課程設(shè)計(jì) 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 西南石油大學(xué) 溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 電 信 院 專業(yè)年級(jí) 測 控 09 級(jí) 學(xué) 號(hào) 0907010330 學(xué)生姓名 趙 青 明 指導(dǎo)教師 石老師、葛老師 摘要目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。單片機(jī)的功能齊全且智能,本錢低廉, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，因而通過單片機(jī)控制與調(diào)整溫度有很大實(shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)是基于80C51單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測量系統(tǒng), 單片機(jī)在本系統(tǒng)中作為溫度輸入控制器件，DS18B20被用作溫度數(shù)據(jù)的采集，LED實(shí)現(xiàn)溫度顯示功能。本系統(tǒng)線路簡單，控制功能強(qiáng)，測量值精確。關(guān)鍵詞80C51單片機(jī)；DS18B20溫度傳

2、感器；LED顯示第1章 緒論1課題背景11.2 開發(fā)意義11.3 課題完成的功能1第2章 方案論證及選擇2功能設(shè)計(jì)2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原那么、方案論證22.2.1 設(shè)計(jì)原那么22.2.2 方案論證22.3 單片機(jī)介紹32.3.1 80C51單片機(jī)62.3.2 復(fù)位電路8 2.3.3 晶振電路.92.4 溫度傳感器92.4.1溫度傳感器特性. 92.4.2 DS18B20的連接.102.4.3 DS18B20的考前須知.132.5 數(shù)碼顯示管.13第3章 軟件設(shè)計(jì)14軟件介紹.143.2流程設(shè)計(jì).14第4章 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試16第5章 結(jié)論16參考文獻(xiàn)17致 謝17附錄18 1.溫度采集系統(tǒng)匯編語言程序18

3、 2.溫度采集系統(tǒng)硬件電路及仿真結(jié)果.22第1章 緒論隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開展和普及,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應(yīng)用。在生產(chǎn)過程中,應(yīng)用這一系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄,以便提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低本錢提供信息和手段。在科學(xué)研究中,應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息,是研究瞬態(tài)物理過程的有力工具,也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一,它將提高人們對(duì)各種瞬態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行研究的能力。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速開展，特別是單片微機(jī)的開展，使傳統(tǒng)的測量儀器在原理，功能，精度及自動(dòng)化水平等方面發(fā)生了巨大的變化，使很多的傳統(tǒng)電子儀器被相應(yīng)的全新的儀器類型和測試系統(tǒng)體系所代替。在科學(xué)技術(shù)高速開展的

4、今天，如何用簡單廉價(jià)，性能良好的元器件制造出對(duì)人類生活有用的產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們研究的主要趨勢。因此，溫度測試儀作為測量儀器中不能缺少的一種儀器，如何用簡單廉價(jià)，性能良好，外圍電路簡單的元器件制造出性能良好的溫度采集器便成為了溫度采集器的開展方向。本設(shè)計(jì)是基于AT89C51單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測量系統(tǒng),可以說與人們的日常生活是息息相關(guān)的，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 開發(fā)意義數(shù)據(jù)采集是獲取信息的根本手段,信息采集技術(shù)作為信息技術(shù)的一個(gè)重要分支,與傳感器,信號(hào)測量與處理,微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)為根底而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù),它研究數(shù)據(jù)的采集,存儲(chǔ),處理及控制等作業(yè),具有很強(qiáng)的是用性。

5、今天，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)在雷達(dá)，通訊，水聲，遙感，地質(zhì)勘探，震開工程，無損監(jiān)測，語音處理，智能儀器，工業(yè)自動(dòng)控制以及生物醫(yī)學(xué)工程等眾多領(lǐng)域的到廣泛的應(yīng)用并且收到了良好的效果。 1.3 課題完成的功能本設(shè)計(jì)是一種基于80C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最小系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，溫度傳感器DS18B20完成將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的功能，由80C51單片機(jī)控制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集。最終通過LED數(shù)碼顯示實(shí)時(shí)溫度。第2章 方案論證及選擇本系統(tǒng)主要由80C51單片機(jī)，DS18B20溫度傳感器，LED顯示器等局部組成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集、處理、顯示，工作的功能。原理框圖如下列圖圖2-1所示。溫度傳感器輸入數(shù)字信號(hào)單

6、片機(jī)控制的檢測系 統(tǒng)顯示器2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原那么、方案論證2.2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原那么順應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開展，本著拓寬系統(tǒng)功能，使用更少的元器件，降低系統(tǒng)功耗及使系統(tǒng)更加可靠為目標(biāo)設(shè)計(jì)一款使用器件最少的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。依照上述原那么，接下來討論方案論證。2.2.2 方案論證方案一、采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度的測量及顯示，該方案設(shè)計(jì)電路簡單易懂，操作簡單，且價(jià)格廉價(jià)，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測量誤差大。采用模擬的溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測量。方案二、本方案采用80C51單片機(jī)為核心，通過溫度傳感器AD590采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到A

7、/D轉(zhuǎn)換芯片，最終經(jīng)單片機(jī)檢測處理溫度信號(hào)。 溫度傳感器A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)LED顯示圖1方案二的框圖方案三、本方案由80C51單片機(jī)為核心，溫度傳感器采用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的測量并且由LED顯示溫度值。DS18B2080C51單片機(jī)電源LED顯示圖2方案三的框圖方案的比較：DS18B20將溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了與單片機(jī)的直接接口，從而省去了信號(hào)調(diào)理電路。該儀器電路簡單、功能可靠、測量效率高，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)溫度測量方法的缺乏。相對(duì)與方案1，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。相對(duì)與方案2，硬件電路簡單，易于操作，具有更高的性價(jià)比，更大的市場。所以采用方案

8、3完本錢設(shè)計(jì)。單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大局部功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大局部部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大局部還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)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。單片機(jī)也被稱為微控制器Microcontroler，是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器開展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。I

9、NTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的開展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上開展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)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(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大開展，單片機(jī)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(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能

10、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(jī)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(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)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(jī)上。而在作為掌上電腦和 核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。 、 、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、

11、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格廉價(jià)、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最正確選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比方CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它

12、的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制局部的核心部件。它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的本錢，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的比方家用PC的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些那么是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60

13、年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對(duì)本錢是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語言已經(jīng)到達(dá)了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)到達(dá)幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對(duì)于單

14、片機(jī)來講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的?？梢哉f，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)亦稱微控制器。 80C51單片機(jī)80C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器FPEROMFalsh Programmable and Erasable Rea

15、d Only Memory的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。1主要性能參數(shù)：·與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ·4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器圖 80C51管腳圖·全靜態(tài)操作：0Hz24MHz ·三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ·128×8字節(jié)內(nèi)部RAM ·32個(gè)可編程IO口線·2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器 ·6個(gè)中斷源·可編程串行UART通道

16、·低功耗空閑和掉電模式2管腳說明：Vcc：供電電壓。  Vss：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在

17、FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收

18、輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流ILL這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：端口管腳 備選功能P3.0 RXD串行輸入口P3.1 TXD串行輸出口P3.2 /INT0外部中斷0P3.3 /INT1外部中斷1P3.4 T0記時(shí)器0外部輸入P3.5 T1記時(shí)器1外部輸入P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。AL

19、E/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問

20、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，那么在此期間外部程序存儲(chǔ)器0000H-FFFFH，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，

21、XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。4芯片擦除：  整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。復(fù)位電路的用途：單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟局部，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開始執(zhí)行。復(fù)位電路

22、的工作原理：51單片機(jī)要復(fù)位只需要在第9引腳接個(gè)高電平持續(xù)2us就可以實(shí)現(xiàn)在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動(dòng)的時(shí)候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會(huì)復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振諧振的英文名稱不同，無源晶振為crystal晶體，而有源晶振那么叫做oscillator振蕩器。無源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。諧振振蕩器包括石英或其晶體材料晶體諧振器，陶瓷諧振器，LC諧振器等。在本次的設(shè)計(jì)中

23、使用的是的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。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)。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。其可以分別9375ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，最大分辨率為00625 ， 而且從DS18B20讀出或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫。單線數(shù)字化智能集成溫度的傳感器，其特點(diǎn)是： DSI8B20可將被測溫度直接轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)輸出，溫度值不需要經(jīng)電橋電路先獲取電壓模擬量

24、，再經(jīng)信號(hào)放大和AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器存在的因參數(shù)不一致性，在更換傳感器時(shí)會(huì)因放大器零漂而必須對(duì)電路進(jìn)行重新調(diào)試的問題，使用方便 DS18B20能提供9到12位溫度讀數(shù)，精度高，且其信息傳輸只需1根信號(hào)線，與計(jì)算機(jī)接口十分簡便，讀寫及溫度變換的功率來自于數(shù)據(jù)線而不需額外的電源 每一個(gè)DS18B20都有一個(gè)惟一的序列號(hào)，這就允許多個(gè)DS18B20連接到同一總線上尤其適合于多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng) 負(fù)壓特性：當(dāng)電源極性接反時(shí)，DS18B20雖然不能正常工作，但不會(huì)因發(fā)熱而燒毀 正是由于具有以上特點(diǎn)，DS18B20在解決各種誤差、可靠性和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)各種溫度傳感器相比，有無可比

25、較的優(yōu)越性，因而廣泛應(yīng)用于過程控制、環(huán)境控制、建筑物、機(jī)器設(shè)備中的溫度檢測。2.4.2 DS18B20的連接方法DS18B20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)。DSl8B20與單片機(jī)的硬件連接有兩種方法：一是Vcc接外部電源，GND接地，I/0與單片機(jī)的I/0線相連；二是用寄生電源供電，此時(shí),UDD和GND接地，I/0接單片機(jī)I/0。無論是哪種供電方式，I/0口線都要接4.7K上拉電阻。獨(dú)特的寄生電源方式有三個(gè)好處：1進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫時(shí)，無需本地電源2可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM3電路更加簡潔，僅用一根I/O口實(shí)現(xiàn)測溫要想使DS18B20進(jìn)行精確的溫度轉(zhuǎn)換

26、，I/O線必須保證在溫度轉(zhuǎn)換期間提供足夠的能量，由于每個(gè)DS18B20在溫度轉(zhuǎn)換期間工作電流到達(dá)1mA，當(dāng)幾個(gè)溫度傳感器掛在同一根I/O線上進(jìn)行多點(diǎn)測溫時(shí)，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的 能量，會(huì)造成無法轉(zhuǎn)換溫度或溫度誤差極大。因此，圖1電路只適應(yīng)于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會(huì)使溫度誤差變大。圖1DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路圖 改良的寄生電源供電方式如下面圖2所示，為了使DS18B20在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換周期中獲得足夠的電流供給，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝到 E2存儲(chǔ)器操作時(shí)，用M

27、OSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲(chǔ)器或啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換的指令后，必須在最 多10S內(nèi)把I/O線轉(zhuǎn)換到強(qiáng)上拉狀態(tài)。在強(qiáng)上拉方式下可以解決電流供給不走的問題，因此也適合于多點(diǎn)測溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根I/O口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。圖2注意：在圖1和圖2寄生電源供電方式中，DS18B20的VDD引腳必須接地DS18B20的外部電源供電方式 在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流缺乏的問題，可以保證 轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測溫系統(tǒng)。注意：在外部

28、供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空 ，否那么不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85。外部供電方式單點(diǎn)測溫電路圖3外部供電方式的多點(diǎn)測溫電路圖圖4外部電源供電方式是DS18B20最正確的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比 較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度 監(jiān)控系統(tǒng)。站長推薦大家在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下， 可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC降到3V時(shí)，依然能夠保證溫度量精度。 DS18B20使用中考前須知DS18B20雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)

29、，但在實(shí)際應(yīng)用中 也應(yīng)注意以下幾方面的問題：1、較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫時(shí)序，否那么將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) DS18B20操作局部最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。2、連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗(yàn)中，當(dāng)采用普通信號(hào)電纜傳輸長度超過50m時(shí)，讀取的 測溫?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線

30、分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹Ｒ虼?，在用DS18B20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問題。3、在DS18B20測溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管組成,行成一個(gè)日字形,它門可以共陰極,也可以共陽極.通過解碼電路得到的數(shù)碼接通

31、相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字。說到七段數(shù)碼管，它在家電及工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用,例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時(shí)間等等，具有顯示醒目、直觀的優(yōu)點(diǎn)，七段數(shù)碼管是由7個(gè)獨(dú)立的二極管采用共陰或共陽的方法連接而成。通常將這7個(gè)獨(dú)立的二極管做成a、b、c、d、e、f、g這7個(gè)筆劃，如1圖所示：圖1 數(shù)碼管該設(shè)計(jì)的顯示電路是采用7段LED數(shù)碼管顯示溫度。主要的工作原理：7段數(shù)碼管又分共陰和共陽兩種顯示方式。如果把7段數(shù)碼管的每一段都等效成發(fā)光二極管的正負(fù)兩個(gè)極，那共陰就是把a(bǔ)bcdefg這7個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極連接在一起并接地；共陽是把所有的二極管的正極連接在一起。如果7段數(shù)碼管是共陽顯示電路，那

32、就需要選用驅(qū)動(dòng)電路。共陽就是把a(bǔ)bcdefg的7個(gè)發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個(gè)負(fù)極接到單片機(jī)相應(yīng)的IO口。無論共陰共陽7段顯示電路，都需要加限流電阻，否那么通電后就把7段譯碼管燒壞了！限流電阻的選取是：5V電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除上10ma到15ma得數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管的工作電壓一般在1.8V-2.2V，為計(jì)算方便，通常選2V即可！發(fā)光二極管的工作電流選取在10-20ma，電流選小了，7段數(shù)碼管不太亮，選大了工作時(shí)間長了發(fā)光管易燒壞！對(duì)于大功率7段數(shù)碼管可根據(jù)實(shí)際情況來選取限流電阻及電阻的瓦數(shù)！如圖2所示：圖2 LED顯示電路第3章 軟件設(shè)計(jì)3.

33、1 軟件 主要編寫單片機(jī)初始化程序，DS18B20初始化程序，DS18B20ROM操作命令、存儲(chǔ)器操作命令，DS18B20序列號(hào)的獲取，單片機(jī)的溫度讀取和轉(zhuǎn)換。 該設(shè)計(jì)中主要利用了DS18B20芯片進(jìn)行測溫，該芯片是單總線器件，顧名思義單總線只有一根數(shù)據(jù)線，因此在通信時(shí)時(shí)序就顯得十分重要，我們?cè)诰幊虝r(shí)也要十分注意這一點(diǎn)。在程序中測溫時(shí)首先要對(duì)DS18B20進(jìn)行初始化，初始化過程由單片機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和芯片響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成，應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。由于總線上只掛接了一片測溫芯片，因此可直接跳過ROM匹配發(fā)出測溫命令。該設(shè)計(jì)可實(shí)時(shí)顯示溫度值，便于連續(xù)觀測。系統(tǒng)源程序見附

34、錄。3.2 流程設(shè)計(jì)1主流程圖設(shè)計(jì) 單片機(jī)處理及溫度顯示操作DS18B20存放器結(jié)束 LED溫度顯示值單片機(jī)初始化開始(2)顯示子程序流程圖YN開始返回指向數(shù)值初始地址口取位選碼指定顯示位指向dis_7取顯示字符查七段碼段選碼從P0口送出調(diào)用1ms延時(shí)子程準(zhǔn)備顯示下一位位選3位顯示完畢？第4章 軟硬件調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)完成后最主要的局部就是對(duì)其做全面的測試，查看硬件電路是否連接無誤有無虛接短路，用萬能表對(duì)各路器件進(jìn)行仔細(xì)的測試以確保線路連接完好。軟件局部那么通過將程序燒寫到單片機(jī)上然后進(jìn)行調(diào)試第5章 結(jié)論本設(shè)計(jì)所介紹的數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)

35、字顯示，主要用于對(duì)測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。它具有結(jié)構(gòu)簡單,不需外接元件,采用一根I/ O 數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù),可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫等需要控制溫度的地方。目前,該產(chǎn)品已在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。在本次設(shè)計(jì)中使用的是數(shù)字溫度傳感器DS18B20。通過調(diào)試成型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了DS18B20除了上述優(yōu)點(diǎn)外，還有一些缺點(diǎn)，如：簡單的硬件連接的代價(jià)是復(fù)雜的軟件時(shí)序，DS18B20在測量溫度的時(shí)候，靈敏度不夠高，溫度快速變化時(shí)無法迅速顯示出其變化。通過一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：由DS18B20構(gòu)建的測溫小系統(tǒng)適用于環(huán)境溫度監(jiān)控，對(duì)溫度小變化較敏感；不適合應(yīng)用于要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)、溫度跨度大的測溫

36、方式。在顯示電路中采用的數(shù)碼管的顯示方式，雖然操作簡單但是在代碼書寫時(shí)要注意在字型碼這塊要區(qū)分好是共陽極還是共陰極的數(shù)碼管。在按鍵的處理時(shí)使用的是軟件消抖，要注意延長時(shí)間的把握。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們學(xué)到了很多東西，由一開始的茫然到不停的查資料，再到程序的編寫，這其中用到了許多所學(xué)的東西，設(shè)計(jì)中我們學(xué)到了許多也明白了許多，也體會(huì)到了自己的許多缺乏之處，在一開始設(shè)計(jì)電路圖的時(shí)候我們?cè)嚵撕枚喾N方法，經(jīng)過屢次的查閱資料我才選擇了現(xiàn)在用的版本，程序編寫時(shí)我們也是改了許多遍才運(yùn)行成功，不過經(jīng)過我們的努力我們的設(shè)計(jì)終于完成了。從這次設(shè)計(jì)中，我真正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用

37、到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)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(jì)中的最大收獲。參考文獻(xiàn) 1 錢曉接.16/32位微機(jī)原理、匯編語言及接口技術(shù)教程.機(jī)械工程出版社，20213五版.北京：高等教育出版社，2002致謝 這次設(shè)計(jì)使我掌握了很多實(shí)踐知識(shí)，在老師和同學(xué)的幫助下對(duì)單片機(jī)有了進(jìn)一步的了解。無論是在課題的選題還是定稿、研究的方法、技術(shù)路線以及本文的撰寫都得到了葛老師的嚴(yán)格要求和精心指導(dǎo)，在這次設(shè)計(jì)賴?yán)蠋焽?yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)、治學(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和孜孜不倦的探索創(chuàng)新精神，以及平易近人的師長風(fēng)范給我創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)環(huán)境，及給了我這個(gè)學(xué)習(xí)提高的時(shí)機(jī)和在生活上給我的無

38、微不至的關(guān)心。這些都是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力，必將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和生活受益匪淺，我將終生學(xué)習(xí)和銘記。在此，謹(jǐn)向趙老師的培育之恩表示最深的謝意!感謝其他多位老師對(duì)我學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)所給予的支持和幫助。感謝在我論文完成過程中同學(xué)們給我提供的支持、幫助和建議。在這里也衷心地感謝他們！只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，進(jìn)而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。整個(gè)設(shè)計(jì)過程可以說不是很順利，因?yàn)橛泻芏嘀R(shí)已經(jīng)淡忘，還有很多新的東西沒有掌握，所以這次設(shè)計(jì)在不斷的復(fù)習(xí)、學(xué)習(xí)中度過，使我受益匪淺，也使我對(duì)單片機(jī)的運(yùn)用有了進(jìn)一步的了解和掌握，也為今后的學(xué)習(xí)生活和工作打下良好

39、的根底。在此，我衷心的感謝幫助我的老師和同學(xué)！附錄附錄一 溫度采集系統(tǒng)匯編語言程序 ORG 1030HDB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90HDB 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10HDB 0BFH,0FFH;|-| ;| 獲取單個(gè)ds1820 轉(zhuǎn)化的溫度值的應(yīng)用程序,P1.6 接ds1820 | ;|-| ORG 0000H MOV A,#0FFHMOV P3,A ;數(shù)碼管位選無效 AJMP MAIN ORG 0020H MAIN: MOV SP,#60HCHAXUN:LCALL XLHDQ ;序

40、列號(hào)讀號(hào) LCALL GET_TEMP ;完成一次溫度讀取，存單片機(jī)中 MOV A,#0FFHMOV P3,A MOV A,#80H ;判斷高位的符號(hào) ANL A,R6 JZ POS ;正負(fù)號(hào)分開跳轉(zhuǎn) MOV A,R7 CPL A INC A ;補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼 CLR C ;最低位移至C中，并完成除2操作 RRC A MOV B,#0AH DIV AB ; 將整數(shù)位個(gè)位和十位分開，分別存在B和A中MOV 50H,A ;保護(hù)A中內(nèi)容 MOV A,#0FFHMOV P3,A MOV DPTR,#1044H SJMP LL1 POS:CLR C RRC A MOV B,#0AH DIV ABMOV

41、50H,A ;保護(hù)A中內(nèi)容 MOV A,#0FFHMOV P3,A MOV DPTR,#1045H LL1:CLR A MOVC A,A+DPTR ;讀取程序存儲(chǔ)器常數(shù)表，完成七段數(shù)碼管的譯碼操作 MOV P2,A MOV A,#0FEH ;位選有效，對(duì)應(yīng)位被點(diǎn)亮MOV P3,A LCALL DELAY ;延時(shí) MOV A,#0FFHMOV P3,AMOV A,50H MOV DPTR,#1030H MOVC A,A+DPTR MOV P2,A MOV A,#0FDHMOV P3,A LCALL DELAYMOV A,#0FFHMOV P3,A MOV A,B MOV DPTR,#103AH

42、MOVC A,A+DPTR MOV A,#0FBHMOV P3,A LCALL DELAY MOV A,#0FFHMOV P3,A JC LL2 MOV DPTR,#1030H LL3:CLR A MOVC A,A+DPTR MOV P2,A MOV A,#0F7HMOV P3,A LJMP CHAXUN ;再循環(huán)讀取溫度并顯示 LL2:MOV DPTR,#1035H SJMP LL3 SJMP $XLHDQ: CLR EA ;使用ds1820 一定要禁止任何中斷產(chǎn)生 LCALL INT ; 初始化ds1820 MOV A, #33HLCALL WRITE ;送入讀ds1820 的ROM命令 LCALL READ ; 開始讀出當(dāng)前ds1820 序列號(hào) MOV 40H,A LCALL READ MOV 41H,A LCALL READ MOV 42H,A LCALL READ MOV 43H,A LCALL READ MOV 44H,A LC