隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域采用先進(jìn)的技術(shù) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要標(biāo)志。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 在工業(yè)生產(chǎn)中被監(jiān)測(cè)最多的參數(shù)應(yīng)該是壓力、流量、溫度三大參數(shù)。無論在石油、化工、 煤炭、水利等行業(yè)，還是電力、機(jī)械、航空、國(guó)防等部門，都離不開對(duì)這些參數(shù)的監(jiān)測(cè)。 當(dāng)然除此之外，還有諸如液位、扭矩、密度、濃度、速度、位移、距離、電參數(shù)等眾多 物理參數(shù)的監(jiān)測(cè)，但用的最多的恐怕還是溫度的監(jiān)測(cè)，可以說溫度的測(cè)量是一個(gè)“永 恒”的話題。溫度測(cè)量的領(lǐng)域十分廣泛，其實(shí)，不僅在工業(yè)領(lǐng)域，而且在民用領(lǐng)域、軍 用領(lǐng)域，溫度的測(cè)量隨處可見。在工業(yè)領(lǐng)域，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)工業(yè)的發(fā) 展和人民生活的穩(wěn)定，其中一個(gè)重要的方面是電氣設(shè)備自身的安全運(yùn)行，由于絕大多數(shù) 的電氣設(shè)備采用封閉式結(jié)構(gòu)，散熱效果差，熱積累大，并長(zhǎng)期處于高電壓、大電流和滿 負(fù)荷運(yùn)行，其結(jié)果造成熱量集結(jié)加劇，溫升直接危害電器設(shè)備的絕緣，這就要求對(duì)電氣 設(shè)備的溫度狀況進(jìn)行測(cè)量控制。如發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組隨著電壓增高和容量增大，解決定 子鐵心和繞組溫升的問題就日益突出。對(duì)全封閉的高壓開關(guān)電器，也存在對(duì)其開關(guān)觸頭 溫度的監(jiān)測(cè)問題，電機(jī)的軸溫，膠帶滾筒的表面溫度，工業(yè)冷卻循環(huán)水溫，加熱設(shè)備的 爐溫，啤酒的麥芽發(fā)酵溫度，各種化工原料在化學(xué)反應(yīng)時(shí)控制的溫度等等。在民用領(lǐng)域， 超市的食品架內(nèi)溫度，人們生活空間環(huán)境的溫度，空調(diào)的控制溫度，人體繁榮體溫檢測(cè)， 冰箱、冰柜的溫度測(cè)量等等。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，程序控制也逐漸成為了工業(yè)生產(chǎn)中的 主要角色，各種各樣的檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生�；�于單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)具有以前溫度檢 測(cè)所無法具有的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)為程序控制，所以實(shí)現(xiàn)形式非常靈活，而且可以實(shí)現(xiàn)很 多新功能，而且對(duì)于日益復(fù)雜化的工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)于多點(diǎn)溫度檢測(cè)的需求也很大程度上提 高了。單片機(jī)系統(tǒng)具有體積小，功耗小的特點(diǎn)，而且可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理， 所以用單片機(jī)進(jìn)行多路溫度檢測(cè)，具有非常實(shí)際的意義。

DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫 度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。

(1)DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (2)GND 為電源地；

(3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：

在本設(shè)計(jì)中，使用 DS18B20 對(duì)溫度進(jìn)行采集，即通道 DS18B20 把攝氏溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號(hào)，通過 74HC4066 和 74HC138 選擇采集哪路 DS18B20 信號(hào)，其電路如圖 4 所 示。

74HC4066 是一款高速 CMOS 器件，74HC4066 引腳兼容 HEF4066B。74HC4066 遵循 JEDEC 標(biāo)  準(zhǔn)  no.7A  。  74HC4066  引  腳  圖  如 圖  所  示  ：

74HC4066 引腳兼容 74HC4016，但具備更低的導(dǎo)通阻抗。此外，導(dǎo)通阻抗在整個(gè)輸 入信號(hào)范圍內(nèi)保持恒定。

74HC138 是一款高速 CMOS器件，74HC138 引腳兼容低功耗肖特基 TTL（LSTTL）系 列。74HC138 譯碼器可接受 3 位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A0, A1 和 A2），并當(dāng)使能時(shí)， 提供 8 個(gè)互斥的低有效輸出（Y0 至 Y7）。

74HC138 特有 3 個(gè)使能輸入端：兩個(gè)低有效（E1 和 E2）和一個(gè)高有效（E3）。除 非 E1 和 E2 置低且 E3 置高，否則 74HC138 將保持所有輸出為高。

CD74HC138 ，CD74HC238 和 CD74HCT138 ， CD74HCT238 是高速硅柵 CMOS 解碼器， 適合內(nèi)存地址解碼或數(shù)據(jù)路由應(yīng)用。74HC138 作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸 延遲時(shí)間短的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),在 高性能存貯器系統(tǒng)中,用這種譯碼器可以提高譯碼系統(tǒng) 的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時(shí),譯碼器的延遲時(shí)間和存貯器的賦能時(shí)間通 常小于存貯器的典型存取時(shí)間,這就是說由肖特基鉗位的系統(tǒng)譯碼器所引起的有效系統(tǒng) 延遲可以忽略不計(jì)。HC138 按照三位二進(jìn)制輸入碼和賦能輸入條件,從 8 個(gè)輸出端中譯

少了擴(kuò)展所需要的外接門或倒相器,擴(kuò)展成 24 線譯碼器不需外接門;擴(kuò)展成 32 線譯碼 器,只需要接一個(gè)外接倒相器。在解調(diào)器應(yīng)用中,賦能輸入端可用作數(shù)據(jù)輸入端。

74HC4066。圖 5 中給出一路溫度采集電路與 74HC4066 的方式。要實(shí)現(xiàn)多路溫度的分時(shí) 采集，只需在多個(gè) 74HC4066 的輸入端連接多路溫度采集電路即可。

圖 5 DS18B20 與 74HC4066 的接口電路

MAX232 是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V 電源供電時(shí)提供 EIA/TIA-232-E 電平。當(dāng)用單片機(jī)和PC 機(jī)通過串口進(jìn)行通信，盡管單 片機(jī)有串行通信的功能，但單片機(jī)提供的信號(hào)電平和 RS232 的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，因此要通過

據(jù)通道。8 腳（R2IN）、9 腳（R2OUT）、10 腳（T2IN）、7 腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通 道。TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 11 引腳（T1IN）、10 引腳（T2IN）輸入轉(zhuǎn)換成 RS-232 數(shù)據(jù)從 14 腳（T1OUT）、7 腳（T2OUT）送到電腦 DB9 插頭；DB9 插頭的 RS-232 數(shù)據(jù)從 13 引腳（R1IN）、

8 引腳（R2IN）輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 12 引腳.（R1OUT）、9 引腳（R2OUT）輸 出。

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管 是一種較好的選擇。LED 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易 行。

LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖 9 中 a 為 0.5inLED 數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng) a～g 筆段構(gòu)成“ ”字形另一 只發(fā)光二極管 Dp 作為小數(shù)點(diǎn)。因此這種 LED 顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)數(shù)碼。LED 數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共型兩大類，如圖 9 中 b、c 所示。共陽 型是將各段發(fā)光二極管的正極連在一起，作為公共端 COM，公共端 COM接高電平，a～g、 Dp 各筆段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時(shí)，該筆段發(fā)光，高電平時(shí)不 發(fā)光�？刂颇硯锥喂P段發(fā)光，就能顯示出某個(gè)數(shù)碼或字符。共陰型是將各數(shù)碼發(fā)光二極 管的負(fù)極連在一起，作為公共端 COM 接地，某筆段通過限流電阻接高電平時(shí)發(fā)光。

LED 數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是 0.5in 和 0.8in；按顯示顏色 也有多種形式，主要有紅色和綠色；按亮度強(qiáng)弱可分為高亮和普亮，指通過同樣的電流 顯示亮度不一樣，這是因發(fā)光二極管的材料不一樣而引起的。

LED 數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同正向壓降一般為 1.5～2V 額 定電流為 10mA，最大電流為 40mA。靜態(tài)顯示時(shí)取10mA 為宜，動(dòng)態(tài)掃描顯示可加大，可 脈沖電流，但一般不超過 40mA

a)外形和引腳              b)共陰極結(jié)構(gòu)              c)共陽極結(jié)構(gòu)

當(dāng) LED 數(shù)碼管與單片機(jī)相聯(lián)時(shí)，一般將 LED 數(shù)碼管的各筆段引腳 a、b、…、g、Dp 按某一順序接到 MCS－51 型單片機(jī)某一個(gè)并行 I/O口 D0、D1、…、D7，當(dāng)該 I/O 口輸 出某一特定數(shù)據(jù)時(shí)，就能使 LED 數(shù)碼管顯示出某個(gè)字符。例如要使共陽極 LED 數(shù)碼管顯 示“0”，則a、b、c、d、e、f 各筆段引腳為低電平，g 和 Dp 為高電平。

LED 數(shù)碼管編碼方式有多種，按小數(shù)點(diǎn)計(jì)否可分為七段碼和八段碼；按共陰共陽可 分為共陰字段碼和共陽字段碼，不計(jì)小數(shù)點(diǎn)的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按 a、 b、…、g、Dp 編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字段 碼。甚至在某些特殊情況下將 a、b、…、g、Dp 順序打亂編碼。表 1 為共陰和共陽 LED 數(shù)碼管幾種八段編碼表。這里采用共陰極數(shù)碼管的編碼方式。

LED 數(shù)碼管顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。在 本設(shè)計(jì)中，使用的是動(dòng)態(tài)顯示方式，這里主要介紹動(dòng)態(tài)顯示方式及其電路連接。動(dòng)態(tài)顯 示在本設(shè)計(jì)中如圖 10 所示。

一般情況，在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字段需要一個(gè) 8 位 I/O 口控制，而 且該 I/O 口須有鎖存功能，N 位顯示器就需要 N 個(gè) 8位 I/O 口，公共端可直接接+5V（共 陽）或接地（共陰）。顯示時(shí)，每一位字段碼分別從 I/O 控制口輸出，保持不變直至 CPU 刷新顯示為止。也就是各字段的亮滅狀態(tài)不變。

而當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所占用的 I/O 口多，為節(jié)省 I/O 口與驅(qū)動(dòng)電路的數(shù) 目，常采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。將所有 LED 數(shù)碼管顯示器的段碼線的相應(yīng)段并聯(lián)在一起， 由一個(gè) 8 位 I/O 端口控制，而各顯示位的公共端分別由另一單獨(dú)的 I/O 端口線控制。

告警在設(shè)計(jì)電路中，被廣泛的應(yīng)用，簡(jiǎn)單實(shí)用。當(dāng)溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等等超出了設(shè) 置的限度，有可能對(duì)設(shè)備、人或其他造成危害；所以，當(dāng)檢測(cè)到溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等大 于期望的范圍時(shí)，由相關(guān)電路觸發(fā)三極管的基極，使三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，指示燈 亮，同時(shí)蜂鳴器響，發(fā)出告警信號(hào)。其電路如圖 11 所示。