畢業(yè)論文基于ATC的數(shù)字溫計(jì)的設(shè)計(jì)

1、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告系 別： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 班 號(hào)： 電子0 8 5 學(xué) 生 姓 名： 傅浩 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 080012212 設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于AT89C51的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師： 傅浩 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn)： 起 迄 日 期： 2010.5.4-2010.7.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書專業(yè) 電子信息工程 班級(jí) 電子085 姓名 傅浩 一、課題名稱：基于AT89C51的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 二、主要技術(shù)指標(biāo)： 1、測(cè)溫范圍-50-110 2、精度誤差小于0.5 3、LED數(shù)碼直讀顯示 4、可通過人機(jī)接口任意設(shè)定溫度報(bào)警閥值 三、工作內(nèi)容和要求：

2、 （1）、要求數(shù)字溫度計(jì)能對(duì)環(huán)境的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 （2）、數(shù)字溫度計(jì)要能夠?qū)崟r(shí)顯示環(huán)境的溫度信息，使用戶及時(shí)了解到環(huán)境溫度情況。 （3）、數(shù)字溫度計(jì)能夠在程序跑飛的情況下自動(dòng)重啟，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行正確的測(cè)量。 四、主要參考： 1.李勛.劉源單片機(jī)實(shí)用教程M.北京航空航天大學(xué)出版社，2000 2.李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）M.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，1998 3.李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994 4.閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M.北京：高等教育出版社，1989 5.廖常初.現(xiàn)場(chǎng)總線概述J.電工技術(shù)，1999 6.王津.單片機(jī)原理與應(yīng)用M.

3、重慶大學(xué)出版社，2000 學(xué) 生（簽名） 年 月 日 指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日 系 主 任（簽名） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目基于AT89C51的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)一、 選題的背景和意義：隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研等各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù)，本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，它給人帶來的方便也是不可否定的。要為現(xiàn)代人生活提供更好、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。本文將要設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有性能穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等

4、優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冰箱、空調(diào)器、糧倉等日常生活中溫度的測(cè)量和控制中，為人們生活水平的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)。二、課題研究的主要內(nèi)容：1本文是以單片機(jī)AT89C51為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)。2通過DALLAS公司的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A/D轉(zhuǎn)換。3其輸出溫度采用數(shù)字顯示，用3位共陽極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)到以上要求。4此溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)可以用來測(cè)量環(huán)境溫度，還可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。三、主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述：1. 通過查閱書籍了解數(shù)字溫度計(jì)的基本概念等信息，結(jié)合以前所學(xué)的電子專業(yè)知識(shí)認(rèn)真研究課題。2. 借

5、助強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，借鑒前人的研究成果更好的幫助自己更好地理解所需掌握的內(nèi)容。3. 通過與老師與同學(xué)的討論研究，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題反復(fù)地檢查修改最終完成。四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：時(shí)間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容2010.05.042010.05.05查找資料，確定論文題目2010.05.062010.05.07根據(jù)選題方向查資料，確定基本框架和設(shè)計(jì)方法2010.05.082010.05.10完成開題報(bào)告2010.05.112010.05.31完成初稿并交指導(dǎo)老師審閱2010.06.012010.06.26根據(jù)指導(dǎo)老師意見修改論文2010.06.269根據(jù)模板將論文排版2010.06.302010.0

6、7.03仔細(xì)閱讀論文并作細(xì)節(jié)完善后上交五、指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日目錄摘要Abstract第1章 前言1第2章 數(shù)字溫度計(jì)總體設(shè)計(jì)方案22.1 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案22.2 總體設(shè)計(jì)框圖2第3章 數(shù)字溫度計(jì)的硬件設(shè)計(jì)33.1 主控制器AT89C5133.1.1 AT89C51的特點(diǎn)及特征33.1.2 管腳功能說明33.1.3 片內(nèi)振蕩器53.1.4 芯片擦除5 3.2 單片機(jī)的主板電路63.3 溫度采集部分的設(shè)計(jì)63.3.1 溫度傳感器DS18B2063.3.2 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路103.4 顯示部分設(shè)計(jì)103.4

7、.1 74LS164引腳功能及特征103.4.2 溫度顯示電路113.5 報(bào)警系統(tǒng)電路12第4章 數(shù)字溫度計(jì)的軟件設(shè)計(jì)134.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖134.2 數(shù)字溫度計(jì)部分程序清單15第5章 結(jié)束語20答謝辭參考文獻(xiàn) 摘 要隨著人們生活水平的不斷提高，單片機(jī)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(jì)就是一個(gè)典型的例子。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(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示。該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)AT89C51，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)溫度顯示。本溫度計(jì)屬于多功

8、能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警。此外本文還介紹了數(shù)字溫度計(jì)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)主要包括主控制器、單片機(jī)的主板電路、溫度采集部分電路、顯示電路以及報(bào)警系統(tǒng)電路。 軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)軟件的流程圖和數(shù)字溫度計(jì)的部分程序清單。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)，數(shù)字控制，測(cè)溫傳感器，多功能溫度計(jì) AbstractAs people's living standard rising, SCM is undoubtedly one of the objectives pursued by the people, the convenience it brings

9、 is equally negative, and one digital thermometer is a typical example.The design presented in the traditional thermometer digital thermometer and compared with a reading convenience, a wide range of temperature measurement, temperature measurement accuracy, the output of the temperature digital dis

10、play. The design of the controller using microcontroller AT89C51, temperature sensor uses DS18B20, with three common anode LED digital tube to serial transmission of data, to achieve temperature display. The thermometer is multi-functional thermometer, you can set the upper and lower alarm temperatu

11、re range when the temperature is not set, you can alarm. Besides, the paper also describes the digital thermometer in hardware design and software design, hardware design includes the main controller, microcontroller circuit board, the temperature acquisition part of the circuit, display circuit and

12、 the alarm system circuit. Software design, including system software flow chart and the digital thermometer in the part of the program list. Key words: AT89C51 microcontroller, digital control, temperature sensor, multi-function thermometer第1章 前言隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的

13、技術(shù)，本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計(jì)，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì)，可以設(shè)置上下報(bào)警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，可以報(bào)警?，F(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)。能夠獨(dú)立工作的溫度檢測(cè)和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差，所以傳統(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)。本文是以單片機(jī)AT89C51為核心，通過DALLAS公司的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20來實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A/D轉(zhuǎn)換，用來測(cè)量環(huán)境溫度，溫度分辨率為0.0625

14、，并能數(shù)碼顯示。因此本文設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬其電路簡(jiǎn)單，軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。數(shù)字式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)將給人們的生活帶來很大的方便，為人們生活水平的提高做出了貢獻(xiàn)。數(shù)字溫度計(jì)在以后將應(yīng)用于我們生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，數(shù)字式溫度計(jì)的眾多優(yōu)點(diǎn)告訴我們：數(shù)字溫度計(jì)將在我們的未來生活中應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，它將會(huì)是傳統(tǒng)溫度計(jì)的理想的替代產(chǎn)品。第2章 數(shù)字溫度計(jì)總體設(shè)計(jì)方案2.1 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案方案 一：采用熱敏電阻器件，利用其感溫效應(yīng)，再將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后在顯示電路上，將被測(cè)溫度顯

15、示出來。 方案 二：利用溫度傳感器，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。分析上述兩種方案可以看出方案一是使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上被測(cè)溫度顯示出來，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。方案二是利用溫度傳感器直接讀取被測(cè)溫度，讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，適用范圍寬而且電路簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。 綜合方案一和方案二的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇方案二。2.2 總體設(shè)計(jì)框圖溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總

16、體設(shè)計(jì)方框圖如圖2-1所示，控制器采用單片機(jī)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(shí)現(xiàn)溫度顯示。主 控 制 器LED顯示溫度傳感器單片機(jī)復(fù)位時(shí)鐘振蕩報(bào)警點(diǎn)按鍵調(diào)整圖2-1總體設(shè)計(jì)方框圖 第3章 數(shù)字溫度計(jì)硬件設(shè)計(jì)3.1 主控制器AT89C513.1.1 AT89C51的特點(diǎn)及特性：40個(gè)引腳，4K Bytes FLASH片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89

17、C51在空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性： 兼容MCS-51指令系統(tǒng) 4k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISP FLASH ROM 32個(gè)雙向I/O口 4.5-5.5V工作電壓2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘頻率0-33MHZ全雙工UART串行中斷口線 128X8 BIT內(nèi)部RAM2個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式 3級(jí)加密位看門狗（WDT）電路 軟件設(shè)置

18、空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 管腳功能說明：AT89C51管腳如圖3-1所示：圖3-1 AT89C51管腳圖（1）VCC：供電電壓。（2）GND：接地。（3）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。（4）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

19、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FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。（5）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(shì)，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口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編

20、程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。（6）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：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 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

21、口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。（7）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。（8）ALE/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

22、部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。（9）/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)。（10）/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則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）。（11）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。（12）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.3 片

23、內(nèi)振蕩器：該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，如圖3-2所示。圖3-2 片內(nèi)振蕩器3.1.4 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。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。單片機(jī)AT89C51具有低電壓供

24、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。單片機(jī)AT89C51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。3.2 單片機(jī)主板電路單片機(jī)AT89C51是數(shù)字溫度計(jì)的核心元件，單片機(jī)的主板電路如圖3-3所示，包括單片機(jī)芯片、報(bào)警系統(tǒng)電路、晶振電路、上拉電阻以及與單片機(jī)相連的其他電路。圖3-3 單片機(jī)的主板電路3.3 溫度采集部分的設(shè)計(jì)3.3.1 溫度傳感器DS18B20DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)

25、型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 TO92封裝的DS18B20的引腳排列見圖3-4，其引腳功能描述見表3-1。表3-1DS18B20詳細(xì)引腳功能描述序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄電源下，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(shí)，此引腳必須接地。圖3-4 DS18B20引腳排列DS18B20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；

26、無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5V；零待機(jī)功耗；溫度以9或12位數(shù)字；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20采用3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5所示。C64位ROM和單線接口高速緩存存儲(chǔ)器與控制邏輯溫度傳感器高溫觸發(fā)器TH低溫觸發(fā)器TL配置寄存器 8位CRC發(fā)生器VddI/O圖3-5 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)64位ROM的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢

27、驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。頭8個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第8和第8字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第8個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。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3-6所示。低8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

28、，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為8，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度 LSB溫度 MSBTH用戶字節(jié)1TL用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留CRC圖3-6DS18B20字節(jié)定義由表3-2可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)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(shí)間越長。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。表3-2 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（ms）00993.750110187.510113751112750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

29、來檢驗(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)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(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S0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S1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3-3是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。DS18B20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T>TH或T<TL，則將該器

30、件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，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。DS18B20的測(cè)溫原理是這這樣的，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(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，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(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

31、成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，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)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。表3-3 一部分溫度對(duì)

32、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 0000 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 000

33、0FC90H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，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。3.3.2 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，如圖3-7所示單片機(jī)端口接單線總線，為保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個(gè)MOSFET管來完成對(duì)總線的上拉。圖3-7 DS18B20與單片機(jī)的接口

34、電路當(dāng)DS18B20處于寫存儲(chǔ)器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)換操作時(shí)，總線上必須有強(qiáng)的上拉，上拉開啟時(shí)間最大為10us。采用寄生電源供電方式時(shí)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。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)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。3.4 顯示部分電路設(shè)計(jì)3.4.1 74LS164引腳功能及特性74LS164是一個(gè)串入并出的8位移位寄存器，他常用于單片機(jī)系統(tǒng)中，下面總結(jié)一下這個(gè)元件的基本知識(shí)如圖3-10為74LS164引腳圖， 圖3.11為74LS164內(nèi)部功能圖。圖3-10 74

35、LS164引腳圖3-11 74LS164內(nèi)部功能圖· 串行輸入帶鎖存 · 時(shí)鐘輸入,串行輸入帶緩沖 · 異步清除 · 最高時(shí)鐘頻率可高達(dá)36MHZ · 功耗：10mW/bit · 74系列工作溫度： 0°C 70°C · Vcc最高電壓：7V · 輸入最高電壓：7V · 高電平：-0.4mA. · 低電平：8mA.3.4.2 溫度顯示電路溫度顯示電路（如圖3-12）采用4位共陽LED數(shù)碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使

36、用口資源比較少，該顯示電路只使用單片機(jī)的3個(gè)端口：P1.7，P3.0，P3.1，并配以4片串入并出移位寄存器74LS164（LED驅(qū)動(dòng)）四只數(shù)碼管采用74LS164右移寄存器驅(qū)動(dòng)，顯示比較清晰。其工作過程如下：1.串行數(shù)據(jù)由P3.0發(fā)送，移位時(shí)鐘由P3.1送出。2.在移位時(shí)鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入74LS164中。3.四片74LS164串級(jí)擴(kuò)展為4個(gè)8位并行輸出口，分別連接到4個(gè)LED顯示器的段選端作靜態(tài)顯示。圖3-12 溫度顯示電路3.5 報(bào)警系統(tǒng)電路在圖3-13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)碼管將沒有被測(cè)溫度值顯示。圖中有三

37、個(gè)獨(dú)立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計(jì)的上下限報(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3-13 報(bào)警系統(tǒng)電路 第4章 數(shù)字溫度計(jì)的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖系統(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，顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等。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1S進(jìn)行

38、一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見圖4-1所示。初始化調(diào)用顯示子程序1S到？初次上電讀出溫度值溫度計(jì)算處理顯示數(shù)據(jù)刷新發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令NYNY圖4-1 主程序流程圖溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，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4-2所示。發(fā)DS18B20復(fù)位命令發(fā)跳過ROM命令發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令 結(jié)束圖 4-2溫度轉(zhuǎn)換流程圖計(jì)算溫度子程序?qū)AM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4-3示。 開始溫度零下?溫度值取補(bǔ)碼置“”標(biāo)

39、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4-3計(jì)算溫度流程圖顯示數(shù)據(jù)刷新子程序主要是對(duì)顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，當(dāng)最高顯示位為0時(shí)將符號(hào)顯示位移入下一位。程序流程圖如圖4-4。溫度數(shù)據(jù)移入顯示寄存器十位數(shù)0？百位數(shù)0？十位數(shù)顯示符號(hào)百位數(shù)不顯示百位數(shù)顯示數(shù)據(jù)（不顯示符號(hào)） 結(jié)束NNYY圖4-4顯示數(shù)據(jù)刷新流程圖4.2 數(shù)字溫度計(jì)部分程序清單(1)初始化程序S1OK EQU 5FHTEMPUTER EQU 39HTEMPH EQU 5EHTEMPLEQU 5DHMS50 EQU 5CHSIGN EQU 5BHS1 BIT P1.0S2 BIT P1.1S

40、3 BIT P1.2S4 BIT P1.3ORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP TOITORG 0030HMAIN: MOV SP, #60HMOV TMOD, #01HMOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B0HSETB ET0SETB TR0SETB EAMOV TEMPH, #30MOV TEMPL, #9MOV TEMPUTER, #15 MOV S1OK, #00HMOV 38H, #0BHMOV 37H, #0CHMOV 36H, #0BHACALL DISPACALL T1S(2)主程序START: JB S1, NET1ACALL T12MS

41、JB S1, NET1JNB S1, $INC SIGNMOV A, SIGNCJNE A, #1, TIAOACALL TIAOTLTIAO:CJNE A, #2, NET1MOV SIGN, #0ACALL TIAOTHNET1: MOV A, S1OKCJNE A, #1, STARTMOV A, TEMPUTERSUBB A, TEMPHJNB ACC.7, ALEMMOV A, TEMPUTERSUBB A, TEMPLJB ACC.7, ALEMSETB P2.1ACALL WENDUACALL DISPMOV S1OK, #00HAJMP STARTALEM: MOV 36H,

42、#0CHMOV 37H, #0CHMOV 38H, #0CHCLR P2.1ACALL DISPACALL T1SLCALL WENDULCALL DISPMOV S1OK, #00HSJMP START(3)溫度總子程序ACALL INIT_1820ACALL RE_CONFIGACALL GET_TEMPERACALL TEMPER_COVRET(4)DS18B20初始化程序INIT_1820:SETB P2.0NOPCLR P2.0MOV R0,#06BHMOV R1,#03HTSR1:DJNZ R0,TSR1 ; 延時(shí)MOV R0,#6BHDJNZ R1,TSR1SETB P2.0NO

43、PNOPNOPMOV R0,#25HTSR2:JNB P2.0,TSR3DJNZ R0,TSR2LJMP TSR4 ; 延時(shí)TSR3:SETB 20H.1 ; 置標(biāo)志位,表示DS1820存在LJMP TSR5TSR4:CLR 20H.1 ; 清標(biāo)志位,表示DS1820不存在LJMP TSR7TSR5:MOV R0,#06BHMOV R1,#03HTSR6:DJNZ R0,TSR6 ; 延時(shí)MOV R0,#6BHDJNZ R1,TSR6TSR7:SETB P2.0RET(5)讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER:SETB P2.0 ; 定時(shí)入口LCALL INIT_1820JB 20H.1,T

44、SS2RET ; 若DS18B20不存在則返回TSS2:MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#44H ; 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令LCALL WRITE_1820LCALL INIT_1820MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配LCALL WRITE_1820MOV A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令LCALL WRITE_1820LCALL READ_18200MOV 37H,A ; 將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存RET(6)寫DS18B20的程序WRITE_1820:MOV R2,#8CLR CWR1:CLR P2.0 NOPNOPNOPNOPRRC

45、AMOV P2.0,CMOV R3,#35DJNZ R3,$SETB P2.0NOPDJNZ R2,WR1SETB P2.0RET讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)READ_18200:MOV R4,#2 ; 將溫度高位和低位DS18B20中讀 RE00:MOV R2,#8RE01:CLR CSETB P2.0NOPNOPCLR P2.0NOPNOPNOPSETB P2.0NOPNOPMOV C,P2.0MOV R3,#35RE20:DJNZ R3,RE20RRC ADJNZ R2,RE01MOV R1,ADEC R1DJNZ R4,RE00RET將從DS18B2

46、0中讀出的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換TEMPER_COV:MOV A,#0F0HANL A,36H ; 舍去溫度低位中小數(shù)點(diǎn)SWAP AMOV 37H,AMOV A,36HNB ACC.3,TEMPER_COV1 ; 四舍五入去溫度值INC 37HTEMPER_COV1:MOV A,35HANL A,#07HSWAP AADD A,37HMOV 37H,A ; 保存變換后的溫度數(shù)據(jù)LCALL BIN_BCDRET將16進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成壓縮BCD碼; 38H中放百位，37十位，36個(gè)位BIN_BCD:MOV 39H,37HMOV A,37HMOV B,#100DIV ABMOV 38H,AMOV 37H,BXCH A,BMOV B,#10DIV ABMOV 37H,AMOV 36H,BRETDISP: SET