多功能數(shù)字溫度計設計

1、 題目：多功能數(shù)字溫度計設計姓 名： 夏忠運 學 號： 1042051138 專 業(yè)： 電子信息工程 院 系： 電子通信工程學院 指導老師： 張文菊 職稱學位： 助教碩士 完成時間： 2014.4.30 本人按照畢業(yè)論文（設計）進度計劃積極開展實驗（調查）研究活動，實事求是地做好實驗（調查）記錄，所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中特別加以標注引用參考文獻資料外，論文（設計）中所有數(shù)據(jù)均為自己研究成果，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對本研究所做的工作已在論文中作了明確說明并表示謝意。畢業(yè)論文（設計）作者簽名：

2、日期： 1目 錄1 緒 論11.1課題意義及發(fā)展前景11.2設計內容及性能指標12 整體的系統(tǒng)方案23 系統(tǒng)器件選擇3 3.1 STC89C52單片機介紹3 3.1.1 STC89C52單片機主要特性43.1.2 STC89C52單片機管腳圖63.1.3 STC89C52單片機的中斷系統(tǒng)83.1.4 STC89C52單片機的定時/計數(shù)器83.2 溫度傳感器選擇93.2.1 DS18B20 簡單介紹和性能特點93.2.2 DS18B20 內部結構和測溫原理103.2.3 DS18B20 使用中的注意事項113.2 LCD液晶顯示器簡介133.3.1 液晶顯示簡介133.3.2 1602LCD的基

3、本參數(shù)及引腳功能143.3.3 1602LCD的指令說明及時序16403.3.4 液晶顯示部分與STC89C52的接口174 硬件設計184.1 復位電路184.2 時鐘電路194.3 顯示電路194.4 測溫電路204.5 控制電路214.6 報警電路214.7 整機電路及工作原理225 軟件設計245.1 主程序模塊245.2 溫度相關模塊255.3 時間相關模塊325.4中斷相關程序335.5 其他相關程序346 總結與體會39致 謝40參考文獻41附 錄41摘 要隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術。本文主要介紹了一個基于

4、單片機的數(shù)字式多功能溫度計的設計與制作過程，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設定上下限報警溫度。選用STC89C52型單片機作為主控制器件，DSl8B20作為測溫傳感器通過LCD串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示。通過DSl8B20直接讀取被測溫度值，進行數(shù)據(jù)轉換，該器件的物理化學性能穩(wěn)定，線性度較好。此款溫度計屬于多功能溫度計，可以很方便地采集和顯示溫度，顯示時間日歷,可以根據(jù)需要設置上下報警溫度，當溫度不在該范圍內可以自動報警，日期和時間

5、都可以通過時間重新調整?？傊喙δ軘?shù)字溫度計具有使用方便，精度高，體積小，靈敏度高等優(yōu)點，適用于一般工業(yè)和農(nóng)業(yè)的溫度測量，尤其是抗干擾能力強，適合于惡劣條件下溫度測量，應用的前景十分廣泛。關鍵詞：溫度測量；STC89C52；DS18B20IMulti Function Digital Thermometer Design摘 要Abstract隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術。本文主要介紹了一個基于單片機的數(shù)字式多功能溫度計的設計與制作過程，詳細描述了利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20開發(fā)測溫系統(tǒng)的過程，重點對傳感器在單片機下的硬

6、件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和顯示，并可根據(jù)需要任意設定上下限報警溫度。選用STC89C52型單片機作為主控制器件，DSl8B20作為測溫傳感器通過LCD串口傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溫度顯示。通過DSl8B20直接讀取被測溫度值，進行數(shù)據(jù)轉換，該器件的物理化學性能穩(wěn)定，線性度較好。此款溫度計屬于多功能溫度計，可以很方便地采集和顯示溫度，顯示時間日歷,可以根據(jù)需要設置上下報警溫度，當溫度不在該范圍內可以自動報警，日期和時間都可以通過時間重新調整?？傊喙δ軘?shù)字溫度計具有使用方便，精度高，體積小，靈敏度高等優(yōu)點，適用于一般工業(yè)和農(nóng)業(yè)的溫度測量，尤其是抗干

7、擾能力強，適合于惡劣條件下溫度測量，應用的前景十分廣泛。Along with the progress of the times and development, microcontroller technology has spread to our life, work, scientific research, each domain, has become a relatively mature technology. This paper mainly introduces a design and manufacture process based on single-chip d

8、igital multifunctional thermometer, a detailed description of the use of digital temperature sensor DS18B20 temperature measurement system development, key connection on the sensor under the SCM hardware, software programming and system flow of each module is analyzed, the system can achieve the rea

9、lization of temperature acquisition and display and convenient, and can be arbitrarily set the alarm temperature. Use STC89C52 MCU as the main control device, DSl8B20 as temperature sensor to transmit data through the LCD serial port, temperature display. Measured by direct reading temperature value

10、s DSl8B20, data conversion, physical and chemical properties of the device stability, good linearity. This multi-purpose thermometer, can easily capture and display the temperature, display the calendar time, may according to need to set upper and lower temperature alarm, when the temperature can au

11、tomatically alarm not within this range, the date and time can be adjusted through time. In conclusion multifunctional digital thermometer has the advantages of convenient use, high precision, small volume, high sensitivity, temperature measurement applies to general industrial and agricultural, esp

12、ecially strong anti-interference ability, suitable for temperature measurement under harsh conditions, the application prospect is very wide.關鍵詞：溫度測量；STC89C52；DS18B20Keywords: temperature measurement; STC89C52; DS18B20I1 緒 論1.1課題意義及發(fā)展前景隨著新技術的不斷開發(fā)與應用，近年來單片機發(fā)展十分迅速，一個以微機應用為主的新技術革命浪潮正在蓬勃興起，單片機的應用已經(jīng)滲透到電力

13、、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，由于他主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先進的溫度控制方式，如：PID控制，模糊控制

14、，神經(jīng)網(wǎng)絡及遺傳算法控制等。這些控制技術大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。本系統(tǒng)所使用的加熱器件是電爐絲，功率為三千瓦，要求溫度在4001000。靜態(tài)控制精度為2.43。本設計使用單片機作為核心進行控制。單片機具有集成度高，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設計內容及性能指標本設計主要是介紹了單片機控制下的溫度檢測系統(tǒng)，詳細介紹了其硬件和軟件設計，并對其各功能模塊做了詳細介紹，其主要功能和指標如下：1.利用溫度傳感器（DS18B20）測

15、量某一點環(huán)境溫度2使用LCD顯示溫度值:測量范圍為-5599，精度為±0.53.能夠根據(jù)需要方便設定上下限報警溫度4. 要求系統(tǒng)具備復位功能2 整體的系統(tǒng)方案多功能數(shù)字溫度計的原理，即通過溫度傳感器測量溫度，采用單片機采集后在LCD上顯示出來，同時，該溫度計還兼有時鐘的功能。如圖所示為多功能數(shù)字溫度計的系統(tǒng)結構圖：圖2-1 系統(tǒng)原理結構框圖通過數(shù)字溫度芯片對外界溫度進行讀取，并通過單片機進行轉換，再由數(shù)碼管進行直觀的數(shù)字顯示.同時設定溫度比較程序，由單片機進行測量溫度與設定溫度的比較，若不在設定溫度范圍內，則令蜂鳴器報警。單片機選用STC89C52作為溫度測試系統(tǒng)設計的核心器件.它是

16、具有高性能的8位單片機，屬于標準的MCS51的CMOS產(chǎn)品.不僅結合了HMOS的高速和高密度技術及CHMOS的低功耗特征，而且繼承和擴展了MCS48單片機的體系結構和指令系統(tǒng)。數(shù)字溫度芯片采用DS18B20測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。采用51單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便.既可以單獨對多DS18B20控制工作，還可以與PC機通信上傳數(shù)據(jù)。利用STC8

17、9C52芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度.利用按鍵來進行調時和溫度查詢?？梢钥闯龃朔桨笢y溫裝置電路簡單、精確度較高、實現(xiàn)方便、軟件設計也比較簡單。3 系統(tǒng)器件選擇3.1 STC89C52單片機介紹單片機最初是由Intel 公司開發(fā)設計的，但后來Intel 公司把51 核的設計方案賣給了幾家大的電子設計生產(chǎn)商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。如是市面上出現(xiàn)了各式各樣的但均以51 為內核的單片機，倒是Intel 公司自己的單片機卻顯得遜色了。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機都兼容51 指令、并在51

18、的基礎上擴展一些功能而內部結構是與51 一致的。STC89C52有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。STC89C52的存儲器系統(tǒng)由4K的程序存儲器(掩膜ROM)，和128B的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)組成。STC89C52單片機的基本組成框圖見圖4-1。圖4-1 STC89C52單片機結構由圖4-1可見，STC89C52單片機主要由以下幾部分組成：1. cup系統(tǒng) 8位cup，含布爾處理器； 時鐘電路； 總線控制邏輯。2. 存儲器系統(tǒng) 4K字節(jié)的程序存儲器（ROM/EPROM/Flash，可外擴至64KB）； 128字節(jié)的

19、數(shù)據(jù)存儲器（RAM，可再外擴64KB）； 特殊功能寄存器SFR。3. I/O口和其他功能單元 4個并行I/O口； 2個16位定時計數(shù)器； 1個全雙工異步串行口； 中斷系統(tǒng)（5個中斷源，2個優(yōu)先級）。3.1.1 STC89C52單片機主要特性1. 一個8 位的微處理器(CPU)。2. 片內數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機最多提供1K 的RAM。3. 片內程序存儲器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機內部不帶ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前單片機的

20、發(fā)展趨勢是將RAM 和ROM 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。SST 公司推出的89 系列單片機分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。4. 四個8 位并行IO 接口P0P3，每個口既可以用作輸入，也可以用作輸出。5. 兩個定時器計數(shù)器，每個定時器計數(shù)器都可以設置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結果實現(xiàn)計算機控制。為方便設計串行通信，目前的52 系列單片機都會提供3 個16 位定時器/計數(shù)器。6. 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在新推出的單片機都不只5 個中斷源，例如SST89

21、E58RD 就有9 個中斷源。7. 一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行IO 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。8. 片內振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12MHz。SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。3.1.2 STC89C52單片機管腳圖圖4-2 STC89C52單片機管腳圖部分引腳說明：1. 時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2：XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調電容的一端；在8051 片內它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電

22、路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。要檢查8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調電容的另一端；在片內它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。2. 控制信號引腳RST,ALE,PSEN 和EA：RST/VPD(9 腳)：RST 是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持備用電源的輸入端。當主電源Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將5V 電源自動兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復位操作。RST 引腳的第二功能是VPD,即接入RST 端，為RAM 提供備用

23、電源，以保證存儲在RAM 中的信息不丟失，從而合復位后能繼續(xù)正常運行。ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號端。當8051 上電正常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率fOSC 的1/6。CPU 訪問片外存儲器時，ALE 輸出信號作為鎖存低8 位地址的控制信號。平時不訪問片外存儲器時，ALE 端也以振蕩頻率的1/6 固定輸出正脈沖，因而ALE 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果想確定8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，則8051/8031 基本上是好的。ALE 端的負載驅動能力為8 個LS 型TTL

24、(低功耗甚高速TTL)負載。此引腳的第二功能PROG 在對片內帶有4KB EPROM 的8751 編程寫入(固化程序)時，作為編程脈沖輸入端。PSEN(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引肢接EPROM 的OE 端(見后面幾章任何一個小系統(tǒng)硬件圖)。PSEN 端有效，即允許讀出EPROMROM 中的指令碼。PSEN 端同樣可驅動8 個LS 型TTL 負載。要檢查一個8051/8031 小系統(tǒng)上電后CPU 能否正常到EPROMROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。EA/Vp

25、p(31 腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當EA 引腳接高電平時，CPU只訪問片內EPROM/ROM并執(zhí)行內部程序存儲器中的指令，但當PC(程序計數(shù)器)的值超過0FFFH(對8751/8051 為4K)時，將自動轉去執(zhí)行片外程序存儲器內的程序。當輸入信號EA 引腳接低電平(接地)時，CPU 只訪問外部EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內程序存儲器。對于無片內ROM 的8031 或8032,需外擴EPROM，此時必須將EA 引腳接地。此引腳的第二功能是Vpp 是對8751 片內EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12V21V)的輸

26、入端。3. 輸入/輸出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 腳)：P0口是一個漏極開路的8 位準雙向I/O口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅動8 個LS 型TTL 負載。當P0 口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器(地址80H)寫入全1,此時P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準雙向口的含義。在CPU 訪問片外存儲器時，P0口分時提供低8 位地址和8 位數(shù)據(jù)的復用總線。在此期間，P0口內部上拉電阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 腳)：P1口是一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P1口每位能驅動4 個LS 型TTL 負載。

27、在P1口作為輸入口使用時，應先向P1口鎖存地址(90H)寫入全1,此時P1口引腳由內部上拉電阻拉成高電平。P2口(P2.0P2.7，2128 腳)：P2口是一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P口每位能驅動4個LS 型TTL 負載。在訪問片外EPROM/RAM 時，它輸出高8 位地址。P3口(P3.0P3.7，1017 腳)：P3口是一個帶內部上拉電阻的8 位準雙向I/O口。P3口每位能驅動4個LS型TTL負載。P3口與其它I/O 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行數(shù)據(jù)接收。P3.1：(RXD)串行數(shù)據(jù)發(fā)送。P3.2：(INT0#)外部中斷0輸入。

28、P3.3：(INT1#)外部中斷1輸入。P3.4：(T0)定時/計數(shù)器0的外部計數(shù)輸入。P3.5：(T1)定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入。P3.6：(WR#)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7：(RD#)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。3.1.3 STC89C52單片機的中斷系統(tǒng)STC89C52系列單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。由片內特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內各中斷同時提出中斷請求時，由內部的查詢邏輯確定其響應次序。3.1.4 STC89C52單片機的定時/計數(shù)器在單片機應用系統(tǒng)

29、中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進行計數(shù)。STC89C52單片機內集成有兩個可編程的定時/計數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。3.2 溫度傳感器選擇由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉換成對應的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復雜，制作成本相對較高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件。3.2.1 DS18B20 簡單介紹和性能特點數(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

30、測量范圍為-55+125 攝氏度，可編程為9位12 位轉換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設定參數(shù)以及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個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。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20 的性能特點如下：（1）獨特的單線接口方式，DS18B20在與微

31、處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊（2）DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫（3）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內（4）適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電（5）測溫范圍55125，在-10+85時精度為±0.5，零待機功耗，可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫（6）在9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數(shù)字，12位

32、分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快（7）用戶可定義報警設置，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（8）測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力（9）負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作以上特點使DS18B20非常適用與多點、遠距離溫度檢測系統(tǒng)。3.2.2 DS18B20 內部結構和測溫原理DS18B20內部結構主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種

33、封裝形式如圖 4.2 所示，DQ 為數(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；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。其電路圖 4.3所示.。 圖 4.2 外部封裝形式 圖4.3 傳感器電路圖3.2.3 DS18B20 使用中的注意事項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，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：（1）DS18B20 從測溫結束到將溫度值轉換成數(shù)字量需要一定的轉換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。（2）在實際使用中發(fā)現(xiàn)，

34、應使電源電壓保持在5V 左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低。（3）較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。（4）在DS18B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此，當單總線上所掛DS18B20 超過8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要

35、加以注意。（5）在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20 發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20 接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20 時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)，這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重視。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3-3 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

36、儲器操作和溫度A/D轉換操作時，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。 圖3-3 DS18B20與單片機的接口電路3.2 LCD液晶顯示器簡介在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型

37、液晶顯示器的應用。 在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：顯示質量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。3.3.1 液晶顯示簡介液晶顯示原理液晶顯示的原理是利

38、用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅動方式來分，可以分為靜態(tài)驅動（Static）、單純矩陣驅動（Simple Matrix）和主動矩陣驅動（Active Matrix）三種。液晶顯示器各種圖形的顯示原理:線段的顯示點陣圖形式液晶由M×N個顯

39、示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組

40、成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。漢字的顯示漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占

41、32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到32B顯示完就可以LCD上得到一個完整漢字。3.3.2 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能1602LCD主要技術參數(shù)：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）

42、接口，各引腳接口說明如表10-13所示:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R

43、/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。3.3.3 1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如下表所示：序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4

44、顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內容控制命令表1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，

45、低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號

46、和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。與HD44780相兼容的芯片時序表如下：讀狀態(tài)輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無3.3.4 液晶顯示部分與STC89C52的接口 如圖4-4所示。用STC89C52的P2口作為數(shù)據(jù)線，用P3.2、P3.1、P3.0分別作為LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿觸

47、發(fā)的片選信號，R/W是讀寫信號，RS是寄存器選擇信號本模塊設計要點如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設置接口數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，字型為5×7點陣，然后設置為整體顯示，取消光標和字體閃爍,最后設置為正向增量方式且不移位。向LCD的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示.首先取一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到LCD的顯示緩沖區(qū)，程序延時2.5ms,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。4 硬件設計4.1 復位電路為確保兩點間溫度控制系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是

48、必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.755.25V。復位是單片機的初始化操作，其目的是使CPU及各專用寄存器處于一個確定的初始狀態(tài)。如：把PC的內容初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序.除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當單片機系統(tǒng)在運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要復位以使其恢復正常工作狀態(tài)。RST端的外部復位電路有兩種操作方式：上電自動復位和按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種，本系統(tǒng)設計采用上電復位，如圖4-1所示。上電復位是直接將RST端通過電阻接高電平來實現(xiàn)單片

49、機的復位。4.2 時鐘電路單片機的時鐘信號用來提供單片機內各種微操作的時間基準，時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內部振蕩和外部振蕩。本系統(tǒng)設計采用內部振蕩方式，如圖4-2所示.MCS-51單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式.本設計中晶振取12MHz。10圖4-2 時鐘電路4.3 顯示電路正如前面所說顯示電路采用的元器件為LCD液晶顯示器，電路圖如下，P0.0-P0.7為數(shù)據(jù)輸入端，根據(jù)所要顯示的不同

50、數(shù)據(jù)從數(shù)組里進行調取。P2.0-P2.2為數(shù)據(jù)控制端，分別控制所讀數(shù)據(jù)或字符的顯示與否。圖4-3 顯示電路4.4 測溫電路測溫電路采用的元件即為DS18B20.測溫電路采用外部供電方式.VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的P2.6口相連, I/O口線接4.7K左右的上拉電阻。單片機的數(shù)據(jù)讀取和輸出都通過P2.6口與DS18B20的I/O口進行。采用單串口進行數(shù)據(jù)通信，電路設計簡單.但對軟件有更多的要求。圖4-4 測溫電路4.5 控制電路本電路摒棄了復雜的矩陣鍵盤電路，而僅僅采用了四個按鍵組成簡單電路來實現(xiàn)需要的控制。不僅降低了硬件的成本，也使編程變的簡單。電路圖如下：四個按鍵分別連接

51、單片機的P3.1，P3.0，P3.2和P3.3端.P32和P33為外部中斷端口，通過他們來進行相應的控制操作。而P31和P30端口則分別實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的減和增的操作，操作起來簡單易懂，硬件開發(fā)的消耗也大為減少。圖4-5 控制電路4.6 報警電路本設計采用軟件處理報警，利用有源蜂鳴器進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過或者低于所預設的溫度時，數(shù)據(jù)口相應拉高電平，報警輸出。（也可采用發(fā)光二級管報警電路，如過需要報警，則只需將相應位置1，當參數(shù)判斷完畢后，再看報警模型單元ALARM 的內容是否與預設一樣，如不一樣，則發(fā)光報警）。并在電路中添加開關按鍵，只有當開關閉合時才會報警，否則僅僅顯示溫度，通

52、過開關鍵控制報警，非常方便和容易操作。報警電路硬件連接見圖：蜂鳴器通過NPN管連接到單片機的P17口，采用外部電源進行連接，NPN起到了電流放大的作用，以保證有足夠的電流去驅動蜂鳴器進行報警。圖4-6 報警電路4.7 整機電路及工作原理當接通電源以后，溫度傳感器正常工作，溫度傳感器將根據(jù)被測溫度的不同來采集不同的數(shù)據(jù)，然后通過計算把數(shù)據(jù)轉化成相應的字庫代碼，通過調用字庫數(shù)組的數(shù)據(jù)進行數(shù)字的顯示。通過外部中斷1可以進行時間顯示與溫度顯示的切換。當處于不同的顯示狀態(tài)時可以通過外部中斷0來實現(xiàn)時間的調整和溫度上下限的調整。P30口實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的增加，每按一下數(shù)據(jù)增加一位，為P31口則實現(xiàn)的數(shù)據(jù)的遞減。在程序中設定數(shù)據(jù)上下限以防止數(shù)據(jù)的溢出。 圖4-7 整機電路5 軟件設計從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質性的功能如測量、計算、顯示、通訊等.每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)