多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計

1、多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計-優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計 X x 理 工 大 學畢業(yè)設(shè)計說明書論文作 者: 學 號:教研室:機電教研室專 業(yè):機電一體化工程題 目:多點溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計 指導者: 工程師 評閱者: 2013 年 5 月中文摘要 本設(shè)計系統(tǒng)地介紹了基于DS18B20的多點溫度測量系統(tǒng)的組成、設(shè)計方案、電路原理、程序設(shè)計以及系統(tǒng)仿真過程。DS18B20多點溫度測量系統(tǒng)是以AT89C51單片機作為控制核心,智能溫度傳感DS18B20為控制對象,運用匯編語言編程實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。 該系統(tǒng)由單片機最小系統(tǒng)、傳感器電路、報警電路、LCD顯示電路、行列式鍵盤電路、電源電路六大部分組成。借助PROTEUS軟件

2、,實現(xiàn)了系統(tǒng)電路設(shè)計和仿真。它適用于電力工業(yè)、煤礦、森林、火災(zāi)、高層建筑等場所,還可以用于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制現(xiàn)場。通過DS18B20的單總線技術(shù),實現(xiàn)對遠程環(huán)境的溫度測量與監(jiān)控。 關(guān)鍵詞 DS18B20, 仿真, 測量系統(tǒng), PROTEUS英文摘要Title MULTI-POINT TEMPERATURE DETECTION SYSTEM DESIGNAbstractThis system introduced on the DS18B20 multi-point temperature measurement system components, design, circuit theory

3、, program design and product development process. DS18B20 multi-point temperature measurement system is controlled by the core AT89C51 SCM , smart temperature sensing DS18B20 targets for the control, and is used of Edit collected materials language programming system functions. The system is the sma

4、llest MCU system, sensor circuit, alarm circuits, LCD display circuit, the five major determinant keyboard circuit components. The system is constituted from PROTEUS software, and the system design and simulation, and the eventual adoption of hardware verification six big part. It is applicable to e

5、lectric power industry, coal mine, forest, a fire, key figures building etc. place, return can used for environment bad of industry control the spot. DS18B20 through a single bus technology, to achieve the long-range environmental temperature measurement and monitoring.Key words DS18B20, simulation,

6、 measurement system,PROTEUS目 錄1 緒論11.1 課題設(shè)計背景11.2 課題研究的目的意義11.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平21.4 課題研究內(nèi)容22 系統(tǒng)的需求分析與總體方案論證42.1 基于模擬溫度傳感器設(shè)計方案42.2 基于數(shù)字溫度傳感器設(shè)計方案52.3 方案論證53 電路設(shè)計73.1工作原理73.2 DS18B20與單片機接口技術(shù)83.2.1 DS18B20的引腳功能83.2.2 DS18B20與單片機接口電路83.2.3 溫度寄存器格式和溫度/數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系93.2.4 單片機對DS18B20的控制方法103.3 鍵盤電路設(shè)計133.3.1 行列式鍵盤與單片機接口電

7、路133.3.2 鍵盤面板133.4顯示電路設(shè)計143.4.1 LCD引腳分布及功能143.4.2單片機與圖形液晶的接口電路153.5 報警電路設(shè)計163.6 電源電路設(shè)計174 程序設(shè)計184.1 系統(tǒng)資源分配184.1.1 系統(tǒng)硬件資源分配184.1.2 系統(tǒng)軟件資源分配184.2 系統(tǒng)流程設(shè)計184.2.1主程序流程設(shè)計184.2.2 DS18B20程序流程設(shè)計204.2.3 顯示程序流程214.2.4 鍵盤程序程序流程224.3 程序設(shè)計244.3.1 主程序設(shè)計245 系統(tǒng)仿真255.1 PROTEUS仿真環(huán)境介紹255.2 原理圖繪制265.3 程序加載275.3.1 程序編譯27

8、5.3.2 程序加載275.4 系統(tǒng)仿真285.5 仿真結(jié)果分析33結(jié)束語34致 謝35參考文獻36附錄一38附錄二391 緒論1.1 課題設(shè)計背景 溫度是一個和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量,也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量,是國際單位制七個基本量之一,同時它也是一種最基本的環(huán)境參數(shù)。人民的生活與環(huán)境溫度息息相關(guān),物理、化學、生物等學科都離不開溫度。在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中,在電力、化工、石油、冶金、機械制造、大型倉儲室、實驗室、農(nóng)場塑料大棚甚至人們的居室里經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進行檢測,并根據(jù)實際的要求對環(huán)境溫度進行控制。比如,發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi);許

9、多化學反應(yīng)的工藝過程必須在適當?shù)臏囟认虏拍苷＿M行。煉油過程中,原油必須在不同的溫度和壓力條件下進行分流才能得到汽油、柴油、煤油等產(chǎn)品;沒有合適的溫度環(huán)境,許多電子設(shè)備不能正常工作,糧倉的儲糧就會變質(zhì)霉爛,酒類的品質(zhì)就沒有保障。可見,研究溫度的測量具有重要的理論意義和推廣價值。 隨著現(xiàn)代計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展,作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件,溫度傳感器的作用日益突出,成為自動檢測、自動控制系統(tǒng)和計量測試中不可缺少的重要技術(shù)工具,其應(yīng)用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。本設(shè)計就是為了滿足人們在生活生產(chǎn)中對溫度測量系統(tǒng)方面的需求。,測溫范圍為-55+128。采用液晶顯示

10、溫度值和路數(shù),顯示格式為:溫度的符號位,整數(shù)部分,小數(shù)部分,最后一位顯示。顯示數(shù)據(jù)每一秒刷新一次。1.2 課題研究的目的意義 21世紀科學技術(shù)的發(fā)展日新月異,科技的進步帶動了測量技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化,我們已經(jīng)進入了高速發(fā)展的信息時代,測量技術(shù)也成為當今科技的主流之一,被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。對于本次設(shè)計,其目的在于: (1)掌握數(shù)字溫度傳感器DS18B20的原理、性能、使用特點和方法,利用C51對系統(tǒng)進行編程。 (2)本課題綜合了現(xiàn)代測控、電子信息、計算機技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域方方面面的知識,具有綜合性、科學性、代表性,可全面檢驗和促進學生的理論素養(yǎng)和工作能力。 (

11、3) 本課題的研究可以使學生更好地掌握基于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法,培養(yǎng)創(chuàng)新意識、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的學風,提高電子產(chǎn)品研發(fā)素質(zhì)、增強針對實際應(yīng)用進行控制系統(tǒng)設(shè)計制作的能力。1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平 傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品,尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究和生活等領(lǐng)域,數(shù)量高居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段:傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器含敏感元件;模擬集成溫度傳感器/控制器;數(shù)字溫度傳感器。目前,國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展,同時具有抑制串模干擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點。隨著我國四

12、個現(xiàn)代化和經(jīng)濟發(fā)展,我國在科技和生產(chǎn)各領(lǐng)域都取得了飛速的發(fā)展和進步,發(fā)展以溫度傳感器為載體的溫度測量技術(shù)具有重大意義。 DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器,可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供微機處理,而且可以在一條總線上掛接任意多個DS18B20芯片,構(gòu)成多點溫度檢測系統(tǒng)無需任何外加硬件(單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20及其在單片機系統(tǒng)的應(yīng)用)。 單總線數(shù)字溫度傳感器,具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易于與微控制器接口優(yōu)點,適合于各種溫度測控系統(tǒng)(數(shù)字溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用)。以DS18B20為例,介紹數(shù)字式溫度傳感器的功能特點及由DS18B

13、20組成的溫度測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計。 隨著社會的發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也進人了工廠化、數(shù)字化時代,人們開始“使用人工設(shè)施、人工控制環(huán)境因素,使植物獲得最適宜的生長條件,從而延長生產(chǎn)季節(jié),獲得最佳產(chǎn)出”,由此“工廠化農(nóng)業(yè)”應(yīng)運而生并被廣泛接受(單總線溫度傳感器DS18B20及其在溫室系統(tǒng)中的應(yīng)用)。 我國是一個人口眾多的農(nóng)業(yè)大國 ,糧食生產(chǎn)、需求與儲備量很大 ,糧食在儲備的過程中常因糧食的濕度過大而升溫發(fā)熱 ,又由于檢測手段的落后造成溫檢系統(tǒng)錯報或漏報 ,從而導致糧食大量的腐爛變質(zhì) ,給國家?guī)砭薮蟮膿p失。這就對糧情檢測系統(tǒng)提出了較高的要求(一種基于單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20的儲糧溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計

14、)。而基于DS18B20設(shè)計的溫度檢測系統(tǒng)就可以實現(xiàn)這一需求。1.4 課題研究內(nèi)容 本設(shè)計研究的主要內(nèi)容如下: (1)在廣泛查閱溫度檢測控制理論和方法、測溫技術(shù)和溫度控制技術(shù)等資料的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同的控制要求及應(yīng)用領(lǐng)域完成對系統(tǒng)方案的總體設(shè)計。本設(shè)計采用以AT89C51為核心的單片機系統(tǒng),來實現(xiàn)對溫度的檢測、報警等功能。 (2)研究比較各相關(guān)元器件的功能與特點,選擇合適的元器件。 (3)系統(tǒng)硬件設(shè)計。系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括:溫度檢測、單片機數(shù)據(jù)采集處理、顯示、鍵盤設(shè)定、報警電路等部分。 (4)系統(tǒng)軟件設(shè)計。本課題采用匯編語言,利用Keil編譯器進行編程及調(diào)試。主要研究DS18B20與單片機的通信

15、協(xié)議、時序及一些通用程序等。 本設(shè)計的難點分為硬件和軟件兩個方面。其中硬件開發(fā)的難點在于各種元器件的選擇和使用,如各種電阻、電容等的選擇。軟件開發(fā)的難點在于DS18B20的時序,如果時序不正確,將無法讀出正確的溫度值,對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。 2 系統(tǒng)的需求分析與總體方案論證2.1 基于模擬溫度傳感器設(shè)計方案 該方案由單片機、模擬溫度傳感器AD590、運算放大器、AD轉(zhuǎn)換器、44鍵盤、LCD顯示電路、集成功率放大器、報警器組成,如圖2.1所示。 本方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測溫元件,傳感器將測量的溫度變換轉(zhuǎn)換成電流的變化,再通過電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化,使用運算放大器交將信號進行適當?shù)姆糯?/p>

16、,最后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,傳給給單片機,單片機將溫度值進行處理之后用LCD顯示 ,當溫度值超過設(shè)置值時,系統(tǒng)開始報警。圖2.1 基于模擬溫度傳感器的測量系統(tǒng)方案 本方案使用的測溫元件的性能指標如下: (1)AD590的測溫范圍為?55+150。 (2)AD590的電源電壓范圍為4V30V,電源電壓可在4V6V范圍變化,電流?變化1mA,相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓,因而器件反接也不會被損壞。 (3)輸出電阻為710MW。 (4)精度高,AD590共有I、J、K、L、M五檔,其中M檔精度最高,在?55+150范圍內(nèi),非線性誤差為。 集成

17、溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便,溫度測量范圍廣等優(yōu)點,得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K,溫度0時輸出為0,溫度25時輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。2.2 基于數(shù)字溫度傳感器設(shè)計方案 該方案使用了AT89C51單片機作為控制核心,以智能溫度傳感器DS18B20為溫度測量元件,采用多個溫度傳感器對各點溫度進行檢測,通過44鍵盤模塊對正常溫度進行設(shè)置顯示電路采用12864 LCD模塊,使用LM386作為報警電路中的功率放大器。圖2.2 基于數(shù)字溫度傳感器測量系統(tǒng)方案 本課題采用數(shù)

18、字溫度傳感器DS18B20作為測為測溫元件,它具有如下特點: (1)只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。 (2)在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。 (3)實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。 (4)測量溫度范圍在-55到+128之間。 (5)數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。 (6)內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。2.3 方案論證 本設(shè)計要求測量的點數(shù)為4,測溫范圍為-55+128。采用液晶顯示,同時顯示路數(shù)和溫度,每秒刷新1次顯示數(shù)據(jù)。 綜合模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器的性能指標,以上兩個方案都能達到設(shè)計的要求。 方案一采用模擬溫度傳感器AD590,轉(zhuǎn)換結(jié)果需要經(jīng)

19、過運算放大器和AD轉(zhuǎn)換器傳送給處理器。它控制雖然簡單,成本低,但是后續(xù)電路復雜,且需要進行溫度標定,集成溫度傳感器AD590輸出為電流信號,且輸出信號較弱,所以需要后續(xù)放大及A/D轉(zhuǎn)換電路,如采用普通運放則精度難以保證,而測量放大器價格較高,這樣會使系統(tǒng)成本升高。 方案二采用了數(shù)字溫度傳感器DS18B20,改變了傳統(tǒng)溫度測試方法。它能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù),直接將溫度物理量變換為數(shù)字信號并以總線方式傳送到單片機進行數(shù)據(jù)處理,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)字式讀數(shù)方式,因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單,可靠性更高,大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。DS18B20體積小、經(jīng)濟、使

20、用方便靈活,測試精度高,較高的性能價格比,有CRC校驗,系統(tǒng)簡明直觀。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測試,如:環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。 方案二程序設(shè)計稍微復雜一些,但在畢業(yè)設(shè)計期間我用DS18B20做過溫度計,也調(diào)試過LCD,并且已經(jīng)用PROTEUS實現(xiàn)了系統(tǒng)的仿真。因此,該方案完全具有可行性,同時體現(xiàn)了技術(shù)的先進性,經(jīng)濟上也有很大的優(yōu)勢。 綜上所述,本課題采用方案二對系統(tǒng)進行設(shè)計。 3 電路設(shè)計3.1工作原理 基于DS18B20多點溫度測量系統(tǒng)以AT89C51為核心器件,以KEIL為系統(tǒng)開發(fā)平臺,用匯編語言進行程序設(shè)計,以PROTEUS作為仿真軟件設(shè)計而成的。系統(tǒng)主要由傳感

21、器電路、液晶顯示電路、鍵盤電路、報警電路、電源電路組成,系統(tǒng)原理圖如圖3.1所示。 圖3.1 系統(tǒng)原理圖 DS18B20是數(shù)字溫度傳感器,它的輸入/輸出采用數(shù)字量,以單總線技術(shù),接收主機發(fā)送的命令,根據(jù)DS18B20內(nèi)部的協(xié)議進行相應(yīng)的處理,將轉(zhuǎn)換的溫度以串口發(fā)送給主機。主機按照通信協(xié)議用一個IO口模擬DS18B20的時序,發(fā)送命令(初始化命令、ROM命令、RAM命令)給DS18B20,轉(zhuǎn)換完成之后讀取溫度值,在內(nèi)部進行相應(yīng)的數(shù)值處理,用圖形液晶模塊顯示各點的溫度。在系統(tǒng)啟動之時,可以通過44鍵盤設(shè)置各點溫度的上限值,當某點溫度超過設(shè)置值時,報警器開始報警,液晶顯示該傳感器的路數(shù)、設(shè)置溫度值、

22、實際溫度值,從而實現(xiàn)了對各點溫度的實時監(jiān)控。 每個DS18B20有自己的序列號,因此本系統(tǒng)可以在一根總線上掛接了4個DS18B20,通過CRC校驗,對各個DS18B20的ROM進行尋址,地址符合的DS18B20才作出響應(yīng),接收主機的命令,向主機發(fā)送轉(zhuǎn)換的溫度。采用這種DS18B20尋址技術(shù),使系統(tǒng)硬件電路更加簡單。3.2 DS18B20與單片機接口技術(shù)3.2.1 DS18B20的引腳功能 DS18B20的引腳功能描述見表3.1。 表3.1 DS18B20引腳功能描述序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)字輸入輸出引腳,開漏單總線接口引腳,當使用寄生電源時,可向電源提供電源3VDD可選擇的V

23、DD引腳,當工作于寄生電源時,該引腳必須接地3.2.2 DS18B20與單片機接口電路 如圖3.2所示,為單片機與DS18B20的接口電路。DS18B20只有三個引腳,一個接地,一個接電源,一個數(shù)字輸入輸出引腳接單片機的P1.7口,電源與數(shù)字輸入輸出腳間需要接一個4.7K的電阻。 圖3.2 DS18B20與單片機接口電路3.2.3 溫度寄存器格式和溫度/數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系 DS18B20溫度寄存器如表3.2所示。其寄存器有16位,高5位為符號位,低13位為數(shù)據(jù)位。當寄存器高5位為1時,表示溫度為負,否則為正。 表3.2 溫度寄存器格式 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bi

24、t1 bit0232221202-12-22-32-4 LS Byte 表3.3 溫度/數(shù)據(jù)的關(guān)系 Bbit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8SSSSS262524 MS Byte 如果測得的溫度大于0,只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度;如果溫度小于0,測得的數(shù)值需要取反加1再乘0.0625,即可得到實際的溫度值。如表3.3所示,是DS18B20的溫度與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系。溫度輸出2進制輸出16進制+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H0000 0001 100

25、1 00010191H0000 0000 1010 001000A2H0000 0000 0000 10000008H00000 0000 0000 00000000H1111 1111 1111 1000FFF8H1111 1111 0101 1110FF5EH1110 1110 0110 1111EE6FH-551111 1110 1001 0000FE90H3.2.4 單片機對DS18B20的控制方法 DS18B20采用嚴格的單總線通信協(xié)議,以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型:復位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1。除了應(yīng)答脈沖所有 這些信號都由主機發(fā)出同步信號。總線上傳輸

26、的所有數(shù)據(jù)和命令都是以字節(jié)為單位。且低位在前,高位在后。 (1)初始化序列:復位脈沖和應(yīng)答脈沖在初始化過程中,主機通過拉低單總線至少480s,以產(chǎn)生復位脈沖TX, 然后主機釋放總線并進入接收RX模式。當總線被釋放后,5k的上拉電阻將單總線拉高。DS18B20檢測到這個上升沿后,延時15s60s,通過拉低總線60s240s產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。初始化脈沖如圖3.3所示。 圖3.3 DS18B20初始化時序 (2)DS18B20的讀寫控制在寫時序期間,主機向DS18B20寫入數(shù)據(jù);而在讀時序期間,主機讀入來自DS18B20的數(shù)據(jù)。在每一個時序,總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。讀/寫時序如圖3.4所示。 DS18B2

27、0寫時序 DS18B20存在兩種寫時序:“寫1”和“寫0”。主機在寫1時序向DS18B20圖3.4 DS18B20讀寫時序 寫入邏輯1,而在寫0時序向DS18B20寫入邏輯0。所有寫時序至少需要60s,且在兩次寫時序之間至少需要1s的恢復時間。兩種寫時序均以主機拉低總線開始。 產(chǎn)生寫1時序:主機拉低總線后,必須在15s內(nèi)釋放總線,然后由上拉電阻將總線拉至高電平。產(chǎn)生寫0時序:主機拉低總線后,必須在整個時序期間保持低電平(至少60s)。 在寫時序開始后的15s60s期間,DS18B20采樣總線的狀態(tài)。如果總線為高電平,則邏輯1被寫入DS18B20;如果總線為低電平,則邏輯0被寫入DS18B20。

28、 讀時序 DS18B20只能在主機發(fā)出讀時序時才能向主機傳送數(shù)據(jù)。所以主機在發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,必須馬上產(chǎn)生讀時序,以便DS18B20能夠傳送數(shù)據(jù)。所有讀時序至少60s,且在兩次獨立的讀時序之間至少需要1s的恢復時間。 每次讀時序由主機發(fā)起,拉低總線至少1s。在主機發(fā)起讀時序之后,DS18B20開始在總線上傳送1或0。若DS18B20發(fā)送1,則保持總線為高電平;若發(fā)送0,則拉低總線。當傳送0時,DS18B20在該時序結(jié)束時釋放總線,再由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)在讀時序下降沿起始后的15s內(nèi)有效,因此主機必須在讀時序開始后的15s內(nèi)釋放總線,并且采樣總線狀態(tài)。 D

29、S18B20的命令序列 根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,主機(單片機)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進行復位操作,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DS18B20進行預定的操作。 ROM命令通過每個器件64-bit的ROM碼,使主機指定某一特定器件(如果有多個器件掛在總線上)與之進行通信。DS18B20的ROM如表3.4所示,每個ROM命令都是8 bit長。 表3.4 DS18B20 ROM命令指令協(xié)議功能讀ROM33H讀DS18B20中的編碼即64位地址符合ROM55H發(fā)出此命令后,接著發(fā)出64位ROM編碼,訪問單總

30、線上與該編碼相對應(yīng)的DS18B20,使之作出響應(yīng),為下一步對該DS18B20的讀寫作準備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS18B20的個數(shù)和識別64位ROM地址,為操作各器件作好準備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址,直接向DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換命令,適用于單個DS18B20工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后,只有溫度超過廟宇值上限或下限的片子才做出響應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換44H啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換時間最長為500ms典型為200ms,結(jié)果豐入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的第3、4字節(jié)寫上、下溫度數(shù)據(jù)命令,緊該溫度命

31、令之后,傳達兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復制暫存器48H將RAM中第3、4字內(nèi)容復制到E2PROM中重調(diào)E2PROM0B8H將E2PROM中內(nèi)容恢復到RAM中的第3、4字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式,寄生供電時DS18B20發(fā)送“0”,外部供電時DS18B20發(fā)送“1”3.3 鍵盤電路設(shè)計3.3.1 行列式鍵盤與單片機接口電路 根據(jù)本設(shè)計需要,本系統(tǒng)采用了44鍵盤實現(xiàn)對溫度值和功能鍵的設(shè)定。 行列式鍵盤與單片機的接口電路如圖3.5所示,H0-H3為行線,接單片機P2口的高4位,L0-L3為列線,接單片機P2口的低4位。初始化時鍵盤行線為高電平,列線為低電平。鍵盤的行線接4輸入與門,4輸入與門

32、的輸出接單片機的外部中斷0引腳P3.2口。當有鍵按下時,將產(chǎn)生中斷,在中斷程序里對按鍵進行掃描,得到按鍵的鍵值。圖3.5 44鍵盤結(jié)構(gòu)3.3.2 鍵盤面板 鍵盤面板如圖3.6所示,本系統(tǒng)使用的鍵盤有10數(shù)字鍵,5個功能按鍵。在系統(tǒng)啟動時,先按“設(shè)置”鍵,然后按相應(yīng)的數(shù)字鍵,按“左移”或者“右移”鍵改變其他溫度的值。按“確認”鍵之后系統(tǒng)正式啟動。系統(tǒng)在運行過程之中可以通過按“重新設(shè)置”鍵,對溫度重新進行設(shè)置。 圖3.6 鍵盤面板3.4.1 LCD引腳分布及功能 (1) 12864液晶顯示屏共有20個引腳,其引腳名稱及引腳編號的對應(yīng)關(guān)系如圖3.7所示: 圖3.7 12864液晶顯示模塊引腳分布圖

33、(2)引腳功能如表3.5所示: 表3.5 12864液晶顯示模塊引腳功能引腳符 號引 腳 功 能引腳符 號引 腳 功 能1VSS電源地15CS1CS11芯片選擇左邊64*64點2VDD電源正+5V16CS2CS21芯片選擇右邊64*64點3VO液晶顯示驅(qū)動電源17/RST復位(低電平有效)4RSH:數(shù)據(jù)輸入;L:指令碼輸入18VEELCD驅(qū)動負電源5R/WH:數(shù)據(jù)讀取;L:數(shù)據(jù)寫入19A背光電源(+)6E使能信號。20K背光電源(-)7-14DB0-DB7數(shù)據(jù)線有些型號的模塊19、20腳為空腳3.4.2單片機與圖形液晶的接口電路 LCD與單片機的接口電路如圖3.8所示: 單片機對LCD的控制方

34、法將在下一章中詳細介紹。圖3.8 LCD與單片機的接口電路 3.5 報警電路設(shè)計 本系統(tǒng)設(shè)計中有報警器,使用LM386作為報警器的功率放大器,如圖3.9所示。 LM386是一種音頻集成功放,具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機之中。 LM386的輸入端接單片機的引腳P3.4,輸出端接揚聲器。當實際溫度超過設(shè)置的溫度值時,單片機引腳輸出一定頻率的信號,信號經(jīng)過音頻功放放大之后,發(fā)出報警聲。圖3.9 LM386功放電路3.6 電源電路設(shè)計 電源是整個系統(tǒng)的能量來源,它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否運行。在本系統(tǒng)中單片機、液晶顯示、報警等電路需

35、要5V的電源,因此電路中選用穩(wěn)壓芯片7805,其最大輸出電流為1.5A,能夠滿足系統(tǒng)的要求,其電路如圖3.10所示。圖3.10 電源電路4 程序設(shè)計4.1 系統(tǒng)資源分配4.1.1 系統(tǒng)硬件資源分配 本系統(tǒng)電路連接及硬件資源分配如圖4.1所示。采用AT89C51單片機作為核心器件,DS18B20作為溫度測量裝置,通過AT89C51的P1.7口將溫度值送入單片機處理,利用12864LCD顯示器和44鍵盤作為人機接口。 圖4.1 系統(tǒng)硬件資源分配4.1.2 系統(tǒng)軟件資源分配 本系統(tǒng)采用了匯編語言進行程序設(shè)計,系統(tǒng)自動為各個變量分配內(nèi)存區(qū)域。用戶可以將變量定義在data區(qū)、IDATA區(qū)、PDATA區(qū)、

36、XDATA區(qū),常量定義在CODE區(qū)。4.2 系統(tǒng)流程設(shè)計 主程序先對系統(tǒng)資源進行初始化,調(diào)用LCD顯示子程序,顯示啟動畫面。然后進入鍵盤設(shè)置界面。當設(shè)置鍵按下后,開始設(shè)置各點的溫度,設(shè)置完之后,如果確認鍵按下,則系統(tǒng)開始工作。首先調(diào)用DS18B20初始化子程序,再發(fā)送ROM命令,讀取DS18B20轉(zhuǎn)換的溫度值。當讀取的溫度大于設(shè)置的溫度值時,報警器開始報警,LCD顯示溫度的實際值、設(shè)置值、路數(shù)、狀態(tài)。接下來對第二、三、四路溫度進行采集,處理,顯示。 主程序流程如圖4.2所示:圖4.2 主程序流程4.2.2 DS18B20程序流程設(shè)計 由上一章單片機對DS18B20的控制方法,設(shè)計出如下程序流程

37、: 圖4.3 寫命令子程序流程圖圖4.4 DS18B20復位子程序流程圖 圖4.5 DS18B20讀溫度子程序流程圖4.2.3 顯示程序流程 顯示是實現(xiàn)人機對話的重要部分,在這里選用12864LCD顯示器可實現(xiàn)對漢字、字符和圖片的顯示, LCD的引腳功能在上面已經(jīng)做了說明,下面是其相關(guān)指令的介紹。 (1) 讀取狀態(tài)字D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB001BUSY0ON/OFFRST0000 當R/W1,D/I0時,在E信號為高的作用下,狀態(tài)分別輸出到數(shù)據(jù)總線上。狀態(tài)字是了解模塊當前工作狀態(tài)的唯一的信息渠道,在每次對模塊操作之前,都要讀出狀態(tài)字,判斷BUSY是否為“0”

38、。若不為“0”,則單片機需要等待,直至BUSY 0為止。 (2)顯示開關(guān)設(shè)置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011111D D1:開顯示;D0關(guān)顯示。 (3)顯示起始行設(shè)置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011顯示起始行(063) 指令表中DB5DBO為顯示起始行的地址,取值在03FH(164行)范圍內(nèi),它規(guī)定了顯示屏上最頂一行所對應(yīng)的顯示存儲器的行地址。 (4)頁面地址設(shè)置 D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00010111Page07 頁面地址是DDRAM的行地址,8行為一頁,DDRAM共64行即8頁,

39、DB2-DB0表示0-7頁。 (5)列地址設(shè)置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00001Y address063 列地址是DDRAM的列地址。共64列,DB5-DB0取不同值得到0-3FH(1-64),代表某一頁面上的某一單元地址,列地址計數(shù)器在每一次讀/寫數(shù)據(jù)后它將自動加一。 (6)寫顯示數(shù)據(jù) D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB010顯 示 數(shù) 據(jù) 該操作將8位數(shù)據(jù)寫入先前已確定的顯示存儲器的單元內(nèi)。操作完成后列地址計數(shù)器自動加一。 (7)讀顯示數(shù)據(jù) D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB011顯 示 數(shù) 據(jù) 該操作將12

40、864模塊中的DDRAM存儲器對應(yīng)單位中的內(nèi)容讀出,然后列地址計數(shù)器自動加一。 根據(jù)上面指令結(jié)合系統(tǒng)要實行的功能,其顯示子程序流程如圖4.6所示。 圖4.6 顯示子程序流程圖4.2.4 鍵盤程序程序流程 鍵盤中斷程序是用來設(shè)在系統(tǒng)起動時各環(huán)境溫度的極值,其程序流程圖如圖4.7所示: 圖4.7 鍵盤程序流程4.3 程序設(shè)計4.3.1 主程序設(shè)計 系統(tǒng)主程序 : 見附錄二。5 系統(tǒng)仿真5.1 PROTEUS仿真環(huán)境介紹 Proteus是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的EDA設(shè)計軟件, 是一個基于ProSPICE混合模型仿真器的,完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計仿真平臺。 Pro

41、teus不僅可以做數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐返姆抡?還可進行多種CPU的仿真,涵蓋了51、PIC、AVR、HC11、ARM等處理器,真正實現(xiàn)了在計算機上從原理設(shè)計、電路分析、系統(tǒng)仿真、測試到PCB板完整的電子設(shè)計,實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的全過程。 下面介紹一下PROTEUS的編輯環(huán)境。 (1)工作界面 Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面,如圖5.1所示。包括:標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 圖5.1 Proteus ISIS的工作界面 2 主菜單 PR

42、OTEUS包括File、 Edit、View等12個菜單欄,如圖5.2所示。每個菜單欄又有自己的菜單,PROTEUS的菜單欄完全符合WINDOWS操作風格。圖5.2 Proteus ISIS的菜單欄 3 工具欄 工具欄包括菜單欄下面的標準工具欄和圖5.1右邊的繪圖工具欄,標準工具欄的內(nèi)容與菜單欄的內(nèi)容一一對應(yīng),繪圖工具欄有豐富的操作工具,選擇不同的按紐會得到不同的工具。5.2 原理圖繪制 (1)新建文件:打開PROTEUS, 點FILE,在彈出的下拉菜單中選擇NEW DESIGN,在彈出的圖幅選擇對話框中選Landscape A4。 (2)元器件選取:按設(shè)計要求,在對象選擇窗口中點P,彈出PI

43、CK DEVICES對話框,在KEYWORDS中填寫要選擇的元器件,然后在右邊對話框中選中要選的元器件,則元器件列在對象選擇的窗口中。 本設(shè)計所需選用的元器件如下: AT89C51:單片機LM016L:液晶顯示器 RES、RESPACK-8:電阻、上拉電阻 CRYSTAL:晶振 CAP、CAP-ELEC:電容、電解電容 DS18B20:數(shù)字溫度傳感器 BUTTON:按鍵 (3)放置元器件、電源和地、連線,得到如圖5.3所示的系統(tǒng)電路圖,最后進行電氣檢測。 圖5.3 系統(tǒng)電路仿真圖5.3 程序加載5.3.1 程序編譯 1啟動KEIL,選擇Project-New Project,在彈出的對話框中輸

44、入工程的名字,點擊保存;選擇ATMEL公司的AT89C51單片機。 2在Source Group 1上點擊右鍵,選擇“Add Files to Group Source Group 1 ”,把所有的源文件加進來。 3點擊Project-Build target或者使用快捷鍵F9,編譯工程。當Output Windows中提示“0 Error”時,則程序編譯成功,生成可執(zhí)行文件1.HEX。5.3.2 程序加載 在編輯環(huán)境中雙擊AT89C51,在彈出的對話框中將編譯生成可執(zhí)行文件1.HEX加載進芯片中,設(shè)單片機的時鐘工作頻率為12MHZ。5.4 系統(tǒng)仿真 點擊全速運行按鈕,將出現(xiàn)如下仿真結(jié)果: (

45、1)系統(tǒng)的啟動 在系統(tǒng)的啟動過程之中,液晶將會顯示我的名字及揚州職大的漢語拼音。圖5.4 系統(tǒng)啟動時初始顯示仿真圖 (2)溫度值的設(shè)定 系統(tǒng)程序?qū)Νh(huán)境的正常溫度的極值進行設(shè)定,當環(huán)境的實際溫度超過設(shè)定的這個極值時,系統(tǒng)將會報警,并在液晶顯示屏上顯示 L 或 H 。 (3)系統(tǒng)運行 系統(tǒng)運行之后,按下相應(yīng)路數(shù)的按鍵,DS18B20開始對相應(yīng)路數(shù)的環(huán)境進行測量,將環(huán)境的實際的溫度顯示在液晶屏上,同時液晶顯示屏還顯示環(huán)境溫度的路數(shù)。當環(huán)境的實際溫度超過設(shè)定的這個極值時,系統(tǒng)將會報警,并在液晶顯示屏上顯示 L 或 H 。 在PROTEUS仿真過程之中,可以通過調(diào)節(jié)DS18B20的面板上的“”或者“”

46、,改變DS18B20測量的實際溫度。 圖5.5 第1路仿真結(jié)果 圖5.6 第2路仿真結(jié)果 圖5.7 第3路仿真結(jié)果 圖5.8 第4路仿真結(jié)果5.5 仿真結(jié)果分析 由以上仿真結(jié)果可知,當DS18B20的實際溫度大于設(shè)置溫度時,報警器開始報警,否則處于正常狀態(tài)。溫度測量范圍為-55128,能夠達到設(shè)計的要求:-2080,滿足設(shè)計的要求。LCD屏幕每秒刷新一次,顯示格式也達到了設(shè)計的要求。路數(shù)設(shè)置溫度實際溫度狀態(tài)第一路-20?80報警第二路-20?80正常第三路-20?80報警第四路-20?80正常 結(jié)束語 通過這次的畢業(yè)設(shè)計,使我對大學四年中所學的專業(yè)知識進行了綜合的銜接和運用。 在工業(yè)生產(chǎn)和實驗

47、研究中,在電力、化工、石油、冶金、機械制造、大型倉儲室、實驗室、農(nóng)場塑料大棚甚至人們的居室里經(jīng)常需要對環(huán)境溫度進行檢測,并根據(jù)實際的要求對環(huán)境溫度進行控制。我對此只是做一個簡單的設(shè)計。 畢業(yè)設(shè)計作為綜合性的設(shè)計,它不同于以前教學中的實驗、課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)。以前所做的一些設(shè)計主要是根據(jù)相關(guān)的課本及老師所給資料去完成的,有一定的參照性,所以相對而言比較簡單,不能完全達到鍛煉自己動手能力的目的。而畢業(yè)設(shè)計則是對我們大學四年所學知識的一個綜合的訓練及考核,是對所學知識的應(yīng)用能力和大學所學理論知識對實踐技能相結(jié)合的全面的檢驗。并對我們?nèi)绾胃鶕?jù)要做的課題對現(xiàn)有的資料進行理解和運用的能力的考核。真正做到了理論聯(lián)系實際,把以前所學的知識綜合貫通進行實踐,并在實踐中不斷學習和自我完善。 從剛確定畢業(yè)設(shè)計課題以來,我首先是查找一些相關(guān)的書籍及資料,然后分析設(shè)計,并根據(jù)實際情況擬定設(shè)計方案,從而達到優(yōu)化方案。同時,通過這次畢業(yè)設(shè)