(cè)溫范圍：55125，在-10+85時(shí)精度為±0.5。（5）編程可實(shí)現(xiàn)分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.

37、5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。（6）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（7）能夠完成多個(gè)器件組網(wǎng)的功能，在一條總線上可以連接多個(gè)DS18B20。（8）在使用中不需要任何外圍元件。（9）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限。3.3.2 DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20外形及管腳排列如圖3-6和表3-1所示。圖3-5 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3-6 D

38、S18B20的管腳排列表3-1 DS18B20 引腳定義序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開(kāi)漏單總線接口引腳。當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。 （1）64位ROM 光刻ROM中存放的是64位序列號(hào)，出廠前已被刻好，這個(gè)序列號(hào)可以看作是這個(gè)DS18B20的地址序列碼，不同的器件地址序列號(hào)不同。64位序列號(hào)的排列是：開(kāi)始8位（28H）為產(chǎn)品的類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20的自身序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。光刻ROM的作用是為了使每一個(gè)DS18B20都各不一樣，因此，就能夠

39、將若干個(gè)DS18B20掛在一根總線之上。溫度傳感器在DS18B20中的作用主要是測(cè)量溫度，測(cè)量后的溫度值用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)輸出，表達(dá)的形式為0.0625/LSB，其中S是符號(hào)位。DS18B20的溫度值是經(jīng)過(guò)12位轉(zhuǎn)化后形成的，存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8比特的RAM中。符號(hào)位為二進(jìn)制中的前面5位，當(dāng)被測(cè)溫度大于0的時(shí)候，這5位為0，實(shí)際的溫度值就是將測(cè)得的數(shù)值與0.0625相乘得到的數(shù)據(jù)。若溫度小于0，這5位就為1，實(shí)際溫度就是將測(cè)到的數(shù)值取反加1再與0.0625相乘后得到的數(shù)據(jù)。例如輸出為0191H時(shí)，溫度就為25.0625。（2）高速暫存器高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成：第0和

40、第1個(gè)字節(jié)存放被轉(zhuǎn)換所得到的溫度值；第2和第3字節(jié)分別為高溫度觸發(fā)器TH和低溫度觸發(fā)器TL；第4個(gè)字節(jié)為配置寄存器；第5、6、7個(gè)字節(jié)保留；第8個(gè)字節(jié)為CRC校驗(yàn)寄存器。高速暫存器RAM結(jié)構(gòu)圖如下表3-2所示。表3-2 DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位 （LS Byte）0溫度值高位 （MS Byte）1高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗(yàn)值8（3）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)換分辨率，該字節(jié)每一位的意義如表3-3所示。表3-3 配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111低五位一直為高電平，TM為測(cè)試模式位，它的主

41、要功能是設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在出廠的時(shí)候這位就已經(jīng)被設(shè)置為0，運(yùn)用時(shí)不要去改動(dòng)它。當(dāng)設(shè)置分辨率時(shí)可以用R0和R1來(lái)實(shí)現(xiàn)，DS18B20的溫度分辨率設(shè)置表如表3-4所示（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。表3-4 溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750（4）高低溫報(bào)警觸發(fā)器TH和TLDS18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器由一個(gè)非易失性的可電擦除的EPROM和一個(gè)高速暫存RAM組成, 結(jié)構(gòu)寄存器和低溫度觸發(fā)器TL和高溫度觸發(fā)器TH都存放在EPROM中。3.3.3 DS18B20的工作時(shí)序DS18B20必

42、須采用軟件的方法來(lái)模擬單總線的協(xié)議程序，來(lái)完成對(duì)溫度傳感器DS18B20芯片的訪問(wèn)。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，因此對(duì)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來(lái)保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序:初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫(xiě)命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是地位在先。（1）DS18B20的初始化時(shí)序如圖3-7所示。圖3-7 DS18B20的初始化時(shí)序圖（2）DS18

43、B20的讀時(shí)序DS18B20的讀時(shí)序如圖3-8所示。圖3-8 DS18B20的讀時(shí)序圖對(duì)于溫度傳感器的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。對(duì)于溫度傳感器的讀時(shí)序是當(dāng)單總線被主機(jī)拉低以后，在15us之內(nèi)就要釋放單總線，以讓DS18B20傳輸數(shù)據(jù)到單總線上。當(dāng)讀時(shí)序過(guò)程完成，至少需要60us的時(shí)間5。（3）DS18B20的寫(xiě)時(shí)序DS18B20的寫(xiě)時(shí)序如圖3-9所示。圖3-9 DS18B20的寫(xiě)時(shí)序圖對(duì)于溫度傳感器DS18B20的寫(xiě)時(shí)序依然可以分為寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序這兩個(gè)過(guò)程。對(duì)于DS18B20寫(xiě)0時(shí)序和寫(xiě)1時(shí)序具有不同的要求，當(dāng)DS18B20要寫(xiě)0時(shí)序的時(shí)候，至少要把單總線拉低60us才行，保證

44、I/O總線上的“0”電平能夠被DS18B20在15us到45us之間正確地采樣出來(lái)；當(dāng)要寫(xiě)1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得到釋放單總線5。 3.3.4 DS18B20的各個(gè)ROM命令（1）Read ROM 33H讀ROM指令，只有在總線上存在單只DS18B20時(shí)才使用，用于讀取單只DS18B20的地址序列號(hào)。 （2）Match ROM 55H匹配ROM命令，后跟64位ROM序列，讓總線控制器在多點(diǎn)總線上定位一只特定的DS18B20。為下一步對(duì)該DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)做準(zhǔn)備。（3）Skip ROM 0CCH 忽略ROM指令，這個(gè)命令允許總線控制器不用提供64位ROM編碼就使用功能指

45、令。例如，可先發(fā)出一條忽略ROM指令，然后發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令。在單點(diǎn)系統(tǒng)中，執(zhí)行該指令后只能跟著發(fā)出讀取暫存器指令，否則會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突6。（4）Search ROM 0F0H搜索ROM指令，用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址，為操作各器件做好準(zhǔn)備。（5）Alarm Search 0ECH報(bào)警搜索指令，只有符合報(bào)警條件的從機(jī)才會(huì)對(duì)此命令做出響應(yīng)。（6）Write Scratchpad4EH寫(xiě)暫存器指令，用于向DS18B20的暫存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，順序依次是TH、TL及配置寄存器，數(shù)據(jù)以最低有效位開(kāi)始傳送。（7）Read Scratchpad0BEH 讀暫存器指令，這個(gè)命令

46、用于讀取DS18B20暫存器的內(nèi)容，讀取將從第1個(gè)字節(jié)一直到第9個(gè)字節(jié)，控制器可以在任何時(shí)間發(fā)出復(fù)位命令來(lái)終止。（8）Copy Scratchpad48H復(fù)制暫存器指令，這個(gè)命令用于把TH、TL和配置寄存器的內(nèi)容復(fù)制到EPROM中。（9）Convert T44H 溫度轉(zhuǎn)換指令，這個(gè)命令用于啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms(9位為93.75ms),轉(zhuǎn)換后的結(jié)果以兩字節(jié)的形式被存儲(chǔ)在高速寄存器中。（10）Recall E20B8H重調(diào)EPROM指令，這條命令用于把TH、TL和配置寄存器的內(nèi)容從EPROM復(fù)制回暫存器，這種重調(diào)操作在DS18B20上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。（11）R

47、ead Power Supply0B4H讀供電模式指令，若把這條命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀時(shí)間隙，器件會(huì)返回它的電源模式：0為寄生電源，1為外部電源。若為寄生電源模式，DS18B20將拉低總線；若為外部電源模式，則DS18B20將拉高總線。3.4 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測(cè)溫由DS18B20及10K的上拉電阻組成。測(cè)溫電路如圖3-10所示。圖3-10 測(cè)溫電路3.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用軟件處理報(bào)警，利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出。蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛運(yùn)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報(bào)警、音樂(lè)等許多運(yùn)用場(chǎng)合。利用三極管8550驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。當(dāng)所測(cè)溫度超過(guò)或低于

48、設(shè)定的溫度值時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警輸出。報(bào)警電路如圖3-11所示三極管Q1來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BUZ1。圖3-11 報(bào)警電路3.6 顯示電路設(shè)計(jì)3.6.1 LCD1602簡(jiǎn)介液晶是一種既具有液體的流動(dòng)性又具有光學(xué)特性的有機(jī)化合物，它的透明程度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場(chǎng)的影響，利用這個(gè)特點(diǎn)即可做成字符型液晶。LCD1602字符型液晶顯示器是由若干個(gè)5×7或者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，是顯示字母、符號(hào)和數(shù)字等的點(diǎn)陣型液晶模塊。液晶顯示器的每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符、數(shù)字或者符號(hào)，可以顯示16×2個(gè)字符，相鄰之間都用一個(gè)點(diǎn)距的間隔隔開(kāi)，每行之間也用一個(gè)點(diǎn)距的間隔分開(kāi)，起

49、到了保持行間距和字符間距的作用。LCD1602字符型液晶顯示器具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。LCD1602的管腳分布如圖3-12所示。各引腳接口說(shuō)明如表3-5所示。圖3-12 LCD1602的管腳分布表3-5 LCD1602引腳接口說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3V0液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫(xiě)選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為電源地。第2腳：接+5V電源。第

50、3腳：V0是液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)整端，當(dāng)接的電源為正時(shí)對(duì)比度最弱，當(dāng)接地的時(shí)候，它的對(duì)比度最高。第4腳：RS為數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀/寫(xiě)選擇端，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，當(dāng)為低電平的時(shí)候進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)，可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平、R/W為高電平時(shí)，可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平、R/W為低電平時(shí)，可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 第6腳：E（或EN）端為使能端，當(dāng)E端為高電平1時(shí)讀取信息。當(dāng)E端的電平從高電平跳變到低電平的時(shí)候，液晶模塊就會(huì)執(zhí)行指令。第714腳：8位的雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)

51、極。3.6.2 顯示電路的設(shè)計(jì)液晶顯示器是一種將液晶顯示器件、連接器件、集成電路、PCB線路板、背光源結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的器件。LCD1602顯示分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。這里采用靜態(tài)顯示，系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)的串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示。利用上拉電阻與單片機(jī)相連來(lái)驅(qū)動(dòng)LCD1602工作，如圖 3-13為顯示電路的設(shè)計(jì)。圖3-13 顯示電路3.7 MAX232簡(jiǎn)介MAX232芯片是一種專門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的一種單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,MAX232由美信公司生產(chǎn)，+5V單電源供電就能使其工作。MAX232的引腳圖如圖3-14所示：圖3-14 MAX232引腳圖引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由4只

52、電容和1、2、3、4、5、6腳構(gòu)成。它功能為產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，為串口提供需要的電平7。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 其中第一數(shù)據(jù)通道由13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）構(gòu)成。 第二數(shù)據(jù)通道由8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）構(gòu)成。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入后轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭。DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN兩個(gè)端口輸入后，被轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從

53、R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電，由15腳GND和16腳VCC（+5v）組成。 MAX232的主要特點(diǎn)：（1）內(nèi)部集成兩個(gè)RS-232C接收器。（2）功耗低，供電時(shí)電流為5mA。 （3）電荷泵電路具有電壓極性反轉(zhuǎn)，升壓的功能，能夠產(chǎn)生RS-232所需要的電壓+12V，-12V。（4）只需要單一+5V電源供電。 （5）高度集成，片外最低只需4個(gè)電容即可工作。（6）符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 3.8 RS-232接口簡(jiǎn)介RS-232C是使用最早、應(yīng)用最多的一種異步串行通信總線標(biāo)準(zhǔn),采用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口后，能很方便地把各種計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、單片機(jī)等有機(jī)地連接起來(lái)，進(jìn)行串行通信。 它是

54、美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(Electronic Industry Association)于1962年公布、1969年最后修訂而成的。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě), 232是該標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí), C表示最后一次修訂。RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了21個(gè)信號(hào)和25個(gè)引腳，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需3條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)通信，包括一條發(fā)送線、一條接收線和一條地線。RS-232C主要用于定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)和數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)之間接口的電氣特性。CRT、打印機(jī)與CPU完成通信大多采用RS-232C總線8。3.8.1 RS-232接口的電平轉(zhuǎn)換RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是在TTL電路之前研制的, 它的電平不是+5 V和地, 而是采用負(fù)邏輯, 其邏輯電平為: 邏輯“0”:+3 V+15 V。邏輯“1”:-3 V-15 V。因此, RS-232C不能和計(jì)算機(jī)的TTL電平直接相連, 使用時(shí)必須加上適當(dāng)?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換電路芯片, 否則將使TTL電路燒壞。常用的電平轉(zhuǎn)換接口芯片是傳輸驅(qū)動(dòng)器MC1488和傳輸接收器MC1489, 它們是用于計(jì)算機(jī)(終端)與RS-232C總線間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的接口芯片。另一種常用的電平轉(zhuǎn)換芯片是MAX232, 該芯片有兩個(gè)傳輸驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)傳輸接收器。3.8.2 RS-232總線接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸率