數(shù)字溫度計論文

1、I / 31屆別 2012 屆 學(xué)號 4畢業(yè)設(shè)計數(shù)字溫度計的設(shè)計姓 名 茂系 別、專 業(yè) 物電系 電子信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo) 師 姓 名、職 稱曾曉華 副教授完 成 時 間 2012年5月II / 31目 錄摘 要 IABSTRACTII1 緒論 11.1 課題背景與研究意義 11.2 國外現(xiàn)狀 11.3 課題的設(shè)計目的 21.4 課題的主要工作 21.5 本文研究容 32 系統(tǒng)總體方案與硬件設(shè)計 32.1 數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證 32.2 總體設(shè)計框圖 32.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 83 系統(tǒng)軟件設(shè)計 113.1 主程序設(shè)計 113.2 DS18B20 初始化 123.3 數(shù)據(jù)測試 134 仿真測試

2、結(jié)果 135 總結(jié) 15參考文獻 16致 17附錄 18I / 31摘 要隨著科技的不斷進步，在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機來對這些被控參數(shù)進行控制已成為當(dāng)今的主流。本文分析了數(shù)字溫度測量與自動控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文采用單片機來實現(xiàn)對溫度的控制。它的主要組成部分有：AT89C52單片機、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。它可以實時的顯示和設(shè)定溫度，實現(xiàn)對溫度的自動控制。通過測試表明，本設(shè)計對溫度的控制有方便、簡單的特點，從而大幅提高了被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞: 單片機；溫度傳感器；鍵盤和顯示II / 31ABSTRACTWith the development of s

3、cience and technology, the temperature is the common controlled parameters during the process of industrial production; and the use of Single Chip Micyoco (SCM) to control these parameters has become the main trend. This thesis will introduce the design of a digital temperature measurement and an au

4、tomatic controlling system. In this thesis, it achieves the control of the temperature by employing the SCM. The main components are as follows: AT89C52 SCM, Temperature Sensor, Keyboard and Display Circuit, Temperature Controlling Circuit. It can display and set the temperature at any time to reali

5、ze the control of the temperature. The test results show that this design for controlling the temperature is convenient and simple, so it improves the technical indicators greatly of the controlled temperature.Key words: Single Chip Microco; Temperature Sensor; Keyboard and Display1 / 311 緒論1.1 課題背景

6、與研究意義隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，近年來單片機發(fā)展十分迅速，單片機以其功能強、體積小、使用方便、性能價格比高等優(yōu)點,在儀器儀表、工業(yè)控制、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、計算機網(wǎng)絡(luò)和通信、國防航空航天等領(lǐng)域都有著深入而廣泛的應(yīng)用。通過單片機進行溫度控制與以往簡單電路控制相比具有功能強、可靠性高、穩(wěn)定性好、實現(xiàn)智能化以與更人性化的人機接口等優(yōu)點1。一個以微機應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決2。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控

7、參數(shù)。然而所采用的測溫元件和測量方法也不一樣；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不一樣。因此對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不一樣。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度，高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動圍大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。單片機具有集成度高，通用性好，功能強，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途3。本設(shè)計使用單片機作為核心進行控制，與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫準(zhǔn)確，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所

8、。1.2 國外現(xiàn)狀溫度控制系統(tǒng)在國各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距4。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點位”控制與常規(guī)的 PID 控制器為主，它們只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，而用于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展與加入WTO，我國政府與企業(yè)對此都非常重視，對相關(guān)企業(yè)資源進行了重組，相繼建立了一些國家、企業(yè)的研發(fā)中心，開展創(chuàng)新性研究，使我國儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)5。盡管他的大部分

9、功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、存、部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。2 / 31單片機也被稱為微控制器（Microcontroller） ，因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域6。單片機由芯片僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器

10、，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是 8 位或 4 位的7。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機，但因為性價比并不理想而未得到很廣泛的應(yīng)用。90 年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用，32 位單片機迅速取代 16 位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的 8 位單片機的性

11、能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1 美元，最高端的型號也只有 10 美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 1.3 課題的設(shè)計目的1. 鞏固、加深和擴大單片機應(yīng)用的知識面，提高綜合與靈活運用所學(xué)知識解決工業(yè)控制的能力。2. 培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表與文獻資

12、料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力。3. 通過對課題設(shè)計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計的方法、容與步驟。1.4 課題的主要工作本課題的研究重點是設(shè)計一種基于單片機的數(shù)字溫度計控制系統(tǒng)。利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，此傳感器課讀取被測量溫度值，進行轉(zhuǎn)換8。主要工作如下：1. 溫度測試基本圍 0100。2. 精度誤差小于 1。3. LCD 液晶顯示。4. 實現(xiàn)報警提示。3 / 311.5 本文研究容數(shù)字溫度計采用溫度敏感元件也就是溫度傳感器（如鉑電阻，熱電偶，半導(dǎo)體，熱敏電阻等） ，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，如電壓和電流的變化，溫度變

13、化和電信號的變化有一定的關(guān)系，如線性關(guān)系，一定的曲線關(guān)系等，這個電信號可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號再送給處理單元，如單片機或者 PC 機等，處理單元經(jīng)過部的軟件計算將這個數(shù)字信號和溫度聯(lián)系起來，成為可以顯示出來的溫度數(shù)值，如 25.0 攝氏度，然后通過顯示單元，如 LED,LCD或者電腦屏幕等顯示出來給人觀察。這樣就完成了數(shù)字溫度計的基本測溫功能。 本文是基于 AT89C52 單片機，采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，利用 DS18B20 不需要A/D 轉(zhuǎn)換，課直接進行溫度采集顯示，報警的數(shù)字溫度計設(shè)計。包括傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上

14、下限報警調(diào)整電路，單片機主板電路等組成。2 系統(tǒng)總體方案與硬件設(shè)計2.1 數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一個溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。2.2 總體設(shè)計框圖溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖

15、 2-1 所示，控制器采用單片機 AT89C52，溫度傳感器采用 DS18B20，用 LCD1602 顯示溫度。時鐘電路提供單片機正常工作所需要的時鐘脈沖，通電后單片機正常工作，發(fā)送控制指令初始化 1602 液晶，顯示初始化后的結(jié)果：溫度高低門限指示，溫度指示。然后讀取溫度，轉(zhuǎn)換后發(fā)送 2 進制數(shù)據(jù)至單片機I/O 口，由于讀取溫度和轉(zhuǎn)換所需要一定的時間，為了避免不正常報警，初始化后就讀取一次溫度，然后程序進入大循環(huán)，發(fā)送控制指令和數(shù)據(jù)至單片機，顯示溫度報警門限值、讀取溫度、顯示溫度、執(zhí)行報警程序、判斷溫度是否在圍、是否報警。然后再繼續(xù)大循環(huán)。4 / 31圖 2-1 總體設(shè)計框圖2.2.1 主控

16、制器AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，AT89C52 單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用9。AT89C52 單片機芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引腳與 Intel 公司的 8052 兼容；2）8KB 片在系統(tǒng)可編程 FLASH 程序存儲器；3）時鐘頻率為 033MHZ；4）256 字節(jié)片隨機讀寫存儲器（

17、RAM） ；5）6 個中斷源，2 級優(yōu)先級；6）2 個 16 位定時/記數(shù)器；7）全雙工串行通信接口；8）監(jiān)視定時器；9）兩個數(shù)據(jù)指針；2.2.2 溫度傳感器溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段10：a) 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器b) 模擬集成溫度傳感器c) 數(shù)字集成溫度傳感器傳統(tǒng)分立式溫度傳感器具有成本低，精度高等優(yōu)點11，但只能在一定溫度圍保持較好的線性特征，受體積的限制較多，而且易受外界噪聲干擾，應(yīng)用時必須考慮去噪和溫度修正等問題。模擬集成式溫度傳感器具有精度高、體積小、使用靈活等優(yōu)點，即繼承了分立式傳感器測量精準(zhǔn)的特點，又克服了其體積較大和易受干擾的問題，具AT89C52 單片機LCD16

18、02 顯示模塊溫度報警電路時鐘和復(fù)位電路溫度檢測電路5 / 31有良好的應(yīng)用前景。數(shù)字式集成溫度傳感器則在簡化電路、降低系統(tǒng)成本、簡化去噪環(huán)節(jié)等方面具有更好的優(yōu)勢，尤其在數(shù)字電路應(yīng)用日益發(fā)展的今天，能以代表溫度信息的數(shù)字量作為直接輸出量，極方便了系統(tǒng)對信號的采集和處理，有利于信息的交換處理和快速傳輸。DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9-12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式12。DS18B20 的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信，無須經(jīng)過

19、其它變換電路；多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；含 64 位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器 ROM；可通過數(shù)據(jù)線供電，含寄生電源，電壓圍為 3.05.5；零待機功耗；溫度以或位數(shù)字；用戶可定義報警設(shè)置； 報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；測溫圍為-55-+125，測量分辨率為 0.0625采用單總線專用技術(shù)，DS18B20 采用腳 PR35 封裝或腳 SOIC 封裝，其部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-2 所示。 DQ GND VDD圖 2-2 DS18B20 部結(jié)構(gòu)64 位 ROM 的結(jié)

20、構(gòu)開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗碼，這也是多個 DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報警上下限。DS18B20 溫度傳感器的部存儲器還包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。頭 2 個字節(jié)包含64 位ROM 和單線接口電源檢測存儲器和控制器高速緩存存儲器溫度傳感器上限觸發(fā) TH下限觸發(fā) TL8 位 CRC 生成6 / 31測得的溫度信息，第 3 和第 4 字

21、節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第 5 個字節(jié)，為配置寄存器，它的容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖 2-2 所示。低 5 位一直為 1，TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式，DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。由下面表 2-1 可見，DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡。表 2-1 DS18

22、B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與 RAM 中的 TH、T字節(jié)容作比較。若TH 或 TTL，則將該器件的報警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時測量溫度并進行報警搜索。在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC） 。主機 ROM 的前 56 位來計算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20 的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1；高溫度

23、系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器、溫度寄存器中，計數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器的預(yù)置值減到時，溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到時，停止溫度寄存器的累加

24、，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大于被測溫度值。表 2-2一部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H7 / 31+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000F

25、FF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H2.2.3 顯示模塊 LCD16021602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符13。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以他不能顯示圖形。液晶顯示比起數(shù)碼管有很多優(yōu)勢，顯示的容要比數(shù)碼管多，比數(shù)碼管容易控制。圖2-3 LCD16

26、02引腳圖第1腳：VSS 為地電源。第2腳：VDD 接5V 正電源。第3腳：VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影” ，使用時可以通過一個10K 的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng) RS 和 R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊

27、執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。下面為1602液晶的引腳說明，在設(shè)計中，1602液晶數(shù)據(jù)接口接在 P0口。表2-3 引腳接口說明表8 / 312.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.3.1 時鐘和復(fù)位電路的設(shè)計分析系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整路，單片機主板電路等。單片機主板電路如圖 2-4 所示： 圖 2-4 單片機時鐘復(fù)位電路時鐘電路由一個 12M 的晶振和兩個 30pF 的電容組成，作用是產(chǎn)生單片機工作時所必須的時鐘振蕩，頻率為 12MHz。復(fù)位電路由一個電解電容、一個電阻、一個按鈕組成，單片機復(fù)位條

28、件是 9 腳接到一個持續(xù) 2us 以上的高電平。在單片機啟動 0.1S 后，電容C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這是時候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V，RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在 0.1S，從 5V 釋放到變?yōu)榱?1.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候 10K 電阻兩端的電壓為 3.5V，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。圖 2-4 中包括時鐘振蕩電路和按鍵復(fù)位電路，按鍵復(fù)位電路

29、是上電復(fù)位加手動復(fù)位， 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀/寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極9 / 31使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位。另外擴展電路中，蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限圍時，發(fā)出報警鳴叫聲音。2.3.2 溫度傳感器電路 連接 DS18

30、20 的總線電纜是有長度限制的14。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過 50m 時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用 DS1820 進行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 溫度傳感器采用 DS18B20 直接接入單片機 I/O 口，如圖 2-5 所示。 圖 2-5 溫度傳感器電路 2.3.3 顯示電路 顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點就是使用口資源比較少，只用 P0和

31、 P3 口,串口的發(fā)送和接收，采用 4 位共陰 LED 數(shù)碼管，從 P0 口輸出段碼，P2.0P2.3作片選端。但在焊電路板的時候發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管亮度不夠，所以在 P2.0P2.3 端口接四個10K 的電阻和四個 NPN 的三極管，期望增加驅(qū)動電流，以使數(shù)碼管高亮顯示。如圖 2-610 / 31圖 2-6 溫度顯示電路2.3.4 總硬件設(shè)計電路圖 2-7 總硬件設(shè)計電路11 / 313.系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 主程序設(shè)計整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了15。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各

32、執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊16。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。主程序流程見圖3-1。 否 是圖 3-1 主程序流程圖此溫度計上電就開始工作，單片機控制各個部分，給命令讓LCD1602初始化，讓DS18B20開始檢測溫度并開始轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通過I/O口傳給單片機，在經(jīng)過處理，寫入LCD

33、1602，同時判斷當(dāng)前溫度值是否在設(shè)定圍，并判斷是否報警。當(dāng)溫度在設(shè)定圍的時開始初始化判斷溫度是否在設(shè)定范圍內(nèi)紅燈亮報警綠燈亮正常顯示溫度結(jié)束12 / 31候，綠燈亮、紅燈滅、蜂鳴器不發(fā)聲，繼續(xù)讀取溫度和判斷；當(dāng)溫度值超出設(shè)定圍時，紅燈亮、綠燈滅、蜂鳴器響起，完成報警，然后繼續(xù)大循環(huán)讀取溫度，繼續(xù)判斷。這樣便完成一輪讀取顯示報警，接著重復(fù)讀取溫度溫度、顯示溫度、判斷圍、是否執(zhí)行報警。3.2 DS18B20 初始化DS18B20初始化流程圖見圖3-2。C C5 51 1寄寄存存器器初初始始化化溫溫度度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換命命令令1 18 8B B2 20 0存存在在？讀讀取取溫溫度度溫溫度度數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理

34、溫溫度度顯顯示示報報警警溫溫度度比比較較超超出出范范圍圍？開開始始Y YN NY YN N圖 3-2 DS18B20初始化流程圖復(fù)位：復(fù)位就是由控制器給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號，傳感器會輸出一個脈沖，完成通信前的準(zhǔn)備。存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在1560uS后接收存在脈沖，接下來將會是控制器與18B20間的數(shù)據(jù)通信?？刂破靼l(fā)送ROM指令：傳感器是通過嚴格的時序控制工作的，每一個工作周期只能發(fā)一條指令，功能是對片的64位光刻ROM進行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。 控制器發(fā)送存儲器操作指令：存儲器操作指令的

35、功能是命13 / 31令18B20讀或?qū)懀切酒刂频年P(guān)鍵。執(zhí)行數(shù)據(jù)或讀寫：讀取溫度和寫到單片機I/O口。3.3 數(shù)據(jù)測試 溫度傳感器連接好通電后，就可以測試數(shù)據(jù)了，由于傳感器的特殊性，我們不能測試水的溫度，只能通過水銀溫度計來對比，靜放一段時間后，對比數(shù)字溫度計讀取的實際溫度與水銀溫度計測得的實際溫度，經(jīng)對比，誤差小于 1 攝氏度，符合實際要求。由于條件限制，我測試了好多次氣溫，最終結(jié)果都比較滿意。4.仿真測試結(jié)果 程序設(shè)置溫度上限為 40 度，溫度下限為 10 度。1.如圖 4-1 所示。此時溫度時 43 度，超出上限溫度，紅燈亮，蜂鳴器響，實現(xiàn)報警。圖 4-1 仿真 12.如圖 4-2

36、所示。此時溫度為 5 度，低于下限溫度，紅燈亮，蜂鳴器響，實現(xiàn)報警。14 / 31圖 4-2 仿真 23.如圖 4-3 所示。此時溫度為 25 度，在所設(shè)圍，綠燈亮，溫度正常。圖 4-3 仿真 315 / 315 總結(jié)對本設(shè)計系統(tǒng)進行了硬件安裝和軟件調(diào)試，其安裝外觀如圖 5-1 所示。經(jīng)過安裝調(diào)試，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)復(fù)位、溫度測試、溫度顯示、報警等功能。本設(shè)計利用 AT89C52芯片控制溫度傳感器 DS18B20，以部分外圍電路輔助來實現(xiàn)對環(huán)境溫度的測控，性能穩(wěn)定，可以方便的讀出當(dāng)前溫度。由于 DS18B20 的測量精確度只有0.5 度，往往很多場合需要更精確的溫度，在所測溫度精度不變的情況下進行

37、校正。圖 5-1 實物外觀圖通過兩個多月來不斷地努力，我終于完成了我的畢業(yè)設(shè)計，這不僅是我人生中把理論與實踐聯(lián)合起來的第一步。也是我人生中一次快樂的旅程。本設(shè)計結(jié)束，我完成了設(shè)計，并作出了實物，基本實現(xiàn)了預(yù)期功能。在制作的過程中，我學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的知識，明白了實踐才是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，在以后的學(xué)習(xí)與工作中，要注意理論聯(lián)合實際，把我所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，程序只有在經(jīng)常寫與讀中才能提高，此次設(shè)計，讓我獲益匪淺。此次溫度計設(shè)計完成后，由于設(shè)計之初沒有考慮到使用圍，導(dǎo)致數(shù)字溫度計不能通過硬件調(diào)節(jié)報警溫度，功能比較單一。在以后的學(xué)習(xí)與工作中，我們一定要考慮到設(shè)計的預(yù)期效果和實際生活的聯(lián)系

38、，全面考慮其適用性，再進行設(shè)計與制作。16 / 31參考文獻1海蘭,祥偉.單片機應(yīng)用技術(shù)與實例J.現(xiàn)代電子技術(shù),2012.2 新民,王艷芳.微型計算機控制技術(shù)M.電子工業(yè),2010.3 海蘭.智能溫度傳感器 DS18B20 的原理與應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù),2010.4 偉.單片機 C 語言程序設(shè)計實訓(xùn) 100 例M.電子工業(yè),2009,6.5 朝青.單片機原理與接口技術(shù)M.航空航天大學(xué),1998.6 育才.單片機微型計算機與應(yīng)用M.東南大學(xué),2010.7 廣弟.單片機基礎(chǔ)M.航空航天大學(xué),2009.8 建忠.單片機原理與應(yīng)用M.電子科技大學(xué),2002.9康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版)M.

39、高等教育,2006.10 傳友,曉斌,漢澤西.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計M.航空航天大學(xué),2004.11 白澤生.用 MCS-51 單片機實現(xiàn)溫度的檢測J.現(xiàn)代電子技術(shù),2005.12 德銀.基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制J.東北大學(xué)碩士論文,2007.13 于志贛,國平,旭斌.機電技術(shù)J.現(xiàn)代電子技術(shù),2009.14 昭斌.利用單片機實現(xiàn)溫度智能控制J.石油化工自動化,2000.15 樓然苗.51 系列單片機設(shè)計實例M.航空航天,2003,3.16 剛,周群.電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐M.:電子工業(yè),2004.17 / 31致 本設(shè)計是在我的導(dǎo)師曾曉華副教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴肅的科學(xué)

40、態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，曾曉華老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。曾教授不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹向曾曉華老師致以誠摯的意和崇高的敬意。在此，我還要感在一起愉快的度過大學(xué)生活的各位同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感我的室友徐海峰同學(xué)，他對本課題做了不少工作，給予我不少的幫助。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的意!

41、最后我還要感培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，你們!18 / 31附錄程序清單 附錄 1 定義變量#INCLUDE#DEFINE UCHAR UNSIGNED CHAR#DEFINE UINT UNSIGNED INTSBIT DQ=P17;/DS18B201 與單片機連接口SBIT RS=P25;SBIT RW=P26;SBIT EN=P27;SBIT BEEP = P37;SBIT P20 = P31; /定義指示燈SBIT P21 = P33;UNSIGNED CHAR CODE STR1=TEMP IS:;UNSIGNED CHAR CODE STR3=H:;UNSIGNED CHAR COD

42、E STR4=L:;UCHAR DATA DISDATA4;UCHAR DATA DISHT4;UCHAR DATA DISLT4;UINT TEMP;INT TEMPL=10,TEMPH=40;UINT TVALUE;/溫度值UCHAR TFLAG;/溫度正負標(biāo)志VOID DELAY(UNSIGNED INT M)UNSIGNED INT I,J; FOR(I=0;IM;I+)19 / 31 FOR(J=0;J10;J+);附錄 2 顯示子程序/*LCD1602 程序*/VOID DELAY1MS(UNSIGNED INT MS)/延時 1 毫秒（不夠精確的）UNSIGNED INT I,J

43、; FOR(I=0;IMS;I+) FOR(J=0;J0;I-) DQ = 0; /給脈沖信號 DAT=1; DQ = 1; /給脈沖信號 IF(DQ) DAT|=0X80; DELAY_18B20(10); RETURN(DAT);VOID DS1820WR(UCHAR WDATA)/*寫數(shù)據(jù)*/22 / 31UNSIGNED CHAR I=0; FOR (I=8; I0; I-) DQ = 0; DQ = WDATA&0X01; DELAY_18B20(10); DQ = 1; WDATA=1;READ_TEMP()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/UCHAR A,B;DS1820RST(); DS1820WR(0XCC);/*跳過讀序列號*/DS1820WR(0X44);/*啟動溫度轉(zhuǎn)換*