單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告--數(shù)字溫度計(jì)論文 (2)

1、<p><b>　　單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><b>　　數(shù)字溫度計(jì)</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　■基本范圍-50℃-110℃</p><p>　　■精度誤差小于0.5℃</p><

2、;p>　　■LED數(shù)碼直讀顯示</p><p><b>　　2 擴(kuò)展功能</b></p><p><b>　　■實(shí)現(xiàn)語音報(bào)數(shù)</b></p><p>　　■可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能　</p><p><b>　　數(shù)字溫度計(jì)</b></p><p

3、>　　摘要：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。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，數(shù)字控制，溫度計(jì)， DS18B20，AT89S51</p><p><b>　　1 引言</

4、b></p><p>　　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，但人們對(duì)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(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>　　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

5、圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)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)AT89S51，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用3位共陽(yáng)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。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證</p><p&

6、gt;<b>　　2.1.1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)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，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>　　2.1.2 方案二 </p>

7、<p>　　進(jìn)而考慮到用溫度傳感器，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。</p><p>　　從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，故采用了方案二。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)框圖&l

8、t;/b></p><p>　　系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖所示，控制器采用單片機(jī)AT89S52，溫度傳感器采用DS18B20，用2位LED數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)方框圖</b></p><p><b>　　主控制器</b></p><p>　　

9、單片機(jī)AT89S51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。</p><p>　　2.2.2 顯示電路</p><p>　　顯示電路采用3位共陽(yáng)LED數(shù)碼管，從P3口RXD,TXD串口輸出段碼。</p><p>　　2.2.3溫度傳感器</p><p>

10、　　DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(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)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：</p><p>　　●獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；</p><p>　　●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；&

11、lt;/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3.0~5.5Ｖ；</p><p><b>　　●零待機(jī)功耗；</b></p><p>　　●溫度以９或１２位數(shù)字；</p><p>　　●用戶可定義報(bào)警設(shè)置；</p

12、><p>　　●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；</p><p>　　●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； </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2所示。</p><p>　　圖2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p>

13、<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８字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖

14、3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。&

15、lt;/p><p>　　圖3 　DS18B20字節(jié)定義</p><p>　　由表1可見，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，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(zhǎng)。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

16、確性。</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>　　當(dāng)符號(hào)位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)符號(hào)位Ｓ＝１時(shí)，表示

17、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1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表</p><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)

18、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值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。</p><p>　　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

19、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)，

20、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。</p><p>　　表2　一部分溫度對(duì)應(yīng)值表</p>&l

21、t;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>　　圖4 DS18B20與單片機(jī)的接口電路</p><p>　　2.3 DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路</p&

22、gt;<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(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4 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。</p><p>　　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)

23、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。</p><p>　　2.4 系統(tǒng)整體硬件電路</p><p>　　2.4.1 主板電路</p><p>　　系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單片機(jī)主板電路等，如圖5 所示。</p><p>　　圖

24、5中有三個(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。</p><p>　　圖5 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。</p><p>　　2.4.2 顯示

25、電路</p><p>　　顯示電路是使用的串口顯示，這種顯示最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用口資源比較少，只用p3口的RXD,和TXD,串口的發(fā)送和接收，四只數(shù)碼管采用74LS164右移寄存器驅(qū)動(dòng)，顯示比較清晰。</p><p>　　圖5 單片機(jī)主板電路</p><p><b>　　圖6 溫度顯示電路</b></p><p><