數(shù)字溫度計控制 畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　論文題目： 數(shù)字溫度計控制 </p><p>　　所屬系部： 自動化工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)： 電氣自動化技術(shù)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p>&l

2、t;p>　　題目： 數(shù)字顯示溫度計</p><p><b>　　任務(wù)與要求：</b></p><p>　　使用數(shù)碼管顯示實(shí)時溫度，可以手動調(diào)節(jié)校正溫度，使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和顯示控制。該數(shù)字溫度計的測量范圍為-55℃～128℃，顯示分辨率為12位，誤差≤±0.5℃ 利用溫度傳感器DS18B20測量某一點(diǎn)環(huán)境溫度。&

3、lt;/p><p>　　時間 2012 年 10 月 15 日 至 2012 年 12 月 15 日 共 8 周</p><p><b>　　數(shù)字顯示溫度計</b></p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　本文介紹一種基于AT89C51單片機(jī)的一種溫度

4、測量及控制電路,該電路采用DS18B20作為溫度監(jiān)測元件，測量范圍-55℃～+128℃，使用LED模塊顯示，可以手動調(diào)節(jié)校正溫度。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了集成溫度傳感器DS18B20的原理，AT89C51單片機(jī)功能和應(yīng)用等。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 溫度測量；AT89C51；DS18B20 </p><p>　　【Abstract】</p><

5、p>　　The introduction of a cost-based AT89C51 MCU a temperatur measurement circuits, the circuits used DS18B20 high-precision temperatur sensor, measuring scope -55℃～+128℃,can set the warning limitation, the use of sev

6、en segments LED that can be display the current temperature. The paper focuses on providing a software and hardware system components circuit, introduced the theory of DS18B20, the founctions and applications of AT89C51

7、.</p><p>　　Key words:Temperatur measurement；DS18B20；AT89C51</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p><b>　　1.1研究背景2</b><

8、/p><p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀3</b></p><p>　　2 總體設(shè)計方案4</p><p><b>　　2.1設(shè)計思路5</b></p><p>　　2.2總體設(shè)計框圖6</p><p>　　2.3所用主要元器件7</p><p>

9、;<b>　　3 硬件設(shè)計8</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)的選擇9</p><p>　　3.1.1 AT89C51單片機(jī)的主要特性10</p><p>　　3.1.2 引腳功能及管腳電壓3</p><p>　　3.2 溫度傳感器的選擇3</p><p>　　3.2.1 DS

10、18B20的主要特性3</p><p>　　3.2.2 DS18B20的實(shí)物圖3</p><p>　　3.2.3 DS18B20使用中注意事項3</p><p>　　4 電路及原理圖3</p><p>　　4.1溫度檢測電路3</p><p><b>　　4.2復(fù)位電路3</b><

11、;/p><p>　　4.3 時鐘電路3</p><p>　　4.4溫度控制電路3</p><p><b>　　4.5顯示電路3</b></p><p>　　4.6 主電路原理圖3</p><p>　　4.7數(shù)字顯示溫度計的工作原理3</p><p><b>

12、　　5 軟件設(shè)計3</b></p><p><b>　　5.1概述3</b></p><p>　　5.2 主程序模塊3</p><p><b>　　6 仿真3</b></p><p>　　6.1 Proteus介紹3</p><p>　　6.2 Prot

13、eus功能3</p><p><b>　　7調(diào)試3</b></p><p><b>　　結(jié)束語3</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　附錄 A3</b></p><p>&

14、lt;b>　　附錄 B3</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著現(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)，人們在生產(chǎn)過程中會越來越關(guān)注精密而實(shí)用的儀器，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。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、生活等提供更好更方便快

15、捷的設(shè)施就需要從單片機(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。</p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　目前溫度計的發(fā)展很快，從原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，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、測量范圍、控制范圍和用途等。傳感器應(yīng)用

16、極其廣泛，目前已經(jīng)研制出多種新型傳感器。</p><p>　　傳統(tǒng)的溫度檢測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)信號處理電路，而且可靠性相對較差，測溫準(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)也有一定的誤差。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，測溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)，主要用于對測溫比較準(zhǔn)確的場所或科研實(shí)驗室使用，可廣泛用于工業(yè)控溫系統(tǒng)、溫度計、消費(fèi)產(chǎn)品以及其它溫度測控系統(tǒng)。

17、目前，該產(chǎn)品已在溫控系統(tǒng)中得到了廣泛使用。</p><p>　　因此本設(shè)計就嘗試通過編程與芯片的結(jié)合來解決傳統(tǒng)數(shù)字溫度計的弊端，設(shè)計出新型數(shù)字溫度計。</p><p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀：溫度傳感器使用范圍廣，數(shù)量多，居各種傳感器之首，其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個階段： </p>

18、<p>　　(1) 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）——熱電偶傳感器,主要是能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換。</p><p>　　(2) 模擬集成溫度傳感器/控制器，集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。</p><p>　　(3) 智能溫度傳感器。它是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)（ATE_）的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部包含溫度

19、傳感器、A/D傳感器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計思路</b></p><p>　　本設(shè)計是一個基于單片機(jī)AT89C51的數(shù)字顯示溫度計和溫度傳感DS18B20的設(shè)計，用來測量環(huán)境溫度，測量范圍為-55～128℃，顯

20、示分辨率為12位，誤差≤±0.5℃.整個設(shè)計系統(tǒng)主要包括硬件電路的設(shè)計和系統(tǒng)軟件的設(shè)計。硬件電路主要包括主控制器，測溫電路和顯示電路等。主控制器采用單片機(jī)AT89C51， 溫度傳感器采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20來實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的采集和A/D轉(zhuǎn)換，同時因其輸出為數(shù)字形式，且為串行輸出，這就方便了單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，但同時也對編程提出了更高的要求。單片機(jī)把采集到的溫度進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后，顯示電路采用LE

21、D顯示器以動態(tài)掃描法直讀顯示。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，寫入溫度子程序等。</p><p><b>　　2.2總體設(shè)計框圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為微控制器，由復(fù)位電路，時鐘電路，控制電路，溫度檢測電路，溫度數(shù)字顯示五大模塊組成，復(fù)位電路與時鐘電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，溫度檢測電路主要檢測周圍環(huán)境的溫度，然后再由LED顯示器顯示出來

22、。通過控制電路來手動調(diào)節(jié)溫度的高低。如圖2.1所示。單片機(jī)用AT89C51、溫度傳感器用DS18B20，采用12MHZ晶振，電源采用5V。該電路經(jīng)過設(shè)計分析、繪圖、仿真調(diào)試、制板、焊接等工作后數(shù)字顯示溫度計成形。</p><p>　　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(jī)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

23、0—100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。DS18B20的最大特點(diǎn)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AT89C51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(jī)連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大。采用51單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)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(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。</p><p>　　圖2.1 總體

24、設(shè)計框圖</p><p>　　2.3所用主要元器件</p><p>　　單片機(jī)AT89C51一個，溫度傳感器DS18B20一個，12MHz晶振一個，LED顯示屏一個，電源一個，排阻一個，按鈕開關(guān)三個，電阻電容及導(dǎo)線若干等。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)的選擇<

25、/p><p>　　AT89C51作為溫度測試系統(tǒng)設(shè)計的核心器件。該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS一5l系列單片機(jī)中的基礎(chǔ)產(chǎn)品，采是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT8

26、9S51單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)小系統(tǒng)的電路圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 單片機(jī)小系統(tǒng)電路</p><p>　　3.1.1 AT89C51單片機(jī)的主要特性</p><p>　?。?）兼容MCS-51指令系統(tǒng)，4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；</p><p>　?。?）8k可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash

27、ROM；</p><p>　?。?）壽命為1000次寫/擦周期，數(shù)據(jù)保留時間可10年以上；</p><p>　?。?）全靜態(tài)工作模式：0Hz-33Hz；</p><p>　　（5）三級程序存儲器鎖定；</p><p>　　（6）128*8位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線；</p><p>　?。?）兩個16位定時器/計

28、數(shù)器，6個中斷源；</p><p>　?。?）全雙工串行UART通道，低功耗的閑置和掉電模式；</p><p>　?。?）低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；</p><p>　　(10）有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。</p><p>　　3.1.2 引腳功能及管腳電壓</p&g

29、t;<p>　　AT89C51為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的89C52相同。如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 AT89C51引腳圖</p><p><b>　?。?）P0口</b></p><p>　　P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為

30、輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。</p><p>　　在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。</p><p>

31、;<b>　?。?）P1口</b></p><p>　　P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉</p><p>　　到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。</p><

32、;p>　　與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見表3.1。</p><p>　　Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。</p><p>　　表3.1 P1.0和P1.1的第二功能</p><p><b>　?。?）P2口</b>

33、;</p><p>　　P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。</p><p>　　在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指

34、令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。</p><p>　　Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。</p><p><b>　?。?）P3口</b></p><p>　　P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動

35、（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。</p><p>　　P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能。</p><p>　　P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。</p><p><b>　

36、?。?）RST</b></p><p>　　復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　?。?）ALE/PROG</p><p>　　當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸

37、出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單</p><p>　　元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。</p>

38、<p><b>　?。?）PSEN</b></p><p>　　程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。</p><p><b>　?。?）EA/VPP</b><

39、;/p><p>　　外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。</p><p>　　如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。</p><p>　　Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然

40、這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。</p><p><b>　?。?）XTAL1</b></p><p>　　振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p><b>　?。?0）XTAL2</b></p><p>　　振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p

41、>　　3.2 溫度傳感器的選擇</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS公司推出的一種改進(jìn)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，并且具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣等特點(diǎn)，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。</p><p>　　3.2.1 DS18B20的主要特性</p><p>　　

42、（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；</p><p>　　（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；</p><p>　　（3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫；</p><p>　?。?

43、）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；</p><p>　?。?）溫范圍－55℃～＋128℃，在-10℃～+85℃時精度為±0.5℃；</p><p>　?。?）可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫；</p><p&g

44、t;　　（7）在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；</p><p>　?。?）測量結(jié)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(qiáng)的抗干擾糾錯能力；</p><p>　　（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><

45、;p>　　3.2.2 DS18B20的實(shí)物圖</p><p><b>　　如圖3.3所示</b></p><p>　　圖3.3 DS18B20實(shí)物圖</p><p>　　3.2.3 DS18B20使用中注意事項</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(diǎn)，但在實(shí)際

46、應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題： </p><p>　?。?）較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對DS18B20進(jìn)行讀寫編程時，必須嚴(yán)格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對 DS18B20操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　?。?）在DS18B20的有關(guān)資

47、料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個 DS18B20，在實(shí)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(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測溫系統(tǒng)設(shè)計時 要加以注意。 </p><p>　?。?）連接DS18B20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當(dāng)采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時

48、，正常通訊距離可達(dá)150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進(jìn)一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波</p><p>　　形產(chǎn)生畸變造成的。因此，在用DS18B20進(jìn)行長距離測溫系統(tǒng)設(shè)計時要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問題。 </p><p>　?。?）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DS1820的返回信號

49、，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(jìn)入死循環(huán)。這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予 一定的重視。 測溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一組接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。</p><p><b>　　4電路及原理圖</b></p><p><b>　　4.

50、1溫度檢測電路</b></p><p>　　DS18B20最大的特點(diǎn)是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20的數(shù)據(jù)I/O均由同一條線來完成。DS18B20的電源供電方式有2種：外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時，VDD和GND均接地,他在需要遠(yuǎn)程溫度探測和空間受限的場合特別有用，原理是當(dāng)1Wire總線的信號線DQ為高電平時，竊取信號能量給DS18B20供電，同時一部分能量給內(nèi)部電容充電，當(dāng)D

51、Q為低電平時釋放能量為DS18B20供電。但寄生電源方式需要強(qiáng)上拉電路，軟件控制變得復(fù)雜(特別是在完成溫度轉(zhuǎn)換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM時)，同時芯片的性能也有所降低。因此，在條件允許的場合，盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電。在這里采用前者方式供電。DS18B20與芯片連接電路如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 DS18B20和單片機(jī)的接口連接<

52、/p><p>　　外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在開發(fā)中使用外部電源供電方式，畢竟比寄生電源方式只多接一根VCC引線。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點(diǎn)，即使電源電壓VCC降到3V時，依然能夠保證溫度量精度。</p><p>　　由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線

53、，因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而AT89C51有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DS18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴(yán)格按照時序。</p><p><b>　　4.2復(fù)位電路</b></p><p>　　如圖4.2所示。上電復(fù)位用RC電路，電容用10uF，電

54、阻用10K。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。</p><

55、;p>　　單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其它功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST引腳加上持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，復(fù)位電路在接電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時間大于兩個機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。復(fù)位后PC值為0000H，

56、表明復(fù)位后程序從0000H開始執(zhí)行，從第一個單元取指令。例如，若時鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1us,則只需2us以上的高電平，在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE信號，即ALE=1.表明單片機(jī)復(fù)位期間不會有任何取指操作。</p><p><b>　　圖4.2 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　4.3

57、時鐘電路</b></p><p>　　單片機(jī)的晶振頻率低于40MHZ，所用我們采用12MHZ，加兩個30pF電容。如圖4.3所示。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘</p><p>　　信號控制下嚴(yán)格的按時序進(jìn)行工作。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器的兩端接入晶振，再有兩個電容分

58、別接到晶振的兩端，另一端接地，這兩個電容串聯(lián)的容量值應(yīng)該等于負(fù)載電容。</p><p>　　在單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2，在芯片的外部通過這兩個引腳跨接晶體震蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激震蕩器，一般的晶振的負(fù)載電容為20pF-45pF之間，考慮到元件引腳的等效輸入電容，本設(shè)計采用兩個30pF的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路。設(shè)計電路中所使用

59、的是12MHz的晶振，機(jī)器周期為1us，具體的時鐘電路如圖4.3所示。</p><p><b>　　圖4.3晶振電路</b></p><p><b>　　4.4溫度控制電路</b></p><p>　　通過三個按鈕開關(guān)，可以手動調(diào)節(jié)校正溫度，如圖4.4所示。</p><p><b>　　圖

60、4.4控制電路</b></p><p><b>　　4.5顯示電路</b></p><p>　　溫度的顯示可以采用LED數(shù)碼管來顯示，LED亮度高、醒目。如圖4.5所示。</p><p><b>　　圖4.5顯示電路</b></p><p>　　4.6 主電路原理圖</p>

61、<p>　　通過仿真主電路原理圖可以得到理想的效果，主電路原理圖如圖4.6所示</p><p>　　圖4.6 主電路原理圖</p><p>　　4.7數(shù)字顯示溫度計的工作原理</p><p>　　基于AT89C51的溫度測量系統(tǒng)電路圖把溫度轉(zhuǎn)化成帶符號的數(shù)字信號(以十六位補(bǔ)碼形式，占兩個字節(jié))，若采用帶屏蔽的雙絞電纜線，連線的長度可以達(dá)到150m，輸出

62、腳I／0直接與單片機(jī)的P3.4相連，R1為上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。AT89C51是整個系統(tǒng)的核心部分，內(nèi)含2 KB的FLASH ROM，用戶程序存放在這里。顯示器模塊由四位一體的共陽數(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，傳感器控制程序是按照DSl8B20的通信協(xié)議編制。系統(tǒng)的工作是在程序控制下，完成對傳感器的讀寫和對溫度的顯示。本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為微控制器，由復(fù)位電路，時鐘電路，控制電路，溫度檢測電路，溫度數(shù)

63、字顯示五大模塊組成，復(fù)位電路與時鐘電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，溫度檢測電路主要檢測周圍環(huán)境的溫度，然后再由LED顯示器顯示出來。通過控制電路來手動調(diào)節(jié)溫度的高低。將溫度傳感器置于被監(jiān)測溫度處，接通系統(tǒng)電源，系統(tǒng)開始運(yùn)行，本次設(shè)計制作的數(shù)字顯示溫度計簡單好用，隨著溫度的不斷上升，顯示溫度不斷變化升高，離開被監(jiān)測溫度處，顯示溫度不斷下降。</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計</b></p

64、><p><b>　　5.1概述</b></p><p>　　整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。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(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件是一個小的功

65、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(jìn)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)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。</p><p><b>　　5.2 主程序模塊</b></p><p>　　主程序需要調(diào)用2個子程序，各模塊程序功能如下：&

66、lt;/p><p>　?。?）數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部</p><p>　?。?）溫度測試及處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。</p><p>　　主程序流程見圖5.1，主程序見附錄B。</p><p>　　圖5.1主程序流程圖</p><p><b>　　6 仿

67、真</b></p><p>　　6.1 Proteus介紹</p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片

68、機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年

69、即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。</p><p>　　6.2 Proteus功能</p><p>　　Proteus軟件具有其它EDA工具軟件的功能。這些功能是： </p><p><b>　?。?）原理布圖；</b></p>&l

70、t;p>　?。?）PCB自動或人工布線；</p><p>　?。?）SPICE電路仿真。</p><p><b>　　革命性的特點(diǎn):</b></p><p>　　（1）互動的電路仿真</p><p>　　用戶甚至可以實(shí)時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

71、</p><p>　?。?）仿真處理器及其外圍電路</p><p>　　可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程，再配合顯示及輸出，能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。</p><p><b>　　7調(diào)試</b>

72、;</p><p>　　對于整個系統(tǒng)的調(diào)試是將溫度傳感器置于被監(jiān)測溫度處，接通系統(tǒng)電源，系統(tǒng)開始運(yùn)行，本次設(shè)計制作的數(shù)字顯示溫度計簡單好用，隨著溫度的不斷上升，顯示溫度不斷變化升高，離開被監(jiān)測溫度處，顯示溫度不斷下降。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　由于自己知識水平的局限和時間的倉促，設(shè)計中或還存在著一些不足，

73、我真誠的接受老師的批評和指正.。</p><p>　　經(jīng)過了*老師幾周的幫助和我的努力學(xué)習(xí)，終于完成了畢業(yè)論文。從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計，每一步對我來說無疑是巨大的嘗試和挑戰(zhàn)，我不斷地給自己提出新的問題，然后去論證、推翻，不懂就請教老師或同學(xué)，再接著提出新的問題，在這個往復(fù)的過程中，我這篇稚嫩的設(shè)計日趨完善。每一次改進(jìn)我都收獲良多，雖然我的設(shè)計作品不是很成熟，而且借鑒了前人的很多資料，但我仍然心里有一種莫大

74、的幸福感，因為我實(shí)實(shí)在在地走過了一個完整的設(shè)計所應(yīng)該走的每一個過程，并且享受了每一個過程，更重要的是這個設(shè)計中我加入了自己鮮活的思想。</p><p>　　在做這次畢業(yè)設(shè)計過程中使我學(xué)到了很多，加深了對單片機(jī)課程的理解，驗證了所學(xué)理論知識，提高了基本的解決實(shí)際問題的能力，并增加了對電子設(shè)計方面的興趣。更重要的是我體會到不論做什么事都要真真正正用心去做，才會使自己更好的成長，沒有學(xué)習(xí)就不可能有實(shí)踐的能力，實(shí)踐才是最

75、終的目的，沒有實(shí)踐就不會有自己的突破和創(chuàng)新，希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后的工作和生活中不斷成長與進(jìn)步。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]：高吉祥.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程——數(shù)字系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)設(shè)計。北京: 電子工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[2]：陳梓城等.實(shí)用電子電路設(shè)計與調(diào)試

76、.北京：中國電力出版社，2006.</p><p>　　[3]：黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計.北京北京航空航天大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[4]：高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)手冊－電子信息卷.高等教育出版社.</p><p>　　[5]: 李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)第三版.高等教育出版社，2001.</p><p>

77、;　　[6]:王曙霞單片機(jī)實(shí)驗與實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) 西安電子科技大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[7]:夏繼強(qiáng) 單片機(jī)實(shí)驗與實(shí)踐教程北京航空航天大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[8]:電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分高等教育出版社，1996.</p><p><b>　　附錄 A </b></p><p><b

78、>　　主電路原理圖</b></p><p><b>　　附錄 B</b></p><p>　　TEMPER_L DATA 36H</p><p>　　TEMPER_H DATA 35H</p><p>　　TEMPER_NUM DATA 60H</p><p>　　

79、FLAG BIT 00H</p><p>　　DQ BIT P1.0</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP START </p><p>　　ORG 0030H</p><p>　　START: MOV P2,#00H</p

80、><p>　　CALL GET_TEMPER</p><p>　　CALL TEMPER_COV</p><p>　　MOV R0,A</p><p>　　CALL DISP</p><p>　　CALL DELAY</p><p>　　AJMP START</p>&l

81、t;p>　　GET_TEMPER: SETB DQ</p><p>　　CALL CHECK</p><p>　　MOV A,#0CCH</p><p>　　CALL DSWRITE</p><p>　　MOV A,#44H</p><p>　　CALL DSWRITE</p>&l

82、t;p><b>　　NOP</b></p><p>　　CALL DELAY</p><p>　　CALL DELAY</p><p>　　CALL CHECK</p><p>　　MOV A,#0CCH</p><p>　　CALL DSWRITE</p><

83、p>　　MOV A,#0BEH</p><p>　　CALL DSWRITE</p><p>　　CALL DSREAD</p><p>　　MOV R0,#TEMPER_L </p><p>　　MOV @R0,A</p><p>　　CALL DSREAD</p><p&

84、gt;<b>　　DEC R0</b></p><p>　　MOV @R0,A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DSREAD: MOV R2,#8</p><p>　　READ1: CLR C</p><p>&l

85、t;b>　　SETB DQ</b></p><p><b>　　NOP </b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR DQ</b></p><p><b>　　NOP</b></p>

86、;<p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB DQ</b></p><p>　　MOV R3,#01</p><p><b>　　DJNZ R3,$</b></

87、p><p><b>　　MOV C,DQ</b></p><p>　　MOV R3,#23</p><p><b>　　DJNZ R3,$</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p>　　DJNZ R2,READ1</

88、p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DSWRITE: MOV R2,#8</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　WRITE1: CLR DQ</p><p>　　MOV R3,#6</p>&

89、lt;p><b>　　DJNZ R3,$</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV DQ,C</b></p><p>　　MOV R3,#23</p><p><b>　　DJNZ R3,$</b&g

90、t;</p><p><b>　　SETB DQ</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R2,WRITE1 </p><p><b>　　SETB DQ</b></p><p><b>　　RET&l

91、t;/b></p><p>　　TEMPER_COV: MOV A,#0F0H</p><p>　　ANL A,TEMPER_L </p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　MOV TEMPER_NUM,A</p><p>　　MOV A,TEMPER_L

92、</p><p>　　JNB ACC.3,TEMPER_COV1</p><p>　　INC TEMPER_NUM</p><p>　　TEMPER_COV1:MOV A,TEMPER_H</p><p>　　ANL A,#07H</p><p><b>　　SWAP A</b></

93、p><p>　　ORL A,TEMPER_NUM</p><p>　　MOV TEMPER_NUM,A</p><p>　　CALL BIN_BCD </p><p><b>　　RET</b></p><p>　　CHECK:CALL INIT_18B20</p><p>　

94、　JB FLAG,CHECK1</p><p>　　AJMP CHECK</p><p>　　CHECK1:CALL DELAY1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INIT_18B20:SETB DQ</p><p><b>　　NOP</b>

95、</p><p><b>　　CLR DQ</b></p><p>　　MOV R0,#0FBH</p><p>　　TSR1:DJNZ R0,TSR1</p><p><b>　　SETB DQ</b></p><p>　　MOV R0,#25H</p>&l

96、t;p>　　TSR2:JNB DQ,TSR3</p><p>　　DJNZ R0,TSR2</p><p>　　TSR3:SETB FLAG</p><p><b>　　SETB P2.0</b></p><p><b>　　AJMP TSR5</b></p><p>

97、　　TSR4:CLR FLAG</p><p><b>　　LJMP TSR5</b></p><p>　　TSR5:MOV R0,#06BH</p><p>　　TSR6:DJNZ R0,TSR6</p><p>　　TSR7:SETB DQ</p><p><b>　　RET<

98、/b></p><p>　　BIN_BCD: MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOV A,TEMPER_NUM</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV TEMPER_NUM,A</p><p><b>　　RET</b></p>

99、;<p>　　DISP: MOV A,R0</p><p>　　ANL A, #0FH</p><p><b>　　setb p1.0</b></p><p><b>　　clr p1.1</b></p><p>　　ACALL DSEND</p><p>&

100、lt;b>　　MOV A, R0</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ANL A,#0FH</p><p><b>　　setb p1.1</b></p><p><b>　　clr p1.0</b></p&g

101、t;<p>　　ACALL DSEND</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DSEND: MOV DPTR,#SGTB1</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P0,A</p><p><b>　　RE

102、T</b></p><p>　　DELAY: MOV R7, #00H </p><p>　　DELAY1: MOV R6, #00H </p><p>　　DJNZ R6, $ </p><p>　　D

103、JNZ R7, DELAY1</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DELAY2: MOV R7, #20H</p><p><b>　　DJNZ R7,$</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　

104、　SGTB1: DB 0c0H, 0f9H, 0a4H, 0b0H, 99H, 92H</p><p>　　DB 82H, 0f8H ,80H, 90H, 88H, 83H</p><p>　　DB 0c6H, 0a1H, 86H, 8eH, 0bfH, 0ffH</p><p>　　TAB:DB 00H,01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H&l

105、t;/p><p>　　DB 08H,09H,10H,11H,12H,13H,14H,15H</p><p>　　DB 16H,17H,18H,19H,20H,21H,22H,23H</p><p>　　DB 24H,25H,26H,27H,28H,29H,30H,31H</p><p>　　DB 32H,33H,34H,35H,36H,37H,3

106、8H,39H</p><p>　　DB 40H,41H,42H,43H,44H,45H,46H,47H</p><p>　　DB 48H,49H,50H,51H,52H,53H,54H,55H</p><p>　　DB 56H,57H,58H,59H,60H,61H,62H,63H</p><p>　　DB 64H,65H,66H,67H,6

107、8H,69H,70H,71H</p><p>　　DB 72H,73H,74H,75H,76H,77H,78H,79H</p><p>　　DB 80H,88H,82H,83H,84H,85H,86H,87H</p><p>　　DB 88H,89H,90H,91H,92H,93H,94H,95H</p><p>　　DB 96H,97H,9