基于單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)-學(xué)士學(xué)位論文

長(zhǎng)春大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙第第頁(yè)摘要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn)，溫度自動(dòng)檢測(cè)和顯示系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。人們?cè)跍囟葯z測(cè)的準(zhǔn)確度、便捷、快速等方面有著越來(lái)越高的要求。而傳統(tǒng)的溫度傳感器已經(jīng)不能滿足人們的需求，其漸漸被新型的溫度傳感器所代替。

本文設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)簡(jiǎn)易溫度計(jì)。本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)STC89C52和溫度傳感器DS18B20組成了溫度自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，可根據(jù)實(shí)際需要任意設(shè)定溫度值，并進(jìn)行自動(dòng)控制。在此設(shè)計(jì)中利用了STC89C52單片機(jī)作為主控制器件，DS18B20作為測(cè)溫傳感器通過(guò)LCD數(shù)碼管串口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。通過(guò)DS18B20直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，能夠設(shè)置溫度上下限來(lái)設(shè)置報(bào)警溫度。并且在到達(dá)報(bào)警溫度后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

本文設(shè)計(jì)是從測(cè)溫電路、主控電路、報(bào)警電路等幾個(gè)方面來(lái)分析說(shuō)明的。該器件可直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。另外，該溫度計(jì)還能直接采用測(cè)溫器件測(cè)量溫度。從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸與處理過(guò)程。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在可操作性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)簡(jiǎn)單，擁有很大的擴(kuò)展空間等。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度傳感器；溫度計(jì)；報(bào)警

AbstractWith

the

rapid

development

of

modern

information

technology

and

the

gradual

transformation

of

traditional

industries

to

achieve,

automatic

temperature

detection

and

display

systems

are

widely

used

in

many

fields.

People

in

the

temperature

measurement

accuracy,

convenient,

rapid,

and

has

a

growing

demand.

This

article

was

designed

and

produced

a

simple

thermometer.

This

design

uses

a

microcontroller

STC89C52

and

temperature

sensor

DS18B20

automatic

temperature

control

system

formed

can

be

arbitrarily

set

the

temperature

according

to

the

actual

value

and

for

automatic

control.

In

this

design

using

the

STC89C52

microcontroller

as

the

main

control

device,

DS18B20

as

an

LCD

digital

temperature

sensor

tube

through

the

serial

transmission

of

data,

to

achieve

temperature

display.

DS18B20

measured

by

direct

reading

temperature

values,

data

conversion,

to

set

the

temperature

to

set

the

alarm

on

the

lower

temperature.

And

the

temperature

reaching

the

alarm,

the

system

will

automatically

alarm.

This

design

is

from

the

temperature

measurement

circuit,

main

control

circuit,

alarm

circuit,

and

several

other

aspects

of

the

note.

The

device

can

transmit

digital

signals

directly

to

the

microcontroller,

easy

to

handle

and

control

MCU.

In

addition,

the

thermometer

temperature

measurement

device

can

be

used

directly

to

measure

temperature.

The

major

advantages

of

this

design

is

reflected

in

operable

structural

basis

is

simple,

lots

of

expansionspace.Keywords：STC89C52；DS18B20；thermometer；alarm

TOC\o"1-3"\h\u16452摘要 113608一前言 445921.1設(shè)計(jì)目的 5251961.2設(shè)計(jì)要求 512529二基于單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 6266632.1總體方案的思路 6292212.2總體設(shè)計(jì)方案和框圖 615737三系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8304643.1單片機(jī)的選擇 8126903.1.1STC89C52的特點(diǎn)及選擇原因 8244043.1.2STC89C52的工作模式及注意事項(xiàng) 9176223.2傳感器的選擇 10292893.2.1DS18B20的特點(diǎn)及選擇原因 1041203.2.2DS18B20的測(cè)溫原理 11168393.3顯示器的選擇 12211753.4電路原理 1270083.4.1晶振電路與復(fù)位電路 12180873.4.2溫度采集電路 1435833.4.3顯示電路 1545153.4.4報(bào)警系統(tǒng) 156687四系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1695074.1程序流程圖 16150054.1.1主程序 16109544.1.2讀出溫度子程序 1730454.1.3溫度數(shù)據(jù)顯示子程序 18187824.1.4設(shè)置溫度上下線程序 18198434.1.5計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)置 1811928總結(jié) 196463致謝 2027717參考文獻(xiàn) 21

一前言目前，單片機(jī)已經(jīng)在測(cè)控領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用，它除了可以測(cè)量電信以外，還可以用于溫度、濕度等非電信號(hào)的測(cè)量，能獨(dú)立工作的單片機(jī)溫度檢測(cè)、溫度控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用很多領(lǐng)域。

單片機(jī)是一種特殊的計(jì)算機(jī),它是在一塊半導(dǎo)體的芯片上集成了CPU,存儲(chǔ)器，RAM，ROM，及輸入與輸出接口電路，這種芯片稱為:單片機(jī)。由于單片機(jī)的集成度高，功能強(qiáng)，通用性好，特別是它具有體積小，重量輕，能耗低，價(jià)格便宜，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便的優(yōu)點(diǎn)，使它迅速的得到了推廣應(yīng)用，目前已成為測(cè)量控制系統(tǒng)中的優(yōu)選機(jī)種和新電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件。單片機(jī)已不僅僅局限于小系統(tǒng)的概念，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于家用電器，機(jī)電產(chǎn)品，辦公自動(dòng)化用品，機(jī)器人，兒童玩具，航天器等領(lǐng)域。

本次課程設(shè)計(jì)，就是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度控制，傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多以熱敏電阻為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差，測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，而且必須經(jīng)過(guò)專門(mén)的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。本次采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的溫度計(jì)有反應(yīng)速度慢、讀數(shù)麻煩、測(cè)量精度不高、誤差大等缺點(diǎn)而下面利用集成溫度傳感器AD590設(shè)計(jì)并制作了一款基于AT89C51的4位數(shù)碼管顯示的數(shù)字溫度計(jì)，其電路簡(jiǎn)單，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，易于實(shí)現(xiàn)。

該數(shù)字溫度計(jì)利用AD590集成溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測(cè)量并轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，然后送到單片機(jī)AT89C51中進(jìn)行處理變換，最后將溫度值顯示在D4、D3、D2、D1共4位七段碼LED顯示器上。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，加上AD590測(cè)溫電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、4位溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源、時(shí)鐘電路等組成。

1.1設(shè)計(jì)目的現(xiàn)代社會(huì)生活中，多功能的數(shù)字溫度計(jì)可以給我們的生活帶來(lái)很大的方便；支持“一線總線”接口的溫度傳感器簡(jiǎn)化了數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，降低了成本；以美國(guó)MAXIM/DALLAS半導(dǎo)體公司的單總線溫度傳感器DS18B20為核心，以ATMEL公司的STC89C52為控制器設(shè)計(jì)的DS18B20溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確、具有一定控制功能的智能溫度控制器。

此次課程設(shè)計(jì)，就是用單片機(jī)[1]實(shí)現(xiàn)溫度控制，傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)大多以熱敏電阻為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性差，測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，而且必須經(jīng)過(guò)專門(mén)的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。本次采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)基于51單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)。

該數(shù)字溫度計(jì)利用AD590集成溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測(cè)量并轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，然后送到單片機(jī)STC89C52中進(jìn)行處理變換，最后將溫度值顯示在D4、D3、D2、D1共4位七段碼LED顯示器上。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，加上AD590測(cè)溫電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、4位溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源、時(shí)鐘電路等組成。1.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的DS18B20數(shù)字溫度計(jì)。課程設(shè)計(jì)要求：

(1)5V供電；

溫度采集采用DS18B20；

(3)4位LED顯示；

(4)2個(gè)按鍵；

設(shè)計(jì)溫度控制器原理圖，學(xué)習(xí)用PROTEL畫(huà)出該原理圖，并用proteus進(jìn)行仿真；(6)設(shè)計(jì)和繪制軟件流程圖，用C語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)；焊接硬件電路，進(jìn)行調(diào)試。

二基于單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1總體方案的思路提及到溫度的檢測(cè)，我們首先會(huì)考慮傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻，而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持，硬件電路復(fù)雜，軟件調(diào)試也復(fù)雜，制作成本高。

因此，本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55°C至+125°C按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由三個(gè)模塊組成：主控制器STC89C51，溫度傳感器DS18B20，驅(qū)動(dòng)顯示電路。總體電路框圖如下：圖2.1

系統(tǒng)總體框圖2.2總體設(shè)計(jì)方案和框圖由于本設(shè)計(jì)是測(cè)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(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。

所以，他的設(shè)計(jì)理論不符合本次設(shè)計(jì)的方案要求，進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示，控制器采用單片機(jī)STC89C52，溫度傳感器采用DS18B20，用3位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。DS18B20

采用3

腳PR-35

封裝或8

腳SOIC

封裝。

圖2.2總體設(shè)計(jì)方框圖主控制器：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。

顯示電路：顯示電路采用3位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。

三系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1單片機(jī)的選擇3.1.1STC89C52的特點(diǎn)及選擇原因STC89C52作為溫度測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件．該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS一5l系列單片機(jī)中的基礎(chǔ)產(chǎn)品，采用了可靠的CMOS工藝制造技術(shù)．具有高性能的8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS一51的CMOS產(chǎn)品。片內(nèi)含8K

bytes的可販毒擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256

bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)。片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征。

其具有如下性質(zhì)：

（1）與MCS-51

產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容

（2）8K字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃爍存儲(chǔ)器。（3）壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)。

（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年。

（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz。

（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定。（7）128*8位內(nèi)部RAM。

（8）32可編程I/O線。

（9）三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（10）8個(gè)中斷源。

（11）可編程串行通道。

（12）低功耗的閑置和掉電模式。

（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。

STC89C52單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32

位I/O

口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2

個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16

位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52

可降至0Hz

靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。

由于此設(shè)計(jì)需要編寫(xiě)程序，需要將程序烤入單片機(jī)中，因此單片機(jī)必須具有足夠多的存儲(chǔ)空間，其具有8K字節(jié)的Flash完全滿足要求。32位的I/O

口線能夠使得單片機(jī)與溫度顯示器、溫度傳感器、鍵盤(pán)、報(bào)警電路、按鍵電路和指示燈連接等等變得可能。16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器使得讀取數(shù)據(jù)變得更加簡(jiǎn)單，同時(shí)其結(jié)構(gòu)有利于晶振電路和復(fù)位電路的連接。最重要的是，能夠在掉電狀態(tài)下保存RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)。同時(shí)，與同類51單片機(jī)相比，STC89C52具有更強(qiáng)的可操作性。因此，對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，選擇STC89C52是最有利的。3.1.2STC89C52的工作模式及注意事項(xiàng)STC89C52單片機(jī)有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON(即電源控制寄存器)中的PD（PCON1）和IDL(PCON0)位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PD是掉電模式，當(dāng)PD=1時(shí)，激活掉電工作模式，單片機(jī)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當(dāng)IDL=1，激活空閑工作模式，點(diǎn)偏激進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即PD和IDL同時(shí)為1，則先激活掉電模式。

在空閑工作狀態(tài)下，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有的片內(nèi)的外設(shè)都保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生，此時(shí)片內(nèi)RM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬件復(fù)位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序并緊隨RST1（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機(jī)進(jìn)入空閑模式的那條指令后面的一條指令。其二是通過(guò)硬件復(fù)位可以將空閑工作模式終止。需要注意的是，當(dāng)由硬件復(fù)位來(lái)終止空閑工作模式時(shí)，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的嚇一跳指令開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘周期）有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止CPU訪問(wèn)片內(nèi)RAM，而允許訪問(wèn)其他端口。為了避免可能對(duì)端口產(chǎn)生意外寫(xiě)入，激活空閑狀態(tài)的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條端口或外部存儲(chǔ)器的寫(xiě)入指令。在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令。片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但并沒(méi)有因此改變RAM中的內(nèi)容，在Vcc恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。STC89C52單片機(jī)具有一些極限參數(shù)：（1）工作溫度：-55攝氏度至+125攝氏度（2）儲(chǔ)藏溫度：-65攝氏度至+150攝氏度（3）任一引腳對(duì)地電壓：-1.0V至+7.0V（4）最高工作電壓：6.6V（5）直流輸出電流：15.0mA3.2傳感器的選擇3.2.1DS18B20的特點(diǎn)及選擇原因DS18B20是美國(guó)DALLAS公司繼DS1820之后推出的增強(qiáng)型單總線數(shù)字式溫度傳感器，它在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較之前產(chǎn)品有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來(lái)了更方便、更令人滿意的效果。DALLAS

最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS

半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍為-55～+125

攝氏度，可編程為9位～12

位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM

中，掉電后依然保存。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3

根或2

根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20

通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。

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(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DQ

為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開(kāi)漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；

GND為地信號(hào)；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。

在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無(wú)論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻.

DS18B20

的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)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)。

其具有9條特點(diǎn)：

（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。

（2）溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。（4）可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和（5）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。

（6）用戶可定義報(bào)警設(shè)置。

（7）報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度的器件。

（8）結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。

3.2.2DS18B20的測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖3-2所示，圖中低溫度系數(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(hào)送給減法計(jì)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(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量.計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55首先用DS1820提供的讀暫存寄存器指令(BEH)讀出以0.5℃為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位(LSB)，得到所測(cè)實(shí)際溫度整個(gè)部分T整數(shù)，然后再用BEH指令讀取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值M剩余和每度計(jì)數(shù)值M每度，考慮到DS1820測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25℃、0.75℃

3.3顯示器的選擇由于設(shè)計(jì)中要求同時(shí)顯示測(cè)試溫度、溫度上限、溫度下限和開(kāi)機(jī)時(shí)間，因此顯示屏首先要能夠一次性容納這些字符。工作電壓不能太高，與單片機(jī)的連接方式需要簡(jiǎn)單，顯示準(zhǔn)確。本設(shè)計(jì)中采用的是1602型LCD液晶屏能夠很好的滿足這些要求。

此液晶屬于工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。LCD液晶顯示器是一種低壓、微功耗的顯示器件，只要2～3伏就可以工作，工作電流僅為幾微安，是任何顯示器無(wú)法比擬的，同時(shí)可以顯示大量信息，除數(shù)字外，還可以顯示文字、曲線，比傳統(tǒng)的數(shù)碼LED顯示器顯示的界面有了質(zhì)的提高。在儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1602擁有很多出色的優(yōu)點(diǎn)：

(1)

顯示質(zhì)量高，由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光，因此液晶顯示器的畫(huà)質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。

(2)

數(shù)字式接口，液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單操作也很方便。(3)功率消耗小，相比而言液晶顯示器的主要功耗在內(nèi)部電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其他器件要小很多。3.4電路原理整個(gè)設(shè)計(jì)的電路包括了最小系統(tǒng)電路、溫度控制電路、溫度顯示電路、按鍵電路和報(bào)警電路五部分電路組成。3.4.1晶振電路與復(fù)位電路晶振電路和復(fù)位電路與單片機(jī)連接構(gòu)成最小系統(tǒng)電路，如何選取合適的引腳，選取何種連接方式都至關(guān)重要。因此需要了解AT89S52的引腳特點(diǎn)。在晶振電路中，主要用到了XTAL1和XTAL2兩個(gè)引腳。

（1）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。

（2）XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。

在晶振電路中，AT89S52具有兩種晶振方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需要在引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10-30pf。另一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接外部時(shí)鐘，XTAL2腳懸空。

圖3-1晶振電路單片機(jī)的晶振頻率采用11.0592MHZ，加兩個(gè)30pF電容。XTAL1和XTAL2分別反向放大器的輸入和輸出，外接石英晶體和振蕩電容，構(gòu)成了片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式。而振蕩周期指的就是單片機(jī)外接石英晶體振蕩器的周期。當(dāng)時(shí)鐘起振后，產(chǎn)生一定的頻率的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)的CPU在時(shí)鐘信號(hào)的控制下能一步一步完成自己的工作，同時(shí)與整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的周期還有振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期。電容C1和C2主要用于校正波形，振蕩器的作用主要是產(chǎn)生時(shí)鐘振蕩。而整個(gè)電路的作用則是為了產(chǎn)生自激振蕩。對(duì)于復(fù)位電路，STC89C52有兩種復(fù)位方式，分別是上點(diǎn)復(fù)位和按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位，即利用一個(gè)復(fù)位電容和按鍵的組合使得復(fù)位變得更加直接和簡(jiǎn)單。引腳RST作用是復(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。在按下按鍵后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，十分方便。在復(fù)位電路中添加按鍵主要是為了能夠使得復(fù)位更加方便，電容主要是在復(fù)位后進(jìn)行充電，而上拉電阻起到限流的作用，保護(hù)了電路。

圖3-2復(fù)位電路3.4.2溫度采集電路溫度控制電路主要運(yùn)用到了DS18B20和STC89C52。如何使兩者連接實(shí)現(xiàn)功能是溫度控制電路的主要設(shè)計(jì)目的。圖3-3DS18B20管腳圖在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)UDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。內(nèi)部寄生電源I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。這里采用的是第一種連接方法,如圖4-5所示:

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(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”

傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)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(shí)DS18B20的1腳接地，2腳作為信號(hào)線，3腳接電源。另一種是寄生電源供電方式考慮到實(shí)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(jī)的P2.4口。3.4.3顯示電路液晶顯示器是一種將液晶顯示器件,連接器件,集成電路,PCB線路板,背光源,結(jié)構(gòu)器件裝配在一起的組件。

在顯示電路中，VSS接地，VDD接5V正電源，

VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，為了獲得最佳對(duì)比度，VEE接地。

RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

RS和R/W選用不同的高低電平，將影響寄存器的選擇。3.4.4報(bào)警系統(tǒng)利用有源蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警輸出，采用直流供電。當(dāng)所測(cè)溫度超過(guò)獲低于所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，數(shù)據(jù)口相應(yīng)拉高電平，報(bào)警輸出。而另一端則直接和單片機(jī)的P2.3／A11端口相連。

四系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1程序流程圖4.1.1主程序圖4-1程序框圖

主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度測(cè)量每250ms進(jìn)行一次。主程序的第二個(gè)功能是查詢SET鍵是否被按下，以實(shí)現(xiàn)設(shè)置溫度上下限的功能。其程序流程見(jiàn)圖5-1所示。由總的流程圖可以分析出，在整個(gè)程序中應(yīng)該包括如下幾個(gè)部分：讀寫(xiě)DS18B20子程序，溫度轉(zhuǎn)換子程序，處理溫度數(shù)據(jù)子程序，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示子程序等。4.1.2讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的數(shù)據(jù)，在讀出時(shí)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的讀取。其程序流程圖如圖所示。圖4-2溫度顯示程序CPU對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：先對(duì)DS18B20初始化，再進(jìn)行ROM操作命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)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(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。單總線的所有處理均從初始化開(kāi)始。初始化過(guò)程是主機(jī)通過(guò)向作為從機(jī)的DS18B20芯片發(fā)一個(gè)有時(shí)間寬度要求的初始化脈沖實(shí)現(xiàn)的。初始化后，才可進(jìn)行讀寫(xiě)操作。ROM操作命令

總線主機(jī)檢測(cè)到DS18B20的存在，便可以發(fā)出ROM操作命令之一。對(duì)DS18B20操作，先跳過(guò)ROM，即是啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度變換，之后通過(guò)匹配ROM

再逐一地讀回每個(gè)DS18B20的溫度數(shù)據(jù)。在DS18B20組成的測(cè)溫系統(tǒng)中，主機(jī)在發(fā)出跳過(guò)ROM命令之后，再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉(zhuǎn)換啟動(dòng)碼44H，就可以實(shí)現(xiàn)所有DS18B20的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)250ms后，就可以用很少的時(shí)間去逐一讀取。這種方式使其T值往往小于傳統(tǒng)方式。4.1.3溫度數(shù)據(jù)顯示子程序顯示溫度數(shù)據(jù)子程序主要是對(duì)顯