智能溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1

1、第 0 頁(yè) 共 36 頁(yè)目 錄一一. . 概述概述.1 11.1 研究背景和研究意義：.11.2 溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用：.11.2.1 溫度檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展：.11.2.2 溫度測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用.51.3 本文研究?jī)?nèi)容:.61.3.1 設(shè)計(jì)目的：.61.3.2 設(shè)計(jì)要求：.61.3.3 設(shè)計(jì)原理：.6二二. . 系統(tǒng)硬件模塊的選擇系統(tǒng)硬件模塊的選擇.7 72.1 開(kāi)發(fā)工具的選擇:.72.2 單片機(jī)的選擇.82.3 溫度傳感器的選擇.92.3.1 DS18B20 的介紹.92.3.2DS18B20 工作原理 .102.4 顯示模塊的選擇.112.4.1 數(shù)碼管的分類(lèi).112.4.2 數(shù)碼管驅(qū)

2、動(dòng)原理.12三三. .系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì).1313 3.1 系統(tǒng)整體電路圖.133.2 單片機(jī)最小系統(tǒng).143.3 溫度傳感器系統(tǒng).143.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì).173.5 顯示電路設(shè)計(jì).173.6 電源電路設(shè)計(jì).18四四. . 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).20204.1 主程序.204.2 讀出溫度子程序.214.3 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序.224.4 計(jì)算溫度子程序 .22五五, , 測(cè)試與結(jié)果分析測(cè)試與結(jié)果分析.25255.1 仿真軟件介紹.255.2 仿真結(jié)果 .255.2.1 用 KEIL進(jìn)行程序編譯.25致謝致謝.2727參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：.2828附錄：源程序附錄：源程序.

3、2929畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 1 頁(yè) 共 36 頁(yè)1. 概述1.1 研究背景和研究意義：隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級(jí)的增長(zhǎng)，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國(guó)各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說(shuō)是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。本設(shè)計(jì)即用單片機(jī)

4、對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制，本文所介紹的數(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(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī) AT89S52，測(cè)溫傳感器使用 DS18B20，用 4 位共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)溫度顯示,能準(zhǔn)確達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì),功能較強(qiáng)，可以設(shè)置上下限報(bào)警溫度，且測(cè)量準(zhǔn)確、誤差小。當(dāng)測(cè)量溫度超過(guò)設(shè)定的溫度上下限時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器和指示燈報(bào)警。1.2 溫度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用：.1 溫度檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展：溫度檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介及發(fā)展：一、隨著國(guó)內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展

5、，溫度檢測(cè)技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步，目前的溫度檢測(cè)使用的方法種類(lèi)繁多，應(yīng)用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法1：1.利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計(jì)利用此原理制成的溫度計(jì)大致分成三大類(lèi)。（1）玻璃溫度計(jì)，它是利用玻璃感溫包內(nèi)的測(cè)溫物質(zhì)(水銀、酒精、甲苯、煤油等)受熱膨脹、遇冷收縮的原理進(jìn)行溫度測(cè)量的；（2）雙金屬溫度計(jì)，它是采用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬牢固粘合在上一起制成的雙金屬片作為感溫元件，當(dāng)溫度變化時(shí)，一端固定的雙金屬片，由于兩種金屬膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生彎曲，自由端的位移通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針指示出相應(yīng)溫度；（3）壓力式溫度計(jì)，它是由感溫物質(zhì)(氮?dú)?、水銀、二甲苯、甲苯、甘油和低沸點(diǎn)液畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

6、）第 2 頁(yè) 共 36 頁(yè)體如氯甲烷、氯乙烷等)隨溫度變化，壓力發(fā)生相應(yīng)變化，用彈簧管壓力表測(cè)出它的壓力值，經(jīng)換算得出被測(cè)物質(zhì)的溫度值。2.利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測(cè)元件利用此技術(shù)制成的溫度檢測(cè)元件主要是熱電偶。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)元件。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點(diǎn)。常用的熱電偶有以下幾種。（1）鎳鉻-鎳硅，型號(hào)為 WRN，分度號(hào)為 K，測(cè)溫范圍 0-900，短期可測(cè) 1200。（2）鎳鉻-康銅，型號(hào)為 WRK，分度號(hào)為 F，測(cè)溫范圍 0-600，短期可測(cè) 800。（3）鉑銠-鉑，型號(hào)為 WRP，分度號(hào)為 S，在 1300以

7、下的溫度可長(zhǎng)期使用，短期可測(cè) 1600。（4）鉑銠 30鉑銬 6，型號(hào)為 WRR，分度號(hào)為 B，測(cè)溫范圍 300-1600，短期可測(cè)1800。3.利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計(jì)用此技術(shù)制成的溫度計(jì)大致可分成以下幾種2。（1）電阻測(cè)溫元件，它是利用感溫元件（導(dǎo)體）的電阻隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻的變化值用顯示儀表反映出來(lái)，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。目前常用的有鉑熱電阻(分度號(hào)為Pt100、Pt10 兩種)和銅熱電阻(分度號(hào)有 Cu50、Cu100 兩種)。（2）導(dǎo)體測(cè)溫元件，它與熱電阻的溫阻特性剛好相反，即有很大負(fù)溫度系數(shù)，也就是說(shuō)溫度升高時(shí)，其阻值降低。（3）陶瓷熱敏元件，它的實(shí)質(zhì)是利用半導(dǎo)體電阻的正溫

8、特性，用半導(dǎo)體陶瓷材料制作而成的熱敏元件，常稱為 PCT 或 NCT 熱敏元件。PCT 熱敏元件分為突變型及緩變型二類(lèi)。突變型 PCT 元件的溫阻特性是當(dāng)溫度達(dá)到頂點(diǎn)時(shí)，它的阻值突然變大，有限流功能，多數(shù)用于保護(hù)電器。緩變型 PCT 元件的溫阻特性基本上隨溫度升高阻值慢慢增大，起溫度補(bǔ)償作用。NCT 元件特性與 PCT 元件的突變特性剛好相反，即隨溫度升高，它的阻值減小3。4.利用熱輻射原理制成的高溫計(jì)熱輻射高溫計(jì)通常分為兩種。一種是單色輻射高溫計(jì)，一般稱光學(xué)高溫計(jì)；另一種是全輻射高溫計(jì)，它的原理是物體受熱輻射后，視物體本身的性質(zhì)，能將其吸收、透過(guò)或反射。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫

9、度有一定的關(guān)系。熱輻射式高溫計(jì)就是根據(jù)這種熱輻射原理制成的3。5.利用聲學(xué)原理進(jìn)行溫度測(cè)量聲學(xué)發(fā)溫度檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，利用該技術(shù)，可以對(duì)爐內(nèi)的煙畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 3 頁(yè) 共 36 頁(yè)氣溫度測(cè)量值和火焰分布在線檢測(cè)，判斷爐的燃燒狀況，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制，聲學(xué)溫度檢測(cè)技術(shù)的基本原理是通過(guò)測(cè)量聲波傳感器間的聲波傳播時(shí)間以最小二乘原理重建溫度的測(cè)量方法。46利用紅外測(cè)溫技術(shù)紅外測(cè)溫技術(shù)是通過(guò)檢測(cè)物體表面能量來(lái)檢測(cè)物體溫度的。近年來(lái)，在溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，多種新的檢測(cè)原理與技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。新一代溫度檢測(cè)元件正在不斷出現(xiàn)和完善化。1.晶體管溫度檢測(cè)元件半導(dǎo)體溫度檢測(cè)

10、元件是具有代表性的溫度檢測(cè)元件。半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大12 個(gè)數(shù)量級(jí)，二級(jí)管和三極管的 PN 結(jié)電壓、電容對(duì)溫度靈敏度很高?；谏鲜鰷y(cè)溫原理已研制了各種溫度檢測(cè)元件。2.集成電路溫度檢測(cè)元件利用硅晶體管基極一發(fā)射極間電壓與溫度關(guān)系（即半導(dǎo)體 PN 結(jié)的溫度特性）進(jìn)行溫度檢測(cè)，并把測(cè)溫、激勵(lì)、信號(hào)處理電路和放大電路集成一體，封裝于小型管殼內(nèi)，即構(gòu)成了集成電路溫度檢測(cè)元件。3.核磁共振溫度檢測(cè)器所謂核磁共振現(xiàn)象是指具有核自旋的物質(zhì)置于靜磁場(chǎng)中時(shí)，當(dāng)與靜磁場(chǎng)垂直方向加以電磁波，會(huì)發(fā)生對(duì)某頻率電磁的吸收現(xiàn)象。利用共振吸收頻率隨溫度上升而減少的原理研制成的溫度檢測(cè)器，稱為核磁共振溫度檢測(cè)器。這種檢

11、測(cè)器精度極高，可以測(cè)量出千分之一開(kāi)爾文，而且輸出的頻率信號(hào)適于數(shù)字化運(yùn)算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測(cè)器5。在常溫下，可作理想的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)之用。4.熱噪聲溫度檢測(cè)器它的原理是利用熱電阻元件產(chǎn)生的噪聲電壓與溫度的相關(guān)性。其特點(diǎn)是：（1）輸出噪聲電壓大小與溫度是比例關(guān)系;（2）不受壓力影響;（3）感溫元件的阻值幾乎不影響測(cè)量精確度；所以它是可以直接讀出絕對(duì)溫度值而不受材料和環(huán)境條件限制的溫度檢測(cè)器。5.石英晶體溫度檢測(cè)器它采用 LC 或 Y 型切割的石英晶片的共振頻率隨溫度變化的特性來(lái)制作的。它利用u P 技術(shù)，自動(dòng)補(bǔ)償石英晶片的非線性，測(cè)量精度較高，一般可檢測(cè)到 0.001，所以可作標(biāo)準(zhǔn)檢

12、測(cè)之用。6.光纖溫度檢測(cè)器畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 4 頁(yè) 共 36 頁(yè)光纖溫度檢測(cè)器是目前光纖傳感器中發(fā)展較快的一種，已開(kāi)發(fā)了開(kāi)關(guān)式溫度檢測(cè)器、輻射式溫度檢測(cè)器等多種實(shí)用型的品種。它是利用雙折射光纖的傳輸光信號(hào)滯后量隨溫度變化的原理制成的雙折射光纖溫度檢測(cè)器，檢測(cè)精度在1以內(nèi)，測(cè)溫范圍可以從絕對(duì)0到 2000。7.激光溫度檢測(cè)器激光測(cè)溫特別適于遠(yuǎn)程測(cè)量和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量，用氮氖激光源的激光作反射計(jì)可測(cè)得很高的溫度，精度達(dá) 1；用激光干涉和散射原理制作的溫度檢測(cè)器可測(cè)量更高的溫度，上限可達(dá) 3000，專門(mén)用于核聚變研究，但在工業(yè)上應(yīng)用還需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)。8.微波溫度檢測(cè)器采用微波測(cè)溫可以達(dá)到快

13、速測(cè)量高溫的目的。它是利用在不同溫度下，溫度與控制電壓成線性關(guān)系的原理制成的。這種檢測(cè)器的靈敏度為 250kHZ/,精度為 1左右，檢測(cè)范圍為 201400。9.純貴金屬熱電偶的研究由兩種純金屬組成的熱電偶，因其材料均勻性遠(yuǎn)優(yōu)于合金材料，因而穩(wěn)定性很好。在鉑銠合金熱電偶(S、R 型)的不確定度已很難提高之后，人們開(kāi)始尋找由純貴金屬組成的熱電偶，以代替 S 和 R 型熱電偶，作為傳遞的標(biāo)準(zhǔn)。10.信息技術(shù)時(shí)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的溫度檢測(cè)儀表現(xiàn)代的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，它是信息技術(shù)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化后出現(xiàn)的新一代的自動(dòng)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間

14、的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線6。所有的現(xiàn)場(chǎng)儀表（溫度檢測(cè)儀表是其中一種）均接到現(xiàn)場(chǎng)總線上。在這樣的系統(tǒng)中，通常不應(yīng)使用各種不同輸出的溫度計(jì)，必須將輸出轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一的電信號(hào)，這樣“溫度計(jì)”就變成了“溫度變送器” 。在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的溫度變送器主要是熱電偶變送器和熱電阻變送器，也有輻射溫度變送器。生產(chǎn)管理一體化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的大趨勢(shì)，要實(shí)現(xiàn)這些功能，必須借助于工業(yè)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)及開(kāi)放的工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用先進(jìn)技術(shù)手段監(jiān)測(cè)各種復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境的被控參數(shù)（如溫度、流量及壓力等） ，使生產(chǎn)和管理一體化，可以有效地提高生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化水平。溫度追蹤測(cè)量（也可以稱作是溫度分布測(cè)定技術(shù)）

15、是一種利用微機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊傳輸和數(shù)據(jù)分析處理的一門(mén)新技術(shù)，是在生產(chǎn)過(guò)程中記錄和說(shuō)明熱加工產(chǎn)品與空氣溫度關(guān)系的技術(shù)，追蹤測(cè)量得到的數(shù)據(jù)被顯示為圖表或數(shù)字。這個(gè)過(guò)程最簡(jiǎn)單的形式就是它可以告訴生產(chǎn)者所生產(chǎn)的產(chǎn)品的溫度、保持這個(gè)溫度有多長(zhǎng)時(shí)間以及在什么時(shí)間達(dá)到了什么溫度。通過(guò)分析數(shù)據(jù)，生產(chǎn)人員可以保證產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量、解決產(chǎn)品存在問(wèn)題、優(yōu)化生產(chǎn)工藝路線及節(jié)約能耗。無(wú)論是在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、食品加工、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 5 頁(yè) 共 36 頁(yè)其它工業(yè)生產(chǎn)，還是在醫(yī)療器械生產(chǎn)方面，只要在生產(chǎn)過(guò)程中溫度是重要的控制指標(biāo)，溫度檢測(cè)（也稱追蹤）技術(shù)就具有非常廣闊的應(yīng)用前景。（1）國(guó)內(nèi)外溫度檢測(cè)技術(shù)動(dòng)向

16、1.擴(kuò)展檢測(cè)范圍現(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測(cè)范圍為-2003000，而今后要求能測(cè)量超高溫與超低溫。尤其是液化氣體的極低溫度檢測(cè)更為迫切，如 10K 以下的溫度檢測(cè)是當(dāng)前重點(diǎn)研究課題。2.擴(kuò)大測(cè)溫對(duì)象溫度檢測(cè)技術(shù)將會(huì)由點(diǎn)測(cè)溫發(fā)展到線、面，甚至立體的測(cè)量。應(yīng)用范圍己經(jīng)從業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護(hù)、家用電器、汽車(chē)工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域。3.發(fā)展新型產(chǎn)品利用以前的檢測(cè)技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場(chǎng)合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足用戶需要。同時(shí)利用新的檢測(cè)技術(shù)制造出新的產(chǎn)品。4.適應(yīng)特殊環(huán)境下的測(cè)溫對(duì)許多場(chǎng)合中的溫度檢測(cè)器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移動(dòng)物體和高速旋轉(zhuǎn)物體的測(cè)溫、鋼水的連續(xù)測(cè)溫、火焰溫度

17、檢測(cè)等。5.顯示數(shù)字化溫度儀表向數(shù)字化方向發(fā)展。其最大優(yōu)點(diǎn)是直觀、無(wú)讀數(shù)誤差、分辨率高、測(cè)量誤差小，因而有廣闊的銷(xiāo)售市場(chǎng)。6.標(biāo)定自動(dòng)化應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)地標(biāo)定溫度檢測(cè)器。（2）國(guó)內(nèi)外溫度檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì)根據(jù)上述要求，國(guó)內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展：1.繼續(xù)生產(chǎn)量大面廣的傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)元件，如:熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。2.加強(qiáng)新原理、新材料、新加工工藝的開(kāi)發(fā)。如近來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)的炭化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測(cè)器，厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測(cè)器，硅單晶熱敏電阻溫度檢測(cè)器等。3.向智能化、集成化、適用化方向發(fā)展。新產(chǎn)品不僅要具有檢測(cè)功能，又要具有判斷和指令等多功能，采用微機(jī)向智能化方向發(fā)

18、展，向機(jī)電一體化方向發(fā)展。.2 溫度測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用溫度測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用分布式光纖測(cè)溫技術(shù)在 20 世紀(jì) 80 年代中期出現(xiàn)，十多年來(lái)，技術(shù)日趨成熟，國(guó)內(nèi)外研制了產(chǎn)品并開(kāi)始應(yīng)用于煤礦、隧道的溫度報(bào)警、火災(zāi)防治、油庫(kù)、油輪、危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 6 頁(yè) 共 36 頁(yè)冷庫(kù)、大型貨輪、軍火庫(kù)等溫度報(bào)警；各種大、中型變壓器、發(fā)電機(jī)組的溫度分布測(cè)量，熱保護(hù)和故障診斷；地下和架空高壓電力電纜的熱檢測(cè)與監(jiān)控；火力發(fā)電所的配管溫度、供熱系統(tǒng)的管道、輸油管道的熱點(diǎn)檢測(cè)；化工原料、照相材料及油料生產(chǎn)過(guò)程在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)；高層建筑、智能大廈、橋梁、高速公路等在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)；航空、航天飛行器的在線動(dòng)態(tài)

19、檢測(cè)。分布式光纖測(cè)溫技術(shù)已成為光纖傳感技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，因其獨(dú)有的特點(diǎn)已成為工業(yè)過(guò)程控制中的一種新的檢測(cè)方法與技術(shù)7。特別是近年來(lái)半導(dǎo)體激光器技術(shù)、光纖激光器技術(shù)、短脈沖激光與檢測(cè)技術(shù)、光纖波分復(fù)用技術(shù)和計(jì)算機(jī)及信號(hào)處理技木均有明顯進(jìn)步，將有助于提高現(xiàn)有分布光纖測(cè)溫系統(tǒng)的空間分辨力、測(cè)溫精確度和縮短測(cè)量時(shí)間。各種現(xiàn)代測(cè)溫技術(shù)都有各自的應(yīng)用范圍和使用特點(diǎn)，如紅外非接觸測(cè)溫主要用于高溫溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，并且測(cè)量的目標(biāo)是二維溫度場(chǎng)；激光測(cè)溫技術(shù)可測(cè)量目標(biāo)的空間多點(diǎn)溫度；隨著科學(xué)研究水平的不斷提高，將會(huì)有更先進(jìn)的測(cè)溫技術(shù)問(wèn)世，現(xiàn)有的測(cè)溫技術(shù)也將日臻完善，在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。1.3 本文研究

20、內(nèi)容:.1 設(shè)計(jì)目的：設(shè)計(jì)目的：隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)它的要求越來(lái)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(jī)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。.2 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求： 基本范圍 0-99 精度誤差小于 0.5 LED 數(shù)碼直讀顯示.3 設(shè)計(jì)原理：設(shè)計(jì)原理：本系統(tǒng)是一個(gè)基于單片機(jī) AT89S52 的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，用來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度，測(cè)量范圍為-50110度。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為 4 部分

21、：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制、溫度傳感器、數(shù)碼顯示以及鍵盤(pán)控制電路。整個(gè)設(shè)計(jì)是以 AT89S52 為核心，通過(guò)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和 A/D 轉(zhuǎn)換，同時(shí)因其輸出為數(shù)字形式，且為串行輸出，這就方便了單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，但同時(shí)也對(duì)編程提出了更高的要求。單片機(jī)把采集到的溫度進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后，使之能夠方便地在數(shù)碼管上輸出。LED 采用四位一體共陰的數(shù)碼管。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 7 頁(yè) 共 36 頁(yè)2. 系統(tǒng)硬件模塊的選擇2.1 開(kāi)發(fā)工具的選擇:C 語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)，在國(guó)際上十分流行，它既可用來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可用來(lái)編寫(xiě)一般的應(yīng)用程序。以前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件主要是用匯編

22、語(yǔ)言編寫(xiě)的，對(duì)于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)如此。由于匯編語(yǔ)言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的周期長(zhǎng)，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較困難。為了提高編制單片機(jī)應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，采用高級(jí)語(yǔ)言無(wú)疑是一種最好的選擇。C 語(yǔ)言即具有一般高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又能直接對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行操作，表達(dá)和運(yùn)算能力也較強(qiáng)，許多以前只能采用匯編語(yǔ)言來(lái)解決的問(wèn)題現(xiàn)在都可以改用 C 語(yǔ)言來(lái)解決。德國(guó)Keil Software 公司多年來(lái)致力于單片機(jī) C 語(yǔ)言編譯器的研究，該公司開(kāi)發(fā)的 Keil C51 是一種專為 8051 單片機(jī)設(shè)計(jì)的高效率 C 語(yǔ)言編譯器，符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序

23、代碼運(yùn)行速度極高，所需要的存儲(chǔ)空間極小，完全可以和匯編語(yǔ)言媲美。Keil 公司目前已經(jīng)推出了V7.0 以上版本的 C51 編譯器，為 8051 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)提供了全新的 C 語(yǔ)言環(huán)境，同時(shí)保留了匯編代碼高效，快速的特點(diǎn)。C51 已完全集成到一個(gè)功能強(qiáng)大的全新集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Vision2 中，其中包括項(xiàng)目管理器、C51 編譯器、A51 宏匯編器、BL51/L51 連接定位器、RTX51 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、Simulator 軟件模擬器以及 Monitor51 硬件目標(biāo)調(diào)試器，所有這些功能均可在 Vision2 提供的單一而靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境中極為簡(jiǎn)便地進(jìn)行操作。Vision2 提供了強(qiáng)大的項(xiàng)目管理功能，

24、可以十分方便地進(jìn)行結(jié)構(gòu)化多模塊程序設(shè)計(jì)。Vision2 內(nèi)部集成源級(jí)瀏覽器利用符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)中詳細(xì)的信息，使用戶可以快速瀏覽源文件，并優(yōu)化用戶的變量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。Vision2 內(nèi)部集成器件數(shù)據(jù)庫(kù)（device database）存儲(chǔ)了多種不同型號(hào)單片機(jī)的片上資源信息，包括本系統(tǒng)選用的 STC89C51 系列，通過(guò)它可以自動(dòng)設(shè)置 C51編譯器、A51 宏匯編器、BL51/L51 連接定位器及調(diào)試器的默認(rèn)選項(xiàng)，充分滿足用戶利用特定單片機(jī)片上集成外圍功能的要求。Vision2 內(nèi)部集成源程序編輯器允許用戶在編輯源程序文件時(shí)（甚至在未編譯和匯編之前）設(shè)置程序調(diào)試斷點(diǎn)，便于在程序調(diào)試過(guò)程中快速檢查和修改程序

25、。Vision2 提供文件查找功能，能對(duì)單一文件或全部項(xiàng)目文件進(jìn)行指定搜索。此外還提供了用戶工具菜單接口，允許在 Vision2 中直接啟動(dòng)用戶功能。Vision2 支持軟件模擬仿真（Simulator）和用戶目標(biāo)板調(diào)試（Monitor51）兩種工作方式，在軟件模擬仿真方式下不需要任何 8051 單片機(jī)硬件既可完成用戶程序仿真調(diào)試，極大地提高了用戶程序開(kāi)發(fā)效率，在用戶目標(biāo)板調(diào)試方式下，利用硬件目標(biāo)板中的監(jiān)控程序可畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 8 頁(yè) 共 36 頁(yè)以直接調(diào)試目標(biāo)硬件系統(tǒng)。綜上所述，本系統(tǒng)采用 Keil C51 作為開(kāi)發(fā)工。2.2 單片機(jī)的選擇AT89S52 單片機(jī)是一個(gè)低功耗,高性能 CM

26、OS 8 位單片機(jī),片內(nèi)含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元,片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器,在功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案可為許多嵌

27、入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案1。AT89S52 單片機(jī)芯片具有以下特性：1）指令集合芯片引腳與 Intel 公司的 8052 兼容；2）4KB 片內(nèi)在系統(tǒng)可編程 FLASH 程序存儲(chǔ)器；3）時(shí)鐘頻率為 033MHZ；4）128 字節(jié)片內(nèi)隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（RAM） ；5）6 個(gè)中斷源，2 級(jí)優(yōu)先級(jí)；6）2 個(gè) 16 位定時(shí)/記數(shù)器；7）全雙工串行通信接口；8）監(jiān)視定時(shí)器；9）兩個(gè)數(shù)據(jù)指針；AT89S52 引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 2-2畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè)圖 2-2 AT89S52 引腳結(jié)構(gòu)圖2.3 溫度傳感器的選擇方案一：由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以使用熱敏電阻之類(lèi)

28、的感溫器件利用其感溫效應(yīng)，然后將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后在顯示電路上顯示，這樣就可以將被測(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。方案二：在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，這是非常容易想到利用數(shù)字溫度傳感器，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，然后傳輸給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)潔，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用方案二。.1 DS18B20DS18B20

29、 的介紹的介紹DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(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(qiáng)易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（按 9 位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片，它具有三引腳 TO-92 小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍55125，可編程為 912 位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá) 0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè)數(shù)字量方式串行輸出，其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入8，業(yè)可采用寄生電源方式產(chǎn)生，多個(gè)DS18B20 可以并聯(lián)到三根或者

30、兩根線上，CPU 只需一根端口線就能與多個(gè) 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。從而可以看出 DS18B20 可以非常方便的被用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。綜上，在本系統(tǒng)中我采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度。該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，且此元件線形較好。在 0100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1 攝氏度。該芯片直接向單片機(jī)傳輸數(shù)字信號(hào)，便于單片機(jī)處理及控制。2.3.2DS18B202.3.2DS18B20 工作原理工作原理器件中低溫度系數(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(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨

31、溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)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)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值減到時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度

32、寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解 DS18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。DS18B20 共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（DS18B20 的編碼是 19H） ，后面 48 位是芯片唯一的序列號(hào)，最后 8 位是以上 56 的位的 CRC 碼（冗余校驗(yàn)

33、） 。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。DS18B20 共 64 位 ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20 共 9 個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為 8 位。第 1、2 個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 3、4 個(gè)字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第 5 個(gè)字節(jié)則是用戶第 3 個(gè) EEPROM 的鏡像。第 6、7、8 個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 11 頁(yè) 共 36 頁(yè)了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第 9 個(gè)字節(jié)為前 8 個(gè)字節(jié)的 CRC 碼。E

34、EPROM 非易失性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作7。DS18B20 工作時(shí)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 2.3.2 所示。低 5 位一直為，TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式，DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動(dòng)，R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。圖 2.3.2 字節(jié)各位的定義2.4 顯示模塊的選擇數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。 .1

35、數(shù)碼管的分類(lèi)數(shù)碼管的分類(lèi)數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示） ；按能顯示多少個(gè)“8”可分為 1 位、2 位、4 位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM 接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 12 頁(yè) 共 36 頁(yè)形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼

36、管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。如圖 2.4.1 圖 2.4.1 數(shù)碼管.2 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)原理數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)原理 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，在有些時(shí)候需要做一個(gè)簡(jiǎn)單的顯示系統(tǒng)。那么在單片機(jī) I/O 資源夠用的情況下可以直接用單片機(jī)的 I/O 口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，也可以根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O

37、 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)11。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5840 根 I/O 端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O 端口才 32 個(gè)呢） ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。（2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，

38、當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式

39、簡(jiǎn)單不容易出錯(cuò)，如果電路設(shè)計(jì)合適，也能夠用較少的線完成多個(gè)數(shù)碼畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 13 頁(yè) 共 36 頁(yè)管的驅(qū)動(dòng)。但是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式省單片機(jī)的資源，如今已經(jīng)有很多這樣成熟的基于動(dòng)態(tài)掃描的芯片。所以能滿足本文顯示設(shè)計(jì)要求，采用 LG3641BH LED 數(shù)碼管做為顯示電路,數(shù)碼管顯示電路采用 4 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管從 P14,P15,P16,P17 串口輸出段碼。3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)整體電路圖該系統(tǒng)電路主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、DS18B20 溫度傳感器系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、LED顯示模塊電路及電源接口和數(shù)據(jù)下載接口等電路，如圖 3.1 所示。圖中有三個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計(jì)的上

40、下限報(bào)警設(shè)置，圖中蜂鳴器可以在被測(cè)溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音，同時(shí) LED 數(shù)碼管將沒(méi)有被測(cè)溫度值顯示，這時(shí)可以調(diào)整報(bào)警上下限，從而測(cè)出被測(cè)的溫度值。圖中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 圖 3.1 系統(tǒng)整體電路圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 14 頁(yè) 共 36 頁(yè)3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括晶振電路、復(fù)位電路、按鍵設(shè)置部分，AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路如圖：3.2單片機(jī) AT89S52 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

41、設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。 圖 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.3 溫度傳感器系統(tǒng)DS18B20 溫度傳感器電路，如圖 3.3。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 15 頁(yè) 共 36 頁(yè)圖 3.3 DS18B20 溫度傳感器系統(tǒng)DS18B20 采用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，外接一個(gè) 4.7k 上拉電阻與單片機(jī)的 P1.0 口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。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(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)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)鐘脈沖進(jìn)

42、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)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1 重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0 時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器

43、值大致被測(cè)溫度值。圖 3-3 為 DS18B20 測(cè)溫原理圖。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 16 頁(yè) 共 36 頁(yè)圖 3-3 DS18B20 測(cè)溫原理圖由表 1 可見(jiàn)，DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)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(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開(kāi)始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 1、2 字節(jié)

44、。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 0.0625LSB 形式表示。當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S=1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。表2 是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)14。表 1 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 RAM 中的 TH、TL 字節(jié)內(nèi)容作比較。若TTH 或 TTL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，

45、并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。在 64 位 ROM 的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC） 。主機(jī) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的 ROM 數(shù)據(jù)是否正確。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 17 頁(yè) 共 36 頁(yè)表 2一部分溫度對(duì)應(yīng)值表溫度/二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 00

46、00 1010 000100A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 10000000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE6FH-551111 1100 1001 0000FC90H3.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路中加一 PNP 三極管驅(qū)動(dòng)，基極接單片機(jī) P11 口，當(dāng)端口變成低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)三極管會(huì)導(dǎo)通，VCC 電壓加載到蜂鳴器使其發(fā)聲、報(bào)警發(fā)光二極管亮，如圖 3.4。圖 3.4 報(bào)警電路 3.5 顯示電路

47、設(shè)計(jì)如圖 3.5，采用 LG3641BH LED 數(shù)碼管顯示電路采用 4 位共陽(yáng) LED 數(shù)碼管從P14,P15,P16,P17 串口輸出段碼。用 PNP 三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)相應(yīng)的端口變成低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的三極管會(huì)導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時(shí)只要 P0 口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 18 頁(yè) 共 36 頁(yè)圖 3.5 數(shù)碼管顯示電路3.6 電源電路設(shè)計(jì)我們選用的是串聯(lián)起來(lái)的 4 節(jié) 1.5v 的 5 號(hào)電池，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮的，干電池比較便宜，但其還有不足之處，干電池存儲(chǔ)的是電量。隨著電量的消耗，它的供電電壓就會(huì)不斷的下降，所有我們需要使用一個(gè)

48、穩(wěn)壓器，來(lái)保證電源供給的是標(biāo)準(zhǔn)的 5v 電壓。4 節(jié) 1.5v 串聯(lián)起來(lái)產(chǎn)生的和電壓最大是 6v，而本文的 AT89S52 單片機(jī)工作電壓的范圍是 4v5.5v，在該系統(tǒng)中我們使用的電壓是 5v。這時(shí)我們可以用 LM7805 穩(wěn)壓器來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的 5v 電壓。穩(wěn)壓電路如下圖 3.6 所示:圖 3.6 LM7805 穩(wěn)壓電路在該電路中，C12 是極性電容，起到穩(wěn)壓的作用，而 C2 是非極性電容，它起的作用是濾除輸出電壓中不是直流的成分，即濾波。LM7805 穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓壓差為 2V 左右，在實(shí)際使用中容易出現(xiàn)電壓過(guò)低的狀態(tài)，此畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 19 頁(yè) 共 36 頁(yè)時(shí)提供的電源達(dá)不到系統(tǒng)的電源

49、要求，會(huì)出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，而另一款 LM2904 的穩(wěn)壓壓差可以達(dá)到 40mV，效果比 LM7805 好很多，但考慮到經(jīng)濟(jì)原因我們采用 LM7805，只要在穩(wěn)壓前端提供較大的電源供應(yīng)即可。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 20 頁(yè) 共 36 頁(yè)4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jì)算溫度子程序，按鍵掃描。4.1 主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀出并處理 DS18B20 的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度的實(shí)時(shí)顯示，并根據(jù)設(shè)置的上下限判斷是否報(bào)警。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，溫度傳感器測(cè)量并計(jì)算溫度值通過(guò)P1.0 口傳輸進(jìn)單片機(jī)里進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)據(jù)再通過(guò) P0 口傳輸?shù)綌?shù)碼管進(jìn)行顯

50、示。通過(guò)按鍵設(shè)置溫度報(bào)警界限，當(dāng)超過(guò)報(bào)警界限時(shí)單片機(jī)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過(guò) P1.1 口傳輸進(jìn)行聲光報(bào)警。溫度測(cè)量每 1s 進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見(jiàn)圖 4.1 所示。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 21 頁(yè) 共 36 頁(yè)初始化調(diào)用溫度模塊程序DS18B20 存在？是處理溫度值轉(zhuǎn)換BCD 碼送 AT89S52 處理按鍵掃描模塊顯示模塊，LED 顯示溫度是否越限？開(kāi)始是報(bào)警否否錯(cuò)誤處理，顯示.圖 4.1 主程序流程圖4.2 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(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)的改寫(xiě)。其程序流程圖如

51、圖 4.2 示畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 22 頁(yè) 共 36 頁(yè) 開(kāi)始發(fā) DS18B20 復(fù)位命令發(fā)跳過(guò) ROM 命令發(fā)讀取溫度命令讀取操作，CRC 校驗(yàn)結(jié)束NYYN移入溫度緩存器9 字節(jié)完？CRC 校驗(yàn)？圖 4.2 讀溫度流程圖4.3 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(kāi)始命令，當(dāng)采用 12 位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，在本程序設(shè)計(jì)中采用 1s 顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖 4.3 所示4.4 計(jì)算溫度子程序計(jì)算溫度子程序?qū)?RAM 中讀取值進(jìn)行 BCD 碼的轉(zhuǎn)換運(yùn)算，并進(jìn)行溫度值正負(fù)的判定，其程序流程圖如圖 4.4 所示。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

52、第 23 頁(yè) 共 36 頁(yè)發(fā) DS18B20 復(fù)位命令開(kāi)始發(fā)跳過(guò) ROM 命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開(kāi)始命令結(jié)束圖 4.3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 開(kāi)始溫度零下?溫度值取補(bǔ)碼置“”標(biāo)志計(jì)算小數(shù)位溫度 BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度 BCD值 結(jié)束置“+”標(biāo)志NY圖 4.4 計(jì)算溫度流程圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 24 頁(yè) 共 36 頁(yè)4.5 鍵盤(pán)掃描流程圖開(kāi)始ENTER_FLAG為 1是否有 UP 按下DISPLAY 顯示退出子程序(RET)返回主程序ENTER 子程序Flag=1DOWN 子程序否是是否否是否否是是ENTER 按鍵是否按下是否有 ENTER按下是否有 DOWN按下UP 子程序圖 4.5 按鍵掃描流程圖 畢業(yè)

53、設(shè)計(jì)（論文）第 25 頁(yè) 共 36 頁(yè)5. 測(cè)試與結(jié)果分析5.1 仿真軟件介紹程序編譯用 Keil 軟件， Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。5.2 仿真結(jié)果.1 用用 KeilKeil 進(jìn)行程序編譯進(jìn)行程序編譯運(yùn)用 keil 軟件編譯 C 語(yǔ)言程序，其結(jié)果如下圖 5.2.1 和圖 5.2.2 所示，在結(jié)果欄顯示“cao cx”0 Error(s),0 warning(s).說(shuō)明此程序在軟件編譯上無(wú)語(yǔ)法等錯(cuò)誤。將此程序生成*.hex 文件調(diào)入硬件中用 Proteus 進(jìn)行調(diào)試仿真。圖 5

54、.2.1 Keil 編譯 C 語(yǔ)言程序畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 26 頁(yè) 共 36 頁(yè)圖 5.2.2 Keil 編譯 C 語(yǔ)言程序畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 27 頁(yè) 共 36 頁(yè)參考文獻(xiàn)：1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19943 江力.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) .清華大學(xué)出版社 .20064 蔡美琴等MCS 一 51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用M北京：高等教育出版社，19995 王樹(shù)勛MCS 一 51 單片微型計(jì)算機(jī)原理與開(kāi)發(fā)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19956 邵惠鶴工業(yè)過(guò)程高級(jí)控制上海：上海交通大學(xué)出版社

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56、-27312 劉國(guó)鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書(shū)館目錄.第 1 版.北京：高等教育出版社，195713 傅承義，陳運(yùn)泰，祁貴中.地球物理學(xué)基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，1985，44714 華羅庚，王元.論一致分布與近似分析.中國(guó)科學(xué)，1973（4）：33935715 張筑生.微分半動(dòng)力系統(tǒng)的不變集研究：學(xué)位論文，北京：數(shù)學(xué)系統(tǒng)學(xué)研究所，198316 Microchip 24C01B/02B 8 位 PIC單片機(jī)產(chǎn)品手冊(cè)ED/OL，http:/ 趙娜，趙剛，于珍珠等.基于 51 單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)J. 微計(jì)算機(jī)信息，2007，1-2：146-148。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 28 頁(yè) 共 36 頁(yè)附錄：源程序

57、/*程序名稱：DS18B20 溫度測(cè)量、報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)要說(shuō)明：DS18B20 溫度計(jì)，溫度測(cè)量范圍 099.9 攝氏度 可設(shè)置上限報(bào)警溫度、下限報(bào)警溫度 即高于上限值或者低于下限值時(shí)蜂鳴器報(bào)警 默認(rèn)上限報(bào)警溫度為 38、默認(rèn)下限報(bào)警溫度為 5 報(bào)警值可設(shè)置范圍：最低上限報(bào)警值等于當(dāng)前下限報(bào)警值 最高下限報(bào)警值等于當(dāng)前上限報(bào)警值 將下限報(bào)警值調(diào)為 0 時(shí)為關(guān)閉下限報(bào)警功能 */#include #include DS18B20.h #define uint unsigned int#define uchar unsigned char /宏定義#define SET P3_1 /定義調(diào)整鍵#defi

58、ne DEC P3_2 /定義減少鍵#define ADD P3_3 /定義增加鍵#define BEEP P3_7 /定義蜂鳴器bit shanshuo_st; /閃爍間隔標(biāo)志bit beep_st; /蜂鳴器間隔標(biāo)志sbit DIAN = P27; /小數(shù)點(diǎn)uchar x=0; /計(jì)數(shù)器signed char m; /溫度值全局變量uchar n; /溫度值全局變量uchar set_st=0; /狀態(tài)標(biāo)志signed char shangxian=38; /上限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為 38signed char xiaxian=5; /下限報(bào)警溫度，默認(rèn)值為 5uchar code LEDD

59、ata=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90,0 xff;/*延時(shí)子程序*/void Delay(uint num) while( -num );畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 29 頁(yè) 共 36 頁(yè)/*初始化定時(shí)器 0*/void InitTimer(void) TMOD=0 x1; TH0=0 x3c; TL0=0 xb0; /50ms（晶振 12M）/*定時(shí)器 0 中斷服務(wù)程序*/void timer0(void) interrupt 1 TH0=0 x3c; TL0=0 xb0; x+;/*外部中斷 0 服務(wù)程序*/

60、void int0(void) interrupt 0 EX0=0; /關(guān)外部中斷 0 if(DEC=0&set_st=1) shangxian-; if(shangxianxiaxian)shangxian=xiaxian; else if(DEC=0&set_st=2) xiaxian-; if(xiaxian99)shangxian=99; else if(ADD=0&set_st=2) xiaxian+; if(xiaxianshangxian)xiaxian=shangxian; /*讀取溫度*/void check_wendu(void) uint a,b,c; c=ReadTemperatu