基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中文摘要</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文摘要</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p><b>　　1.1 背 景1</b></p><p&g

2、t;　　1.2 設(shè)計(jì)的目的和意義1</p><p>　　2 設(shè)計(jì)要求與方案論證2</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)要求2</p><p>　　2.2 方案論證2</p><p>　　2.3 總體設(shè)計(jì)方案3</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)4</b></p><

3、;p>　　3.1 主要元件介紹4</p><p>　　3.1.1 主控制器4</p><p>　　3.1.2 溫度傳感器DS18B207</p><p>　　3.2 顯示電路14</p><p>　　3.3 DS18B20與單片機(jī)的接口電路16</p><p>　　3.4 復(fù)位電路19</p&

4、gt;<p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)20</b></p><p><b>　　5 調(diào)試21</b></p><p>　　5.1 軟件調(diào)試21</p><p>　　5.2 系統(tǒng)調(diào)試21</p><p>　　5.3 數(shù)據(jù)檢測(cè)21</p><p><

5、b>　　總結(jié)23</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1 背 景</b></p&

6、gt;<p>　　單片機(jī)，更確切的應(yīng)稱作微控制器，是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種面向控制的大規(guī)模集成電路模塊，其特點(diǎn)是功能強(qiáng)大、體積小、可靠性高、價(jià)格低廉。它一面世便在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、機(jī)電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，極大地提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度。因此，單片機(jī)的開發(fā)、應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。</p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高，

7、單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它給人帶來的方便也是無可置疑的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子。隨著人們對(duì)它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作和生活提供更好、更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字單片機(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>　　溫度測(cè)量在物理實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域，尤其在熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中（如：物體的比熱容、汽化熱、熱功當(dāng)量、壓強(qiáng)溫度系數(shù)等教學(xué)實(shí)驗(yàn)）。目前溫度計(jì)的發(fā)展很快，從原始

8、的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到了現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等?，F(xiàn)在所使用的溫度計(jì)通常都是精度為1℃和0.1℃的水銀、煤油或酒精溫度計(jì)，這些溫度計(jì)的刻度間隔通常都很密，不容易準(zhǔn)確分辨，讀數(shù)困難，而且他們的熱容量比較大，達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間較長，因此很難讀準(zhǔn)，且使用非常不方便。本文介紹的數(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)確等優(yōu)點(diǎn)，其輸出溫度采用數(shù)字顯示。</p><p&g

9、t;　　1.2 設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，熟悉單片機(jī)STC89C51和傳感器DS18B20的應(yīng)用，及單片機(jī)與外圍電路的接法，加深對(duì)單片機(jī)以及傳感器的認(rèn)識(shí)，了解單片機(jī)在日常生活中的應(yīng)用及其重要性。同時(shí)，通過查找資料，設(shè)計(jì)電路，使本次設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、精確度高、反應(yīng)速度快、數(shù)字化顯示和不易損壞等特點(diǎn)。在這次設(shè)計(jì)中，熟悉了制作一個(gè)產(chǎn)品的總體流程，能熟練使用一些必要的設(shè)

10、計(jì)工具和仿真工具等。通過選認(rèn)元件，連線，調(diào)試檢測(cè)等過程，鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際操作能力，從而綜合性地鞏固所學(xué)的知識(shí)，為將來的工作做準(zhǔn)備。</p><p>　　2 設(shè)計(jì)要求與方案論證</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì)，該數(shù)字溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相

11、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，主要用于要求測(cè)溫比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所或科研實(shí)驗(yàn)室使用，該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)STC89C51，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用4位共陽極LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示,其主要功能有：</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)測(cè)溫范圍：-55~125℃；</p><p>　　可以實(shí)現(xiàn)四位溫度顯示，溫度值精確到小數(shù)點(diǎn)后一位；</p>&l

12、t;p>　　測(cè)溫誤差在正負(fù)0.5℃以內(nèi)；</p><p>　　顯示刷新速度為1s/次。</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件，利用其感溫效應(yīng)，將被測(cè)溫度變化的電壓

13、或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(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。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫原件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，在轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比

14、較多的外部硬件支持。其缺點(diǎn)如下：</p><p><b>　　硬件電路復(fù)雜</b></p><p><b>　　軟件調(diào)試復(fù)雜</b></p><p><b>　　制作成本高</b></p><p><b>　　方案三：</b></p><

15、;p>　　采用智能溫度傳感器DS18B20作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為-55~125℃，最高分辨率可達(dá)0.0625℃。</p><p>　　DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。</p><p>　　從以上三種方案，很容易看出，采用方案三，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，本文采用了

16、方案三。</p><p>　　2.3 總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成：主控制器、測(cè)溫電路、顯示電路。數(shù)字溫度計(jì)總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 數(shù)字溫度計(jì)總體電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p>

17、<p>　　溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-1所示，控制器使用單片機(jī)STC89C51，溫度傳感器使用DS18B20，用4位共陽LED數(shù)碼管以動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)溫度顯示。用9012實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　圖3-1 電路原理圖</p><p>　　3.1 主要元件介紹</p><p>　　3.1.1 主控制器</p><p>　

18、　本次設(shè)計(jì)采用的是單片機(jī)STC89C51。</p><p>　　圖3-2 STC89C51管腳圖</p><p>　　芯片共有40個(gè)引腳，引腳的排列順序?yàn)閺目啃酒娜笨?，如圖3-2所示。左邊那列逆時(shí)針數(shù)起，依次為1，2，3，4......40，其中芯片的1腳頂上有一個(gè)凹點(diǎn)。在單片機(jī)的40個(gè)引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及4組8位可編程I/O引腳32根。<

19、/p><p>　　STC89C51單片機(jī)有4組8為可編程I/O口，分別為P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。每一根引腳都可以編程，比如用來控制電機(jī)、交通燈等，開發(fā)產(chǎn)品時(shí)就是利用這些可編程引腳來實(shí)現(xiàn)我們想要的功能。</p><p>　　P0口：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0-P0.7；</p><p>　　P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為

20、P1.0-P1.7；</p><p>　　P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0-P2.7；</p><p>　　P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0-P3.7。</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)主要利用了單片機(jī)的P1口和P3口，所以對(duì)這兩個(gè)I/O口做詳細(xì)的介紹。</p><p>　　圖3-3 P1口結(jié)構(gòu)圖</p>

21、<p>　　圖3-3為P1口其中一位的電路圖，P1口為8位準(zhǔn)雙向口，每一位均可單獨(dú)定義為輸入或輸出口，當(dāng)作為輸入口時(shí)，1寫入鎖存器，Q(非)=0，T2截止，內(nèi)上拉電阻將電位拉至"1"，此時(shí)該口輸出為1，當(dāng)0寫入鎖存器，Q(非)=1,T2導(dǎo)通，輸出則為0。</p><p>　　作為輸入口時(shí)，鎖存器置1，Q(非)=0，T2截止，此時(shí)該位既可以把外部電路拉成低電平，也可由內(nèi)部上拉電阻拉成

22、高電平，正因?yàn)檫@個(gè)原因，所以P1口常稱為準(zhǔn)雙向口。需要說明的是，作為輸入口使用時(shí)，有兩種情況，其一是：首先是讀鎖存器的內(nèi)容，進(jìn)行處理后再寫到鎖存器中，這種操作即讀—修改—寫操作，象JBC(邏輯判斷)、CPL(取反)、INC(遞增)、DEC(遞減)、ANL(與邏輯)和ORL(邏輯或)指令均屬于這類操作。其二是：讀P1口線狀態(tài)時(shí)，打開三態(tài)門G2,將外部狀態(tài)讀入CPU。</p><p>　　P3口的電路如圖3-4所示，

23、P3口為準(zhǔn)雙向口，為適應(yīng)引腳的第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯，在真正的應(yīng)用電路中，第二功能顯得更為重要。由于第二功能信號(hào)有輸入輸出兩種情況，我們分別加以說明。</p><p>　　P3口的輸入輸出及P3口鎖存器、中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和特殊功能寄存器有關(guān)，P3口的第一功能和P1口一樣可作為輸入輸出端口，同樣具有字節(jié)操作和位操作兩種方式，在位操作模式下，每一位均可定義為輸入或輸出。</p>

24、<p>　　我們著重討論P(yáng)3口的第二功能，P3口的第二功能各管腳定義如下：</p><p>　　P3.0    串行輸入口(RXD)；</p><p>　　P3.1    串行輸出口(TXD)；</p><p>　　P3.2    外中

25、斷0(INT0)；</p><p>　　P3.3    外中斷1(INT1)；</p><p>　　P3.4    定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入口(T0)；</p><p>　　P3.5    定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入口(T1)；</p>

26、<p>　　P3.6    外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通(WR)；</p><p>　　P3.7    外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通(RD)。</p><p>　　對(duì)于第二功能為輸出引腳，當(dāng)作I/O口使用時(shí)，第二功能信號(hào)線應(yīng)保持高電平，與非門開通，以維持從鎖存器到輸出口數(shù)據(jù)輸出通路暢通無阻。而當(dāng)作第二功能口線使用時(shí)

27、，該位的鎖存器置高電平，使與非門對(duì)第二功能信號(hào)的輸出是暢通的，從而實(shí)現(xiàn)第二功能信號(hào)的輸出。對(duì)于第二功能為輸入的信號(hào)引腳，在口線上的輸入通路增設(shè)了一個(gè)緩沖器，輸入的第二功能信號(hào)即從這個(gè)緩沖器的輸出端取得。而作為I/O口線輸入端時(shí)，取自三態(tài)緩沖器的輸出端。這樣，不管是作為輸入口使用還是第二功能信號(hào)輸入，輸出電路中的鎖存器輸出和第二功能輸出信號(hào)線均應(yīng)置“1”。</p><p>　　圖3-4 P3口結(jié)構(gòu)圖</p&g

28、t;<p>　　3.1.2 溫度傳感器DS18B20</p><p>　　1．DS18B20的主要特性</p><p>　　適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍為3~5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；</p><p>　　獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)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>

29、<p>　　DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；</p><p>　　DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感器元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；</p><p>　　測(cè)溫范圍-55~125℃，在-10~85℃時(shí)精確度為正負(fù)0.5℃；</p><p>　　可編程的分辨率為9~1

30、2位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；</p><p>　　在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字；</p><p>　　測(cè)溫結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；</p><

31、p>　　用戶可定義報(bào)警設(shè)置；</p><p>　　負(fù)壓特性:電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　2．DS18B20外形和引腳</p><p>　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如圖3-5所示。</p&

32、gt;<p>　　圖3-5 DS18B20的外形圖</p><p>　　DS18B20引腳定義：</p><p>　?。?）DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；</p><p>　?。?）GND為接地端；</p><p>　?。?）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。</p><p>　　3．

33、DS18B20的結(jié)構(gòu)</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3-6所示。</p><p>　　圖3-6 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(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檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信

34、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。</p><p>　　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9字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)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(shí)被刷新。第5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

35、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3-8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(cè)試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，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。</p><p>　　圖3-7 RAM的9字節(jié)定義</p><p>　　圖3-8 DS18B20字節(jié)定義</p><

36、;p>　　表3-1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表</p><p>　　由表3-1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。</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(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。</

37、p><p>　　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0.0625℃／LSB形式表示。</p><p><b>　　低字節(jié)</b></p><p><b>　　高字

38、節(jié) </b></p><p>　　圖3-9 溫度數(shù)據(jù)值格式</p><p>　　圖3-9中，S表示符號(hào)位。當(dāng)S=0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)S=1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3-2是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。</p><p>　　表3-2　一部分溫度對(duì)應(yīng)值表</p&

39、gt;<p>　　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。</p><p>　　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

40、較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。</p><p>　　4．DS18B20的測(cè)溫原理</p><p>　　DS18B20的測(cè)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(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

41、器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(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。</p><p>　　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

42、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。</p><p>　　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

43、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)。 </p><p>　　5．DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　DS18B20有兩種供電方式：</p><p>　?。?）寄生電源供電方式</p><p>　　在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號(hào)線上汲取能量，在信號(hào)線DQ處于高電平期間把能量?jī)?chǔ)存在內(nèi)部

44、電容里，在信號(hào)線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電,如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 寄生電源供電電路圖</p><p>　　（2）外部電源供電方式</p><p>　　在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VCC引腳接入，此時(shí)I/O線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度，同時(shí)在總

45、線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器，組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。</p><p>　　注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是85℃。</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(jiǎn)單。</p><p>　　本次數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)采用的就是外部電源供

46、電方式，其連接方式如圖3-11所示。 </p><p>　　圖3-11 DS18B20與單片機(jī)的連接圖</p><p><b>　　3.2 顯示電路</b></p><p>　　顯示電路采用共陽數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管分為共陽型和共陰型，共陽極型就是發(fā)光管的正極都連在一起 ，作為一條引線，負(fù)極分開。八段數(shù)碼發(fā)光管就是8個(gè)發(fā)光二極管組成的，在空間排列

47、成為8字型帶個(gè)小數(shù)點(diǎn)，只要將電壓加在陽極和陰極之間相應(yīng)的筆畫就會(huì)發(fā)光。8個(gè)發(fā)光二極管的陽極并接在一起，8個(gè)陰極分開，因此稱為共陽八段數(shù)碼管。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管，數(shù)碼管圖形如圖3-12所示。 </p><p>　　圖3-12 四位一體共陽數(shù)碼管圖形</p><p>　　數(shù)碼管的管腳分配如圖3-13。</p>&

48、lt;p>　　1 a f 2 3 b</p><p>　　e d dp c g 4</p><p>　　圖3-13 數(shù)碼管的管腳分配</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　1------ 數(shù)碼管百位；</p><p>　　2 ------ 數(shù)碼管十位；</p&

49、gt;<p>　　3 ------ 數(shù)碼管個(gè)位；</p><p>　　4 ------ 數(shù)碼管小數(shù)位。</p><p>　　從STC89C51的P1口輸出段碼，列掃描用P3.0-P3.3口來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　數(shù)碼管的段碼與單片機(jī)的管腳連接分別為：</p><p>　　P1.7 ------ dp；</p>

50、<p>　　P1.6 ------ g；</p><p>　　P1.5 ------ f；</p><p>　　P1.4 ------ e；</p><p>　　P1.3 ------ d；</p><p>　　P1.2 ------ c；</p><p>　　P1.1 ------ b；</p>

51、;<p>　　P1.0 ------ a；</p><p>　　數(shù)碼管位碼與單片機(jī)的管腳連接分別為：</p><p>　　P3.0 ------ 數(shù)碼管小數(shù)位</p><p>　　P3.1 ------ 數(shù)碼管個(gè)位</p><p>　　P3.2 ------ 數(shù)碼管十位</p><p>　　P3.3 --

52、---- 數(shù)碼管百位</p><p>　　驅(qū)動(dòng)用9012三極管，它是一種低頻小功率的普通PNP型硅管，TO-92標(biāo)準(zhǔn)封裝,這個(gè)管子常在收音機(jī)以及各種放大電路中看到。如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 9012三極管圖形</p><p><b>　　9012參數(shù)： </b></p><p>　　集電極電流

53、Ic:Max-500mA</p><p>　　工作溫度：-55℃到+150℃</p><p>　　集電極-基極電壓：-40V</p><p>　　顯示電路如圖3-15所示：</p><p>　　圖3-15 顯示電路圖</p><p>　　3.3 DS18B20與單片機(jī)的接口電路</p><p>

54、;　　本次數(shù)字溫度計(jì)傳感器是采用的外部電源供電方式，其中三腳接電源，一腳接地，二腳是信號(hào)線直接與P3.7口相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這種方式可以使傳感器工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　其接口圖如圖3-16所示。</p><p>　　圖3-16 傳感器DS18B20與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　DS18B20與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳

55、輸原理：</p><p>　　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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。</p><p>　　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。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從

56、設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)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。 </p><p>　?。?）DS18B20的復(fù)位時(shí)序</p><p><b>　　如圖3-17所示。</b></p><p>　　圖3-17 DS18B20的復(fù)位時(shí)序圖</p

57、><p>　?。?）DS18B20的讀時(shí)序</p><p>　　對(duì)于DS18B20的讀時(shí)序分為讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩個(gè)過程。 </p><p>　　對(duì)于DS18B20的讀時(shí)隙是從主機(jī)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(gè)讀時(shí)序過程，至少需要60us才能完成，如圖3-18所示 。 </p>

58、<p>　　圖3-18 DS18B20的讀時(shí)序圖</p><p>　?。?）DS18B20的寫時(shí)序 </p><p>　　對(duì)于DS18B20的寫時(shí)序仍然分為寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩個(gè)過程。 </p><p>　　對(duì)于DS18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，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

59、采樣I/O總線上的“0”電平，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線，如圖3-19所示。</p><p>　　圖3-19 DS18B20的寫時(shí)序圖</p><p><b>　　3.4 復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后

60、PC＝0000H，使單片機(jī)從第—個(gè)單元取指令。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位，所以我們必須弄清楚MCS-51型單片機(jī)復(fù)位的條件、復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài)。 </p><p>　　單片機(jī)復(fù)位的條件是：必須使RST/Vpd或RST引腳(9)加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期(即24個(gè)振蕩周期)的高電平。例如，若時(shí)鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1us，則只需2us以上時(shí)間的高電平，在RST引

61、腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。</p><p>　　復(fù)位電路分為上電自動(dòng)復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路。本次設(shè)計(jì)采用的是上電自動(dòng)復(fù)位電路，它是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的。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(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。</p><p>　　單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE信號(hào)，即ALE＝1，表明

62、單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作。</p><p>　　數(shù)字溫度計(jì)復(fù)位電路如圖3-20所示。</p><p>　　圖3-20 復(fù)位電路</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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。</p>

63、<p>　　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)量溫度值。溫度測(cè)量每1s一次。</p><p>　　讀出溫度子程序的主要功能是讀出RAM中的9字節(jié)。在讀出時(shí)須進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。</p><p>　　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

64、序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。</p><p>　　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。</p><p>　　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)最高數(shù)據(jù)顯示位為零時(shí)，將符號(hào)顯示位移入下一位。</p><p><b>　　5 調(diào)試</b></p><p>&

65、lt;b>　　5.1 軟件調(diào)試</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)試以程序的調(diào)試為主。</p><p>　　先編寫顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗(yàn)，然后分別進(jìn)行主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計(jì)算溫度子程序和顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等的編程及調(diào)試。</p><p>　　由于DS18B20與單片機(jī)采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對(duì)DS18B20

66、進(jìn)行讀/寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀/寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)量結(jié)果。本程序采用單片機(jī)C語言編寫，用Keil C編譯器編程調(diào)試。</p><p>　　軟件調(diào)試到數(shù)碼管能顯示溫度值，而且在有溫度變化時(shí)（例如改變傳感器的溫度值）顯示溫度能改變。</p><p><b>　　5.2 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　軟硬件分別調(diào)試完成以后，將程序下

67、載入單片機(jī)中，電路板接上電源，電源指示燈亮，按下開關(guān)按鈕，數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。用手去碰觸溫度傳感器，溫度顯示值出現(xiàn)變化，顯示當(dāng)前手的溫度值。</p><p>　　假如數(shù)碼管不工作，那么檢查溫度傳感器是否牢固的插入底座或者傳感器已損壞，如果不是傳感器的問題，那么需要檢查電源開關(guān)是否接錯(cuò)，數(shù)碼管或者單片機(jī)是否已損壞。</p><p>　　假如數(shù)碼管可以工作但是不能正常顯示，則要檢查數(shù)碼管的位選

68、端和段選端是否與單片機(jī)的連接有誤，或是買錯(cuò)數(shù)碼管的型號(hào)。</p><p>　　由于我們?cè)谟密浖抡娴臅r(shí)候，都是假設(shè)所有的元件為理想狀態(tài)，但是在現(xiàn)實(shí)中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想狀態(tài)，元器件總是或多或少的存在一些問題，所以我們的成品有可能與仿真出的結(jié)果有一些差距。但是只要能夠?qū)崿F(xiàn)正常顯示溫度值，那么本次設(shè)計(jì)基本成功。</p><p><b>　　5.3 數(shù)據(jù)檢測(cè)</b></p

69、><p>　　設(shè)計(jì)完成以后，我們要對(duì)該數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，看其是否能夠達(dá)到預(yù)期的要求。</p><p>　　將溫度傳感器與冰水混合物接觸，等待顯示穩(wěn)定以后讀出溫度值，并且記錄，看是否能夠顯示零度以下溫度。再把溫度傳感器放入沸水中，待顯示讀數(shù)穩(wěn)定后，記下所測(cè)溫度，該溫度計(jì)的量程為-55℃～125℃，讀數(shù)精度為0.1℃，實(shí)際使用一般在0℃～100℃。采用水銀溫度計(jì)作檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)設(shè)計(jì)的溫度計(jì)進(jìn)行

70、測(cè)試，其結(jié)果表明能達(dá)到該精度要求。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是針對(duì)MCS-51系列的單片機(jī)芯片STC89C51來設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字溫度計(jì),該設(shè)計(jì)充分利用了溫度傳感器DS18B20功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，如DS18B20可以直接讀出被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換；而且采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)

71、化了硬件電路，也使得該數(shù)字溫度計(jì)不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、精確度較高、反應(yīng)速度較快、數(shù)字化顯示和不易損壞等特點(diǎn)，而且性能穩(wěn)定，適用范圍廣，因此特別適用于對(duì)測(cè)溫要求比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)中，熟悉了制作一個(gè)產(chǎn)品的總體流程，能熟練使用一些必要的設(shè)計(jì)工具和仿真工具。通過選認(rèn)元件，連線，調(diào)試檢測(cè)等過程，鍛煉自己的理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際操作能力，從而綜合性地鞏固所學(xué)的知識(shí)，為將來的工作做準(zhǔn)備。&

72、lt;/p><p>　　由于時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)的不足，本次設(shè)計(jì)成果并不盡如人意，還有一些需要改進(jìn)的地方，在今后的學(xué)習(xí)和工作中再進(jìn)行完善。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，很高興，在此特別感謝輔導(dǎo)老師的大力支持和幫助。同時(shí)感謝相關(guān)參考文獻(xiàn)的作者，你們的勤勞和智慧給了我很多的理論支持，開闊了我的思維，讓我能夠順

73、利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　在完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我也學(xué)會(huì)了很多實(shí)際操作上的東西和一些以前不太清楚的理論問題。再次感謝老師耐心的教導(dǎo)和幫助。</p><p>　　相信在以后的學(xué)習(xí)和工作上，我會(huì)做得更好。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 余澤輝．基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的

74、研究與設(shè)計(jì)．儀器儀表用戶，2004</p><p>　　2 張紅潤 張亞凡．單片機(jī)原理及應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，2005</p><p>　　3 王元慶．新型傳感器原理與應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　4 王之芳．傳感器應(yīng)用技術(shù)．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2004</p><p>　　5 徐光翔．單片機(jī)原理接口及