畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計

1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計姓 名： 指導(dǎo)教師： 院 系： 信息工程學院 專 業(yè)： 自動化 提交日期： 2012年3月22日 目錄中文摘要3外文摘要4引言51 緒論61.1 課題背景和研究意義61.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀61.3 本課題主要研究內(nèi)容62 溫度測量系統(tǒng)硬件部分72.1設(shè)計方案論證及設(shè)計總框圖72.2 主控制器的介紹82.2.1 89c51的信號引腳82.2.2 p0、p1、p2、p3口介紹92.2.3 時鐘電路與復(fù)位電路102.3 溫度傳感器部分硬件112.3.1 溫度傳感器ds18b20112.3.2 ds18b20溫度傳感器與單片機的接口電路162.4 顯示部

2、分電路設(shè)計172.4.1 74hc573介紹及芯片功能172.4.2 led顯示單元部分182.5 報警上,下限調(diào)整電路實現(xiàn)192.6 各部分電路說明192.6.1傳感器數(shù)據(jù)采集電路192.6.2 顯示電路202.6.3主板電路213系統(tǒng)程序的設(shè)計213.1主程序213.2讀出溫度子程序223.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序233.4計算溫度子程序233.5 溫度數(shù)據(jù)顯示子程序24結(jié)束語25參考文獻26致謝27附錄28基于單片機的數(shù)字溫度計設(shè)計指導(dǎo)老師： （黃山學院信息工程學院，黃山，安徽 245041）摘要：隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們需要對各中加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中溫度進行監(jiān)測和控制。采用單片

3、機來對他們控制不僅具有控制方便，簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。我們采用美國dallas半導(dǎo)體公司繼ds18b20之后推出的一種改進型智能溫度傳感器ds18b20作為檢測元件，溫度范圍為-55125 c,最高分辨率可達0.0625 c。ds18b20可以直接讀出北側(cè)溫度值，而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。本文介紹了基于at89c51單片機的一種溫度測量及報警電路,該電路采用ds18b20作為溫度監(jiān)測元件，測量范圍0-+100，使用led模塊顯示，能設(shè)置溫度報警上下限。正文著重給出了軟硬件

4、系統(tǒng)的各部分電路，介紹了集成溫度傳感器ds18b20的原理，at89c51單片機功能和應(yīng)用。該電路設(shè)計新穎、功能強大、結(jié)構(gòu)簡單。現(xiàn)在溫度測量報警領(lǐng)域正在蓬勃快速的發(fā)展，各國都在進行著各項測試研究，以更好的檢測溫度，進行控制，讓人類能更好的生活、工作和學習。另外，溫度測量控制領(lǐng)域也在不斷的擴大，很多國家也共同合作，在共同研制儀器，去進行溫度測量控制，溫度測量控制這項研究也正在想全球化發(fā)展。關(guān)鍵字：溫度測量；溫度傳感器；單片機at89c51；數(shù)字顯示；數(shù)碼管based on scm digital thermometer designassociate director： chen lvqiang

5、(huangshan college information engineering institute, huangshan,anhui ,245041)abstract: along with the development of national economy, people need to different heating furnace, heat treatment furnace, reactors and boiler temperature monitoring and control. by single chip microcomputer to control no

6、t only has to their control convenient, simple and flexible and other advantages, and can greatly increase the temperature of the accused technical indexes, which can greatly improve the quality and quantity of products. we adopt the dallas semiconductor company following after ds18b20 launched a im

7、proved intelligent temperature sensor ds18b20 as the test components, temperature range for-55 to 125 dhs c, the highest resolution 0.0625 c. ds18b20 can read out directly north of the temperature, and the use of three wire and single-chip microcomputer is linked together, reduce the external hardwa

8、re circuit, with low cost and easy to use features. this paper introduces a kind of based on at89c51 temperature measurement and alarm circuit, this circuit adopts ds18b20 as temperature monitoring components, measurement range 0 + 100 -use led display module, can set the lower temperature alarm. th

9、e text mainly gives all the parts of the circuit hardware and software system, this paper introduces the principle of integrated temperature sensor ds18b20, at89c51 single-chip microcomputer function and application. the circuit design is novel, the powerful, simple structure. now police are being t

10、ested temperature measurement field fast development, countries are in carrying on various test research, in order to better testing temperature, control, let the human can better life, work and study. in addition, temperature measurement and control field in enlarging, many countries have common co

11、operation, in common development instruments, to measure temperature control, temperature measurement control the study are also want to globalization. key words：temperature measurement; temperature sensors; single chip microcomputer at89c51; digital display; digital tube 引言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追

12、求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設(shè)計控制器使用單片機at89s51，測溫傳感器使用ds18b20，用3位共陽極led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示,能準確達到以上要求。1 緒論1.1 課題背景和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

13、迅速，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。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數(shù)。然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。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范圍大，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。本設(shè)計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度

14、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。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)

15、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。成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(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，國內(nèi)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。溫度測量報警系統(tǒng)有很大的發(fā)展空間，國內(nèi)也在這方面投入大量的人力物力進行新產(chǎn)品的研發(fā)。比如國內(nèi)非典時期用的紅外溫度測量報警裝置，就是溫度測量系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的一個代表性的產(chǎn)物。溫度測量報警系統(tǒng)在生活中有中藥的意義?，F(xiàn)在溫度測量報警領(lǐng)域正在蓬勃快速的發(fā)展，各國都在進行著各項測試研究，以更好的檢測溫度，進行控制，讓人類能更好的生活、工作和學習。另

16、外，溫度測量控制領(lǐng)域也在不斷的擴大，很多國家也共同合作，在共同研制儀器，去進行溫度測量控制，溫度測量控制這項研究也正在想全球化發(fā)展。1.3 本課題主要研究內(nèi)容在實際的溫度控制系統(tǒng)中，多采用熱敏電阻器或熱電偶測量溫度。這種溫度采集電路有時需要冷端補償電路，這樣就增加了電路的復(fù)雜性，而且該種電路易受干擾，使采集到的數(shù)據(jù)準確性不高。隨著微電子技術(shù)、單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，為溫度控制系統(tǒng)測控功能的完善、測控精度的提高和抗干擾能力的增強等提供了條件。本文設(shè)計了一種基于at89c51 單片機與ds18b20 的溫度控制系統(tǒng)。該設(shè)計通過at89s52 單片機驅(qū)動數(shù)字溫度傳感器ds18b20，進行溫

17、度數(shù)據(jù)采集、讀取、處理，并通過數(shù)碼管顯示出來。同時，擴展電路以后，也可通過rs-232 串行口與pc 機連接，將數(shù)據(jù)傳送至pc 機系統(tǒng)，從而方便溫度數(shù)據(jù)傳輸和統(tǒng)計工作。該系統(tǒng)還可擴展成為多點溫度采集系統(tǒng)、溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)等。本系統(tǒng)以at89s51單片機作為主控系統(tǒng)，利用ds18b20數(shù)字溫度傳感器作為溫度傳感器件。通過四位共陰極數(shù)碼管作為顯示器件，通過單片機控制繼溫度顯示溫度。當溫度高于設(shè)定最高溫度或者低于設(shè)定的最低溫度時，蜂鳴器發(fā)出報警聲并伴隨紅燈的閃爍。2 溫度測量系統(tǒng)硬件部分2.1設(shè)計方案論證及設(shè)計總框圖方案一：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

18、想到的，所以可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，感溫電路比較麻煩，進行a/d轉(zhuǎn)換，才可以滿足設(shè)計要求。方案二：由于本設(shè)計是測溫電路，首先要選用高性能的at89c51單片機，保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能正常運行。單片機at89c51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。測溫傳感器使用二極管結(jié)電壓變化的數(shù)值來轉(zhuǎn)化成溫度的變化，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。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，

19、軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二?？紤]到方案中制作數(shù)字溫度計，在單片機電路設(shè)計中，大多都是使用傳感器，這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器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。溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖1所示，控制器采用單片機at89c51，溫度傳感器采用ds18b20，用4位led數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。設(shè)計總框圖見圖2-1：主 控 制 器led顯 示溫 度 傳 感 器單片機復(fù)位時鐘振蕩報警點按鍵調(diào)整 圖2-1總體設(shè)計方框圖2.2 主控制器的介紹本課題主控制器采用單片機at89c51單片機。2.2.1 89c51的信

20、號引腳89c51的引腳排列請參見圖2-2。圖2-2 89c51引腳 信號引腳介紹p0.0 p0.7： p0口8位雙向口線。p1.0 p1.7 ：p1口8位雙向口線。p2.0 p2.7 ：p2口8位雙向口線。p3.0 p3.7 ：p3口8位雙向口線。：訪問程序存儲控制信號。當信號為低電平時，對rom的讀操作限定在外部程序存儲器；而當信號為高電平時，則對rom的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。rst：復(fù)位信號。當輸入的復(fù)位信號延續(xù)2個機器周期以上高電平即為有效，用以完成單片機的復(fù)位初始化操作。xtal1和xtal2 ：外接晶體引線端。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石

21、英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。p3口的第二功能p3口的8條口線都定義有第二功能，詳見表2.1。引腳第二功能信號名稱p3.0rxd串行數(shù)據(jù)接收p3.1txd串行數(shù)據(jù)發(fā)送p3.2外部中斷0申請p3.3外部中斷1申請p3.4t0定時器/計數(shù)器0的外部輸入p3.5t1定時器/計數(shù)器1的外部輸入p3.6外部ram寫選通p3.7外部ram讀選通表2.1 p3口的第二功能2.2.2 p0、p1、p2、p3口介紹 p0口p0口的口線邏輯電路如圖2-3所示。圖2-3 p0口某位結(jié)構(gòu) p1口p1口的口線邏輯電路見圖2-4。圖2-4 p1口某位結(jié)構(gòu) p2口p2口的口線邏輯電路見圖2-5

22、。圖2-5 p2口某位結(jié)構(gòu)圖 p3口p3口的口線邏輯電路見圖2-6。圖2-6 p3口某位結(jié)構(gòu)2.2.3 時鐘電路與復(fù)位電路時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各地信號之間的相互關(guān)系。單片機本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。單片機的時鐘電路，如圖2-7所示。圖2-7 時鐘振蕩電路一般電容c1,c2取30pf左右，晶體的振蕩頻率范圍是1.2mhz12 mhz 。晶體振蕩頻率高, 則系統(tǒng)的時鐘頻率也高, 單片機運行速度也就快。mcs-51在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為的6mhz或1

23、2mhz。單片機的復(fù)位電路單片機復(fù)位的條件是：必須使rst/vpd 或rst引腳（9）加上持續(xù)二個機器周期（即24個振蕩周期）的高電平。單片機常見的復(fù)位電路如圖2-8（a）（b）所示。 （a） 上電復(fù)位電路 (b) 按鍵復(fù)位電路圖2-8 常見的復(fù)位電路圖2-8（a）為上電復(fù)位電路，它是得用電容充電來實現(xiàn)的。在接電瞬間，rst端的電位與vcc的相同，隨著充電電流的減小，rst的電位逐漸下降。圖2-8（b）為按鍵復(fù)位電路。該電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位，只需按圖2-8（b）中的reset鍵，此時電源vcc經(jīng)電阻r1、r2分壓，在rst端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平。2.3 溫度傳感器部分硬件2.3.1

24、 溫度傳感器ds18b20ds18b20溫度傳感器是美國dallas半導(dǎo)體公司最新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。 to92封裝的ds18b20的引腳排列見下圖，其引腳功能描述見表2-2。（底視圖）圖2-9 ds18b20引腳圖序號名稱引腳功能描述1gnd地信號2dq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。3vdd可選擇的vdd引腳。當工作于寄生電源時此引腳必須接地。表2.2ds18b20詳細引腳功能描述ds18b20的性能特點如下：

25、獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；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；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為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； ds18b20采用3腳pr35封裝或腳soic封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-10所示。i/oc64位rom和單線接口高速緩存存儲器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器th低溫觸發(fā)器tl配置寄存器8位crc發(fā)生器vdd圖2-10 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位rom的結(jié)構(gòu)開

26、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)器和，可通過軟件寫入戶報警上下限。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)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2-11所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)和的拷貝，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，它的內(nèi)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3-5所示

27、。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。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)衡考慮。高速暫存ram的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的crc碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。溫度 lsb溫度 msbth用戶字節(jié)1tl用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留crc圖2-11 ds18b20字節(jié)定義當ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后

28、，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當符號位s=0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當符號位s=1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表2-3是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。r1r0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時間/ms00993.750110187.510113751112750表2-3 ds18b20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

29、的th、tl字節(jié)內(nèi)容作比較。若th或ttl，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，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2的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，ds18b

30、20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1、溫度寄存器中，計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。 溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00000191h+10.1250000 0000 1010 000100a2h+0.50000 0000 0000 00100008h00000 0000 0000 1000000

31、0h-0.51111 1111 1111 0000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6fh-551111 1100 1001 0000fc90h表2-4一部分溫度對應(yīng)值表減法計數(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(yù)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(yù)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)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的累加，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

32、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致被測溫度值。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進行。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)。圖2-12 ds18b20與單片機的接口電路2.3.2 ds18b20溫度傳感器與單片機的接口電路ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，此時ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖2-12所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時鐘周期

33、內(nèi)提供足夠的電流，可用一個mosfet管來完成對總線的上拉。當ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時vdd端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的。由于ds18b20是在一根i/o線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。ds18b20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫

34、命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。ds18b20的復(fù)位時序 圖2-13 ds18b20復(fù)位時序ds18b20的讀時序?qū)τ赿s18b20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。對于ds18b20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓ds18b20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。ds18b20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。圖2-14 ds18b20讀時序ds18b20的寫時序?qū)τ赿s18b20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于ds18b20寫0時序和寫1時序的要求不同，當要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保

35、證ds18b20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣io總線上的“0”電平，當要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。圖2-15 ds18b20寫時序2.4 顯示部分電路設(shè)計2.4.1 74hc573介紹及芯片功能74hc573和74ls373原理一樣，8數(shù)據(jù)鎖存器。主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制。 dnleoeonhhlhlhllxllqoxxhz表2-5 74hc573真值表這個就是真值表,表示這個芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。 每個芯片的數(shù)據(jù)手冊（datasheet）中都有真值表。 1. 布爾邏輯比較簡單,在此不贅述; 2. 高阻態(tài) 就是輸出既不是高電平

36、,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài);在這種狀態(tài)下,可以多個芯片并聯(lián)輸出;但是,這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài),否則會將芯片燒毀; 高阻態(tài)的概念在rs232和rs422通訊中還可以用到。 3. 數(shù)據(jù)鎖存 當輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持; 這個概念在并行數(shù)據(jù)擴展中經(jīng)常使用到。 4. 數(shù)據(jù)緩沖 加強驅(qū)動能力。74ls244/74ls245/74ls373/74ls573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。 oe：output_enable,輸出使能; le：latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch是鎖存的意思; dn：第n路輸入數(shù)據(jù); on：第n路輸出數(shù)據(jù); 2.4.2 led顯示

37、單元部分 報警燈閃爍部分主要由發(fā)光二極管led組成，綠燈表示正常狀態(tài)，紅燈表示報警狀態(tài)。led特性如下：導(dǎo)體發(fā)光二極管(led)作為第三代半導(dǎo)體照明光源。這種產(chǎn)品具有很多夢幻般優(yōu)點：(1)光效率高：光譜幾乎全部集中于可見光頻率，效率可以達到 80%-90%。而光效差不多的白熾燈可見光效率僅為10%-20%。(2)光線質(zhì)量高：由于光譜中沒有紫外線和紅外線，故沒有熱量，沒有輻射，屬于典型 的綠色照明光源。(3)能耗?。簡误w功率一般在0.05-1w，通過集群方式可以量體裁衣地滿足不同的需要，浪費很少。以其作為光源，在同樣亮度下耗電量 僅為普通白熾燈的1/8-1/10。(4)壽命長：光通量衰減到70%

38、的標準壽命是10萬小時。一個半導(dǎo)體燈正常情況下可以使用50年，即使長命百歲的人，一 生最多也就用2只燈。(5)可靠耐用：沒有鎢絲、玻殼等容易損壞的部件，非正常報廢率很小，維護費用極為低廉。(6)應(yīng)用靈活：體積小，可以平面封裝，易 開發(fā)成輕薄短小的產(chǎn)品，做成點、線、面各種形式的具體應(yīng)用產(chǎn)品。(7)安全：單位工作電壓大致在1.5-5v之間，工作電流在20-70ma之間。(8) 綠色環(huán)保：廢棄物可回收，沒有污染，不像熒光燈一樣含有汞成分。(9)響應(yīng)時間短：適應(yīng)頻繁開關(guān)以及高頻運作的場合。2.5 報警上,下限調(diào)整電路實現(xiàn)本報警系統(tǒng)中有三個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設(shè)置,電路中蜂鳴器可以在

39、被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時紅色led閃爍，實現(xiàn)報警功能。復(fù)位的實現(xiàn)是通過單片機的復(fù)位電路實現(xiàn)上電復(fù)位加手動復(fù)位，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。2.6 各部分電路說明2.6.1傳感器數(shù)據(jù)采集電路傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指ds18b20溫度傳感器與單片機的接口電路。ds18b20可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，如圖2-16所示，此時ds18b20的1腳接地，2腳作為信號線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖2.15所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的ds18b20時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一

40、個mosfet管來完成對總線的上拉。當ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d轉(zhuǎn)換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10us。采用寄生電源供電方式時vdd端接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接口必須是三態(tài)的?？紤]到實際應(yīng)用中寄生電源供電方式適應(yīng)能力差且易損壞，此處采用電源供電方式，i/o口接單片機的p2.0口。圖2-16 電源供電方式2.6.2 顯示電路顯示電路是采用p0口輸出段碼至led，p2口控制位選通的動態(tài)掃描顯示方式，三只數(shù)碼管用npn型三極管驅(qū)動，這種顯示方式的最大優(yōu)點是顯示清晰，軟件設(shè)計簡單。如圖2-17所示:圖2.17顯示電路2.6.3主板電路r11kc222u

41、c330pc430py1crystalvccea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u18951s5sw-pbvcc圖2-18 主板電路系統(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)整電路，單片機主板電路，電源電路等。如圖2.17所示圖2-18中有四個

42、獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設(shè)置，可以任意調(diào)整報警上下限。圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音。led數(shù)碼管將當前被測溫度值顯示，從而測出被測的溫度值。圖2-18中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，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。3系統(tǒng)程序的設(shè)計系統(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。 3.1主程序主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理ds18b20的測量的當前溫度值，溫度測量每1s進行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測量一次被測溫度，其程序流

43、程見圖3.1所示。nyny按鍵子程序初始化得出溫度總子程序報警子程序調(diào)顯示子程序s1鍵按下否？開始 溫度比較子程序 是否超出上下限返 回圖3.1 主程序流程3.2讀出溫度子程序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3.2所示發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，crc校驗9字節(jié)完？crc校驗正？確？移入溫度暫存器結(jié)束nnyy圖3.2 讀出溫度子程序流程3.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當采用12位分辨率時轉(zhuǎn)換時間約為750ms，在本程序設(shè)計中采用1s

44、顯示程序延時法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖，如圖3.3所示發(fā)ds18b20復(fù)位命令發(fā)跳過rom命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令結(jié)束圖3.3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖3.4計算溫度子程序計算溫度子程序?qū)am中讀取值進行bcd碼的轉(zhuǎn)換運算，并進行溫度值正負的判定，其程序流程圖如圖3.4所示。開始n溫度零下?y溫度值取補碼置“-”標志置“+”標志計算小數(shù)位溫度bcd值 計算整數(shù)位溫度bcd值 結(jié)束圖3.4 計算溫度流程圖 3.5 溫度數(shù)據(jù)顯示子程序顯示數(shù)據(jù)子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進行刷新操作，查表送段碼至led，開位碼顯示，采用動態(tài)掃描方式。結(jié)束語經(jīng)過將近三周的單片機課程設(shè)計，終于完成了我的數(shù)

45、字溫度計的設(shè)計，雖然沒有完全達到設(shè)計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計把實物都做了出來，高興之余不得不深思呀！在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進了很多，單片機課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，舉個例子，以前寫的那幾次，數(shù)據(jù)加減時，我用的都是bcd碼，這一次，我全部用的都是16進制的數(shù)直接加減，顯示處理時在用除法去刪分,感覺效果比較好，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計中，我

46、真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。參考文獻1陳權(quán)昌，李興富單片機原理與應(yīng)用華南理工大學出版社，2007年2陳明.protel 99se原理圖與pcb設(shè)計教程.北京：機械工業(yè)出版社，20063閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）. 北京：高等教育出版社，19974王恩榮.mcs-51單片機應(yīng)用技術(shù).北京：化學工業(yè)出版社，20015黃河.郭紀林.單片機原理及應(yīng)用.大連：大連理工大學出版社，20066周貴連. 電子技術(shù)基礎(chǔ). 機械工業(yè)出版社，20057孫萍電

47、子技術(shù)專業(yè)英語機械工業(yè)出版社，2001年6月8李廣弟. 單片機基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學出版社，19949閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社，198910欒桂冬傳感器及其應(yīng)用西安電子科技大學出版社，200311周荷琴，吳秀清，微型計算機原理與接口技術(shù)。合肥，中國科學技術(shù)大學出版社，2004.12范立南，謝子殿.單片機原理及應(yīng)用教程.北京大學出版社，2006.13沈德金.mcs-51系列單片機接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗?：北京航空航天大學.2005.14潘松，趙敏笑eda技術(shù)及其應(yīng)用科學出版社，2007年15丁元杰，單片機原理及應(yīng)用，機械工業(yè)出版社，199916李朝青.單片機原理及

48、接口技術(shù)（簡明修訂版）.杭州：北京航空航天大學出版社，199817李廣弟.單片機基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學出版社，199418廖常初.現(xiàn)場總線概述j.電工技術(shù)，1999.致謝緊張充實的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，大學四年的生活也到了尾聲?；叵肫鹨酝拿篮脮r光，此時感慨萬千，首先感謝指導(dǎo)教師陳老師在畢業(yè)設(shè)計中對我的幫助，鼓勵和精心指導(dǎo)，曹老師治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄廓，關(guān)鍵是指導(dǎo)有方嚴格我們要求，為我營造了一種良好的精神氛圍。置身曹老師的指導(dǎo)過程中，不僅我的思想觀念煥然一新，也改善了我的思考方式，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴以律己，寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的

49、人格魅力，令我如沐春風，倍感溫馨。一股暖意細水長流，源自內(nèi)心而又沐潤全身，微言寸語豈能祥訴感激之情，只好銘記心中，唯有虔誠的祝福導(dǎo)師合家歡樂，一生平安。同時，也將祝福送給每一位幫助我的師長。同時感謝我的同學在我的畢業(yè)設(shè)計過程其中對我莫大的鼓勵。畢業(yè)設(shè)計的完成也算是對我們學習生涯的一個句號，回想四年大學時光，與老師和同學們的點點滴滴，你們給與我的種種幫助，使我得以今天能順利完成畢業(yè)設(shè)計，完成學業(yè)。謝謝你們，我所有的老師與同學。最后衷心的祝愿你們工作順利、家庭幸福、身體健康！感謝我的朋友和同學們在我三年生活和學習中對我的幫助，就要分別了，衷心祝福各位一路走好再次感謝各位老師和同學，希望大家以后工作

50、順利。謝謝！附錄附錄1 系統(tǒng)整體電路圖附錄2 源程序/*基于51單片機的溫度測量系統(tǒng)*#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code tab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x58; /* 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 c 無*/sbit buz=p13;sbit led_green=p36;sbit led_red=p37;sbit set=p10;sbit down=p11;sbit up=p12;uchar disbuf4;uint mode,top=90,bottom=10;int temp1;bit flag,kset_flag,kup_flag,kdown_flag;sbit dq=p14;void delay(uint x); /延遲函數(shù)，x=1大約延遲1msvoid delay(uint x)uint i,j;for(i=0;ix;i+)for(j