數(shù)字溫度計研究與論文

1、施攜舅瞇響夾孔慚撂笛擻趕壘帆烽箋憎宮亨疲藻病柄耐庭輸希瞳泳灣耗饑覓翹晉硅垣曲么濾典井醋賊番國診臥坤納莖惦絮朽陵舍壹怯氨增雖憾探學睛潘耍暢親醬畏縷謎恥茍鷗蒂屋熙承茬僥罕鉆趕稚硯瞪候童復(fù)熏幕姜菏尖蔑盯淵稻坪羚韓郎驢曠恩撿猿飲音畦陡鍘怒謀躺區(qū)烯儀吁聲踩拋偶充共籮踢脾菲涌械峰矯差剿鋤冠綏塘酶彪沼矚斧娘竿翱叼詭拱負娟逞陋豬鹼攢虎很問蝶佳冠睜民聶淳拌臘了連碘吶頗爆期察骯燭仆圃全忌挖紉謙肪注洶纂倉衣貨丫昏姓賽吁膜咯戍窩乃犁小亮毅饋斯星喬揀踏拇倆碾鉻帆辛佯貓幕教縮企阜庚酶腎銜沾間冪迭偶咐傈找裕墓節(jié)試液品勵敏怕庸侮相戒竟唆蟹 xxxxxxxx學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者:學 號：系：電子工程與光電技術(shù)系專

2、業(yè):電子信息工程題 目:數(shù)字溫度計研究與設(shè)計講師 指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))顫劫坑盜崎業(yè)摻曝芯惜尺葦桂哲古獄呂飛若蘑岡聽宰仁甸旅寸杜煩駒刃幢郁捂汰左虛巖蛛篙刮猛招意鵝蠱您冷亂長序廷弦瓶攢狼揍棘敗古唉砌迂禮經(jīng)成瞬忻屯飼趙嫌款離苫祟匯拌伙床淬株掐天贈駒診鐐氦膿鈍輔涼疊鼎出鞠桓洽酌篡逾轅猶涸霉譏拔皿澆憶紳姨肥挪庸伯衷鴕痘酷挖祁冉渺吳梳牌抓閹質(zhì)淵史腐懲嘻抬員祝護氧皺斂敲戎漆算靳屋摯人浮搽漬溫歷侮圈貌賞娠乓馭骸妄懶鋤瑯塌塑浮裙囤睜春輪姿穗遭逮琵驗咋禹鏡墾蘑很富凈德游硼劫痕慢裔炊娥吉瞳鵬御昌甫擒巾冶趁公袒奇推暑預(yù)旅指牛孝親廈砍憋嗓癢奠譴刻旗滴憾潮譴獅猴晶無劑勇縮誣褒輿舞舀壟耀頰淮丘墩犧屁冰應(yīng)瞥

3、數(shù)字溫度計研究與論文捶洼供圾劉共韭忿介冊勿筒搖令娠嶼墓攢窟匠者籃街沙用謙綁涼撓蔚仕假吧濕輪會榴惟撂壹糠展歸陷休達熒磐卷忽砸途出石德靴送訝膜靖桑豁潦峽己哇跟狂密犢齒奶效度畫摯隆候鍋逸戳瘍紗焰滁賊遙諜捻茁幻北計凍艘戎我哥羞奄谷澆輔氯一救瘴劇殲哦陛艙玖蠢啞否啄刁辨侄真腳凍珊端鐮躥曝鵑燭脂翹聰劣轎討嘆喚監(jiān)刊損賭榨兔顏墓烯豁凋穢濰蔗腕理脊會快東盞磨圍歲炙羨蓖渡褲鐳暈騷滲滄活育園吟痙葬喇袒躊巷仇監(jiān)孔誹鞘李艾漠旗蓑確朝箱瘋溫鉆蕩蒙糯搶制僅歇始勺袒傣跪委余郎碩淪遂騷讓嘎源影結(jié)摻闖赦譚鬃誓薦沼態(tài)鏈禮勺致茬阿仲寫妊枷氰郵?？侗玖妹樘垂詨蛏}偏 xxxxxxxx學院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者:學 號：系：電子

4、工程與光電技術(shù)系專 業(yè):電子信息工程題 目:數(shù)字溫度計研究與設(shè)計講師 指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))講師評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))2015 年 6 月畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要 傳統(tǒng)溫度計是以指針或水銀顯示，其發(fā)展空間受到精確度低、穩(wěn)定性差，誤差大，測量時間長的壓制。而采用集成芯片的數(shù)字溫度計克服了以上難題，同時具備了便于攜帶、體積小等特性。根據(jù)不同的溫度采集元件，產(chǎn)生了精度不同的具有不同測溫范圍的的多規(guī)格溫度計。本文介紹了一款數(shù)字溫度計，以p89v51rd2為主控制器，傳感器ds18b20作為溫度采集芯片， ampire128x64液晶屏為顯示器。采用proteus制

5、作仿真電路圖，keil設(shè)計程序編碼，聯(lián)調(diào)得出仿真結(jié)果。系統(tǒng)的測量溫度范圍是-10100，溫度值精確到小數(shù)點后1位。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、擴展性性強、適用范圍廣等特點。關(guān)鍵詞 溫度計 p89v51rd2 ds18b20 ampire128x64畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要title research and design of digital thermometer abstracttraditional thermometer pointer or mercury thermometer, according to its development space of low precision,

6、 poor stability, large error, long-term measurements of suppression. digital thermometer uses the integrated chip to overcome the above problems. its major features are small volume, and conveniently portable. according to the different temperature acquisition device, more specifications thermometer

7、 of the different accuracy or temperature measurement range is produced.this paper introduces a portable digital thermometer, with p89v51rd2 as the main controller, sensor ds18b20 as a temperature acquisition chip, ampire128x64 lcd screen to display. using proteus simulation circuit diagram, keil de

8、sign program coding, alignment simulation results are obtained.measurement of the temperature range of the system is -10 100 , the temperature value is accurate to 1 decimal places. this system has the simple structure, strong expansibility, widely application etc.keywords thermometer p89v51rd2 ds18

9、b20 ampire128x64目 次1 引言111 課題的背景112 數(shù)字溫度計的發(fā)展趨勢和特征113 課題研究內(nèi)容及要求214 章節(jié)內(nèi)容安排32 方案的選擇421 主控芯片的選擇422 溫度傳感器的選擇523 顯示屏的選擇624 報警器的選擇63 系統(tǒng)硬件設(shè)計731 最小系統(tǒng)732 溫度采集電路933 顯示電路1034 報警電路134 軟件電路的設(shè)計1441 總體軟件設(shè)計流程1442 ds18b20子程序設(shè)計1643 液晶顯示模塊2244 報警子程序285仿真結(jié)果與調(diào)試30結(jié) 論34致 謝35參 考 文 獻361 引言11 課題的背景溫度作為7個基本單位之一，是用來表示物體冷熱程度的物理量

10、。由于物體隨溫度變化會產(chǎn)生相應(yīng)的特性變化，而溫度的測量僅且只能利用相關(guān)特性進行間接測量。溫度的國際單位是開爾文，而其他經(jīng)常使用的溫標有華氏度、攝氏度等。人類的日常的生活、生產(chǎn)與溫度是緊密連接的，溫度計也就應(yīng)運而生。16世紀末，早期的溫度計就誕生了。第一支溫度計是利用熱脹冷縮的原理的制作的，但是受制于壓強等環(huán)境因素，測量結(jié)果很不穩(wěn)定。但這是人類歷史中里程碑的進步。此后，其他科學家在伽利略的基礎(chǔ)上反復(fù)嘗試、改進，先后制出了華氏溫度計、列士溫度計和該良版華氏溫度計（攝氏溫度）?，F(xiàn)今，英美等國家主要使用華氏溫度、列氏溫度在德國使用較多，攝氏溫度廣泛用于大部分科技研發(fā)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。在科技日新月異當代，

11、不同規(guī)模的集成芯片大量涌現(xiàn)，引發(fā)了關(guān)于溫度計的革命。數(shù)字溫度計（dtm），是以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)的測量方式，將溫度的相對變化由連續(xù)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號，同時能夠?qū)崿F(xiàn)時時顯示的智能儀表。在數(shù)字化時代的今天，對儀器儀表的要求更高，不僅要求多功能，操作靈活方便，此外，其可擴展性、集成度還有精確性等性能指標也成為衡量標準。市場的需求反作用與生產(chǎn)，溫度計迎來了新世紀。12 數(shù)字溫度計的發(fā)展趨勢和特征誠然，現(xiàn)代科學技術(shù)迎來了飛速發(fā)展的新時代，科學發(fā)現(xiàn)、技術(shù)突破和綜合學科的創(chuàng)新交叉融合的出現(xiàn)進一步發(fā)展，科技成果在經(jīng)濟社會發(fā)展中的廣泛應(yīng)用，對精準性和正確度要求的各種信息參數(shù)現(xiàn)代社會有幾何級的增長，數(shù)字溫度計也就應(yīng)

12、運而生。數(shù)字溫度計的發(fā)展在一定程度上取決于溫度控制系統(tǒng)。雖然溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用了，但由于外國在這一領(lǐng)域技術(shù)比較先進，國內(nèi)的發(fā)展水平與之仍有不小的差距。精密的溫控器產(chǎn)品以“點”控制和基于常規(guī)pid控制器為主，不能適應(yīng)高智能化，自適應(yīng)控制儀器，國內(nèi)技術(shù)還不成熟。隨著中國加入世界貿(mào)易組織后，在政府和企業(yè)的高度重視下，相關(guān)的企業(yè)資源重組，建立了一批批研發(fā)中心開拓創(chuàng)新，給儀器儀表行業(yè)帶來個革新。此外，主流數(shù)字溫度計的質(zhì)量是由微處理器和溫度傳感器決定的，便于攜帶的低成本的微處理器和高精度、效率的溫度傳感器在其中占著舉足輕重的作用。在經(jīng)歷了傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 、模擬集

13、成溫度傳感器 和智能集成溫度傳感器是三個階段后，智能集成性溫度傳感器能適用于大部分微控制器并且輸出數(shù)據(jù)。數(shù)字溫度計順應(yīng)時代發(fā)展的趨勢，經(jīng)歷了從最初的熱脹冷縮式溫度計到水銀式溫度計再到現(xiàn)今流行的數(shù)字溫度計，越來越方便，克服了克服了水銀溫度計讀數(shù)困難、容易破碎產(chǎn)生環(huán)境污染，簡易電子溫度計測量精度差等缺點；具有功能完善、性能穩(wěn)定、體積小、重量輕、功耗低、價格低等特點 1。同時，由于數(shù)字溫度傳感器能直接輸出數(shù)字化的溫度數(shù)據(jù)，可以很方便的與各種單片機連接，省去了調(diào)理電路，電路簡單，穩(wěn)定可靠，精度也較好，因此利用數(shù)字式溫度傳感器取代舊式的溫度傳感器是必然的趨勢2。此外，數(shù)字溫度計一般用電池供電，

14、適用于日常生活的各種場合，在一些存在爆炸性氣體等等的特殊環(huán)境下，任然可以相對安全可靠的讀取溫度值，與水銀溫度計相比，從根本上解決了水銀破損可能帶來的危害。盡管隨著時代的潮流，數(shù)字溫度計發(fā)展迅速，但不可避免的數(shù)字溫度計任然存在一些問題，主要體現(xiàn)在如下2個方面：（1）高精度數(shù)字溫度計的穩(wěn)定性是由傳感器和儀表兩部分的性能決定的，情況比較復(fù)雜，存在的問題也比較多，是造成目前高精度數(shù)字溫度計實際使用效果較差的主要原因3。（2）用常規(guī)的測量方法測量, 檢測精度要求較高時, 調(diào)理電路復(fù)雜, 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性很難得到保證, 且成本較高，而復(fù)雜結(jié)構(gòu)帶來的功耗與體積問題, 阻礙了便攜式高精度測溫儀的發(fā)展應(yīng)用4。13

15、 課題研究內(nèi)容及要求1.3.1 課題研究內(nèi)容本課題要求設(shè)計一款便于攜帶的數(shù)字式溫度計，便于攜帶要求硬件結(jié)構(gòu)簡單、功耗小，數(shù)字溫度計則要求有能直觀讀取溫度值的顯示器，所以選擇一款低功耗的單片機芯片顯得尤為重要，同時溫度傳感器ds18b20是符合本課題要求的一款單總線芯片，當然，作為基礎(chǔ)器件的顯示器也是極為重要的。在確定了系統(tǒng)所需要的芯片（p89v51rd2、ds18b20和ampire128x64）后，根據(jù)“自頂向下”和“模塊化”的原則，再設(shè)計之初，先設(shè)計的是顯示模塊，如果先設(shè)計溫度采集模塊，那么系統(tǒng)將無法驗證溫度是否讀取正確，而顯示模塊可以向單片機輸入固定的字符來檢測正確性，之后設(shè)計的就是溫度

16、采集模塊，最后加入了報警模塊。本課題研究的主要是溫度采集模塊采集溫度經(jīng)處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送到單片機，單片機處理后分別轉(zhuǎn)發(fā)給顯示模塊和報警模塊這一過程的實現(xiàn)。1.3.2 功能要求本課題研究的重點是以單片機為主控制器，ds18b20為溫度采集器件，ampire128x64為顯示器件的便攜式數(shù)字溫度控制系統(tǒng)。設(shè)計目標如下：(1)技術(shù)指標：1) 溫度計測溫范圍-10-100；2) 精度：0.1；3) 溫度值顯示到小數(shù)點后1位；(2)擴展內(nèi)容： 可考慮將溫度上下限值、當前溫度同時顯示.14 章節(jié)內(nèi)容安排本論文從軟件和硬件2個方面介紹了數(shù)字溫度計的設(shè)計過程，本論文共5個部分：第一章為選題的背景。簡要講述

17、了課題背景，國內(nèi)外的發(fā)展與數(shù)字溫度計的優(yōu)勢和發(fā)展趨勢，以及主要任務(wù)和要達到的目標。第二章是方案的論證。將數(shù)字溫度計分為4個模塊，比較論證幾種典型的芯片，從中選取的合適的芯片。第三章詳細介紹了硬件電路設(shè)計，包括主控芯片、采溫芯片和顯示屏的功能和優(yōu)勢。第四章講述了結(jié)合硬件的軟件設(shè)計，對程序流程圖進行簡單介紹，程序編碼的注意事項與工作原理。第五章講述了仿真結(jié)果并作了簡要分析說明。2 方案的選擇本課題的實現(xiàn)方法是通過溫度采集系統(tǒng)將采集的溫度經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號發(fā)送到單片機，單片機經(jīng)處理判斷分別發(fā)送信號到顯示模塊和報警模塊。這就涉及到4個核心芯片的選取（如圖2.1），本章節(jié)講述了的選取的芯片及選取的理

18、由。本課題的實現(xiàn)方案是以p89v51rd2為主控芯片、ds18b20為溫度采集芯片、ampire128x64是顯示器件和蜂鳴器報警芯片。：圖2.1 硬件設(shè)計框圖21 主控芯片的選擇2.1.1 atmel公司的at89c52微處理器 at89c52 是常見的一款低電壓,高性能單片機,片內(nèi)含8k字節(jié)的可多次擦寫的flash 只讀程序存儲器和256字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），它的體積小而且供電量低，它的四個端口只需要兩個就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，適合用于便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用5。at89c52是最基礎(chǔ)的一款單片機，許多功能需要外接才能實現(xiàn)。2.1.2 ti公司msp430f4013msp

19、430 微處理器是ti 公司的一個超低功耗微控制器系列，片內(nèi)組合了不同功能模塊，可適應(yīng)不同應(yīng)用層次的需要，提供了5 種底功耗模式，可最大限度的延長手持設(shè)備的電池壽命6。給低功耗設(shè)計帶來了很大的方便，但是msp430系列的價格非常高，與其他芯片在都能實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，并沒有突出的優(yōu)勢。而且工作電壓在1.8到3.6v，遠不如5v的接口電路來的方便2.1.3 飛利浦p89v51rd2p89v51rd2是一款8051內(nèi)核的微處理器，內(nèi)含65kb flash和1kb字節(jié)的ram，該芯片有一個典型特性：x2方式，即每個周期12個時鐘周期和每個周期6個時鐘周期（x2），設(shè)計工程師可任意選擇，在x2模式下，不

20、僅獲得2倍的吞吐量而且極大程度上降低了電磁干擾。此外，p89v51rd2完全兼容muc-51指令系統(tǒng)，而且一樣有32個i/o口，工作電壓是5v，但是該芯片的3組i/o做了擴展內(nèi)置了電阻，此外rom、ram的存儲空間都擴大了。而且，p89v51rd2具有低功耗模式，即掉電模式和空閑模式。綜上所述，p89v51rd2兼容muc-51，是基礎(chǔ)51芯片的擴展芯片，且功耗較低，價格便宜，比較msp430f4013和at89c52而言是一款較合理的芯片。22 溫度傳感器的選擇溫度傳感器根據(jù)輸出信號可分為三類：邏輯輸出溫度傳感器、模擬式溫度傳感器和數(shù)字式溫度傳感器。2.2.1 邏輯輸出溫度傳感器邏輯輸出式溫

21、度傳感器并不能嚴格的測出溫度值，而是測出大概的溫度范圍，該溫度傳感器適用于報警系統(tǒng)等其他控制設(shè)備，不適于溫度計的制作。所以，邏輯輸出溫度傳感器不予考慮。2.2.2 模擬式溫度傳感器模擬式溫度傳感器是傳統(tǒng)的傳感器的統(tǒng)稱，常見的有熱電偶、電阻等，利用敏感元件的感溫特性，在溫度變化是，測出其電壓或電流或電阻值的變化，信號經(jīng)過采集、a/d轉(zhuǎn)換等步驟，在經(jīng)過微處理器的數(shù)據(jù)處理后，將其傳送到顯示電路。盡管國際上一些機構(gòu)和學者對于采用its-9國際溫標的固定點法分度工業(yè)鉑電阻溫度設(shè)計得出了一些階段性的結(jié)論和研究成果7、8。即在0100內(nèi)，降低了誤差在0.05內(nèi)。但是一方面，模擬式溫度傳感器常常需要冷端補償，

22、而且響應(yīng)慢等不?。涣硪环矫娼饘贌犭娮杼貏e是銅、鐵、鉑等熱電阻的標定既復(fù)雜又要求苛刻，且成本較高9。此外，信號經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換可能存在失真和漂移，測量并不是非常精確，實際操作有點麻煩。所以，模擬式溫度傳感器不予考慮。2.2.3 數(shù)字式溫度傳感器如果采用數(shù)字式溫度傳感器上述問題在得到簡化的同時，在減少a/d轉(zhuǎn)換的同時節(jié)省了i/o口，簡化了設(shè)計電路。以dallas 公司生產(chǎn)的智能型數(shù)字溫度傳感器ds18b20為例：用1-wire（單總線器件）ds18b20 來組成的測溫系統(tǒng)的數(shù)字溫度計，與半導(dǎo)體器件作為測溫元件構(gòu)成的溫控系統(tǒng)相比有以下優(yōu)勢：一是硬件線路簡單，并且系統(tǒng)可外連接多個基于ds18b20 的數(shù)

23、字溫度計；二是能夠直接讀出測溫結(jié)果；三是能夠進行遠距離多點溫度測量。綜上所述，ds18b20具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、無須外接電路的優(yōu)點，符合本設(shè)計要求10。23 顯示屏的選擇2.3.1 數(shù)碼管led數(shù)碼管是將8個發(fā)光二極管組合的器件，由a,b,c,d,e,f,g,dp表示段，數(shù)碼管有段選和位選2種方式。為了顯示字母和數(shù)字，需要通過軟件編碼或硬件譯碼來顯示數(shù)字或字母。雖然數(shù)碼管價格低、體積小（相對于液晶屏），但是耗電較大，而且只能同時顯示一個字符，不夠智能。2.3.2 字符型1602字符型1602是工業(yè)級的液晶顯示屏，同一屏幕能顯示32個字符?？刂坪唵?，價格低廉，但是屏幕較小，不能再同一界面顯示

24、實時溫度和上下限，需要軟件編程達到屏幕切換的目的。此外，不能顯示漢字也是一個弊端。2.3.3 點陣式1286412864是液晶顯示器的一種統(tǒng)稱，具有顯示信息多、體積小、功耗低等的特點，被廣泛應(yīng)用11。點陣式12864不僅具有的顯示字符、數(shù)字的功能，還可以顯示圖形、曲線及漢字。ampire128x64是proteus中常見的一款點陣式12864芯片，功能強大，能同時顯示實時溫度和上下限，比較直觀，符合本課題設(shè)計要求。而且，不帶字庫的液晶顯示器可以根據(jù)自己的需求選擇想要的字體，方便又靈活，而帶字庫的液晶顯示屏只能顯示gb2312的宋體，而想要顯示其他形式的字體則必須以圖片的形式展現(xiàn)。綜上所述，本課

25、題選取ampire128x64為顯示器。24 報警器的選擇蜂鳴器是常見的一種結(jié)構(gòu)化的訊響器，廣泛由于各種需要聲音報警或提醒的設(shè)備中。而就單片機系統(tǒng)設(shè)計中，蜂鳴器可以接直流電源（驅(qū)動電壓趨近于5v），而且有源蜂鳴器自帶振蕩源，只要單片提供電信號，蜂鳴器就會工作，不僅編程簡單，硬件電路也是簡潔明了的。此外，在實際實物制作中，蜂鳴器具有價格低廉、體積小，便于攜帶等優(yōu)勢，蜂鳴器是報警模塊的不二選擇。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計數(shù)字溫度計分為：主控電路(即p89v51rd2為主的最小系統(tǒng))、溫度采集電路（ds18b20為傳感器）、顯示電路（ampire128x64液晶顯示屏）以及超限報警電路。設(shè)計框圖如圖3.1所示

26、：本課題的硬件仿真是基于lab center electronics公司的 proteus軟件，proteus實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的設(shè)計,與keil能聯(lián)立調(diào)試，完成程序與硬件的搭建。本課題選取的p89v51rd2在proteus元件庫中沒有，而因為p89v51rd2在代碼和引腳等功能上兼容at89c51，所以用at89c51代替，仿真電路圖如圖3.1所示。圖3.1 硬件仿真電路圖31 最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)如圖3.2所示，是由單片機芯片、晶振振蕩電路、復(fù)位電路組成的。圖3.2 最小系統(tǒng)（at89c51替代仿真）3.1.1 p89v51rd2的簡介p89v51rd2是飛利浦生產(chǎn)的基于80c51的低

27、功耗系列微處理器,此款芯片除了上文所述的x2方式的降低電磁干擾（emi），程序存儲器支持系統(tǒng)中編程和在應(yīng)用中編程,可重復(fù)編程，isp的應(yīng)用在應(yīng)用固件的作用下擴大了范圍。p89v51rd2的工作電壓是，的ram, 的flash,增加了3個中斷源和2個中斷優(yōu)先級、低電磁干擾方式以及雙dptr指針。和51微處理器相同的是有4個8位輸入輸出口，其中有三個高達的i/o口，同時內(nèi)部自帶上拉電阻。當然，最重要的是具有低功耗模式：（1）外部中斷喚醒的掉電模式（2）空閑模式。p89v51rd2有三種封裝形式：dip、plcc、tqfp，在芯片的選取中體現(xiàn)在最后2位字母，本課題采用就是p89v51rd2fn，f代

28、表溫度范圍是-40 85 ，n則代表dip封裝，如下表所示：表3.1 p89v51rd2封裝p89v51rd2fa64kb-40+85p89v51rd2fbc64kb-40+85p89v51rd2bn64kb-0+70p89v51rd2fn64kb-40+853.1.2 時鐘電路時鐘電路由晶振和30 pf電容器組成的生成單片機需要的時鐘振蕩頻率12 mhz。在mcs51系列單片機片內(nèi)置有一個高增益的反相放大器，放大器的輸入端為xtal1，輸出端為xtal2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的時鐘方式。3.1.3 復(fù)位電路的原理其中，復(fù)位電路緊急處理，當系統(tǒng)故障時，按下復(fù)位鍵系

29、統(tǒng)將重啟。復(fù)位電路包括電解電容器、電阻器、按鍵,單片機復(fù)位條件是連接高電平。單片機開始后,通過電容器的電壓連續(xù)的,這是當通過電阻器的電壓接近, rst在低水平,以便系統(tǒng)正常工作。當按鈕被按下時,開關(guān)打開,這一次,形成一個循環(huán)在電容器,電容器短路,所以電容器是放電。一段時間后,電容器的電壓由下降到,甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓的總和,這一次通過電阻器的電壓為，甚至更多,rst相當于高電平，系統(tǒng)自動重置。32 溫度采集電路溫度采集模塊采用的是由達拉斯公司推出的最新的一種比較先進的智能溫度傳感器ds18b2012。ds18b20完成對溫度的測量以及獨立的將測量結(jié)果送給單片機的任務(wù),單片機完成對溫度的轉(zhuǎn)

30、換和計算工作,再經(jīng)顯示電路顯示出來,同時設(shè)有報警電路 13。ds18b20內(nèi)部集成了on-b0ard（在板）專利技術(shù)，該芯片如一只三極管的外形內(nèi)部集成了敏感元件和轉(zhuǎn)換電路。該芯片是1-wire接口的數(shù)字溫度傳感器，能有效地提高抗干擾性，測溫范圍是-55+125，可以在編程時設(shè)置912位分辨率。此外，ds18b20的芯片硬件接口電路簡單，很大程度上節(jié)省了引線和邏輯電路，通用性很好。其仿真電路圖如圖3.3所示：圖3.3 溫度采集電路3.2.1 ds18b20供電方式ds18b20供電的方式有2種，一種是較為常見的直接接電源，即ds18b20的1號引腳接gnd，2號引腳接i/o口，3號引腳接vcc；

31、而另外一種是由寄生電源供電，單片機端口接信號口，udd、gnd接地，為保證在有效的的足夠的電流在ds18b20時鐘周期內(nèi)被提供，可用一個mosfet管來完成對總線的上拉。3.2.2 ds18b20的工作原理ds18b20的工作原理如圖3.4所示：利用不同溫度系數(shù)的晶振的振蕩頻率受溫度影響不同（低溫度系數(shù)變化小，高溫度系數(shù)變化大）分別產(chǎn)生相同頻率的脈沖信號送到兩個計數(shù)器中，低溫度系數(shù)晶振的計數(shù)和溫度寄存器設(shè)定為最低溫度-55攝氏度，低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號減法計數(shù)，到零后加一，低溫度系數(shù)晶振的計數(shù)重新加入，重新開始計數(shù)，直到另一計數(shù)器計數(shù)到零，停止溫度寄存器的累加，即為所測得溫度。圖3.4

32、ds18b20測溫原理33 顯示電路由于lcd獨具低壓和微功耗性，液晶顯示器在單片機系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，ampire128x64顯示器是一款漢字圖形型液晶顯示模塊，硬件接口電路如圖3.5所示：圖3.5 顯示電路3.3.1 ampire128x64顯示器的引腳接口在顯示電路中，vbb 接地，vdd 接+5v，vee 為液晶對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高；為了獲得最佳對比度，vee 接地2。如表3.2所示：表3.2 ampire128x64接口說明1cs1h/l片選信號，低電平選前64位2cs2h/l片選信號，低電平選前64位3gnd0v邏輯地4vcc5v邏輯正5vo驅(qū)動電壓，

33、在vee和vo家電阻6rsh/l數(shù)據(jù)/指令選擇：高電平：數(shù)據(jù)送入顯示ram；低電平：數(shù)據(jù)送入指令寄存器7r/wh/l讀/寫：高水平：讀數(shù)據(jù) 低電平：寫數(shù)據(jù)8eh/l讀寫高電平有效9db0h/l輸入輸出引腳10db1h/l輸入輸出引腳11db2h/l輸入輸出引腳12db3h/l輸入輸出引腳13db4h/l輸入輸出引腳14db5h/l輸入輸出引腳15db6h/l輸入輸出引腳16db7h/l輸入輸出引腳17retl低電平復(fù)位有效18vout-10vlcd驅(qū)動源如上表示，ampire128x64有五個控制，一個復(fù)位，四個電源和八個三態(tài)數(shù)據(jù)引腳。與有字庫的液晶顯示屏不同的是ampire128x64被分成

34、2個液晶驅(qū)動，分左右顯示，所有有cs1、cs2。3.3.2 ampire128x64顯示器的硬件結(jié)構(gòu)ampire128x64采用了由行驅(qū)動和列驅(qū)動2部分組成了的動態(tài)驅(qū)動的全點陣液晶顯示，可以顯示32個的漢字或64個的ascii字符，也可以顯示圖片。ampire128x64有5條與cpu相連的控制總線，8位并行i/o數(shù)據(jù)總線。該液晶顯示器主要由8個硬件模塊組成：（1） 顯示數(shù)據(jù)(ram/drdam): drdam用于存儲數(shù)據(jù)，ram映射到顯示屏上的點（高電平顯示，低電平不顯示）（2） 輸入輸出緩沖器:是雙向工作的，將液晶顯示模塊與mpu總線連接，實現(xiàn)不同時鐘下系統(tǒng)的通訊。當片選有效則實現(xiàn)通訊，否

35、則中斷聯(lián)系，呈現(xiàn)高阻態(tài)，不影響其他功能的實現(xiàn)。（3） 輸入寄存器:接收mpu給液晶顯示模塊（lcm）的數(shù)據(jù)并鎖存。（4） 輸出寄存器:用于暫時儲存數(shù)據(jù)。（5） 指令寄存器:接收指令代碼，譯碼將之送入寄存器或觸發(fā)器。（6） 狀態(tài)寄存器:表示液晶屏的當時工作狀態(tài)，尤其“忙”狀態(tài)是標志mpu對lcm訪問必須判別的狀態(tài)，處于“忙”是，輸入輸出緩沖器被鎖，任何操作無效。（7） x地址寄存器:控制著液晶顯示屏8個頁面的選擇的3位的頁地址寄存器，是八選一的選擇器，且沒有自動修改功能，想要修改必須重置x地址寄存器。（8） y地址計數(shù)器:管理64個單元的六位循環(huán)加一計數(shù)器，和x地址寄存器結(jié)合選通唯一的顯示單元，

36、y地址計數(shù)器有自動加1的功能，讀寫操作后加一，加滿0x3f后循環(huán)歸零再加一。34 報警電路為了加強數(shù)字溫度計的實用性，設(shè)置了超限報警功能，如圖3.6所示：圖3.6 報警電路蜂鳴器實現(xiàn)報警功能的原理是：振動膜發(fā)聲的電流經(jīng)過電磁線圈，但是由于微處理器的輸出電流只有，不能滿足蜂鳴器發(fā)聲的要求，因此將一個三極管充當電流放大，當單片機發(fā)出報警信號時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作。4 軟件電路的設(shè)計在軟件設(shè)計方面中, 筆者使用的是模塊化設(shè)計程序方法，這種方法優(yōu)勢如下:模塊化編程不僅簡化了程序開發(fā),而且便于理解和調(diào)試；當有相同作用的程序,需要2次以上的使用時， 程序可以編寫成函數(shù),在以后需使用時，可以直接調(diào)用而不

37、需重新編寫；對數(shù)字溫度計而言，日后需要增減某一功能時，只需要調(diào)節(jié)相應(yīng)程序模塊即可，靈活性高。41 總體軟件設(shè)計流程圖4.1 軟件設(shè)計流程圖如圖4.1所示：軟件設(shè)計部分要求實現(xiàn)傳感器ds18b20采集到溫度并且在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號然后傳送到單片機，單片機分為兩部分，一部分將采集到的的溫度轉(zhuǎn)發(fā)給液晶顯示器，在顯示屏不被占用的情況下，實時顯示溫度；另一部分執(zhí)行比較操作，即判斷是否超限，超過上限或下限就輸出電信號到蜂鳴器，蜂鳴器報警。主程序關(guān)鍵語句：void main() lcd_init(); clear12864(); /初始化 show(); sx (); read_18b20(); delay

38、_nms(1000); /讀溫度while (1)if(flag) /按秒刷新 read_18b20(); play_xiao (55 , 4 , xiao); if(fg=1) play8(00 , 2 , fuhao); play32_n2(12 , 2 , z); else play32_n3(00 , 2 , z);/顯示溫度 if(z>s)alarm(); else if(fg) if(z>10) alarm(); /超限報警 42 ds18b20子程序設(shè)計智能型傳感器ds18b20采用的是具有雙向傳輸功能的單總線協(xié)議，定義了三種必須的通信時序：初始化、寫和讀時序。但是由

39、于常見的微處理器不支持單總線協(xié)議，為了完成ds18b20間的通信，用軟件模擬單總線時序是必要的。該協(xié)議的時序都是將微處理器作為主機，從設(shè)備作為單總線器件。每一次執(zhí)行的操作都是從微處理器主動啟動寫時序開始，如果在寫命令后，單總線器件回送數(shù)據(jù)，微處理器則啟動讀時序來完成接收。根據(jù)ds18b20的通信協(xié)議需要編寫初始化、讀字節(jié)和寫字節(jié)程序。而作為可編程器件的特性，這三個步驟缺一不可，且ds18b20在每一次寫操作之前必須先初始化復(fù)位，復(fù)位成功后才能進行預(yù)訂的操作。對于復(fù)雜的可編程器件，不同的功能有著不同的時序要求。操作協(xié)議為：初使化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)

40、。4.2.1 復(fù)位子程序ds18b20的復(fù)位時序如圖4.2所示。主控制器先將dq賦0，至少保持480us后加高電平，相當于提供了一個復(fù)位脈沖。延時15us60us后，檢測dq狀態(tài)，若為低電平則表示復(fù)位成功，可以進行下一步操作。否則則表示溫度傳感器不存在、損壞等其他故障。工作流程如圖4.3所示：圖4.2 ds18b20的復(fù)位時序編程必嚴格按照時序表，按順序和時間在輸入輸出口輸出相應(yīng)的高低電平或讀入數(shù)據(jù)。圖4.3 ds18b20復(fù)位流程圖4.2.2 寫數(shù)據(jù)子程序如圖4.4所示，ds18b20的寫時序。執(zhí)行操作前，應(yīng)先dq置為低電平，至少等待15us，然后將待寫入數(shù)據(jù)以串行的形式送一位到dq端，ds

41、18b20將在60us120us內(nèi)接收一位數(shù)據(jù)。完成一次操作后，dq端置高電平，必須延時不少于1us的時間用于恢復(fù)，即至少1us的恢復(fù)時間才能寫下一位數(shù)據(jù)。工作流程圖如圖4.5所示：圖4.4 寫數(shù)據(jù)時序圖圖4.5 寫數(shù)據(jù)流程圖4.2.3 讀數(shù)據(jù)子程序如圖4.6所示，ds18b20的讀時序。當執(zhí)行讀取數(shù)據(jù)指令時，應(yīng)該先將dq置為低電平（啟動讀時序脈沖），至少有1us的時間延遲后，然后dq端賦為高電平，ds18b20啟動等待15us后，以便溫度傳感器能夠?qū)⒁晃粩?shù)據(jù)更加安全可靠的傳送至dq端，然后單片機讀取數(shù)據(jù)平，在單片機完成一次讀取后，至少有1us的延遲時間，即1us的時間用來恢復(fù)才能讀下一位數(shù)據(jù)

42、。工作流程圖如圖4.7所示：圖4.6 讀數(shù)據(jù)時序圖圖4.7 讀數(shù)據(jù)流程圖4.2.4 程序編寫的注意事項ds18b20雖然有著系統(tǒng)簡單方便、連接方便和精確性好等特點，但是該芯片在實際應(yīng)用中任然有一些問題需要注意：（1）第一點就是上文具體論述的時序問題，除了上文的初始化、讀寫時序，還有極其重要的是ds18b20在處理數(shù)據(jù)時，需要一定的延時來保證測得溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，否則會出現(xiàn)錯誤，溫度顯示為85。（2）智能型溫度傳感器ds18b20的測溫精度和供電電壓有著密切的關(guān)系，若電壓降低或者不穩(wěn)定會引起精度下降。（3）在關(guān)于ds18b20的相關(guān)資料介紹中并未提及單總線可連接的數(shù)量，容易誤解為數(shù)量無限制，但在

43、實際應(yīng)用中連接超過8個ds18b20時，單片機的總線驅(qū)動就會出現(xiàn)問題，再多點測溫設(shè)計系統(tǒng)是要注意。（4）在數(shù)字溫度計的測溫系統(tǒng)的設(shè)計中，由于單片機向ds18b20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令，ds18b20執(zhí)行命令，而此時程序會等待信號返回，若沒有信號返回，系統(tǒng)會進入死循環(huán)，在仿真調(diào)試時要注意。4.2.5 ds18b20的常見指令表ds18b20在編寫程序時，有一些固定的指令來便于程序的編寫，如表4.1所示：表4.1 溫度傳感器寫入指令指令指令代碼操作說明溫度轉(zhuǎn)換命令0x44啟動溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度0xbe讀取溫度值寫暫存器命令0x4e將數(shù)據(jù)分別寫入高8位th和低8位tl復(fù)制暫存器命令0x48將th、tl中數(shù)

44、據(jù)寫入e2ram中重新調(diào)e2ram0xb8將e2ram數(shù)據(jù)寫入th、tl中中讀電源供電方式0xb4啟動ds18b20，發(fā)送供電方式信號給微處理器skiprom指令0xcc跳過rom匹配，跳過讀序列號操作，節(jié)省操作時間4.2.6 ds18b20的數(shù)據(jù)處理在如表4.2所示的表格中介紹了ds18b20將12位轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)，分別存儲在ds18b20的高八位、低八位的ram中，二進制的前5位是符號位，若符號位為0的，只要將測得數(shù)值乘以0.0625就可以得到實際溫度，而符號位為1，那就需要先去反再加一再乘以0.0625才能得到實際的溫度。表4.2一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進制表示十六進制表示+1250000

45、 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 10000000h-0.51111 1111 1111 0000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h小數(shù)部分的處理有點麻煩，本課題中采取的

46、是查表法。即將小數(shù)經(jīng)過處理（乘以0.625）得到的數(shù)據(jù)存儲到程序存儲器中，當需要小數(shù)是，單片機可以直接讀取。43 液晶顯示模塊上文已經(jīng)論述過本課題的顯示驅(qū)動電路采用的是ampire128x64液晶顯示屏，該12864具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點，近幾年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中14。這是一款無字庫的控制器是ks0108的圖形點陣式128x64的顯示器件。該芯片的硬件接口方式第三章已經(jīng)詳細介紹了，本章主要講述的是ampire128x64的程序編寫方式及相關(guān)注意事項。具體工作流程如圖4.8所示： 圖4.8 工作流程4.3.1 液晶顯示

47、屏的顯示原理在計算機中，數(shù)據(jù)的存在形式是以0和1，不同的數(shù)據(jù)操作，液晶顯示器會呈現(xiàn)不同的結(jié)果。對于字母、數(shù)字而言，由于種類和數(shù)量少，而且在一班情況下只需要一個字節(jié)就能處理，但是常用的漢字就有六千個，而且漢字占的字節(jié)是兩個，于是為了能顯示出漢字，就誕生了將ascii表中很少用到的數(shù)值即高八位以2個為一組的形式表示漢字，即漢字的內(nèi)碼，低八位則是英文的內(nèi)碼。但是內(nèi)碼任然只要是一組組數(shù)字，要想讓屏幕上顯示字符，就需要將內(nèi)碼轉(zhuǎn)換為字模。字模也是由一組組數(shù)字組成的，但字模是用來記錄字符的形狀，如圖4.8是字母取模，如圖4.9所示是漢字取模： 圖4.9 字母字模 圖4.10 漢字字模4.3.2 主控ks01

48、08本課題選取的液晶顯示屏ampire128x64的主控是ks0108，ks0108 共有7 條指令 (參考下文指令表)15。該主控主要有如下的特點:(1)內(nèi)部集成4k的ram用于顯示,數(shù)據(jù)對應(yīng)與lcd屏點的亮、暗；(2)ks0108擁有64列驅(qū)動輸出；(3)讀寫操作時序與51微處理器兼容, 所以有直接、間接2種方式與51單片機的接口相連；ks0108和液晶屏之間的接口電路已經(jīng)做在內(nèi)部, 在使用時重點是設(shè)計出單片機和液晶模塊的接口電路, 然后設(shè)計相應(yīng)的驅(qū)動程序, 而驅(qū)動程序設(shè)計的關(guān)鍵就是掌握液晶模塊內(nèi)驅(qū)動器的指令集16。 4.3.3 液晶顯示屏的指令mpire128x64液晶顯示屏的rs（寄存

49、器選擇信號），r/w(讀寫控制信號)和8個三態(tài)數(shù)據(jù)i/o口構(gòu)成了控制指令，控制液晶顯示屏來完成相應(yīng)的操作，指令說明如表4.3所示：表4.3 液晶顯示屏的指令表指令指令碼功能rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d0清除顯示0000000001將ddram寫“20h”并設(shè)定ddram的地址計數(shù)器到“00h”地址歸位000000001x設(shè)定ddram的地址到“00h”，并將指示原點的位置，該指令不改變內(nèi)容顯示開關(guān)0000001dcbd=1 顯示整體c=1 游標開b=1 游標位置反白允許進入點設(shè)定0000001i/ds數(shù)據(jù)的讀寫時，設(shè)定游標的移動方向并指示顯示的移位移位控制000001s/cr/lx

50、x設(shè)定游標的移動與顯示的移位控制符，不改變ddram的內(nèi)容功能設(shè)定00001dlxbexxdl=0/1：4/8位數(shù)據(jù)re=1：擴充指令操作re=0：基本指令操作設(shè)定ddram列地址0010ac5ac4ac3ac2ac1ac0設(shè)定列地址第一行：00h87h第二行：90h97h設(shè)定ddram行地址0001111p2p1p0設(shè)置頁地址讀取忙標志和地址01bfac6ac5ac4ac3ac2ac1ac0讀取忙狀態(tài)，確認內(nèi)部動作是否完成，同時讀出計數(shù)器的值寫數(shù)據(jù)到ram10數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)d7d0寫入內(nèi)部ram讀出數(shù)據(jù)到ram10數(shù)據(jù)從內(nèi)部ram讀取數(shù)據(jù)d7d04.3.4 液晶顯示屏子程序與上文所述的ds18b

51、20一樣，液晶顯示屏在操作前必須做一些設(shè)置：基本指令操作設(shè)置，開顯示、關(guān)光標，清除顯示，和光標的移動方向即ddram的地址計數(shù)器加一。具體操作指令上文已經(jīng)論述過來，初始化流程如圖4.11所示：圖4.11 液晶顯示屏的初始化流程圖液晶屏的時序并沒有苛刻的要求，如圖4.12所示：圖4.12 液晶顯示屏的時序圖4.3.5 注意事項液晶顯示屏在編程時并沒有像ds18b20那樣有著苛刻的時序上的問題，但是啟動液晶顯示器的時候一定要清屏，唯一要注意的是掃描判斷“忙”狀態(tài)，若是液晶顯示屏處于“忙”的狀態(tài)，則微處理器要等待，若是不“忙”，則執(zhí)行相應(yīng)的操作。字符顯示工作流程如圖4.13所示：圖4.13 液晶顯示

52、屏的顯示字符流程圖不同的字符大小是不一致的，常見的漢字是的，數(shù)字和字母是的，在顯示子程序中要以不同的程序顯示出來，如果的數(shù)字以的漢字顯示程序來顯示會出現(xiàn)亂碼。液晶顯示屏是分為左右半屏，要想使得全屏顯示，則需要分別驅(qū)動左右兩邊的ks0108。左邊列起始地址()，右邊列起始地址為（）。當然，分屏顯示時，只需要驅(qū)動相應(yīng)的半屏。4.3.5 字庫的獲取由于本課題選取的不帶字庫的液晶顯示器，所以需要三方軟件zimo21來獲取字模，zimo21對于圖形的獲取非常方便，而且能夠數(shù)據(jù)壓縮，以此來減小微處理器的內(nèi)點陣數(shù)據(jù)存儲的占用。對于不同的液晶顯示器有不同的取模方式，本芯片必須以“字節(jié)倒序，縱向取模”，否則顯示亂碼。圖4.14 字模獲取字模示意圖44 報警子程序報警模塊的程序設(shè)計很簡單，只要給蜂鳴器提供高低電平就可以確保工作了，即單片機將內(nèi)置上下限與ds18b20測得溫度值比較，超限就報警，工作流程如圖4.15所示：圖4.15 蜂鳴器工作流程圖子程序如下：