89c52溫度檢測-供參考

1、鄭州科技學院專科畢業(yè)設計（論文） 題 目 數(shù)字溫度及設計 學生姓名 薛京超 專業(yè)班級 電氣一班 學 號 200916030 所 在 系 電氣工程系 指導教師 楊 瑞 完成時間 2012年03月 18日 基于DS18B20溫度傳感器的數(shù)字溫度計設計摘 要 單片機在日用電子產(chǎn)品中的應用越來越廣泛，溫度則是人們?nèi)粘Ｉ钪谐３Ｐ枰獪y量和控制的一個量?？茖W技術的發(fā)展和檢測技術的發(fā)展是密切相關的。現(xiàn)代化的檢測手段能達到的精度、靈敏度及測量范圍等，在很大程度上決定了科學技術的發(fā)展水平。 本設計以單片機和溫度傳感器為核心，設計數(shù)字溫度計。實現(xiàn)對溫度的采集和監(jiān)視。在溫度采集的實現(xiàn)中，使用了STC89C52RC單

2、片機和溫度傳感器DS18B20，溫度監(jiān)視部分利用動態(tài)驅(qū)動技術，以單片機驅(qū)動液晶顯示屏。溫度測量范圍-55+125。正文著重介紹了STC89C52RC單片機功能和應用,集成溫度傳感器DS18B20的原理，1602的簡介與應用，給出了硬件系統(tǒng)的各部分電路及相關程序。關鍵字 溫度傳感器/單片機/顯示屏 Digital thermometer based on DS18B20 temperature sensor designASBTRACTAlong with the development of the world, microcontroller technology has spread to

3、 our life, work, scientific research fields, it brings convenience is not negative, including digital thermometer is one example, but people to demand more and more of it for modern job, scientific research, life, provide better more convenient facilities need microcontroller technology from several

4、 of toward all digital control system, intelligent control direction.Microcomputer in the daily application of electronic products is more and more extensive, temperature is Peoples Daily life often need to measure and control of a quantity. The development of science and technology and detection te

5、chnology development are closely related. Modern means of detection can achieve precision, sensitivity and measuring range, etc, to a great extent determine the development of science and technology level.This design with the single chip processor and temperature sensor as the core, to design digita

6、l thermometer. To achieve the collection of temperature and monitoring. In temperature collection, the use of the STC89C52RC single-chip microcomputer and temperature sensor DS18B20, temperature monitoring the part USES dynamic drive technology, on the single chip computer drive LCD screen. Temperat

7、ure measurement range-55 + 125 . The text mainly introduces STC89C52RC SCM functions and application, the principle of integrated temperature sensor DS18B20, 1602 introduction and application, give the hardware system all the parts of the circuit and the related procedures.KEY WORDS Temperature sens

8、or,SCM,display 目 錄中文TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc6386 摘要 PAGEREF _Toc6386 I HYPERLINK l _Toc30734 英文摘要 PAGEREF _Toc30734 II HYPERLINK l _Toc17804 引 言1 HYPERLINK l _Toc2508 1 總體設計2 HYPERLINK l _Toc14143 1.1 方案論證2 HYPERLINK l _Toc22205 1.1.1 溫度傳感器2 HYPERLINK l _Toc32110 1.1.2 單片機系統(tǒng)2 HYPERLINK l _Toc1

9、7357 1.1.3 電源模塊2 HYPERLINK l _Toc9098 1.1.4 顯示模塊3 HYPERLINK l _Toc1340 1.1.5 確定方案3 HYPERLINK l _Toc20761 1.2 總體設計3 HYPERLINK l _Toc32660 2 硬件設計4 HYPERLINK l _Toc20253 2.1 元件功能說明4 HYPERLINK l _Toc23560 2.1.1 單片機 STC89C52RC簡介4 HYPERLINK l _Toc23907 2.1.2 主要功能特性5 HYPERLINK l _Toc20718 2.1.3 單片機 STC89C5

10、2RC引腳功能說明5 HYPERLINK l _Toc32675 2.1.4 DS18B20 的性能特點6 HYPERLINK l _Toc18165 2.1.5 1602液晶顯示屏簡介8 HYPERLINK l _Toc26717 2.1.6 1602封裝尺寸圖9 HYPERLINK l _Toc2299 2.1.7 1602外觀圖9 HYPERLINK l _Toc6097 2.1.8 1602引腳說明10 HYPERLINK l _Toc23477 3 部分硬件電路 PAGEREF _Toc23477 12 HYPERLINK l _Toc14214 3.1 單片機系統(tǒng)11 HYPERL

11、INK l _Toc908 3.2 溫度傳感器模塊11 HYPERLINK l _Toc16187 3.2.1 DS18B20測溫原理11 HYPERLINK l _Toc12886 3.2.2 DS18B20電路連接15 HYPERLINK l _Toc5694 3.3 電源模塊16 HYPERLINK l _Toc25552 3.3.1 電源電路圖16 HYPERLINK l _Toc15469 3.3.2 電路功能說明17 HYPERLINK l _Toc9996 4 軟件設計21 HYPERLINK l _Toc8317 4.1 主程序流程21 HYPERLINK l _Toc1072

12、 4.2 DS18B20模塊程序設計21 HYPERLINK l _Toc13623 4.2.1 流程說明21 HYPERLINK l _Toc26929 4.3 HS1602驅(qū)動程序設計22 HYPERLINK l _Toc9668 4.3.1 程序流程22 HYPERLINK l _Toc7543 5 測試及結(jié)果分析24 HYPERLINK l _Toc18760 總 結(jié)25 HYPERLINK l _Toc31626 致 謝26 HYPERLINK l _Toc14420 參考文獻27 HYPERLINK l _Toc26934 附 錄28 HYPERLINK l _Toc15102 附

13、錄1：電路原理圖28 HYPERLINK l _Toc15519 附錄2：原器件清單29 HYPERLINK l _Toc17255 附錄3：總體程序30 HYPERLINK l _Toc6781 附錄4：實物效果圖34 引 言 在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要用到溫度的檢測及控制，傳統(tǒng)的測溫元件有熱電耦和熱電阻，而熱電耦和熱電阻測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復雜，軟件調(diào)試復雜，制作成本高。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，溫度變化和電信號的變化有一定

14、的關系，如線性關系，一定的曲線關系等，這個電信號可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路即AD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)過內(nèi)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，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。隨著數(shù)字溫度計這些優(yōu)點，其應用將會越來越廣泛。將來的數(shù)字溫度計將會朝著精確化、適應環(huán)境的惡劣、測溫范圍廣以及網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。為了更好的了解數(shù)字溫度計的構(gòu)成與設計，增加對電子產(chǎn)品設計的能力。通過對基于DS18B20數(shù)字溫度芯片的數(shù)字溫度計的設計，能夠增強對

15、電子產(chǎn)品的元器件基本知識的認識并學會使用常用電子元器件。通過對該課題的設計開發(fā)，總結(jié)所學的課程知識并應用到實踐。特別是對于單片機以及C語言編程設計的應用，增強實踐動手能力。了解電子產(chǎn)品設計、制作、調(diào)試、維護過程及相關知識。本課題的設計涉及到電路板的制作，軟件編程調(diào)試等軟硬件的知識以及電路板的焊接。培養(yǎng)細致、科學、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和一定的動手能力及解決實際問題的能力，為以后從事相關電子技術工作奠定良好的基礎。不僅如此，在準備數(shù)字溫度計設計過程中能夠了解數(shù)字溫度計的發(fā)展動態(tài)以及對相關電子產(chǎn)品的了解。本文介紹了一種基于DS18B20的數(shù)字溫度計設計方案。方案利用STC89C52RC單片機控制DS18B

16、20進行數(shù)據(jù)采集并由HS1602液晶顯示模塊顯示結(jié)果， 隨著電子技術的發(fā)展，人們的生活日趨數(shù)字化，多功能的數(shù)字溫度計可以給我們的生活帶來很大的方便；支持“一線總線”接口的溫度傳感器簡化了數(shù)字溫度計的設計，降低了成本；以美國MAXIM/DALLAS半導體公司的單總線溫度傳感器DS18B20為核心，以ATMEL公司的STC89C52RC為控制器設計的DS18B20溫度控制器結(jié)構(gòu)簡單、測溫準確、具有一定控制功能的智能溫度控制器。1 總體設計1.1 方案論證1.1.1 溫度傳感器方案一：采用熱敏電阻可滿足測溫要求，但熱敏電阻精度低，重復性和可靠性較差，對于精度要求較高的測溫不適用，而且采用熱敏電阻要求

17、復雜的電路和算法，增加了設計復雜度。方案二：采用專用的集成溫度傳感器（如AD590、LM35/LM45）和數(shù)字化溫度傳感器（DS18B20、DS1620）測溫，數(shù)字化溫度傳感器具有接口簡單、直接數(shù)字量輸出、精確度高等優(yōu)點。DS1820是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片DS1820都有唯一的產(chǎn)品號并可存入其ROM中，以使在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛任意多個DS1820芯片。從DS1820讀出或?qū)懭隓S1820信息僅需要一根口線，共讀

18、寫及溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無需額處電源。DS1820能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。1.1.2 單片機系統(tǒng)目前比較流行52系列單片機和凌陽單片機。STC89C52RC單片機需要用仿真器來實現(xiàn)軟硬件的調(diào)試，較為繁瑣； STC89C52RC八位單片機除具有STC89C52RC單片機所有的優(yōu)點外，具有更大的程序存儲空間，可在線仿真的功能，方便調(diào)試。凌陽十六位單片機雖然可以更好的完成控制功能，但較STC89C52RC八位單片機價格昂貴，而且編程以及外圍功能電路的設計都不及STC89C52RC成熟。因此，選用STC89

19、C52RC八位單片機作為溫度采集的控部分。1.1.3 電源模塊此次設計所采用的電源電路是手機充電器的電路，此有過流過載短路保護等功能。當負載過載或者短路時，Q1的集電極電流大增，而Q1的發(fā)射極電阻R1會產(chǎn)生較高的壓降，這個過載或者短路產(chǎn)生的高壓會經(jīng)過R3讓Q2飽和導通，從而讓Q1截止停止輸出防止過載損壞。因此，改變R1的大小，可以改變負載能力，如果要求輸出電流小，例如只需要輸出5V100MA，可以將R1阻值放大。當然美女，如果需要輸出5V500MA的話，就需要將R1適當改小。注意：R1改小會增加燒壞Q1的可能性，如果需要大電流輸出，則需要更換13003、13007中的大功率管。1.1.4 顯示

20、模塊在設計中要顯示的信息不僅僅是溫度值還有學校名字和設計人員的名字，所以采用數(shù)碼管顯示幾乎不可能。而且，還要產(chǎn)生最好的視覺效果使人看的時候不至于刺眼。另外，手機電池電量有限，而數(shù)碼管耗電較大，不符合設計要求。因此，選用常見的HS1602液晶顯示模塊顯示測溫結(jié)果。1.1.5 確定方案 為了不失通用性和智能性，本方案采用AT89S52單片機作為控制器，單總線溫度傳感器DS18B20進行溫度采集。而電源則采用集成穩(wěn)壓電源，顯示模塊使用HS1602液晶顯示模塊而沒有使用數(shù)碼管。1.2 總體設計本方案設計的系統(tǒng)由按鍵控制模塊、單片機系統(tǒng)、溫度傳感器模塊、液晶顯示模塊、存儲模塊、串口通信模塊和電源模塊組成

21、，其總體架構(gòu)如圖1-1。1602顯示 STC89C52RC 單片機電源電路溫度傳感器振蕩電路圖1-1 系統(tǒng)總體設計2 硬件設計2.1 元件功能說明2.1.1 單片機 STC89C52RC簡介 Atmel公司的生產(chǎn)的STC89C52RC是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復擦寫的只讀Flash程序存儲器和128 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、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大STC89C52RC單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。 STC89C

22、52RC是一個功能強大的單片機，但它只有20個引腳，15個雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是一個完整的8位雙向I/O口，兩個外中斷口，兩個16位可編程定時計數(shù)器,兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。同時STC89C52RC的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(xù)運行。芯片示圖2-1如下:圖2-1 STC89C52RC芯片示圖2.1.2 主要功能特性(1)兼容MCS51指令系統(tǒng) (2)2k可反復擦

23、寫(1000次）Flash ROM(3)15個雙向I/O口(4)6個中斷源(5)兩個16位可編程定時/計數(shù)器(6)2.7-6V的寬工作電壓范圍(7)時鐘頻率0-24MHz(8)128x8bit內(nèi)部RAM兩個外部中斷源(10)兩個串行中斷(11)可直接驅(qū)動LED(12)兩級加密位(13)低功耗睡眠功能(14)內(nèi)置一個模擬比較放大器(15)可編程UARL通道(16)軟件設置睡眠和喚醒功能2.1.3 單片機 STC89C52RC引腳功能說明(1)Vcc:電源(2)GND:接地(3)P1口:P1口是一組8位雙向I/O口,P1.2-P1.7提供內(nèi)部上拉電阻,P1.0和P1.1內(nèi)部無上拉電阻,主要是考慮它

24、們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端(AIN1),如果需要應在外部接上拉電阻。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并可直接驅(qū)動LED.當P1口引腳寫入“1”時可作輸入端，當引腳P1.2-1.7用做輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流（In）。P1口還在Flash閃速編程及程序校驗時接收代碼數(shù)據(jù)。P3口：P3口的P3.0-P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個雙向I/O口。P3.6沒有引出，它作為一個普通I/O口但不可訪問，但可作為固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號，P3口緩沖器可吸收20mA電流。當P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端，作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉

25、電阻輸出電流（In）。P3口還用于實現(xiàn)STC89C52RC特殊的功能，接收一些用于Flash閃速存儲編程及程序校驗的控制信號。如下表2-1所示：表2-1 P3口特殊的功能引腳口 功能特性P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2/INTO(外中斷0)P3.3/INT1(外中斷1)P3.4T0(定時計數(shù)器0輸入)P3.5T1(定時計數(shù)器1輸入) (5)RST：復位輸入。RST引腳一旦變成兩個機器周期以上電平，所有的I/O都將復位到“1”（高電平）狀態(tài)，振蕩器正在工作時，持續(xù)兩個機器周期以上的電平便可完全復位，每個機器周期為12個振蕩時鐘周期。 (6) XTAL1：振蕩器反相

26、放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 (7) XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.1.4 DS18B20 的性能特點獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5。零待機功耗?？删幊痰姆直媛蕿?12位，對應的可分辨溫度分

27、別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。用戶可定義報警設置。報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件。測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。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。以上特點使DS18B20非常適用與多點、遠距離溫度檢測系統(tǒng)。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)的溫度報警觸發(fā)器TH

28、和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 圖2-2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.1.5 1602液晶顯示屏簡介 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。本文以常見的1602CD模塊為例，介紹該模塊的簡單使用。1602可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/W、EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址?/p>

29、對比度調(diào)節(jié)和背光。該模塊也可以只用D4-D7作為四位數(shù)據(jù)分兩次傳送。這樣的話可以節(jié)省MCU的I/O口資源。本文將使用Atmega16并采用四位數(shù)據(jù)方式來控制1602。2.1.6 1602封裝尺寸圖圖2-3 1602封裝尺寸圖2.1.7 1602外觀圖圖2-4 1602外觀圖2.1.8 1602引腳說明表2-2 1602引腳說明 編號 符號引腳說明 編號 符號引腳說明1VSS電源地9D2雙向數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3雙向數(shù)據(jù)口3VL對比度調(diào)節(jié)11D4雙向數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5雙向數(shù)據(jù)口5R/W讀/寫選擇13D6雙向數(shù)據(jù)口6E模塊使能端14D7雙向數(shù)據(jù)口7D0雙向數(shù)據(jù)口15BLK背

30、光源地8D1雙向數(shù)據(jù)口16BLA背光源正極 注意事項：從該模塊的正面看，引腳排列從右向左為：15腳、16腳，然后才是114腳。VDD：電源正極，4.55.5V，通常使用5V電壓；VL：LCD對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為05V。接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，但對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，因此通常使用一個10K的電位器來調(diào)整對比度，或者直接串接一個電阻到地；RS：MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。MCU要寫入指令時，使RS為低電平；MCU要寫入數(shù)據(jù)時，使RS為高電平；R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時，寫入數(shù)據(jù)；E：LCD模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下

31、降沿觸發(fā)模塊。D0D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果MCU的I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4D7接口傳送數(shù)據(jù)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式；BLA： LED背光正極。需要背光時，BLA串接一個限流電阻接VDD，BLK接地，實測該模塊的背光電流為50mA左右；3 部分硬件電路3.1 單片機系統(tǒng)方案采用STC89C52RC單片機作為控制器，完成所有的控制功能，包括：溫度傳感器DS18B20的初始化和讀去溫度值HS1602液晶模塊驅(qū)動振蕩電路的正常運行 單片機系統(tǒng)的電路如圖3-1。圖3-1 單片機系統(tǒng)電路3.2 溫度傳感器模塊3.2.1 DS18B20測溫原理 DS18B2

32、0: 該溫度傳感器DS1820通過一個單線接口發(fā)送或接收信息 并且該傳感器以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。無需外部器件，與CPU連接簡單，只需一個總線即可與CPU進行數(shù)據(jù)通信15DS18B20的測溫原理：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，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(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 所對應的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存

33、器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在-55 所對應的一個基數(shù)值15。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器 1的預置將重新被裝入,減法計數(shù)器1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2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。 另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴

34、格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖3-2 DS18B20測溫原理圖圖3-3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 寄生電源由二極管VD1、VD2 和寄生電容C 組成，電源檢測電路用于判定供電方式，寄生電源供電時，VDD 端接地，器件從單線總線上獲取電源，在DQ 線呈低電平時，改由C上的電壓Vc繼續(xù)向器件供電。該寄生電源有兩個優(yōu)點：第一，檢測遠程溫度時無需本地電源；第二，缺少正常電源時也能讀ROM。若采用外部電源VDD，則通過VD2 向器件供電。 光刻ROM中的64位序列號是

35、出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。主機操作ROM 的命令有四種，如表3-2-1 所示。圖3-4 64 位ROM 的結(jié)構(gòu)表3-1 DS18B20的ROM命令指令說明讀ROM（33H）讀DS1820的序列號匹配ROM（55H）繼讀完64位序列號的一個命令，用于多個DS1820時定位跳過ROM（CCH）此命令執(zhí)行后的存儲器操作

36、將針對在線的所有DS1820搜ROM（F0H）識別總線上各器件的編碼，為操作各器件作好準備 DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術。其內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號f。當計數(shù)門打開時，DS18B20 對f0 計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性予以被償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應為9 位（符號點1位），但因符號位擴展成高8 位，故以16 位被碼形式讀出，表3-2-3 給出了溫度和數(shù)字量的關系。表3-2 DS1820 溫度數(shù)字對應關系表DS18B20溫度傳感器

37、的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位，第二個字節(jié)是溫度的高8位，第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時被刷新，第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算，第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)，如表3-3所示。表3-3 DS18B20暫存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度最低數(shù)字位0溫度最高數(shù)字位1高溫限制2低溫限制3保留4保留5計數(shù)剩余值6每度計數(shù)值7CRC校驗8該字節(jié)各位的

38、意義為TM R1 R0 1 1 1 1 1 ，低五位一直都是1 ，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式，在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不用改動，R1和R0用來設置分辨率，DS18B20出廠時被設置為12位，分辨率設置如表3-4所示。 表3-4 分辨率設置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對D

39、S18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。表3-5 DS18B20暫存器的命令指令說明溫度轉(zhuǎn)換（44H）啟動在線DS1820做溫度A/D轉(zhuǎn)換讀數(shù)據(jù)（BEH）從高速暫存器讀9bits溫度值和CRC值寫數(shù)據(jù)（4EH）將數(shù)據(jù)寫入高速暫存器的第2和第3字節(jié)中復制（48H）將高速暫存器中第2和第3字節(jié)復制到EERAM讀EERAM（B8H）將EERAM內(nèi)容寫入高速暫存器中第2和第3字節(jié)讀電源供電方式（B4H）了解DS1820的供電方式3.2.2 DS18B20

40、電路連接 由于DS18B20 工作在單總線方式，其硬件接口非常簡單，僅需利用系統(tǒng)的一條I/ O線與DS18B20的數(shù)據(jù)總線相連即可，如圖3-5所示。圖3-5 DS18B20電路3.3 電源模塊3.3.1 電源電路圖圖3-6 電源電路 3.3.2 電路功能說明圖中用1歐的電阻F1起到保險絲的作用，用一個二極管D1完成整流的作用。接通電源后，C1會有300V左右的直流電壓，通過R2給Q1的基極提供電流，Q1的發(fā)射極有R1，Q1基極得電后，會經(jīng)過T1的（3、4）產(chǎn)生集電極電流，并同時在T1的（5、6）（1、2）上產(chǎn)生感應電壓，這兩個次級絕緣的圈數(shù)相同的線圈，其中T1（1、2）輸出由D7整流、C5濾波

41、后通過USB座給負載供電；其中T1（5、6）經(jīng)D6整流、C2濾波后通過IC1（實為4.3V穩(wěn)壓管）、Q2組成取樣比較電路，檢測輸出電壓高低；其中T1（5、6）、C3、R4還組成Q1三極管的正反饋電路，讓Q1工作在高頻振蕩，不停地給T1（3、4）開關供電。當負載變輕或者電源電壓變高等任何原因?qū)е螺敵鲭妷荷邥r，T1（5、6）、IC1取樣比較導致Q2導通，Q1基極電流減小，負載能力變小，從而導致輸出電壓降低；當輸出電壓降低后，Q2取樣后又會截止，Q1的負載能力變強，輸出電壓又會升高；這樣起到自動穩(wěn)壓作用。 本電路雖然元件少，但是還設計有過流過載短路保護等功能。當負載過載或者短路時，Q1的集電極電流

42、大增，而Q1的發(fā)射極電阻R1會產(chǎn)生較高的壓降，這個過載或者短路產(chǎn)生的高壓會經(jīng)過R3讓Q2飽和導通，從而讓Q1截止停止輸出防止過載損壞。因此，改變R1的大小，可以改變負載能力，如果要求輸出電流小，例如只需要輸出5V100MA，可以將R1阻值放大。當然美女，如果需要輸出5V500MA的話，就需要將R1適當改小。注意：R1改小會增加燒壞Q1的可能性，如果需要大電流輸出，則需要更換13003、13007中的大功率管。3.4 液晶顯示模塊HS1602采用標準的16腳接口，其引腳如下表所示，其中VSS為地電源，VDD接5V正電源，V0為液晶顯示模塊對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，

43、可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。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。RW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RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。LEDA和LEDK為背光電源，LEDA接5V正電源，LEDK接GND。D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。表3-6 接口信號說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示

44、偏壓信號11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5Data I/O5R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負極用HS1602液晶顯示模塊顯示字符或字符串之前必須對其進行初始化，HS1602液晶顯示模塊的初始化流程如下：5.0 初始化過程（復位過程）5.1 延時15ms5.2 寫指令38H（不檢測忙信號）5.3 延時5ms5.4 寫指令38H（不檢測忙信號）5.5 延時5ms5.6 寫指令38H（不檢測忙信號）5.7（以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)之

45、前均需檢測忙信號）5.8 寫指令38H：顯示模式設置5.9 寫指令38H：顯示關閉5.10 寫指令01H：顯示清屏5.11 寫指令06H：顯示光標移動設置5.12 寫指令0CH：顯示開關及光標位置HS1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了128個不同的點陣字符圖形，如表3-7所示。 表3-7 CGROM 中的字符代碼與圖形對應關系 高低00000010001101000101011001110000CGRAM0Pp0001！1AQaq0010”2BRbr0011#3CScs0100$4DTdt0101%5EUeu0110&6FVfv01117GWgw1000(8HXhx1

46、001)9IYiy1010*:JZjz1011+;Kk1100,Nn1111/?O_oHS1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 表3-8 HS1602液晶模塊內(nèi)部的控制器控制指令指令指令碼 說明 RS R/W D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 清屏 0000000001清顯示,光標回位 光標返回 000000001*ADD=0時,回原位 輸入方式 00000001I/DS決定是否移動以及移動方向 顯示開關 0000001DCBD-顯示,C-光標,B-光標閃爍 移位 000001S/CR/L*移動光標及整體顯示 功

47、能設置 00001DLNF*DL-數(shù)據(jù)位數(shù),L-行數(shù),F-字體CGRAM地址設置 0001A5 A4 A3 A2 A1 A0設置CGRAM的地址DDRAM地址設置 001A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0設置DDRAM的地址忙標志/讀地址計數(shù)器 01BFAC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0讀出忙標志位(BF)及AC值CGRAM/DDRAM數(shù)據(jù)寫 10寫數(shù)據(jù)將內(nèi)容寫入RAM中CGRAM/DDRAM數(shù)據(jù)讀 11讀數(shù)據(jù)將內(nèi)容從RAM中讀出HS1602液晶顯示模塊可以和單片機AT89C51直接接口，電路如圖3-7所示。圖3-7 STC89C52和HS1602液晶模塊連接電路液晶

48、顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，表9是HS1602的內(nèi)部顯示地址。即第1行的顯示地址應為80H+顯示位置，第2行的顯示地址應為C0H+顯示位置。表3-9 HS1602的內(nèi)部顯示地址顯示位置12345678910111213141516第1行808182838485868788898A8B8C8D8E8F第2行C0C1C2C3C4C5C6C7C8C9CACBCCCDCECF4 軟件設計4.1 主程序流程 軟件部分包括五個部分，對應著系統(tǒng)的五種模式，程序流程如圖

49、4-1所示。初始化讀最新溫度刷新顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)顯示環(huán)境溫度測試模式改狀態(tài)指示圖4-1程序流程圖4.2 DS18B20模塊程序設計4.2.1 流程說明 程序設計就是指計算機完成某一具體工作任務時，必須按順序執(zhí)行一條條指令。一般的程序設計過程大致可分3個步驟：1、 確定計算方法,定出運算步驟和順序,把運算過程畫成框圖。2、 確定數(shù)據(jù),包括工作單元的數(shù)量,分配存放單元。3、 按所使用計算機的指令系統(tǒng),把確定的運算順序?qū)懗删幷Z言程序。 系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。DS18B20初始化結(jié)束溫度轉(zhuǎn)換跳過ROM匹配延時DS18B20是否存

50、在？跳過ROM匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換為顯示碼是否圖4-2 DS18B20模塊程序流程圖4.3 HS1602驅(qū)動程序設計4.3.1 程序流程 讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)，在讀出時需要進行CRC校驗，校驗有錯時不進行溫度數(shù)據(jù)的改寫。其程序流程圖如圖1602液晶模塊初始化開始顯示圖4-3 HS1602液晶驅(qū)動程序流程圖5 測試及結(jié)果分析 DS18B20在12位轉(zhuǎn)化時每一位的精度為0.0625度，我們?nèi)⌒?shù)點后兩位進行顯示，即兩位整數(shù)溫度和兩位小數(shù)溫度數(shù)據(jù)，這樣已經(jīng)達到了很高的精度。在測試過程中，我們將家庭用的寒暑表和設計完成的數(shù)字溫度計做比較發(fā)現(xiàn)，寒暑表反應速度比較快，但經(jīng)過讀數(shù)后的結(jié)

51、果存在較大的誤差，而我們設計完成的數(shù)字溫度計測溫然后顯示的反應不及寒暑表，但是測溫的精度遠比寒暑表高，因為DS18B20測溫精度可達0.0625度，并且經(jīng)電子器件顯示只存在取舍誤差。 總 結(jié)這次畢業(yè)設計既是對大學所學知識的總結(jié)和運用，更是一次創(chuàng)造性的實踐活動。通過此次實踐學到了不少東西，歸納起來，主要有以下五點：1、了解了進行一項科技設計所必不可少的階段。畢業(yè)設計能夠從理論設計和工程實踐相結(jié)合、鞏固基礎知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結(jié)合、個人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面培養(yǎng)學生的全面素質(zhì)。經(jīng)過這次系統(tǒng)的設計，熟悉了一項課題進行研究、設計和實驗的詳細過程及和導師尋求必要幫助的溝通能力。這些能力將會在以后的工

52、作和學習中發(fā)揮不可估量的作用。2、學會了如何搜集、歸納、分析所需資料和利用工具書。平時課堂上所學習的知識大多比較教條化，作為面向科技實踐的大學生，由于專業(yè)特點自己更要積極查閱當前的最新科技資料。一個人不可能什么都學過，什么都懂，因此，當在設計過程中需要用到一些不曾接觸過的材料時，就要有針對性、有目的的地查找資料，然后加以吸收利用，去粗取精，以提高自己的應用能力，而且還能增長自己的學識，汲取到最新的專業(yè)知識。3、實踐能力得到了提高和在實踐過程中積累了一些經(jīng)驗。設計過程是一個很復雜、很繁瑣的過程，這就需要在整個過程中目標明確，有計劃性的開展設計工作，特別是要有針對性的建立一個時間進度表，來充分合理

53、的利用有限的時間，以使設計達到預訂的效果。4、畢業(yè)設計既對以前學過的理論知識起到了回顧作用，并對其加以進一步的消化和鞏固，同時也對畢業(yè)以后所從事的實際工作有開啟作用。5、畢業(yè)設計培養(yǎng)了嚴肅認真和實事求是的科學態(tài)度。而且培養(yǎng)了吃苦耐勞、鍥而不舍的專研精神以及相對應的團隊意識，同學之間的友誼和互助、導師展現(xiàn)的良師益友的品質(zhì)也充分的在此次畢業(yè)設計活動當中得到了體現(xiàn)，而且也很好的教育了我。 致 謝 本設計是在楊瑞老師的悉心指導下完成的。在此我非常感謝楊瑞老師在畢業(yè)設計過程中給予我的指導與幫助。在論文的準備及撰寫過程中,楊老師提出了許多寶貴的意見和建議。楊老師無論在學習上還是在日常生活中,都給予了我很大

54、的幫助,令我受益良多。在論文的撰寫過程中,還得到了很多同學的熱情幫助,與你們共度這段充實而又快樂的學習時光,將是我人生中難忘的美好回憶。最后,衷心感謝所有關心和幫助過我的同學和朋友。 感謝電子工程系的所有老師和領導多年來對我的培養(yǎng)、幫助，使本人在本科學習中不僅學到了必備的專業(yè)知識技能和思考解決問題的方法，還學到了嚴謹治學的科研精神和積極進取的人生態(tài)度。謝謝各位老師的精心培養(yǎng)，熱心幫助和鼓勵。 同時，感謝電氣自動化專業(yè)的所有同學，給我創(chuàng)造了一個團結(jié)進取，充滿溫暖，充滿愛的大集體，使我快樂而且充實地渡過了人生中最美好的大學時光。 在此，大學生活即將結(jié)束之際，感謝母校對我三年的培養(yǎng)，是她讓我成長、學

55、有所成；此外，誠摯的感謝導師楊瑞老師在整個設計過程中給予的細心指導和熱情幫助，還要真誠地感謝在設計期間所有給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。由于時間和知識水平所限，論文中必然會有一些疏漏和不妥之處，懇請各位老師和同學批評指正。參考文獻1 張洪潤、張亞凡單片機原理及應用M北京：清華大學出版社.2 張百新溫度計的誕生和發(fā)展M濮陽教育學院學報.3 何立民單片機應用技術選編M北京:北京航空航天大學出版社,2004.4 楊剛、周群電子系統(tǒng)設計與實踐M北京:電子工業(yè)出版社,2004.5 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,2005年第10期 1-3頁.6 張開生、郭國法MCS-51單片機溫度控制系統(tǒng)的設計J微計算機信息,2005第21期 68-69頁.7 康華光電子技術基礎M高等教育出版社.8 萬福君、潘松峰等單片機微機原理系統(tǒng)設計與應用M中國科學技術大學出版社.附 錄附錄1：電路原理圖附錄2：原器件清單1、 單片機:S