隨著電子技術、計算機技術、通信技術的迅速發展，工業測控領域采用先進的技術 對現場的工業生產參數進行檢測，監測是實現工業自動化的重要標志。據不完全統計， 在工業生產中被監測最多的參數應該是壓力、流量、溫度三大參數。無論在石油、化工、 煤炭、水利等行業，還是電力、機械、航空、國防等部門，都離不開對這些參數的監測。 當然除此之外，還有諸如液位、扭矩、密度、濃度、速度、位移、距離、電參數等眾多 物理參數的監測，但用的最多的恐怕還是溫度的監測，可以說溫度的測量是一個“永 恒”的話題。溫度測量的領域十分廣泛，其實，不僅在工業領域，而且在民用領域、軍 用領域，溫度的測量隨處可見。在工業領域，電力系統的安全運行關系到整個工業的發 展和人民生活的穩定，其中一個重要的方面是電氣設備自身的安全運行，由于絕大多數 的電氣設備采用封閉式結構，散熱效果差，熱積累大，并長期處于高電壓、大電流和滿 負荷運行，其結果造成熱量集結加劇，溫升直接危害電器設備的絕緣，這就要求對電氣 設備的溫度狀況進行測量控制。如發電廠的發電機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。對全封閉的高壓開關電器，也存在對其開關觸頭 溫度的監測問題，電機的軸溫，膠帶滾筒的表面溫度，工業冷卻循環水溫，加熱設備的 爐溫，啤酒的麥芽發酵溫度，各種化工原料在化學反應時控制的溫度等等。在民用領域， 超市的食品架內溫度，人們生活空間環境的溫度，空調的控制溫度，人體繁榮體溫檢測， 冰箱、冰柜的溫度測量等等。隨著計算機的發展，程序控制也逐漸成為了工業生產中的 主要角色，各種各樣的檢測系統應運而生。基于單片機的溫度檢測系統具有以前溫度檢 測所無法具有的優點，因為系統為程序控制，所以實現形式非常靈活，而且可以實現很 多新功能，而且對于日益復雜化的工業生產，對于多點溫度檢測的需求也很大程度上提 高了。單片機系統具有體積小，功耗小的特點，而且可以對采集的數據進行軟件處理， 所以用單片機進行多路溫度檢測，具有非常實際的意義。

DS18B20 內部結構主要由四部分組成：64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發的溫 度報警觸發器 TH 和 TL、配置寄存器。

(1)DQ 為數字信號輸入/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接地）。 DS18B20 內部結構圖：

在本設計中，使用 DS18B20 對溫度進行采集，即通道 DS18B20 把攝氏溫度信號轉換 成數字信號，通過 74HC4066 和 74HC138 選擇采集哪路 DS18B20 信號，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  準  no.7A  。  74HC4066  引  腳  圖  如 圖  所  示  ：

74HC4066 引腳兼容 74HC4016，但具備更低的導通阻抗。此外，導通阻抗在整個輸 入信號范圍內保持恒定。

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 位二進制加權地址輸入（A0, A1 和 A2），并當使能時， 提供 8 個互斥的低有效輸出（Y0 至 Y7）。

74HC138 特有 3 個使能輸入端：兩個低有效（E1 和 E2）和一個高有效（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， 適合內存地址解碼或數據路由應用。74HC138 作用原理于高性能的存貯譯碼或要求傳輸 延遲時間短的數據傳輸系統,在 高性能存貯器系統中,用這種譯碼器可以提高譯碼系統 的效率。將快速賦能電路用于高速存貯器時,譯碼器的延遲時間和存貯器的賦能時間通 常小于存貯器的典型存取時間,這就是說由肖特基鉗位的系統譯碼器所引起的有效系統 延遲可以忽略不計。HC138 按照三位二進制輸入碼和賦能輸入條件,從 8 個輸出端中譯

少了擴展所需要的外接門或倒相器,擴展成 24 線譯碼器不需外接門;擴展成 32 線譯碼 器,只需要接一個外接倒相器。在解調器應用中,賦能輸入端可用作數據輸入端。

74HC4066。圖 5 中給出一路溫度采集電路與 74HC4066 的方式。要實現多路溫度的分時 采集，只需在多個 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 是一種雙組驅動器/接收器，片內含有一個電容性電壓發生器以便在單 5V 電源供電時提供 EIA/TIA-232-E 電平。當用單片機和PC 機通過串口進行通信，盡管單 片機有串行通信的功能，但單片機提供的信號電平和 RS232 的標準不一樣，因此要通過

據通道。8 腳（R2IN）、9 腳（R2OUT）、10 腳（T2IN）、7 腳（T2OUT）為第二數據通 道。TTL/CMOS 數據從 11 引腳（T1IN）、10 引腳（T2IN）輸入轉換成 RS-232 數據從 14 腳（T1OUT）、7 腳（T2OUT）送到電腦 DB9 插頭；DB9 插頭的 RS-232 數據從 13 引腳（R1IN）、

8 引腳（R2IN）輸入轉換成 TTL/CMOS 數據后從 12 引腳.（R1OUT）、9 引腳（R2OUT）輸 出。

在單片機應用系統中，如果需要顯示的內容只有數碼和某些字母，使用 LED 數碼管 是一種較好的選擇。LED 數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易 行。

LED 數碼管是由發光二極管作為顯示字段的數碼型顯示器件。圖 9 中 a 為 0.5inLED 數碼管的外形和引腳圖，其中七只發光二極管分別對應 a～g 筆段構成“ ”字形另一 只發光二極管 Dp 作為小數點。因此這種 LED 顯示器稱為七段數碼管或八段數數碼。LED 數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，該筆段發光，高電平時不 發光。控制某幾段筆段發光，就能顯示出某個數碼或字符。共陰型是將各數碼發光二極 管的負極連在一起，作為公共端 COM 接地，某筆段通過限流電阻接高電平時發光。

LED 數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，這是因發光二極管的材料不一樣而引起的。

LED 數碼管的使用與發光二極管相同，根據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。靜態顯示時取10mA 為宜，動態掃描顯示可加大，可 脈沖電流，但一般不超過 40mA

a)外形和引腳              b)共陰極結構              c)共陽極結構

當 LED 數碼管與單片機相聯時，一般將 LED 數碼管的各筆段引腳 a、b、…、g、Dp 按某一順序接到 MCS－51 型單片機某一個并行 I/O口 D0、D1、…、D7，當該 I/O 口輸 出某一特定數據時，就能使 LED 數碼管顯示出某個字符。例如要使共陽極 LED 數碼管顯 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 數碼管編碼方式有多種，按小數點計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，不計小數點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 數碼管幾種八段編碼表。這里采用共陰極數碼管的編碼方式。

LED 數碼管顯示電路在單片機應用系統中可分為靜態顯示方式和動態顯示方式。在 本設計中，使用的是動態顯示方式，這里主要介紹動態顯示方式及其電路連接。動態顯 示在本設計中如圖 10 所示。

一般情況，在靜態顯示方式下，每一位顯示器的字段需要一個 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 8位 I/O 口，公共端可直接接+5V（共 陽）或接地（共陰）。顯示時，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不變。

而當顯示位數較多時，靜態顯示所占用的 I/O 口多，為節省 I/O 口與驅動電路的數 目，常采用動態掃描顯示方式。將所有 LED 數碼管顯示器的段碼線的相應段并聯在一起， 由一個 8 位 I/O 端口控制，而各顯示位的公共端分別由另一單獨的 I/O 端口線控制。

告警在設計電路中，被廣泛的應用，簡單實用。當溫度、壓力、轉速等等超出了設 置的限度，有可能對設備、人或其他造成危害；所以，當檢測到溫度、壓力、轉速等大 于期望的范圍時，由相關電路觸發三極管的基極，使三極管導通，繼電器吸合，指示燈 亮，同時蜂鳴器響，發出告警信號。其電路如圖 11 所示。