課程設(shè)計--基于單片機的ds18b20數(shù)字溫度計設(shè)計

1、<p><b>　　要求完成的內(nèi)容：</b></p><p>　　1）單片機、溫度傳感器選型設(shè)計；</p><p>　　2) 單片機系統(tǒng)擴展設(shè)計； </p><p>　　3) 溫度采集電路設(shè)計；</p><p><b>　　4）顯示電路設(shè)計；</b></p><p>

2、;　　5）報警上下限調(diào)整電路與復(fù)位電路的設(shè)計；</p><p>　　6）電路原理圖(1-2張)；</p><p>　　7）設(shè)計計算說明書一份（20頁（9000字）以上） </p><p>　　設(shè)計時間:2013 </p><p>　　基于單片機的DS18B20數(shù)字溫度計設(shè)計</p><p><b>　　內(nèi)容摘

3、要：</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實現(xiàn)，能獨立工作的溫度檢測系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域。本文介紹了一個基于AT89C51單片機和數(shù)字溫度傳感器DS18B20的測溫系統(tǒng)，并用LM016L液晶顯示器顯示溫度值，易于讀數(shù)。系統(tǒng)電路簡單、操作簡便，能任意設(shè)定報警溫度并可查詢最近的10個溫度值，系統(tǒng)具有可靠性高、成本低、功耗小等優(yōu)點。</p>&

4、lt;p>　　關(guān)鍵詞：單片機 數(shù)字溫度傳感器 溫度計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><

5、;p>　　2.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證</p><p><b>　　2.1.1方案一</b></p><p><b>　　2.1.2方案二</b></p><p>　　第3章 系統(tǒng)主要器件的選型設(shè)計</p><p>　　3.1 主控制器AT89S51</p><p>　

6、　3.1.1 AT89s51的特點及特性</p><p>　　3.1.2 管腳功能說明</p><p>　　3.1.3 振蕩器特性</p><p>　　3.1.4 芯片擦除</p><p>　　3.2 溫度傳感器DS18B20</p><p>　　3.2.1 采用數(shù)字單片智能溫度傳感器</p><p

7、>　　3.3 液晶顯示器LM016L</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　4.1 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路</p><p>　　4.2 顯示部分電路設(shè)計</p><p>　　4.3 報警電路的實現(xiàn)</p><p>　　4.4 報警上下限調(diào)整電路實現(xiàn)</p>

8、;<p>　　4.5 復(fù)位電路的實現(xiàn)</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　第1章 緒論 </b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p&g

9、t;<p>　　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。</p><p>　　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，測溫范圍廣，測溫準確，其輸出溫度

10、采用數(shù)字顯示，該設(shè)計控制器使用單片機AT89S51，測溫傳感器使用DS18B20，用3位共陽極LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示,能準確達到以上要求。</p><p>　　隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(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控制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設(shè)置上下報警溫度，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時，可以報警。</p

11、><p>　　溫度控制廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中，人們使用溫度計來采集溫度，通過人工操作加熱、通風(fēng)和降溫設(shè)備來控制溫度，這樣不但控制精度低、實時性差，而且操作人員的勞動強度大。即使有些用戶采用半導(dǎo)體二極管作溫度傳感器，但由于其互換性差，效果也不理想。在某些行業(yè)中對溫度的要求較高，由于工作環(huán)境溫度不合理而引發(fā)的事故時有發(fā)生。對工業(yè)生產(chǎn)可靠進行造成影響，甚至操作人員的安全。為了避免這些缺點，需要在某些特定的環(huán)境里安裝數(shù)

12、字溫度測量及控制設(shè)備。本設(shè)計由于采用了新型單片機對溫度進行控制，以其測量精度高，操作簡單。可運行性強，價格低廉等優(yōu)點，特別適用于生活，醫(yī)療，工業(yè)生產(chǎn)等方面的溫度測量及控制。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，選擇DS18B20作為本系統(tǒng)的溫度傳感器，選擇單片機AT89S51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警等功能。選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，省卻了采樣／保持電路、運放、數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路以及

13、進行長距離傳輸時的串／并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。</p><p>　　該系統(tǒng)的總體設(shè)計思路如下：溫度傳感器DS18B20把所測得的溫度發(fā)送到AT89S51單片機上，經(jīng)過51單片機處理，將把溫度在顯示電路上顯示，本系統(tǒng)顯示器為點陣字符LCD，LM016L液晶模塊。本系統(tǒng)除了顯示溫度以外還可以設(shè)置上下限，對所測溫度進行監(jiān)控，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)定溫度時，開始報警并啟動相應(yīng)程序。

14、</p><p>　　中央微處理器 AT89S51： AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80S51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存儲單元，功能強大的微型

15、計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。</p><p>　　此外，AT89S51設(shè)計和配置

16、了振蕩頻率，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(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。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機綜合了微型處理器的基本功能。按照實際需要，同時也考慮到設(shè)計成本與整個系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價格較低、工作穩(wěn)定的AT89S51單片機作為整個系統(tǒng)的控制器。

17、</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計</p><p>　　2.1數(shù)字溫度計設(shè)計方案論證</p><p><b>　　2.1.1方案一</b></p><p>　　由于本設(shè)計是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處

18、理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。</p><p>　　2.1.2 方案二 </p><p>　　進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設(shè)計中，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溫度值，進行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。</p><p

19、>　　采用數(shù)字溫度芯片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(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0—100 攝氏度時，最大線形偏差小于1 攝氏度。DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器AT89S51構(gòu)成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比

20、較簡單,體積也不大。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(shù)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)，另外AT89S51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。</p><p>　　該系統(tǒng)利用AT89S51芯片控制溫度傳感器DS18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速

21、測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設(shè)定上下限報警溫度。</p><p>　　該系統(tǒng)擴展性非常強，它可以在設(shè)計中加入時鐘芯片DS1302以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間，并可以利用AT24C16芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點的溫度數(shù)據(jù)進行存儲，利用鍵盤來進行調(diào)時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過MAX232芯片與計算機的RS232接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。</p><p&

22、gt;　　從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。</p><p>　　(2)方案二的總體設(shè)計框圖</p><p>　　溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖2-1所示，控制器采用單片機AT89S51，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。</p><p>　　圖2-1　總體設(shè)計方框圖

23、</p><p>　　第3章 系統(tǒng)主要器件的選型設(shè)計</p><p>　　3.1 主控制器AT89S51</p><p>　　3.1.1 AT89S51的特點及特性：</p><p>　　由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，在單片機家族的眾多成員中，MCS-51系列單片機以其優(yōu)

24、越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。</p><p>　　單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩個分支。通用計算機系統(tǒng)主要用于海量高速數(shù)值運算，不必兼顧控制功能，其數(shù)據(jù)總線的寬度不斷更新，從8位、16位迅速過渡到32位、64位，并且不斷提高運算速度和完善通用操作系統(tǒng)，以突出其高速海量數(shù)值運算的能力

25、，在數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、人工智能、圖像處理、多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信中得到了廣泛應(yīng)用；單片機作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，由于其微小的體積和極低的成本，廣泛應(yīng)用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。因此，單片機的出現(xiàn)大大促進了現(xiàn)代計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，成為近代計算機技術(shù)發(fā)展史上一個重要里程碑。</p><p>　　由于MCS系列單片機集成了幾乎完善的中央

26、處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，這給我們利用單片機提供了極大的便利。單片機把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，運行速度更快，可靠性更高，抗干擾能力更強。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達到最優(yōu)化，工作也相對穩(wěn)定。51的優(yōu)點是價錢便宜,I/O口多,程序空間大。因此，測控系統(tǒng)中，使用51單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制

27、系統(tǒng)最佳器件。單片機的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和語言也大大簡化。單片機的典型代表是Intel公司在20世紀80年代初研制出來的MCS51系列單片機。MCS51單片機很快在我國得到廣泛的推廣應(yīng)用，成為電子系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段，并在工業(yè)控制、交通運輸、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用成果。</p><p>　　以MCS-51技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機已成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以

28、此為基核，推出許多與MCS51有極好兼容性的CHMOS單片機，同時增加了一些新的功能,所以用AT89S51。</p><p>　　AT89S51引腳圖如圖3-1所示，共有40個引腳，4k bytes flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（wd電路，片

29、內(nèi)時鐘振蕩器。</p><p>　　圖3-1 AT89S51引腳圖    此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數(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

30、的需求。</p><p><b>　　主要功能特性：</b></p><p>　　· 兼容mcs-51指令系統(tǒng) · 4k可反復(fù)擦寫(>1000次）isp flash rom  · 32個雙向i/o口 · 4.5-5.5v工作電壓  

31、83; 2個16位可編程定時/計數(shù)器 · 時鐘頻率0-33mhz  · 全雙工uart串行中斷口線 · 128x8bit內(nèi)部ram  · 2個外部中斷源 · 低功耗空閑和省電模式  · 中斷喚醒省電模式 · 3級加密位  &

32、#183; 看門狗（wdt）電路 · 軟件設(shè)置空閑和省電功能  · 靈活的isp字節(jié)和分頁編程 · 雙數(shù)據(jù)寄存器指針</p><p>　　3.1.2管腳功能說明</p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND

33、：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向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，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上

34、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，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，P2口的管腳被外部拉低，將

35、輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”

36、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。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如所述：</p><p>　　P3口管腳 備選功能</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）&l

37、t;/p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入） </p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入） </p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><

38、;p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 </p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，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，ALE端

39、以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， 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。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由

40、外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。   </p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12

41、V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.1.3．振蕩器特性</p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用

42、外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3.1.4．芯片擦除</p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，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”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編

43、程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　此外，AT89S51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，定時器，計數(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，直到下一個硬件復(fù)位為止。單片機AT89S51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

44、適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。</p><p>　　單片機AT89S51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)可用二節(jié)電池供電。</p><p>　　3.2 溫度傳感器DS18B20</p><p>　　3.2.1 采用數(shù)字單片智能溫度傳感器</p><

45、p>　　智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。目前，已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU). 智能溫度傳感器的總線

46、技術(shù)也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1-WIRE)總線、I2C總線、SMBUS總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。典型產(chǎn)品有DS18B20,智能溫度控制器適配各種微控制器,構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨工作,自行構(gòu)成一個溫控儀。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器,具有3引腳TO－92小體積封裝形式

47、;溫度測量范圍為－55℃～＋125℃,可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度,測溫分辨率可達0.0625℃,被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字</p><p>　　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。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的“DS1820”體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。使您可以充

48、分發(fā)揮“一線總線”的長處。 DS18B20、 DS1822 “一線總線”數(shù)字化溫度傳感器 。</p><p>　　由于DS18B20將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、接口全部集成于一芯片，與單片機連接簡單、方便，與AD590相比是更新一代的溫度傳感器，所以溫度傳感器采用DS18B20。</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫

49、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)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 </p><p>　　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見下圖（底視圖），其引腳功能描述見表3-1。</p><p>　　圖3-2 DS18B20底視圖</p><p>　　表3-1　DS18B20詳細引腳功能描述</p>

50、;<p>　　DS18B20的性能特點如下：</p><p>　　●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；</p><p>　　●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；</p><p><b>　　●無須外部器件；</b></p><p>　　●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~

51、5.5Ｖ；</p><p><b>　　●零待機功耗；</b></p><p>　　●溫度以9或12位數(shù)字；</p><p>　　●用戶可定義報警設(shè)置；</p><p>　　●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；</p><p>　　●負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不

52、會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； </p><p>　　DS18B20采用3腳PR－35封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　64位ROM的結(jié)構(gòu)開始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

53、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。</p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存RAM和一個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)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖3-4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。D

54、S18B20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)各位的定義如圖3-4所示。低5位一直為1，ＴＭ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0，用戶要去改動，R1和Ｒ0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。</p><p>　　圖3-4 　DS18B20字節(jié)定義</p><p>　　由表3-2可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時

55、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。</p><p>　　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，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。</p><p>　　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16位帶符號擴展的二進制補碼形式

56、存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(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。</p><p>　　當(dāng)符號位Ｓ＝0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3-3是一部分溫度值對應(yīng)的二進制溫度數(shù)據(jù)。</p><p>　　表3-2

57、DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時間表</p><p>　　DS18B20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)內(nèi)容作比較。若Ｔ＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行報警搜索。</p><p>　　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CR

58、C值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。</p><p>　　DS18B20的測溫原理是這這樣的,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送給減法計數(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

59、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－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溫度寄存器被預(yù)置在 －55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。</p><p>　　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預(yù)置值減到0，溫度寄存器的值將加1減法計數(shù)器1預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器1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)

60、直到減法計數(shù)器計數(shù)到0，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(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致被測溫度值。</p><p>　　表3-3　一部分溫度對應(yīng)值表</p><p>　　另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，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

61、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)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p><p>　　DS18B20使用中的注意事項</p><p>　　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(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：</p><p>　　1. DS18B20 從測溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定

62、的轉(zhuǎn)換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。</p><p>　　2. 在實際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)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。</p><p>　　3. 較小的硬件開銷需要相對復(fù)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

63、結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。</p><p>　　4. 在DS18B20的有關(guān)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(yīng)用中并非如此，當(dāng)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(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。</p><

64、;p>　　5. 在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)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(dāng)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(shè)計時也要給予一定的重視。</p><p>　　3.3 液晶顯示器LM016L </p><p><b>　　

65、液晶模塊簡介</b></p><p>　　LM016L的結(jié)構(gòu)及功能</p><p>　　LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數(shù)RAM（DD

66、RAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8

67、位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系，可以查看參考文獻（30）中的表4.CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入A</p><p>　　圖3-5 LM016L引腳圖</p><p><b>　　引腳說明</b><

68、;/p><p>　　1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線</p><p>　　VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中：</p><p><b>　　寄存器選擇控制表</b></p><p>　　第4章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計</p

69、><p>　　4.1 DS18B20溫度傳感器與單片機的接口電路</p><p>　　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4-4 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(nèi)提供足夠的電流，可用一個MOSFET管來完成對總線的上拉。</p><

70、;p>　　圖4-1 單片機與DS18B20的接口電路</p><p>　　當(dāng)DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D轉(zhuǎn)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。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完

71、整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。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數(shù)據(jù)，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,其復(fù)位時序如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 DS18B20的復(fù)位時序</p><p>　　1. DS18B

72、20的讀時序</p><p>　　對于DS18B20的讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程。</p><p>　　對于DS18B20的讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在15秒之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成。其時序圖如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 DS18B20的

73、讀時序圖</p><p>　　2. DS18B20的寫時序</p><p>　　對于DS18B20的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程。對于DS18B20寫0時序和寫1時序的要求不同，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60us，保證DS18B20能夠在15us到45us之間能夠正確地采樣IO總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線。其時序圖如

74、圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 DS18B20的寫時序圖</p><p><b>　　4.2顯示電路設(shè)計</b></p><p><b>　　4.2.1顯示電路</b></p><p><b>　　圖4-5 顯示電路</b></p><p>

75、;　　4.3報警電路的實現(xiàn)</p><p>　　圖4-6 中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時LED數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示</p><p>　　可以使用一個PNP型的晶體管，如8550，構(gòu)成一個驅(qū)動器不發(fā)音的時候，應(yīng)該保持引腳的輸出為高電平；如果難以保證，則應(yīng)該在電阻支路中，再串聯(lián)一個10uF的電容器，起到隔直的作用.</p><p&g

76、t;　　4.4報警上,下限調(diào)整電路實現(xiàn)</p><p>　　圖4-6中有四個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設(shè)置,圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時LED數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示，這時可以調(diào)整報警上下限，從而測出被測的溫度值。</p><p>　　4.5 復(fù)位電路的實現(xiàn)</p><p>　　圖4-6 中的按健復(fù)位電路是上電復(fù)

77、位加手動復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時，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。</p><p>　　圖4-6系統(tǒng)總電路原理圖</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計是利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器件，采用價格低廉性能穩(wěn)定的MCS-51系列的單片機作為主控芯片，用四位一體共陰極的

78、數(shù)碼管作為顯示器件，蜂鳴器及LED作為報警電路器件構(gòu)成了整個系統(tǒng)整體。</p><p>　　本設(shè)計的優(yōu)點是價格低廉，性能穩(wěn)定，如果把單片機換成貼片的封裝器件利于大規(guī)模的工業(yè)商業(yè)生產(chǎn)。在畢業(yè)設(shè)計過程中，鞏固了在大學(xué)4年內(nèi)學(xué)過的知識，尤其是單片機和模擬電子方面的知識，同時通過這次畢業(yè)設(shè)計提高了單片機編程的能力，尤其是獲得的軟件調(diào)試經(jīng)驗，同時加強了我的實際編程能力，同時也讓自己更加的知道了自己知識領(lǐng)域里的不足和缺陷。&

79、lt;/p><p>　　該智能溫度控制器只是DS18B20在溫度控制領(lǐng)域的一個簡單實例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測得的溫度通過單片機與通訊模塊相連接，以手機短消息的方式發(fā)送給用戶，使用戶能夠隨時對溫度進行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉儲等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場合，像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶可靈活選擇本設(shè)計的用途，有很強的實用價值。</p>

80、<p>　　由于時間太倉促，經(jīng)驗不足，理論方面也相應(yīng)的存在不足，加上條件有限，仍存在著一些設(shè)計方面的問題，個人技能也有待提高，理論知識還要鞏固加強。</p><p><b>　　致謝 </b></p><p>　　在論文定稿之際，我謹向我的指導(dǎo)老師致以最誠摯的謝意！正是在曾實現(xiàn)老師的悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下，我在研究中才有所收獲。他嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、一絲不茍的

81、學(xué)風(fēng)、敏捷而富于邏輯的思維、深厚的理論修養(yǎng)和高尚的情操都給我留下了深刻的印象。在本文的選題、構(gòu)思、寫作和修改直至最終定稿的過程中，更是浸透了導(dǎo)師大量的心血，感激之情難以言表。而且，在和老師的交流過程中，還學(xué)到了許多做人、處事的道理，使我終身受益。</p><p>　　同時，我也要誠摯地向培養(yǎng)我的各位領(lǐng)導(dǎo)以及實驗室的各位老師表示感謝！在此，我表示衷心感謝。四年的學(xué)習(xí)生活，他們無形中給了我很大的幫助，使我順利完成學(xué)業(yè)

82、。掌握了一技之長。</p><p>　　在此我謹向我的導(dǎo)師以及在畢業(yè)設(shè)計過程中給予我很大幫助的老師、同學(xué)們致以最誠摯的謝意。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　1 李群芳,肖看.單片機原理、接口及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社</p><p>　　2 戢衛(wèi)平等.單片機系統(tǒng)開發(fā)實例經(jīng)典.冶金工業(yè)出版