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1、学号：08446333常州大学毕业设计（论文）（2022届）题目基于MCS-51单片机数据采集控制系统学生李闪学院信息科学与工程学院专业班级电子（怀）081校内指导教师徐权专业技术职务讲师校外指导老师薛泽宇专业技术职务电子工程师二。一二年四月基于MCS-51单片机数据采集控制系统摘要：随着电子技术的飞速发展，数据采集系统的应用越来越广泛，在工农业生产中，经常要对一些温度、湿度、电压、电流等参数进行采集，再利用采集的数据进行分析，以实现更好的控制。因此，数据采集系统的研究很重要。本文介绍了一种基于单片机的温度数据采集系统，利用单片机和多路温度传感器进行分散式数据采集，并将采集到的温度通过液晶显示
2、器显示，同时可以利用按键设置异常温度值，当测量的温度超出这个异常值时，系统可以启动蜂鸣器报警提示。本文提出的设计方法电路简单易懂、成本低廉、测量结果准确、稳定性高。关键词X单片机、数据采集、DS18B20液晶显示器。BasedontheMCS-51single-chipmicrocomputerdataacquisitioncontrolsystemAbstract:Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,theapplicationofdataacquisitionsystemismoreandmorewidely,intheindustr
3、ialandagriculturalproduction,thetemperature,humidity,voltage,current,parametersarecollected,andanalyzetheaccumulateddata,inordertoachievebettercontrol.So,datacollectionsystemstudyisveryimportant.Thispaperintroducesakindofbasedonsinglechipmicrocomputertemperaturedataacquisitionsystem,usingsingle-chip
4、microcomputerandtemperaturesensorfordistributedmulti-channeldatacollection,andthecollectedtemperatureareshownthroughliquidcrystal,alsocanusethebuttonstosetthevalueoftheabnormaltemperature,whenmeasuringtemperaturebeyondthisunusualvaluecanstartabuzzeralarmprompt.Thispaperputsforwardthedesignmethodofth
5、ecircuitissimpletounderstand,lowcost,measurementresultsareaccurate,highstability.Keywords:Single-chipmicrocomputer;DS18B20;Temperaturesensor;LCDmonitor摘要I目次IlI术语表（如有）IV1引言（或绪论）11.1题名11. 1.1题名12题名32. 1题名52.1.1题名105结论35参考文献38致谢40附录A41附录B421引言1.1 选题目的及意义随着电子技术和计算机技术的飞速发展，数据采集系统在很多领域都有广泛的应用，包括工农业生产过程中的控
6、制系统、医药、化工、食品加工等的生产过程中，往往需要检测生产环节中的温度、湿度、压力、流量等各种参数，同时将参数提取出来经过数据转换后输入至计算机，对数据进行比较、分析，以便做出正确的决策，调整方案，提高生产效率。单片机是把组成微计算机的个功能部件如中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器Re）M、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。单片机的单芯片的微小体积和极低的成本，使其可以广泛的嵌入到玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端以及通信产品中，成为现
7、代电子系统中最重要的智能化配件。单片机的应用是现代计算机、电子技术的新兴领域，无论是单片机本身还是单片机应用系统设计方法都会随时代不断发生变化，各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，而且单片机可以通过串口与PC机相连实现通信，这样可以将采集到的数据上传至计算机中，实现数据的各种分析等功能，还能实现数据的远程传输于监控。因此，利用单片机来设计多路数据采集意义重大。1.2 技术发展概况数据采集，又称为数据获取，是指从传感器和其他待测设备等模拟和数字被侧单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于极端及的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集的目的是为了测量
8、电压、电流、温度、压力或声音等物理现象，可以是物理量，也可以是数字量，采集一般是采样方式，即隔一定时间对同一点数据重复采集网。采集的数据大多是瞬时值，也可以是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据测量方法有接触式、非接触式，检测元件多种多样，不论哪种方法或者元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的这个正确性1旬。数据采集含义很广，在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或者图像的数字化过程也可以称为数据采集，此时被采集的是几何量数据。基于PC的数据采集，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合，进行测量。尽管数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，但各个
9、系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。数据采集系统整合了信号、传感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件。在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先，分布式控制应用场合中的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次，总线兼容型数据采集插件的数量不断增大，与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国内外各种数据采集机先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。数据采集系统的机构多种多样，常见的分类有以下几种：按照功能分为数据收集和数据分配；按照数据采集系统适应环境分为隔离型和非隔离型，集中式和分布式，高速、中速
10、和低速型；按照控制的功能分为智能化数据采集系统、非智能化采集系统；按照模拟信号的性质分为电压信号、电流信号，高电平信号、低电平信号、单端输入、差动输入，单极性、双极性；按照信号通道的结构方式分为单通道方式和多通道方式。数据采集系统的发展趋势：微电子技术的一系列成就和微型计算机的广泛应用，不仅为数据采集系统的应用开拓了广阔前景，也对数据采集技术方面产生了非常大的影响网。数据采集系统的发展趋势主要体现在以下几个方面：1、新型快速、高分辨率的数据转换器件不断出现，在很大程度上提高了数据采集系统的性能；2、高性能的单片机的问世和各种数字信号处理器的涌现，推动了数据采集系统的广泛应用；3、智能化传感器的
11、发展对今后数据采集系统的发展也会产生很大的影响；4、与微型机配套的数据采集器件大量问世，大大方便了数据采集系统在各个领域的应用，并有利于促进数据采集系统技术的进一步发展；5、分布式数据采集是数据采集系统发展的一个重要趋势。2方案设计2.1 方案比较与选择2.1.1 温度传感器选择目前测量温度主要是通过以下几种方式：热电偶、热电阻、热敏电阻和数字式温度传感器，下面对这几种方式作以分析比较。方案一：热电偶式温度传感器。热电偶式温度传感器测量特点是测量精度高，结构简单，测量范围广，价格便宜，但热电转换灵敏性差，对放大电路要求高。方案二：热电阻温度传感器。它的优点是线性度好，测量准确，有较大的测量范围
12、，但灵敏度低，价格较高。方案三：热敏电阻。热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的，半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。热敏电阻的缺点是互换性较差，另外其热电特性是非线性的。方案四：数字式温度传感器DS18B20。DS18B20是美国DalIaS半导体公司的产品，它采用I-Wire总线技术，将地址线、数据线、控制线合为1根信号线，允许在这根信号线上挂接多个I-Wire总线器件。I-Wire总线技术具有节省I/O资源、结果简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等特点。DSl8B20采用特有的温度测量技术，可提供912位（二进制）数据来指示传感器温度，
13、数据信息与DS18B20之间只需一根数据线（和地线）连接即可。综上所述，选用DS18B20作为温度传感器为最佳方案。2.1.2 单片机选择方案一：Intel公司推出的MCS-48系列单片机，被称为第一代单片机。由于8048硬件结构相对简单，寻址能力也较弱，仅适用于一些简单实时控制场合。方案二：MCS-51系列单片机称为第二代单片机，与8048相比，51系列单片的硬件结构和指令系统均有很大改进，51系列在片内存储器容量、I/O口的功能以及指令系统功能等方面，都大大地得到加强，如支持更大的存储空间，很强的外部扩展功能，速度提高了2-5倍，可完成布尔运算等。51系列特别适用于实时控制、只能仪表等领域
14、，是控制应用领域中最理想的8位机。方案三：近年来，又出现了十六位单片机，即MCS-96系列,8096、8098是先进的十六位“片上计算机”，芯片内含有2（X）0个以上晶体管，速度快，集成度高，适合于I/O密集场合的实时控制，但是设计过程较复杂，价格较高。根据上述比较可看出，MCS-51单片机在I/O功能、种类、数量级系统扩展和CPU处理上都有较高性能，可谓是性价比最佳的8位单片机。因而本系统采用AT89C52单片机作为控制器。2.2 设计方案本设计用AT89C52单片机作为主控制器件，测温传感器则采用新型单线数字温度传感器DS18B20,实现温度的测量与显示，由于DS18B20的输出即为数字信
15、号，所以可以直接接单片机引脚进行数据通信。显示单元采用液晶显示器进行显示。使用人员可以根据实际需要通过按键设定温度值范围，当测量温度超出所设定的温度范围值时，启动蜂鸣器报警。本设计共采集了2个点的温度。系统设计框图如图2-1所示。图2-1系统设计框图3系统硬件设计3.1Protel简介本设计硬件电路是在ProteI电子设计软件环境下进行设计的，系统整体电路原理图见附录。Protel电子线路设计软件是在TANGO基础上改进的电路CAD软件，它在原理图文件格式、印制板文件格式、原理图器件库文件格式、印制板封装库文件格式、原理图编译和网络表转换与检查等方面保持了与TANGo版本一致或兼容的前提下,对
16、原TANGo版本做了一些改动。Protel电子线路设计软件由原理图编辑、印制板设计、原理图输出、印制板输出、原理图器件库编辑和其他应用程序组成。电路原理图的设计是印制电路板设计中的第一步，也是非常重要的一步。电路原理图设计得好坏将直接影响到后面的工作。首先，原理图的正确性是最基本的要求，因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的；其次，原理图应该布局合理，这样不仅可以尽量避免出错，也便于读图、便于查找和纠正错误；最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤：1、设置电路图纸参数及相关信息根据电路图的复杂程度设置图纸的格式、尺寸、方向等参数以
17、及与设计有关的信息，为以后的设计工作建立一个合适的工作平面。2、装入所需要的元件库将所需的元件库装入设计系统中，以便从中查找和选定所需的元器件。3、设置元件将选定的元件放置到己建立好的工作平面上，并对元件在工作平面上的位置进行调整，对元件的序号、封装形式、显示状态等进行定义和设置，以便为下一步的布线工作打好基础。4、电路图布线利用ProteI所提供的各种工具、命令进行画图工作，将事先放置好的元器件用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，布线结束后，一张完整的电路原理图基本完成。5、调整、检查和修改利用Protel所提供的各种工具对前面所绘制的原理图做进一步的调整和修改。6、补充完善对原理图做
18、一些相应的说明、标注和修饰，增加可读性和可观性。7、保存和打印输出这部分工作主要是对设计完成的原理图进行保存，包括存盘、打印输出等，以供以后的工作中使用。3.2测温模块3.2.1 DS18B20简介DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，它具有微型化、低功效、高性能、抗干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于多点测温系统，可直接将温度转化成串行数字信号给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片。它具有3引脚TO-92小体积封装形式，温度测量范围为-55+155摄氏度，可编程为9-12位A/D转换精度，测温分辨率可达00625摄氏度，被测温度用符号扩展的16位数字
19、量方式串行输出，其工作电源既可在远程引用，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到三根或两根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使得DS18B20成为此次设计的首选。DS18B20的主要特性：1.1、 适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电1.2、 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯1.3、 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温1.4、 DS
20、18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内1.5、 温范围-55+125,在JO+85时精度为0.5C1.6、 可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125C和0.0625,可实现高精度测温1.7、 在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在75OmS内把温度值转换为数字，速度更快1.8、 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力1.9、 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。2、DS1
21、8B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管脚排列如下图3-1所示:图3-1DS18B20的外形及管脚排列3、DS18B20引脚定义:3.1、 DQ为数字信号输入/输出端;3.2、 GND为电源地;3.3、 VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地），DS18B20内部结构图如图3-2所示。8位CRC牛.成器图3-2 DS18B20内部结构图64位ROM和单线接口存储器和控制器电源检测1.2.2 DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS182
22、0相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在一55C所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到O时，温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到。时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存
23、器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。DS18B20测温原理框图如图3-3所示。图3-3DS18B20测温原理框图1.2.3 测温电路设计测温电路设计如图3-5所示。DS18B20有两种方式供电，一种是采用电源供电方式,此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式,单片机端口接单线总线，用一个MOSFET管完成对总线的上拉。由于本设计为单片测温，所以采用外部电源供电法即可，方便简单。DS18B20是单总线控制，I/O引脚直接与单片机的引脚相连，就可以实现单片机与DS18B20之间的通信。
24、图3-5测温电路2 .3按键电路温度的范围设定通过按键来实现。常用的按键有独立键盘和矩阵键盘，矩阵式键盘分行和列，通过行和列来确定某一个按键的位置，适用于多键盘操作，可以节省单片机的I/O口。独立式键盘是直接将按键连接至单片机I/O口，单片机通过检测I/O来判断按下的按键，编程简单，但是占用I/O资源比较多。本设计中只需要用到4个按键来实现对温度范围的设定，所以使用独立式键盘即可。按键电路如图3-6所示。单片机的P3.0-P3.3口用来控制3路按键，按键作用为温度设定、移位、加1功能。+5VSL4K7SWTBI4W53G4K7SWTB-JL+wSIG4K7SWLPBiG)图3-6按键电路3 4
25、控制模块341单片机简介单片机是指将CPU、随机存储器RAM、只读存储器Re)M、输入/输出I/O接口电路集成在一个芯片上的微处理器，它将定时器/计数器等部分都制作在一块芯片上，从而构成一个完整的计算机系统。单片机的内部结构图如图3-7所示。INT中断系统定时/计数器存储器P0-P3:TXDTRXD串 口 UO 口并行S 口图347单片机内部结构图各部分功能介绍：CPU：中央处理器，是单片机内部的核心器件，它决定了单片机的主要功能特性。CPU主要由运算部件和控制部件构成。运算部件的功能是实现数据的算术运算、位变量处理和数据传送操作；控制部件是单片机的神经中枢，以主振频率为基准发出CPU的时序，
26、对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成呢个一系列的定时控制的微操作,用来控制单片机各部分的运行。内部存储器：包含内部数据存储器（RAM）和程序存储器（ROM）,存储器由大量的寄存器组成，每个寄存器称为一个存储单元。定时/计数器：定时器是由单片机的内部来提供一个计数信号；计数器记录单片机外部发生的事件，由单片机的外部电路来提供计数信号。AT89S52单片机有3个16位定时/计数器，通过编程可以实现4种工作方式。中断系统：中断系统在单片机中起着非常重要的作用，采用的是一种实时控制技术,能对突发时间进行及时处理，从而提高系统的实时性能。AT89S52有6个中断源，分为4个优先级，每个中断源的优先
27、级是可编程的。串行I/O口：串行I/O口的数据每个位是按照顺序传输的，其特点就是需要一对传输线，且成本低，但是速度比较慢，效率低，适合于静态显示的应用。并行I/O口：并行I/O接口的数据所有的位同时传输的，其特点是速度快、效率高,但是传输多少位就需要多少根线，因此成本较高，适合于动态显示的应用。单片机的选择在整个系统设计中至关重要，要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等要求，鉴于以上考虑本课题选择AT89C52作为整个系统的主控芯片。AT89C52是一个低功耗，高性能CMoS8位单片机，片内含8kBytesISP(In-systemPrOgrammable)的可反复擦写100OO次的Flas
28、h只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案AT89C52芯片具有以下特性：(1)指令集和芯片引脚与InteI公司的8051兼容；(2) 8KB片内在系统可编程FIaSh程序存储器；(3)时钟频率为O33MHz；(4) 128字节片内随机读写存储器(RAM)；(5) 32个可编程输入/输出引脚；(6) 2个16位定时/计数器；(7) 6个中断源，2级优先级；(8)全双工串行通信
29、接口；(9)监视定时器；(10)2个数据指针。AT89C52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。AT89S52的引脚图如图3-5所示。Pl.OPl.1Pl.2Pl.3Pl.4Pl.5Pl.6Pl.7RST/VPDRXDP3.OTXDP3.1lNTP3.2fNTlP3.3P3.4_P3.5WP3.6RDP3.7XTAL2XTALlVSS图35AT89S52的引脚图各引脚功能如下:(1)电源引脚VCC和VSSVss：接地端。Vcc:芯片+5V电源端。(2)时钟信号引脚XTALI和XTAL2XTAILKXTAL
30、2：当使用单片机内部振荡电路时，用外接石英晶振和微调电容，XTALl是内部振荡电路反相放大器的输入端，XTAL2是片内振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶振的固有频率。当使用外部时钟时，XTALI接地，XTAL2接外部时钟信号源。(3)控制信号引脚RST/V%、ALE/PROG,丽丽和初V”。RSTVV:RET是复位信号输入端。当输入的复位信号保持两个机器周期(24个时钟周期)以上的高电平时有效,用来完成复位操作；第二功能Vw作为备用电源输入端，当电源VCc发生故障，电压降低到低电平规定值时，可通过乙。为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使系统在上电后能继续
31、正常运行。ALE/PROGtALE为地址锁存允许输出信号。在访问外部存储器时，ALE用来锁存PO口扩展低8位地址的控制信号。在不访问外部存储器时，ALE也以时钟振荡频率的1/6的固定频率输出，因而它又可以作对外输出时钟信号或其他需要，例如可以示波器查看ALE是否有脉冲信号输出来确定89c52芯片的好坏；第二功能PROG是对内部有EPROM的单片机的EPROM编程脉冲输入端，它和31号引脚的第二功能VPP一起使用。PSEN：外部RoM的读选通信号输出端。在访问外部RoM时，再而产生负脉冲作为读外部ROM的选通信号。而在访问外部RAM或片内ROM时,不会产生有效PSEN信号。EAVppi丽是访问外
32、部ROM的控制信号。当丽为低电平时，CPU只执行外部ROM中的程序。当丽为高电平且PC值小于OFFF(4K)时，CPU执行内部ROM的程序，但当PC的值超出4K时将自动转去执行片外ROM的程序。对于无片内ROM的8031或不使用内部ROM的89C51,需外扩EPROM,此时EA必须接地；第二种功能匕是作为8751的片内EPROM的+21V编程电源输入端。(4)并行I/O端口PO、Pl、P2和P3PO11(p0.0P0.7):PO口是一个8位双向I/O端口(无需外接上拉电阻)。在访问外存储器时，分时提供低8位地址线和8位双向数据线。PO口先输出片外存储器的低8位地址并锁存在地址锁存器中，然后再输
33、入或输出数据。Pl口(PI.0P1.7):Pl口是一个内部带有上拉电阻的8位准双向I/O端口。且PI只能作为一般I/O使用。P2口(P2.0-P2.7)：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位准双向I/O端口。在访问外部ROM或外部RAM时，输出高8位地址，与PO口提供的低8位地址一起组成16位地址总线。PO口和P2口用作数据/地址线后，不能再作为通用I/O使用。P3口(P3.0P3.7):P3是一个内部带有上拉电阻的8位准双向I/O端口，在系统中8个引脚都有各自的第二功能。1.1.2 单片机时钟与复位电路时钟电路用于产生单片机工作时产生的时钟信号。时钟电路常用的有2种：内部振荡时钟电路和外部振荡
34、时钟电路。AT89S52内部带有时钟电路，只需要在XTALl和XTAL2这2个引脚之间连接一个晶振和对地电容即可；外部振荡方式是把已有的时钟信号输入至单片机内部，使单片机时钟与外部时钟信号保持同步。本设计选用内部振荡方式，电路如图3-6所示。(M)d图36单片机时钟电路复位电路用于使单片机系统回到初始状态。复位方式主要有四种：上电自动复位、按键电平复位、外部脉冲复位和自动复位。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的；按键电平复位是通过使复位端经过电阻与电源接通而实现的，在中间加一个按键，只要按下按键就实现了复位功能；外部脉冲复位是由外部提供一个复位脉冲来使系统复位的；自动复位是利用单
35、片机内部的看门狗电路。本设计选用按键电平复位方式，电路如图3-7所示。R5TlOKG）图3-7复位电路1.1.3 控制电路控制电路如图3-8所示。PO口作为液晶显示器LCDI602的8位数据线端口，PO在使用时必须加上拉电阻，本设计选用了9针排阻；PLO-Pl.2控制液晶显示器LCD1602的复位端、读/写端和使能端；P1.3和PL4引脚连接2路DS18B20的DO口,控制并读取DS18B20采集的温度数据；单片机的P3.0-P3.2引脚控制3个按键用于设定温度的范围。单片机工作过程：单片机通过P1.3和Pl.4引脚读取DS18B20的温度数据后通过PO口送至液晶显示器显示，通过读取P3口按键
36、的输入设置温度的报警值，当测量温度超出设定的温度报警值时，单片机启动蜂鸣器报警。UlV1C1IQiPLO1P1.12一 S2 SWPB(PL23Pl .34F PL45P1.56PL67PL789三 ILP3.010P3511JP3.212IOKP3.313_P3.414P3.515mP3.616b 3F 2P3.717181 Yi19WW 1IKTALR ArGNDC3 3FPlDVOCPLlPODP12ro.iP13P02P1.4P03P156IP0.4PIjMSOP05P1.7OTCP0j6RESCTP0.7P3DEAP3.1ALEP32PWP33P2.7P3.4P2j6P35P25P3
37、6P2.4P3.7P23XTAl2P22muP2.1VSSP2D852+5V 4T39 PQOPl123456789IK徘阻+5VPOD38 PQlro,37 PQ2同236 PQ3F0335 PQ4P0.4% PQ5F0533 PQ6田632 PQ7TO.7圭w2928 P2727 P2625 P2525 P24加P2323 P2222 P2121 P20图3-8单片机控制电路3.5 显示模块本设计的显示器选用LCD1602液晶显示器。LCD1602可显示16X2个字符，芯片工作电压为4.5-5.5V,工作电流为2.0mA(5.0V),模块的最佳工作电压为5.OV。LCDI602的接口信号说
38、明如表31所示。表3-1LCD1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2DataI/O2VDD电源正极10D3DataI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DataI/O4RS数据/命令选择端(H/L)12D5DataI/O5R/W读/写选择端(H/L)13D6DataI/O6E使能信号14D7DataI/O7DODataI/O15BLA背光源正极8DlDataI/O16BLK背光源负极显示电路如图3-9所示，单片机的PO口向液晶显示器的DO-D7传送数据，PLO引控制液晶显示器的使能端E。PlOVOCPl.1POD439 PQO38 PQlPl 2P0.137 PQ2
39、PIjPo2P1.4P03P15!OIF0.4PIjMSO用5PI.腑KP0j6RESETP07P3DEAP3.1_AIP32PP33P2.7P3.4P2j6P35P25P3j6P2.4P3.7P23XTAL2P22XTALlP2.1VSSP2036 PQ335 PQ434 PQ533 PQ632 PQ7宣5V2928 P2727 P2626 P2525 P2424 P2323 P2222 P2121 P20Ul +5V89s52123456789O123456789DIA IA 11 IA 11 11 11 Ix IA IA123456789PODro.P02P03P0.4P05F0j6ro
40、.7Pl+SVIK怖阻+WPlO 4 PLI 5 Pl .2 6 RI.0 7 RU 8F0.2 9 Po.310 RI.411 F0512 FO.613PQ.714 15 16VSS VOCVEE K RW EN DBO DBl DB2DE3 DB4 DB5 DB6 DB7 A-ICdl602脚控制液晶显示器的复位端RST,PLl用脚控制液晶显示器的读/写端RW,P1.2引脚图3-9显示电路3.6 报警电路报警电路如图3-10所示，单片机P2.0引脚控制LED灯，P3.2引脚控制蜂鸣器，实现声光报警功能。当测量值超出设定的范围值时，单片机P2.0引脚置低，LED灯亮，P3.2引脚拉高，三极管
41、导通，蜂鸣器导通蜂鸣，即实现了超温声光报警功能。图3-10报警电路4系统软件设计4.1Keil简介本设计软件的设计是在KeilC51的环境下编译的。KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全WindOWS界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。C语言有以下特点：1、语言简洁、紧凑、使用方便、灵活。C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写自由
42、，主要用小写字母表示，压缩了一切不必要的成分。2、运算符丰富。C的运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符，使得C的运算类型极其丰富，表达式类型多样化，灵活使用各种运算符可以实现在其他高级语言中难以实现的运算。3、数据结构丰富，具有现代化语言的各种数据结构，能用来实现各种复杂的数据结构的运算。4、具有结构化的控制语句，用函数作为程序的模块单位，便于实现程序的模块化。5、语法限制不太严格，程序设计自由度大。6、C语言能进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作。因此，C既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能，可用来写系统软件。C语言的这种双重性，使它既是成功的系统描述
43、语言，又是通用的程序设计语言。7、生成目标代码质量高，程序执行效率高。8、用C语言写的程序可移植性好。基本上不用修改就能用于各种型号的计算机和各种操作系统。对操作系统和系统实用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用C语言明显地优势于其他高级语言，有的大型应用软件也用C语言来编写。4.2 程序设计流程本设计软件设计流程图如图4-1所示。图4-1软件设计流程图4.3 测温程序设计DS18B20有三个主要的数据部件：64位激光ROM,温度灵敏元件，非易失性温度告警触发器TH和TLo器件从单线的通信线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部的电容器中，在单信号线为低电平的时间期内断开此
44、电源，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源为止，作为另一种可供选择的方法，DS18B20也可用外部5V电源供电。与DSl8B20的通信经过一个单线接口。在单线接口情况下，在ROM操作未定建立之前不能使用存储器和控制操作。主机必须首先提供五种ROM操作指令之一：ReadROM（读RoM）；MatchROM（符合ROM）；SearchROM（搜索Re）M）；SkipROM（跳过Re）M）；AlarmSearch（告警搜索）。这些命令对每一器件的64位激光Re）M部分进行操作。如果在单线上有许多器件，那么可以挑选出一个特定的器件，并给总线上的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地执行了ROM
45、操作序列之后，可使用存储器和控制操作，然后主机可以提供六种存储器和控制操作命令之一。一个控制操作命令指示DS18B20完成温度测量。该测量的结果将放入DS18B20的高速暂存存储器，通过发出读暂存存储器内容的存储器操作命令可以读出此结果。每一温度告警触发器TH和TL构成一个字节的EEPRoMo如果不对DS18B20施加告警搜索命令，这些寄存器可用作通用用户存储器。使用存储器操作命令可以写TH和TLo对这些寄存器的读访问通过便笺存储器。所有数据均以最低有效位在前的方式被读写。读时间片：当DS18B20读数据时，主机产生读时间片。当主机把数据线从逻辑高电平拉至低电平时，产生读时间片，数据线必须保持在低逻辑电平至少Ius,来自DS18B20的输出数据在读时间片下降沿之后15微秒有效。因此，为了读出从读时间片开始算起15微秒的状态，主机必须停止把I/O引脚驱动拉至低电平。在读时间片结束时，I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回至高电平。所有读时间片的最短持续期限为60us,各个读时间片之间必须由最短为IUS的恢复时间。该部分子程序流程图如图4-2所示：图4-2单片机读DS18B20时间片程序流程图温度变换：此命令开始温度变化，不需要另外的数据，温度变化将被执行，接着DS18B20便保持在空闲状态，如果总线主机在此命令之后发出读时
