基于單片機溫度測試系統(tǒng)硬件設(shè)計說明

1、. . . . 化工大學(xué)本科畢業(yè)論文題 目： 基于單片機的溫度測試系統(tǒng)硬件設(shè)計 院 系： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與其自動化 班 級： 電氣 學(xué)生：指導(dǎo)教師：論文提交日期：2011年6月 27日論文答辯日期：2011年6月28日25 / 32畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書電氣工程與其自動化專業(yè)電氣0703班學(xué)生：王麗偉畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于單片機的溫度測試系統(tǒng)硬件設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）容：了解單片機基本和溫度傳感器的基本原理，熟練使用單片機的溫度傳感器進行單片機溫度測試系統(tǒng)硬件設(shè)計。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 通過運用單片機和溫度傳感器對溫度進行測量；設(shè)計單片機的溫度測試系統(tǒng)硬件原理圖

2、和進行模擬實驗。 起止時間： 2010年 3 月- 2010年 6月指導(dǎo)教師：梁 禹 簽字 2011年3月1日教研主任： 簽字 年 月 日學(xué)院院長： 簽字 年 月 日摘要近年來跟隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，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。 論文主要介紹了一個基于51單片機的溫度信號采集顯示系統(tǒng)的設(shè)計，主要敘述了單片機溫度采集控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、調(diào)試過程。本系統(tǒng)主要包括：DS18B

3、20溫度傳感器、控制電路、顯示電路三大部分。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是溫度檢測、數(shù)值顯示。溫度傳感器DS18B20對環(huán)境溫度進行檢測，通過單總線傳遞給單片機，單片機作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進行數(shù)據(jù)處理，單片機控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機上。單片機數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到LED進行顯示，發(fā)出控制信號達到控制蜂鳴器和發(fā)光二級管的目的。即可實現(xiàn)溫度信號采集轉(zhuǎn)化，顯示與報警功能！該系統(tǒng)設(shè)計和布線簡單、體積小、重量輕、性價比高、擴展方便。采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量在原理上雖然不困難但成本較高,還會遇到

4、其它方面的問題。因此對單片機溫度控制系統(tǒng)的研究有重要目的和意義.本設(shè)計所介紹的數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫圍廣，測溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所，或科研實驗室使用。關(guān)鍵詞：單片機； 溫度采樣； AT89C51； 顯示AbstractIn recent years, Should be based on the specific hardware along with the continuous improvement of peoples living standard, single-chip control is undoubtedly

5、one of the objectives pursued, it gives people the convenience can not be negative, in which digital thermometer is a typical example, but people its increasingly high demand for people to work, scientific research, life and more convenient to provide better facilities will need to start from the nu

6、mber of single-chip technology, all toward the digital control, intelligent control of direction.Paper introduces a single-chip based on 51 shows that the temperature signal acquisition system is mainly described in single-chip temperature control system for acquisition of hardware circuit design an

7、d software development, debugging process. Of the system include: temperature acquisition , control circuit, signal amplification circuit, most three.System is the temperature functions of detection, numerical display. DS18B20 temperature sensor to detect temperature on the environment, a single bus

8、 transfer to the single-chip, single-chip microcomputer as the data processing and control unit, in order to carry out data processing, a single Control the number of temperature sensors, the temperature signal from a single-bus digital temperature sensor on the transmission to the single-chip micro

9、computer. Single-chip data processing, the issue of control information and control to change the alarm status of the implementation of modules, at the same time, current temperature information is sent to the LED display, the issue of control signals to control LED and buzzers purposes. Temperature

10、 signal acquisition can be realized into shows and alarm functions! Design and layout of the system is simple, small size, light weight, cost-effective, easy to expand. Use of appropriate technologies to simulate the temperature of the volume into a digital, although in principle is not difficult bu

11、t the cost is higher, but also encountered other problems. Therefore, single-chip temperature control system has an important purpose and significance of the design introduced in digital thermometer with a traditional thermometer, compared with a reading of convenience, a wide range of temperature m

12、easurement, temperature measurement accuracy, the output of the temperature digital display, the main for more accurate temperature measurement sites, or research laboratory. Key words: Single-chip； temperature sampling； AT89C51； showing目 錄第一章 序言21.1溫度計的檢測方法21.2正在研究的檢測技術(shù)21.3國外溫度檢測技術(shù)的動向與趨勢31.4溫度檢測系統(tǒng)4

13、1.4.1 溫度自動檢測系統(tǒng)簡介41.4.2 溫度自動檢測系統(tǒng)的核心41.4.3 溫度自動檢測系統(tǒng)發(fā)展4第二章 硬件的設(shè)計62.1 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計62.1.1 方案一62.1.2 方案二62.2系統(tǒng)整體硬件電路72.3系統(tǒng)組成82.4溫度檢測系統(tǒng)工作原理92.5主控制器92.5.1 單片機的選擇92.5.2 復(fù)位電路122.6 顯示電路132.7 溫度傳感器142.7.1 DS18B20的使用方法152.7.2 DS18B20部結(jié)構(gòu)框圖162.7.3 DS18B20控制方法192.7.4 溫度的采集19第三章 檢測與調(diào)試203.1 檢測方法203.2 精度調(diào)試21第四章 總結(jié)與心得24參考

14、文獻26致27第一章 序言隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，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。溫度的測量是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的問題，而日常生活中常用的普通的溫度計不能和計算機接口，也就不能實現(xiàn)現(xiàn)代的工業(yè)控制。本設(shè)計是通過MCS-51單片機和DS18B20轉(zhuǎn)換芯片，實現(xiàn)對環(huán)境溫度的采集、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、處理、顯示過程。要求綜合運用所學(xué)主要課程的知識，并要求查詢有關(guān)技術(shù)資料和書籍，得到本設(shè)計

15、所要的技術(shù)數(shù)據(jù)和相關(guān)知識。1.1溫度計的檢測方法目前國使用的溫度計雖然品種繁多，應(yīng)用圍也較廣，但它的檢測技術(shù)基本是以下幾種方法：(1)利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計。如：玻璃溫度計，雙金屬溫度計，壓力式溫度計 (2)利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件。利用此技術(shù)制成溫度檢測元件主要是熱電偶，熱電偶是發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛的檢測元件 。 (3)利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計熱電阻測溫元件半導(dǎo)體測溫元件 瓷熱敏元件 (4)利用熱輻射原理制成的高溫計 熱輻射高溫計通常分為兩種：一種是單色輻射高溫計，一般稱光學(xué)高溫計；一種是全輻射高溫計，它的原理是物體受熱輻射后，物體本身的性質(zhì)，能將它

16、吸收，透過或反射。而受熱物體放出的輻射能的多少，與它的溫度有一定的關(guān)系。熱輻射式高溫計就是根據(jù)這種熱輻射原理制成的1.2 正在研究的檢測技術(shù)(1)晶體管溫度檢測元件半導(dǎo)體溫度檢測元件是具有代表性的新集成電路溫度檢測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)進行測溫，并把測溫、激勵、信號處理電路和放大電路集成一體，封裝于小型管殼，即就構(gòu)成了集成電路溫度檢測元件目前，國外也進行了生產(chǎn)。(2)核磁共振溫度檢測器所謂核磁共振現(xiàn)象是指具有核自旋的物質(zhì)置于靜磁場中時，當(dāng)與靜磁場垂直方向加以電磁波，會發(fā)生對某頻率電磁波的吸收現(xiàn)象。利用共振吸收頻率隨溫度上升而減小的原理研制成的

17、溫度測器，稱為核磁共振溫度檢測器。這種檢測器精度極高，可以測量出千分之一開爾文，而且輸出的頻率信號適于數(shù)字化運算處理，故是一種性能十分良好的溫度檢測器。在常溫下，可作理想的標(biāo)準(zhǔn)溫度計之用。1.3國外溫度檢測技術(shù)的動向與趨勢溫度檢測的動向與趨勢隨著工業(yè)生產(chǎn)效率不斷提高，自動他水平與圍也不斷擴大，因而對溫度檢測技術(shù)的要求也愈來愈高，一般可以歸納以下幾方面：(1)擴展檢測圍現(xiàn)在工業(yè)上通用的檢測溫度圍為一200300，而今后要求能測量超高溫與超低溫尤其是液化氣體的極低溫度檢測更為迫切，如10K以下的溫度檢測是當(dāng)前重點研究課題。(2)擴大測溫對象溫度檢測技術(shù)將會由點測量發(fā)展到線、面、甚至立的測量。應(yīng)用圍

18、將同工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護，家用電器、汽車工業(yè)與航天工業(yè)領(lǐng)域。(3)發(fā)展新型產(chǎn)品利用老的檢測技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場合、不同工況要求的新型產(chǎn)品，以滿足于用戶需要。同時利用新的檢測技術(shù)制造出新的產(chǎn)(4)適應(yīng)特殊環(huán)境下測溫在工業(yè)生產(chǎn)中，對許多場合的溫度檢測器有特殊要求，如防硫、防爆、耐磨等性能要求；又如移動物體和高速旋轉(zhuǎn)物體的測溫、鋼水的連續(xù)測溫、火焰溫度的檢測等。(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)點是直觀、無讀數(shù)誤差、分辨率高、測量誤差小，因而有廣闊的銷售市場。(6)標(biāo)定自動化應(yīng)用計算機技術(shù)，快速、準(zhǔn)確、自動地標(biāo)定溫度檢測器。根據(jù)上述要求，國外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展。繼續(xù)

19、生產(chǎn)量大面廣的傳統(tǒng)的溫度檢測元件，如：熱電偶、熱電阻、熱敏電阻等。加強新原理、新材料、新加工工藝的開發(fā)。如近年來已開發(fā)的碳化硅薄膜熱敏電阻溫度檢測器、厚膜、薄膜鉑電阻溫度檢測器，向智能化、集成化、實用化方向發(fā)展。新產(chǎn)品不僅要具有檢測功能，又要具有判斷和指令等多功能，采用微機技術(shù)向智能化方向發(fā)展向機電一體化方向發(fā)展！1.4溫度檢測系統(tǒng)1.4.1溫度自動檢測系統(tǒng)簡介溫度自動檢測系統(tǒng)主要用于檢定工作熱電偶、工作用熱電阻、工業(yè)用水銀溫度計和雙金屬溫度計。是集計算機技術(shù)、電子技術(shù)、自動測試技術(shù)于一體的自動化檢定系統(tǒng)。它以計算機為核心，并由上位機與下位機組成，實現(xiàn)同時檢定各種類型測溫元件。整個檢定過程除接

20、線以外全部自動完成，對于檢定工業(yè)熱電阻、工業(yè)熱電偶實現(xiàn)了控制溫度、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示全自動完成。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各企業(yè)采用了強化生產(chǎn)手段，對溫度檢測技術(shù)提出了更高的要求，希望利用新的測方法，制造出適應(yīng)性更強、精度更高、性能更穩(wěn)定、并具有智能功能的新一代溫度檢測儀表。1.4.2溫度自動檢測系統(tǒng)的核心單片機，是把中央處理器CPU、存儲器、定時器、I/O接口電路等一些計算機的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機，是人們在通用計算機無法滿足廣泛的電氣智能化要求的情況下，按照嵌入式應(yīng)用要求，設(shè)計出最底層要求的芯片級嵌入式計算機系統(tǒng)；即微小型化。低價位（芯片形態(tài)，芯片價）的嵌入式計算機

21、系統(tǒng)！在經(jīng)歷過探索-完善-MCU化，到現(xiàn)在的百花齊放的第四階段，單片機也成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具與檢測工具。1.4.3溫度自動檢測系統(tǒng)發(fā)展該設(shè)計介紹了溫度計的測量和控制之間的關(guān)系：檢測是控制的基礎(chǔ)和前提，而檢測的精度必須高于控制的精確度，否則無從實現(xiàn)控制的精度要求。不僅如此，檢測還涉與國計民生各個部門，可以說在所以科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域無時不在進行檢測?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和檢測技術(shù)的發(fā)展是密切相關(guān)的?，F(xiàn)代化的檢測手段能達到的精度、靈敏度與測量圍等，在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。同時，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展達到的水平越高，又為檢測技術(shù)、傳感器技術(shù)提供了新的前提手段。目前溫度計的發(fā)展很快，從原

22、始的玻璃管溫度計發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、數(shù)字溫度計、電子溫度計等等。目前的溫度計中傳感器是它的重要組成部分，它的精度靈敏度基本決定了溫度計的精度、測量圍、控制圍和用途等。傳感器應(yīng)用極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型傳感器。但是，作為應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計人員需要根據(jù)系統(tǒng)要求選用適宜的傳感器，并與自己設(shè)計的系統(tǒng)連接起來，從而構(gòu)成性能優(yōu)良的監(jiān)控系統(tǒng)。軟硬件結(jié)合，加以完善。第二章 硬件的設(shè)計2.1 系統(tǒng)方案的總體設(shè)計2.1.1 方案一該案由單片機、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。本方案采用模擬溫度傳感器AD590作為測溫元

23、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，使用運算放大器將信號進行適當(dāng)?shù)姆糯?，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，傳給單片機，單片機將溫度值進行處理之后用LCD顯示，當(dāng)溫度值超過設(shè)置值時，系統(tǒng)開始報警。見圖2-1所示:圖2-1 方案一溫度測量系統(tǒng)方案框圖2.1.2 方案二該方案使用了AT89S51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，采用一個溫度傳感器對溫度進行檢測，通過鍵盤模塊對溫度進行自動、手動設(shè)置，上、下限設(shè)置，超過其溫度值就報警。顯示電路采用4位數(shù)碼管顯示，使用9013三極管為中心組成的報警電路。見圖2-2所示溫度傳感器

24、鍵盤電路4位數(shù)碼管顯示電路4位數(shù)碼管顯示電路報警電路 單片機圖2-2方案二溫度測量系統(tǒng)方案框圖溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計：控制器采用單片機AT89C51，溫度傳感器采用DS18B20，用4位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示1。2.2 系統(tǒng)整體硬件電路溫度計電路設(shè)計原理圖見圖2-3所示，控制器使用單片機AT89C51溫度傳感器使用DS18B20，用4位共陰LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描實現(xiàn)溫度顯示23。按健復(fù)位電路是上電復(fù)位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑時，可以手動復(fù)位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復(fù)位45。圖2-3 設(shè)計原理圖2.3系統(tǒng)組成由AT89C51構(gòu)成的數(shù)字溫度計由三部分組成：

25、DS18B20溫度傳感器、AT89C51、顯示模塊。產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)：（1）采用單總線技術(shù)，與單片機通信只需要一根I/O線，在一根線上可以掛接多個DS18B20。（2）每只DS18B20具有一個獨有的，不可修改的64位序列號，根據(jù)序列號訪問地址器件。（3）低壓供電，電源圍從35V，可以本地供電，也可以直接數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。（4）測溫圍為-55+125，在-1085圍誤差為：0.5。（5）可編輯數(shù)據(jù)為912位，轉(zhuǎn)換12位溫度時間為750ms（最大）（6）用戶可自行設(shè)定報警上下限溫度（7）報警搜索命令可識別和尋址哪個器件的溫度超出預(yù)定值（8）DS18B20的分辨率由用戶通過EEP

26、ROM設(shè)置為912位（9）DS18B20可將檢測到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過串行通信的方式與主控制器進行數(shù)據(jù)通信。2.4 溫度檢測系統(tǒng)工作原理利用AT89C51組成的數(shù)字溫度計的工作原理：溫度傳感器DS18B20將被測環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)），傳感器可置于離裝置150米以的任何地方，輸出腳I/O直接與單片機的P1.1相連，AT89C51帶FlashROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四個單獨的共陰LED數(shù)碼管組成。系統(tǒng)程序分傳感器控制程序和顯示器程序兩部分，傳感器空控制程序是按照DS18B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的

27、讀寫和對溫度的顯示。2.5主控制器 單片機AT89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用三節(jié)電池（1.5V/節(jié)）供電。62.5.1 單片機的選擇屬于哈佛體結(jié)構(gòu)的MCS-51系列單片機，其程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各自獨立，編址圍均為64KB。該系列產(chǎn)品功能強，運行速度高，可靠性強，其為低電壓；高性能CMOS8位單片機，片含4位的EEPROM和128位的RAM，兼容MCS-51指令系統(tǒng)，片通用8位CPU和Flash存儲單元，可靈活運用于性價比高的應(yīng)用場合，所以設(shè)計中單 片機選取的型號為AT89C51！ 圖2-4 單片

28、機管腳圖（1） 主要性能參數(shù)： 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容4K字節(jié)EEPROM 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0HZ24MHZ 三級加密程序存儲器 23*8字節(jié)的部RAM 32個可編程I/O口線 2個16位定時/計數(shù)器 6個中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式述： （2）功能特性描述：AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)FLASH閃速存儲器，128字節(jié)的部RAM。32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片振蕩器與時鐘電路，同時，AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。空閑方式停止CPU的工

29、作，但允許RAM，定時/記數(shù)器，串行通信口與中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存中的容，但是振蕩器停止工作并禁止其它所有部件直到下一個硬件復(fù)位！各引腳對應(yīng)的功能簡要介紹如下：圖2-5 AT89C51的部結(jié)構(gòu)圖GND 接地。VCC 電源端，接P0.00.7 P0口當(dāng)P0口作為普通輸入接口時，應(yīng)先向口鎖存器寫“1”。當(dāng)P0口是在訪問片外存儲器（擴展RAM或ROM）時，它是標(biāo)準(zhǔn)的雙向I/O接口。分時復(fù)用作為低8位地址線和8位雙向數(shù)據(jù)總線使用。P1.01.7 P1口，它僅用作為I/O口使用，它也是自帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每一位可以能驅(qū)動個負載。當(dāng)P1口用作輸入接口時，應(yīng)先向口鎖存器寫“1”。P2

30、.02.7 P2口。作為普通I/O口使用時，它是自帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O，每一位可以能驅(qū)動個負載。作為輸入接口時，應(yīng)先向口鎖存器寫“1”。在訪問片外存儲器（擴展RAM或ROM）時，作為高8位地址線使用。P3.03.7 P3口，是自帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，每一位可以能驅(qū)動個負載?？捎米鬏斎肟?，應(yīng)先向口鎖存器寫“1”。P3 口還具有以下特殊功能：RXD(P3.0) 串行輸入口TXD(P3.1) 串行輸出口INT0(P3.2) 外部中斷0INT1(P3.3) 外部中斷T0(P3.4) 定時器0 外部輸入T1(P3.5) 定時器1 外部輸入WR(P3.6) 外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號RD(P3

31、.7) 外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號RST 復(fù)位。當(dāng)振蕩器在運行中只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2個機器周期高電平，即可復(fù)位部。有擴散電阻連接到VSS，僅需要外接一個電容到VCC即可實現(xiàn)上電復(fù)位。ALE 地址鎖存使能。在訪問外部存儲器時，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ALE 輸出信號恒定為1/6 振蕩頻率并可用作外部時鐘或定時。PSEN 程序存儲使能。當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲器代碼時，PSEN每個機器周期被激活兩次。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN無效。訪問部程序存儲器時，PSEN無效。EA/VPP 外部尋址使能/編程電壓。在訪問整個外部程序存儲器時EA必須外置低電平，如果EA為高時將執(zhí)行部程序，除非程序計數(shù)器

32、包含大于片F(xiàn)LASH的地址。該引腳在對FLASH編程時，接5V/12V編程電壓(Vpp)，如果位1已編程，EA在復(fù)位時由部鎖存。XTAL1 反相振蕩放大器輸入和部時鐘發(fā)生電路輸入7。2.5.2復(fù)位電路見圖2-8所示：圖2-8 單片機復(fù)位電路復(fù)位電路工作原理8：電容在上接高電平，電阻在下接地，中間為RST。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機開始正常工作。2.6 顯示電路顯示器件選用的是4位共陰極數(shù)碼管顯示，8個數(shù)據(jù)接口用4.7K電阻作為上拉電阻。見圖2-9所示:顯示電

33、路采用靜態(tài)顯示，4位共陰LED數(shù)碼管。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接門電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的宇形碼，因此，使用這種方法，單片機中CPU的開銷小。(1) LSD的靜態(tài)顯示實際使用的LED顯示器通常由多位構(gòu)成，對多位LED顯示器的控制包括字行控制和字位控制，在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字行控制是獨立的，分別接到一個8位I/0接口上，字位控制線連在一起，接地或5伏。(2) LSD顯示器與接法通常所說的LED顯示器由7個發(fā)光二極管組成，故也稱7段數(shù)碼管，此外顯示器還有一個圓

34、點型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點，故有時也稱八段LED顯示管，通過7段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字，字母與其他符號。LEA示器中的發(fā)光二極管有2種接法:（1） 共陽極接法 把發(fā)光二極管的陽極連在二起構(gòu)成共陽極，使用時公共陽極接+5伏，這樣，陽極輸入端低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平則不點亮。（2） 共陰極接法 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成共陰極，使用時，公共陰極接地，這樣，陽極輸入端高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入端低電平則不點亮9。 圖2-9AT89C51與4位數(shù)碼管接口電路圖2.7 溫度傳感器DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出的一種改進

35、型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點如下：（1）獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；（2）多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；（3）無須外部器件；（4）可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓圍為3.05.5V；（5）零待機功耗；（6）溫度以9或12位數(shù)字；（7）用戶可定義報警設(shè)置；（8）報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；（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； DS18B20采用3腳PR一35封裝或

36、8腳SOIC封裝，其部結(jié)構(gòu)框圖見圖2-11所示。 DS18B20引腳介紹:T0-92封裝的DS18B20的引腳排列見(圖2-10)，其引腳功能描述.見(表2-l) 圖2-10 DS18B20底視圖表2-1 DS18B20 詳細引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述1 GND地信號2I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。2.7.1 DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1-Wire總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對AT89C51單片機來說，硬件上并不支持

37、單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬中.總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。由于DS18B20是在二根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序:初始化時序、讀時序、弓時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備,單總線器件作為從設(shè)備.而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送晶振，在進行寫命令后主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。2.7.2 DS18B20部結(jié)構(gòu)框圖圖2-12DS18B20部結(jié)構(gòu)64位ROM的結(jié)構(gòu)開

38、始8位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報警上下限。DS18B20溫度傳感器的部存儲器還包括一個高速暫存R AM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存R.AM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個宇節(jié)，為配置寄存器，它的容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時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

39、見（表2-2）所示。低5位一直為1，T IM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時該位被設(shè)置為O，用戶要去改動，R1和RO決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率.由（表2-3）可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(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)讀所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。表2-2 DS18B20字節(jié)定義 溫度 LSB 溫度 MSB TH用戶字節(jié)1 TL用戶字節(jié)2 配置寄存器 保留 保

40、留 保留 CRCTMR1R011111表2-3 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換時間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時間/ms00993.750110187.510113751112750當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以1 6位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2宇節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625/LSB形式表示。當(dāng)符號位S=O時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制：當(dāng)符號位S=1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。(表2-4)是一部分

41、溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。表2-4 部分溫度對應(yīng)值表溫度/二進制表示十六進制表示+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.06250000 0001 1001 00000191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 00100008H00000 0000 0000 00100000H-0.51111 1111 1111 0000FFF8H-10.1251111 1111 0101 1110FF5EH-25.06251111 1110 0110 1111FE

42、6FH-551111 1100 1001 0000FC90HDS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)容作比較。若T TH或TTL，則將該器件的報警標(biāo)志位置位，并對.主機發(fā)出的報警搜索命令做出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC）。主機ROM的前56位來計算CRC值，并和存入DS18BZO的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20的測溫原理是這樣的，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送給減法計數(shù)器1;高溫度系數(shù)晶振隨

43、溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將一55所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1、溫度寄存器中，計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在一55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到O時，溫度奇存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存

44、器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出川于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大于被測溫度值。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴(yán)格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為:初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。2.7.3DS18B20控制方法DS18B20有10條控制命令，見（表4）所示：表4 DS18B20控制命令（一）ROM 操作命令 指令 說明讀ROM命令（33H） 讀DS18B20的序列號搜索ROM命令（F0H） 識別總線上各器

45、件的編碼匹配ROM命令（CCH） 用于多個DS18B20的定位跳過ROM命令（CCH） 此命令執(zhí)行后，存儲器操作將針對總線上所有操作報警搜索ROM命令（ECH） 僅溫度超限的器件對此命令做出反應(yīng)表4 DS18B20控制命令（二） RAM操作命令 指令 說明 溫度轉(zhuǎn)換（44H）啟動溫度轉(zhuǎn)換 讀暫存器（BEH）讀全部暫存器容 寫暫存器（4EH）寫暫存器第2,3和4個字節(jié)的數(shù)據(jù) 復(fù)制暫存器（48EH）將暫存器中的TH，TL和配置寄存器容復(fù)制到EEPROM中 讀EEPROM（B8H）將TH，TL和配置寄存器容從EEPROM中回讀至?xí)捍嫫?2.7.4 溫度的采集每一片DSl8B20在其ROM中都存有其唯

46、一的48位序列號，在出廠前已寫入片ROM中，主機在進入操作程序前必須逐一接入DSl8B20，用讀ROM(33H)命令將該DSl8B20的序列號讀出并登錄。當(dāng)主機需要對眾多在線DSl8B20的某一個進行操作時首先要發(fā)出匹配ROM命令(55H)，緊接著主機提供64位序列(包括該DSl8B20的48位序列號)之后的操作就是針對該DSl8B20的，而所謂跳過ROM命令即為之后的操作，是對所有DSl8B20的框圖中先有跳過ROM即是啟動所有DSl8B20進行溫度變換之后通過匹配ROM再逐一地讀回每個DSl8B20的溫度數(shù)據(jù)在DSl8B20組成的測溫系統(tǒng)中主機在發(fā)出跳過ROM命令之后再發(fā)出統(tǒng)一的溫度轉(zhuǎn)換啟

47、動碼44H就可以實現(xiàn)所有DSl8B20的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換再經(jīng)過1s后就可以用很少的時間去逐一讀取這種方式，使其T值往往小于傳統(tǒng)方式8。第三章 檢測與調(diào)試硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器(萬用表、示波器)等，檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。3.1檢測方法 硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行： 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種調(diào)試。步驟如下: 第一步： 目測。 檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。 第二步： 用萬用表測試。 先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與接地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步： 加電檢測。 給電路板加電檢測所有的插座或者是硬件的電源是否符合要求的

48、值。 第四步： 聯(lián)機檢查。 因為只有單片機開發(fā).系統(tǒng)才能完成對用戶.系統(tǒng)的調(diào)試。 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近與遠、由分到合。由近與遠 是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近與遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。由分到合 是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障圍限定在某個局部的電路上。當(dāng)各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，再對各塊

49、電路功能與各電路之間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試即告完成。見圖3-1圖3-1 電路初步調(diào)試3.2 精度調(diào)試AT89C51單片機邊沿觸發(fā)中斷響應(yīng)時刻的測量:由于AT89C51系列具有很強的片功能和指令系統(tǒng)，因而使單片機的應(yīng)用發(fā)生了一個飛躍，這個系列的產(chǎn)品也很快成為世界上第二代的標(biāo)準(zhǔn)控制器。51系列單片機有5個中斷源，其中有2個是外部輸入中斷源INT0和INT1?？捎芍袛嗫刂萍拇嫫鱐CON的ITI(TCON.2)和IT0(TCON.1)分別控制外部輸入中斷1和中斷O的中斷觸發(fā)方式。若為0，則外部輸入中斷控制為電平觸發(fā)方式;若為1，則控制為邊沿觸發(fā)方式。這里是下降沿觸發(fā)中斷。單片機外部

50、輸入的中斷觸發(fā)電平是TTL電平。對于TTL電平，TTL邏輯門輸出高電平的允許同為2.45V，其標(biāo)稱值為3.6V;輸出低電平的允許圍00.7V，其標(biāo)稱值為0.3V2，在0.7 V與2.4V之間的是非高非低的中間電平。這樣，在實際應(yīng)用中，假設(shè)單片機外部中斷引腳INT0輸入一路由+5V下降到O的下降沿信號，單片機在某個時鐘周期采樣INT0引腳得到2.4V的高電平，而在下一個時鐘周期到來進行采樣時，由于實際的外部輸入中斷觸發(fā)信號由高電平變?yōu)榈碗娖酵枰欢ǖ臅r間，因此，檢測到的可能并非真正的低電平(小于0.7V），而是處于低電平與高電平之間的某一中間電平，即0.72.4V的某一電平。見圖3-2圖3-

51、2 電路的精度調(diào)試雖然本論文介紹的是一個溫度傳感器DS18B20檢測系統(tǒng)，但是他可以擴成多點溫度檢測系統(tǒng)10。見圖3-3圖3-3 DS18B20與單片機的接口電路第四章 總結(jié)與心得經(jīng)過這幾個月的努力，畢業(yè)設(shè)計終于完成了。雖然我只是擔(dān)任這次課程設(shè)計的部分主要工作，負責(zé)對DS18B20進行資料的查閱和部分程序編寫。根據(jù)以往的經(jīng)驗，較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微機處理器之間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS18B20進行程序編寫時，必須嚴(yán)格保重讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序?qū)⑾萑胨姥h(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計過程中給予了一定的重視。通過這次的畢業(yè)