單片機溫控畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透, 單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。而智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計是為了滿足市場對成本低，性能穩(wěn)定，可遠程監(jiān)測，控制現(xiàn)場溫度的需求而做的課題，具有較為廣闊的市場前景。</p><p>　　此硬件系統(tǒng)主要介紹基于AT89C51單片機和DS18B

2、20數(shù)字溫度傳感器的溫度測量系統(tǒng)。利用AT89C51單片機采集溫度點的溫度，實現(xiàn)溫度顯示和報警等功能。該系統(tǒng)主要包含了溫度檢測電路，報警電路，電源電路，顯示電路。其中，溫度檢測電路采用DS18B20,它具有直接輸出數(shù)字量的特點。報警電路則由蜂鳴器、發(fā)光二級管、限流電阻和三極管組成。電源電路主要由LM7805構(gòu)成。顯示電路則采用體積小、功耗低的1602液晶顯示器?；贏T89C51單片機的單總線溫度測控系統(tǒng)具有硬件組成簡單、讀數(shù)方便、精度

3、高、測溫范圍廣等特點，在實際工程中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度傳感器 AT89C51單片機 溫度測量</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years,with the penetration of computer in the social sector,M

4、CU application is continuously going deerper and deeper, and promote the traditional control test development day and night. Intelligent temperature control system is designed to meet the market for low cost,stable perfo

5、rmance,remote monitoring and control the temperature，and it has a broad market prospect.</p><p>　　This system of hardware mainly introduces a measuring system based on AT89C51 single-chip microcomputer and d

6、igital temperature sensor DS18B20 temperature. AT89C51 single-chip microcomputer is used for collection of the temperature of temperature points,temperature display, alarm functions. The system mainly includes temperatu

7、re detection circuit, alarm circuit, the power supply circuit, show circuit. While, the temperature detection circuit choose DS18B20, it has the characteristics of the dig</p><p>　　Key words: digital tempera

8、ture sensor AT89C51 microcontroller temperature measure</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　緒論1&

9、lt;/b></p><p>　　1 方案設(shè)計與論證3</p><p>　　1.1 方案設(shè)計3</p><p>　　1.2 方案論證3</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計4</b></p><p>　　2.1 AT89C51單片機4</p><p

10、>　　2.1.1 中央處理器AT89C51簡介4</p><p>　　2.1.2 特性概述4</p><p>　　2.1.3 AT89C51管腳說明5</p><p>　　2.2 溫度檢測電路7</p><p>　　2.2.1 DS18B20技術(shù)性能描述7</p><p>　　2.2.2 D

11、S18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.2.3 DS18B20的工作原理9</p><p>　　2.2.4 DS18B20的信號方式10</p><p>　　2.3 報警電路13</p><p>　　2.3.1 報警系統(tǒng)蜂鳴器的特性13</p><p>　　2.3.2 報警系統(tǒng)工作原理1

12、4</p><p>　　2.4 電源電路15</p><p>　　2.4.1 電路功能與特點15</p><p>　　2.4.2 電路工作原理15</p><p>　　2.5 顯示電路16</p><p>　　2.5.1 液晶主要技術(shù)參數(shù)16</p><p>　　2.5.2

13、 1602型液晶引腳16</p><p>　　2.5.3 基本操作時序17</p><p>　　2.5.4 寫/讀操作時序17</p><p><b>　　3 硬件調(diào)試19</b></p><p>　　3.1 測試環(huán)境及工具19</p><p>　　3.2 溫度檢測部分測試19

14、</p><p>　　3.3 硬件調(diào)試方法19</p><p><b>　　結(jié)論21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p>　　附錄 硬件電路圖24</p

15、><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　二十一世紀是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術(shù)、微型單片機技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對各種參數(shù)進行溫度測量。因此溫度一詞在生產(chǎn)生活之中出現(xiàn)的頻率日益增多，與之相對應(yīng)的，溫度控制和測量也成為了生活生產(chǎn)中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。如在日趨發(fā)達的工業(yè)之中，利

16、用測量與控制溫度來保證生產(chǎn)的正常運行。在農(nóng)業(yè)中，用于保證蔬菜大棚的恒溫保產(chǎn)等。</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富

17、來滿足生產(chǎn)生活中的需要[1]。</p><p>　　在單片機溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度，控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。因此，單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負著重要的測量任務(wù)。在日常生活中，也可廣泛實用于地?zé)?、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫

18、度是一個模擬量，如果采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復(fù)雜，成本較高。</p><p>　　自動控制儀器儀表總的發(fā)展趨勢是高性能、數(shù)字化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計是為了滿足市場對成本低、性能穩(wěn)定、可遠程監(jiān)測、控制現(xiàn)場溫度的需求而做的課題，具有較為廣闊的市場前景[2]。</p><p>　　近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透, 工業(yè)控制是計

19、算機的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，計算機控制系統(tǒng)正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù)，它主要研究如何將計算機技術(shù)通過信息技術(shù)和自動控制理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設(shè)計出所需要的計算機控制系統(tǒng)。隨著微機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對溫度的控制水平。單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新[3]。</p><p&g

20、t;　　本課題名稱為基于單片機的溫度控制報警系統(tǒng)，主要進行基于AT89C51單片機和DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機采集溫度點的溫度，實現(xiàn)溫度顯示、報警等功能。它以AT89C51單片機為主控制芯片,采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20實現(xiàn)溫度的檢測,測量精度可以達到0.5℃。該系統(tǒng)采用1602顯示模塊，形象直觀的顯示測出的溫度值?；贏T89C51單片機的單總線溫度測控系統(tǒng)具有硬件組成簡單、讀

21、數(shù)方便、精度高、測溫范圍廣等特點，在實際工程中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1 方案設(shè)計與論證</p><p><b>　　1.1 方案設(shè)計</b></p><p>　　該硬件設(shè)計方案主要由DS18B20傳感器，AT89C51單片機，1602液晶顯示電路，報警電路組成。AT89C51單片機是整個系統(tǒng)控制核心。DS18B20的主要作用是

22、對環(huán)境溫度測量，然后與預(yù)先設(shè)定好的溫度上下限值就行比較，超過則報警。顯示電路采用的是1602液晶模塊。報警電路則主要由二極管，電阻和蜂鳴器組成。</p><p>　　圖1-1 溫度測量系統(tǒng)方案框</p><p><b>　　1.2 方案論證</b></p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合。主要根據(jù)應(yīng)

23、用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。按照DS18B20的通信協(xié)議，由主機向DS18B20發(fā)送命令，讀取DS18B20轉(zhuǎn)換的溫度，從而實現(xiàn)對環(huán)境的溫度的測量，當(dāng)溫度超過一定的值時，報警器開始報警。基于直接輸出數(shù)字量，精度高，電路簡單的各方面優(yōu)點來考慮，溫度傳感器DS18

24、B20是最佳選擇，除此之外DS18B20的讀寫時序，根據(jù)DS18B20的協(xié)議讀取轉(zhuǎn)換的溫度[4]。</p><p>　　Protel軟件是此次硬件設(shè)計要用到的軟件，由于對此軟件有所掌握，而且在課余時間，通過書刊、雜志、網(wǎng)絡(luò)對DS18B20、字符型液晶顯示有所了解，此外曾經(jīng)在網(wǎng)上看到過此類程序程序設(shè)計，更重要的是已經(jīng)使用過開發(fā)工具KEIL用C語言對系統(tǒng)進行了程序設(shè)計，用單片機開發(fā)板對系統(tǒng)進行了測試，可以達到預(yù)期的目

25、的。由此得知，不管從經(jīng)濟上還是技術(shù)上，該方案是具有可行性。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　2.1 AT89C51單片機 </p><p>　　此次溫度控制報警系統(tǒng)設(shè)計的核心部件就是AT89C51。該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機中的基礎(chǔ)產(chǎn)品，采用了可靠的CMOS工藝制造技術(shù)，具有高性

26、能的8位單片機，屬于標準的MCS-51的CMOS產(chǎn)品。不僅結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，而且繼承和擴展了MCS-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存

27、儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案[5]。</p><p>　　2.1.1 中央

28、處理器AT89C51簡介</p><p>　　(1) 與MCS-51 兼容 </p><p>　　(2) 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器 </p><p>　　(3) 壽命：1000寫/擦循環(huán) </p><p>　　(4) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 </p><p>　　(5) 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz </p

29、><p>　　(6) 三級程序存儲器鎖定 </p><p>　　(7) 128×8位內(nèi)部RAM, 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p>　　(8) 32可編程I/O線, 可編程串行通道 </p><p>　　(9) 兩個16位定時器/計數(shù)器 </p><p>　　(10) 5個中斷源, 低功耗的閑置和掉電模式

30、</p><p>　　2.1.2 特性概述</p><p>　　AT89C51 提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)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，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。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)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/

31、計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作[6]。</p><p>　　2.1.3 AT89C51管腳說明</p><p>　　圖2-1 AT89C51單片機最小系統(tǒng)圖</p><p>　　VCC：供電電壓。 </p>&l

32、t;p><b>　　GND：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)P0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)/地址的低八位。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外部必須接上拉電阻。 </p>&l

33、t;p>　　P1口：P1口是一個內(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口作為低八位地址接收。 </p><p>　　表2-1 AT89C51單片機P3口的第二功能</p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部

34、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

35、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”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還有第二功能，具體功能如表2-1所示[7]。 </p><p>　　2.2 溫度檢測電路</p>&l

36、t;p>　　P2端口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O，其輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對該端口寫“1”，可通過內(nèi)部上拉電阻將其端口拉至高電平，此時可作為輸入口使用，這是因為內(nèi)部存在上拉電阻，某一引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。其中P2.7是單片機的高位地址線，DS18B20數(shù)字溫度傳感器的單總線(1-Wire)與單片機的P2.7連接。</p><p>　　2.2.1 DS

37、18B20技術(shù)性能描述</p><p>　　(1) 采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其他I/O口線與微機接口，無須經(jīng)過其他變換電路，直接輸出被測量值（9位二進制數(shù)，含符號位）。</p><p>　　(2) 測溫范圍為-55℃到+125℃之間，測量分辨率為0.0625℃。實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。</p><p>　　(3) 內(nèi)含64位

38、經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM。數(shù)字溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。</p><p>　　(4) 適配各種單片機或系統(tǒng)機。</p><p>　　(5) 用戶可分別設(shè)定各路溫度的上下限。</p><p>　　(6) 內(nèi)含寄生電源。</p><p>　　表2-2 DS18B20各引腳功能描述</p><p>　　

39、DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線是十分方便的，其封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如不銹鋼封裝式，管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。</p&g

40、t;<p>　　DS18B20數(shù)字溫度傳感器只有三個引腳，包括GND，DQ，VDD，各引腳的具體功能如2-2所示[8]。</p><p>　　2.2.2 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。其中暫存器的主要作用是存儲溫度傳感器的數(shù)字輸出，它包含兩字節(jié)（0和1字節(jié)）的溫度寄存器。暫存器還提供一字節(jié)的上線警報觸發(fā)（TH）和下線警

41、報觸發(fā)（TL）寄存器（2和3字節(jié)），和一字節(jié)的配置寄存器（4字節(jié)），使用者可以通過配置寄存器來設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換的精度。暫存器的5、6和7字節(jié)器件內(nèi)部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（CRC）。使用寄生電源時，DS18B20不需額外的供電電源；當(dāng)總線為高電平時，功率由單總線上的上拉電阻通過DQ引腳提供；高電平總線信號同時也向內(nèi)部電容CPP充電，CPP在總線低電平時為器件供電。</p><p>　　圖2-2 DS18B2

42、0的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　主要數(shù)據(jù)部件有四個：</p><p>　　(1) 光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位(28H)是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不

43、相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。</p><p>　　(2) DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。</p><p>　　各溫度對應(yīng)的數(shù)字輸出如表2-3所示。</p><p>　　表2-3 DS18B20溫度數(shù)據(jù)表<

44、;/p><p>　　(3) DS18B20的配置寄存器</p><p>　　表2-4 配置寄存器</p><p>　　低五位一直都是"1"，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。</p><p>　　(4) DS18B20的存儲器 </p&

45、gt;<p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。</p><p>　　2.2.3 DS18B20的工作原理</p><p>　　訪問DS18B20必須嚴格遵守這一命令序列，如果丟失任何一步或序列混亂，DS18B20都不會響應(yīng)主機。</p>&

46、lt;p>　　DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。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)計數(shù)器1的

47、預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，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)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2-3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。DS18B20的功能命令如表2-5所示。</p><p>　　圖2-3 DS18B20工作原理</p>

48、<p>　　2.2.4 DS18B20的信號方式</p><p>　　DS18B20采用嚴格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1。除了應(yīng)答脈沖所有這些信號都由主機發(fā)出同步信號?？偩€上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)和命令都是以字節(jié)的低位在前。</p><p>　　(1) 初始化時序：復(fù)位脈沖和應(yīng)答脈沖。

49、 </p><p>　　在初始化過程中，主機通過拉低單總線至少480µs，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖(TX)。然后</p><p>　　主機釋放總線并進入接收(RX)模式。當(dāng)總線被釋放后，4.7kΩ的上拉電阻將單總線拉高。DS18B20檢測到這個上升沿后，延時15µs~60&#

50、181;s，通過拉低總線60µs~240µs產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。初始化脈沖如圖2-4所示。</p><p><b>　　(2) 讀和寫時序</b></p><p>　　在寫時序期間，主機向DS18B20寫入指令；而在讀時序期間，主機讀入來自DS18B20的指令。在每一個時序，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。DS18B20讀/寫時序如圖2-5和圖2-6所示。<

51、/p><p>　　表2-5 DS18B20的功能命令表</p><p>　　存在兩種寫時序：寫“ 1”和寫“0” 。主機在寫1時序向DS18B20寫入邏輯1，而在寫0時序向DS18B20寫入邏輯0。所有寫時序至少需要60µs，且在兩次寫時序之間至少需要1µs的恢復(fù)時間。兩種寫時序均以主機拉低總線開始。</p><p>　　圖2-4 初始化脈沖<

52、/p><p>　　產(chǎn)生寫1時序：主機拉低總線后，必須在15µs內(nèi)釋放總線，然后由上拉電阻將總線拉至高電平。產(chǎn)生寫0時序：主機拉低總線后，必須在整個時序期間保持低電平（至少60µs）。</p><p>　　圖2-5 DS18B20讀時序</p><p>　　在寫時序開始后的15µs~60µs期間，DS18B20采樣總線的狀態(tài)。如果總

53、線為高電平，則邏輯1被寫入DS18B20；如果總線為低電平，則邏輯0被寫入DS18B20。</p><p>　　DS18B20只能在主機發(fā)出讀時序時才能向主機傳送數(shù)據(jù)。所以主機在發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時序，以便DS18B20能夠傳送數(shù)據(jù)。所有讀時序至少60µs，且在兩次獨立的讀時序之間至少需要1µs的恢復(fù)時間。</p><p>　　每次讀時序由主機發(fā)起，拉低總

54、線至少1µs。在主機發(fā)起讀時序之后，DS18B20開始在總線上傳送1或0。若DS18B20發(fā)送1，則保持總線為高電平；若發(fā)送0，則拉低總線。當(dāng)傳送0時，DS18B20在該時序結(jié)束時釋放總線，再由上拉電阻將總線拉回空閑高電平狀態(tài)。DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)在讀時序下降沿起始后的15µs內(nèi)有效，因此主機必須在讀時序開始后的15µs內(nèi)釋放總線，并且采樣總線狀態(tài)。</p><p>　　圖2-6

55、 DS18B20寫時序圖</p><p>　　DS18B20在使用時，一般都采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只需將DS18B20信號線與單片機1位I/O線相連，且單片機的1位I/O線可掛接多個DS18B20，就可實現(xiàn)單點或多點溫度檢測[9]。</p><p>　　圖2-7 溫度傳感器與單片機的連接圖</p><p><b>　　2.3 報警電路</b&g

56、t;</p><p>　　2.3.1 報警系統(tǒng)蜂鳴器的特性</p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中作發(fā)聲報警。蜂鳴器有兩類：一類是壓電式，一類是電磁式。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后(1.5~15V直流工作電壓)，多諧振蕩器起振,輸出1.5～2.5kHz的音頻信

57、號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。</p><p>　　本設(shè)計使用是電磁式蜂鳴器電磁式。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。電磁式蜂鳴器有兩種類型：有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。有源蜂鳴器內(nèi)部帶振蕩源，無源蜂鳴器

58、內(nèi)部不帶振蕩源。有源蜂鳴器工作的理想信號是直流電，無源蜂鳴器工作的理想信號是方波。無源蜂鳴器接直流電是不會工作的。有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標簽上都有注明)就可連續(xù)發(fā)聲；而無源蜂鳴器則和電磁揚聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發(fā)聲[10]。</p><p>　　2.3.2 報警系統(tǒng)工作原理</p><p>　　蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動

59、膜發(fā)聲的，需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機I/O引腳輸出的電流較小，輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。單片機實驗板通過一個三極管C8550來放大驅(qū)動蜂鳴器[11]。</p><p>　　如圖2-8所示，蜂鳴器的正極接到VCC（＋5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級B經(jīng)過限流電阻R9后由單片機的P3.0引腳控制，當(dāng)P3.0輸出高電平時，三極管截止，沒有電

60、流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P3.0輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，結(jié)合電路可以通過程序控制P3.0腳的電平來使它發(fā)出聲音和關(guān)閉。程序中改變單片機P3.0引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，產(chǎn)生各種不同音色、音調(diào)的聲音[12]。</p><p>　　另外，改變P3.0輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，都可以通過編程實驗來驗證。</p>

61、<p>　　系統(tǒng)中的報警電路是由三極管，蜂鳴器，發(fā)光二極管和限流電阻組成，并與單片機的P1.0~P1.3端口連接。P1端口的作用和接法與P2端口相同，不同的是在Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2-8 報警電路工作原理圖</p><p><b>　　2.4 電源電路</b></p><p&g

62、t;　　2.4.1 電路功能與特點</p><p>　　該電路輸入家用220v交流電，經(jīng)過全橋整流，穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的5v直流電。方便實用，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流為1A，電路能帶動一定的負載。</p><p>　　2.4.2 電路工作原理</p><p>　　在電容C1兩端大約會有11V多一點的電壓，假如從電容兩端直接接一個負載，當(dāng)負載變化或交流電源有少許波動

63、都會使C1兩端的電壓發(fā)生較大幅度的變化，因此要得到一個比較穩(wěn)定的電壓，在這里接一個三端穩(wěn)壓器的元件。三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內(nèi)部由一些三極管和電阻等構(gòu)成，在分析電路時可簡單的認為這是一個能自動調(diào)節(jié)電阻的元件，當(dāng)負載電流大時三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻自動變小，而當(dāng)負載電流變小時三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻又會自動變大，這樣就能保持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變。因為我們要輸出5V的電壓，所以選用7805，7805前面的字母可能會因生產(chǎn)廠家不同而不同。L

64、M7805最大可以輸出1A的電流，內(nèi)部有限流式短路保護，短時間內(nèi)，例如幾秒鐘的時間，輸出端對地（2腳）短路并不會使7805燒壞，當(dāng)然如果時間很長就不好說了，這跟散熱條件有很大的關(guān)系。三端穩(wěn)壓器后面接一個105的電容，這個電容有濾波和阻尼作用。最后在C2兩端接一個輸出電源插針，可用于與其它用電器連接，比如MP3等。雖然7805最大電流是一安培，但實際使用一般不要超過500mA，否則會發(fā)熱很大，容易燒壞。一般負載電有200mA以上時需要散熱

65、片[13]。</p><p>　　圖2-9 電源電路工作原理圖</p><p><b>　　2.5 顯示電路</b></p><p>　　采用微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中的1602液晶顯示器做為輸出顯示。1602液晶顯示器的特點：可以顯示兩行，一行有16個字符，但是不能顯示漢字。此外，內(nèi)置128個

66、字符的ASCⅡ字符庫集，沒有串行接口，只有并行接口。</p><p>　　2.5.1 液晶主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　顯示容量為16×2個字符，芯片工作電壓是4.5~5.5V，工作電流為2.0mA(5.0V)，模塊工作電壓為5.0Vf，字符尺寸為2.95×4.35(W×H)mm。</p><p>　　2.5.2 1602型液晶

67、引腳 </p><p>　　第1腳：VSS為電源地。</p><p>　　第2腳：VDD接5V電源正極。 </p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（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(diào)整對比度）。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選

68、擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平(0)時選擇指令寄存器。 </p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。 </p><p>　　圖2-10 顯示電路連接圖</p><p>　　第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 </p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 </

69、p><p>　　第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極[14]。</p><p>　　2.5.3 基本操作時序</p><p>　　表2-6 基本操作時序表</p><p>　　2.5.4 寫/讀操作時序</p><p>　　寫/讀操作時序如圖2-11和2-12所示。</p>&l

70、t;p>　　如圖，第一條豎線畫面在了RS和R/W上，也就是說首先應(yīng)該從這里開始,即先將RS設(shè)為高或低(高表示數(shù)據(jù)讀或?qū)?低表示指令讀或?qū)?，而R/W的高低代表是讀還是寫。</p><p>　　圖2-11 1602液晶寫操作時序圖</p><p>　　圖2-12 1602液晶讀操作時序圖</p><p>　　接著就是先把使能信號E置低，然后可以延時一小會兒,然后

71、數(shù)據(jù)線上送數(shù)據(jù)，從上圖的寫操作時序圖上可以看出，數(shù)據(jù)線上送完數(shù)據(jù)后需要延時tsp2（稱之為數(shù)據(jù)建立時間）的時間后才能把E拉高，注意Tsp2的最小時間要求是40ns，最大時間沒有要求；接下來一步就是把E置高電平，并且至少保持Tpw（E脈沖寬度）的時間（150ns，也是很小的）；延時完成后再把E置為低電平就可以把數(shù)據(jù)寫入1602了。最后不需要延時就行[15]。</p><p><b>　　3 硬件調(diào)試&l

72、t;/b></p><p>　　3.1 測試環(huán)境及工具</p><p>　　測試溫度：20.0~45.0℃(模擬多點不同溫度值環(huán)境)。</p><p>　　測試儀器：溫度計(0~100℃)。</p><p><b>　　測試方法：目測。</b></p><p>　　3.2 溫度檢測部分測

73、試</p><p>　　當(dāng)環(huán)境溫度低于25攝氏度是，蜂鳴器開始以慢“滴”聲報警，并且伴隨著P1.0口發(fā)光二極管閃爍（模擬開啟制熱設(shè)備），當(dāng)環(huán)境溫度繼續(xù)降低到22攝氏度時，蜂鳴器伴隨P1.0和P1.1口發(fā)光二極管一起閃爍（模擬加大制熱功率）。當(dāng)環(huán)境溫度高于35攝氏度是，蜂鳴器開始以慢“滴”聲報警，并且伴隨著P1.2口發(fā)光二極管閃爍（模擬開啟制熱設(shè)備），當(dāng)環(huán)境溫度繼續(xù)升高到37攝氏度時，蜂鳴器伴隨P1.2和P1.3口

74、發(fā)光二極管一起閃爍（模擬加大制熱功率）。</p><p>　　3.3 硬件調(diào)試方法</p><p><b>　　(1) 邏輯錯誤</b></p><p>　　它是由設(shè)計錯誤或加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括錯線、開路、短路、相位錯等。排除的方法是首先將加工的印制板認真對照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短

75、路和極性錯誤，并重點檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）是否存在相互之間短路或與其它信號線路短路。必要時利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。</p><p><b>　　(2) 元器件失效</b></p><p>　　有兩方面的原因：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是組裝錯誤造成元件失效，如電解電容、二極管的極性錯誤、集成電路安裝方向錯誤等。

76、</p><p><b>　　(3) 可靠性差</b></p><p>　　引起可靠性差的原因很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞，經(jīng)不起振動；內(nèi)部和外部干擾、電源紋波系數(shù)大、器件負荷過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；走線和布局不合理也會引起系統(tǒng)可靠性差。</p><p><b>　　(4) 電源故障</b><

77、/p><p>　　若樣機有電源故障，則加電后很容易造成器件損壞。電源故障包括電壓值不符合設(shè)計要求，電源引線和插座不對，功率不足，負載能力差等。在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V～4.8V之間屬正常。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p>&

78、lt;p>　　經(jīng)過長達三個多月的設(shè)計，終于完成了基于單片機的溫度控制的硬件設(shè)計。此次設(shè)計分別詳細地介紹了對溫度的顯示、控制及報警的過程及原理，實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制的功能?？刂撇糠痔岢隽擞肈S18B20、AT89C51單片機及LCD的硬件電路完成對溫度的實時檢測及顯示，利用DS18B20與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現(xiàn)對溫度的實時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。 </p><p&

79、gt;　　本課題完成了以下工作：</p><p>　　(1) 查閱大量資料，了解相關(guān)元器件，選取最合適的器件。

80、

81、 </p><p>　　(2) 學(xué)習(xí)protel軟件，繪制原理圖，模擬仿真。</p><p>　　(3) 在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，查找類似設(shè)計，寫設(shè)計大綱。</p><p>　

82、　(4) 完成畢業(yè)設(shè)計論文。</p><p>　　該硬件系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：精度高，適用范圍廣，功耗低，抗干攏能力強。當(dāng)然，該系統(tǒng)還是存在一些缺點，比如靈敏度不是特別理想。本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，相信在不久的將來單片機的應(yīng)用會更加廣泛化，而且必然會以最低的成本，最小的體積實現(xiàn)最強大的功能。</p><p><b>　　致 謝</b>&

83、lt;/p><p>　　近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，課題的順利完成，我想跟各位老師的耐心指導(dǎo)和嚴格督促，還有我的搭檔xx和大學(xué)同學(xué)的幫助，以及父母對我學(xué)業(yè)上的支持是分不開的，在這里我想他們深情的說一聲謝謝！</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計期間，我得到了我的指導(dǎo)老師們在學(xué)業(yè)上，為人處事上的指導(dǎo)，以及在生活上的關(guān)懷。恩師們在教學(xué)、科研上兢兢業(yè)業(yè)的作風(fēng)、腳踏實地的治學(xué)態(tài)度，將使我在今后的學(xué)習(xí)、工作中

84、受益匪淺。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計接近尾聲意味著大學(xué)生活也要結(jié)束了，但我們的學(xué)習(xí)沒有結(jié)束，在本次設(shè)計中，我們所學(xué)過的理論知識接受了實踐的檢驗，增強我的綜合運用所學(xué)知識的能力及動手能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。本文以AT89C51系列單片機為核心，用AT89C51單片機作為控制器件，溫度信號通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，將采集的數(shù)據(jù)送往單片機與設(shè)定值進行比較，從而判斷做出相應(yīng)的

85、報警處理。通過三個月的設(shè)計，我也有很深的感觸：當(dāng)今社會在飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度更是迅猛無比，尤其是單片機技術(shù)在未來社會發(fā)展中一定會起著十分重要的作用，而通過本次設(shè)計無論是從硬件實現(xiàn)還是到整個程序的完成，無不是對我個人專業(yè)能力的一次提高和體現(xiàn)。而本次設(shè)計主要是完成硬件電路板設(shè)計。硬件設(shè)計包括繪制電路原理圖，生成圖后制作電路板、插件焊件、再做硬件測試。通過這些都使我對采用單片機設(shè)計方法有了更深的理解和掌握，同時也讓我把所學(xué)的知識廣泛的

86、應(yīng)用到了實踐中，充分的做到了理論與實踐相結(jié)合。無論從專業(yè)知識、動手能力，還是毅志品質(zhì)，都使我受益非淺。當(dāng)然，這與老師和同學(xué)的熱心幫助也是分不開的。大學(xué)生活雖然結(jié)束了，但我們的學(xué)</p><p>　　在此，還要再次感謝學(xué)院的全體老師以及所有關(guān)心、支持我的朋友和親人。</p><p>　　最后，再次感謝我的父母，感謝他們對我的培育，正是有了他們的理解，支持和幫助，才使我順利地進入大學(xué)并完成了大

87、學(xué)學(xué)業(yè)。謝謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Charles.MCS-51 Family of Single Chip Mirocomputers User’s Manual. Publishing house of electronics industry,1990:3-9. </p><p>　

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