[優(yōu)秀畢業(yè)論文]數(shù)字溫度計(jì)顯示報(bào)警系統(tǒng)

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1、畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目： 數(shù)字溫度計(jì)顯示報(bào)警系統(tǒng) 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 電子信息0902班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：  摘 要 數(shù)字溫度計(jì)顯示報(bào)警系統(tǒng) 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)，利用單片機(jī)AT89S52設(shè)計(jì)了

2、一種數(shù)字溫度計(jì)，它由單片機(jī)、DS18B20傳感器以及LED 數(shù)碼管等部件組成，本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì),功能較強(qiáng)，可以設(shè)置上下限報(bào)警溫度，且測(cè)量準(zhǔn)確、誤差小。當(dāng)測(cè)量溫度超過設(shè)定的溫度上下限時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器和指示燈報(bào)警。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)AT89S52；溫度計(jì)；DS18B20；溫度顯示 27 Abstract Along with the progress of The Times and development, technology has spread to our life, work, scientific research, each domain, has beco

3、me a more mature technology, this paper introduces a method based on single-chip microcomputer control, the digital thermometer AT89S52 SCM design using a digital thermometer, it by MCU, LED digital sensors and DS18B20 pipe etc components, this thermometer belongs to the multi-function thermometer,

4、function, can install strong upper temperature, and the measurement accuracy alarm and small error. When measuring temperature exceeds the upper limit set temperature, light buzzer and alarm. Keywords: SCM AT89S52; thermometer; DS18B20; temperature display 畢業(yè)論文 目錄 1.設(shè)計(jì)要求 1 2. 總體設(shè)計(jì)方案 1 2.1數(shù)字溫

5、度計(jì)設(shè)計(jì)方案論證 1 2.2 總體設(shè)計(jì)框圖 1 2.3單片機(jī)的選擇 2 2.4 溫度傳感器的選擇 3 2.4.1 DS18B20的介紹 3 2.5 顯示模塊選擇 6 2.5.1數(shù)碼管的分類 6 2.5.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)原理 7 3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 8 3.1系統(tǒng)整體電路圖 8 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 9 3.3 溫度傳感器系統(tǒng) 10 3.3.1 DS18B20的測(cè)溫原理 10 3.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 12 3.5 顯示電路設(shè)計(jì) 13 3.6電源電路設(shè)計(jì) 13 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 4.1主程序 14 4.2讀出溫度子程序 15 4.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 1

6、6 4.4 計(jì)算溫度子程序 16 4.5 鍵盤掃描流程圖 18 5. 測(cè)試與結(jié)果分析 19 5.1仿真軟件介紹 19 5.2 仿真結(jié)果 19 5.2.1 用Keil進(jìn)行程序編譯 19 5.2.2 在Proteus中仿真 19 總結(jié) 23 致謝 24 參考文獻(xiàn) 25 引言 溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。對(duì)于不同場(chǎng)所、不同工藝、所需溫度高低范圍不同、精度不同，則采用的測(cè)溫元件、測(cè)溫方法以及對(duì)溫度的控制方法也將不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時(shí)效不同，則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也

7、不同，因而，對(duì)溫度的測(cè)控方法多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。 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。 本設(shè)計(jì)即用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制，本文所介紹的數(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)溫范圍

8、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)AT89S52，測(cè)溫傳感器使用DS18B20，用4位共陽極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)到設(shè)計(jì)要求。本溫度計(jì)屬于多功能溫度計(jì),功能較強(qiáng)，可以設(shè)置上下限報(bào)警溫度，且測(cè)量準(zhǔn)確、誤差小。當(dāng)測(cè)量溫度超過設(shè)定的溫度上下限時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器和指示燈報(bào)警。 1.設(shè)計(jì)要求 基本范圍0℃-99℃ 精度誤差小于0.5℃ LED數(shù)碼直讀顯示 實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警 可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能　 2. 總體設(shè)計(jì)方案 2.1數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)方案論

9、證 方案一 由于本設(shè)計(jì)是測(cè)溫電路，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以使用熱敏電阻之類的感溫器件利用其感溫效應(yīng)，然后將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后在顯示電路上顯示，這樣就可以將被測(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。 方案二 在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中，大多都是使用傳感器，這是非常容易想到利用數(shù)字溫度傳感器，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，然后傳輸給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。 從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)潔，軟件設(shè)計(jì)

10、也比較簡(jiǎn)單，故采用方案二。 2.2 總體設(shè)計(jì)框圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1所示，控制器采用單片機(jī)AT89S52，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(shí)現(xiàn)溫度顯示。 LED顯 示 單片機(jī)復(fù)位 報(bào)警點(diǎn)按鍵 DS18B20傳感器 蜂鳴器報(bào)警 主 控 制 器 圖2.1　總體設(shè)計(jì)方框圖 2.3單片機(jī)的選擇 方案一：選擇Microchip公司的PIC系列單片機(jī) 作為世界上最為頂尖的單片機(jī)研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè)，微芯公司設(shè)計(jì)的PIC系列單片機(jī)一度風(fēng)靡全球，其優(yōu)秀的

11、性能和卓越的品質(zhì)受到了許多人的青睞，其優(yōu)點(diǎn)毋庸贅述。但是，高知名度的缺點(diǎn)也顯而易見，價(jià)格昂貴，性價(jià)比不高是其軟肋。 方案二：選擇德州儀器的MSP430系列單片機(jī) MSP430單片機(jī)是一個(gè)16位的、具有精簡(jiǎn)指令集的混合型單片機(jī)，它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段。但是，由于MSP430單片機(jī)系列價(jià)格較高，比較適合于較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。 方案三：選擇Atmel公司的AT89S52單片機(jī) AT89S52單片機(jī)是一個(gè)低功耗,高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含8kBytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器,器

12、件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51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(chǔ)單元,片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器,在功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2.2： 圖2.2 AT89S52結(jié)構(gòu)圖 基于對(duì)成本和性能的比較，我們選擇AT89S52單片機(jī)。 2.4 溫度傳感器

13、的選擇 2.4.1 DS18B20的介紹 溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí)DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20更受歡迎。 DS18B20的主要特征： ● 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出； ● 最高12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度； ● 12 位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒； ● 可選擇寄生工作方式； ● 檢測(cè)溫度范圍為–55C~+125C(–67F ~+257F)； ● 內(nèi)置 EEPROM，限溫報(bào)警功能。用戶可定義報(bào)警設(shè)置 ； ●

14、64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接； ● 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)； ● 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ● 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； ● 無須外部器件； ● 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0～5.5V； ● 零待機(jī)功耗； ● 溫度以9或12位數(shù)字； ● 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； ● 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； DS18B20它有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

15、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。 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：初始化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)。 DS18B20芯片封裝結(jié)構(gòu)如圖2.3： 圖2.3 DS18B20芯片封裝結(jié)構(gòu) 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2.4所示。 I/O C 64 位 R O

16、M 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲(chǔ)器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器TH 低溫觸發(fā)器TL 配置寄存器 8位CRC發(fā)生器 Vdd 圖 2.4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框 DS18B20工作原理 DS18B20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。DS18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)器資源，它們分別是： ROM只讀存儲(chǔ)器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H

17、），后面48位是芯片唯一的序列號(hào)，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗(yàn)）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時(shí)設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。 RAM數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計(jì)算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20 共9個(gè)字節(jié) RAM，每個(gè)字節(jié)為8位。第1、2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第3、4個(gè)字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像。在上電復(fù)位時(shí)其值將被刷新。第5個(gè)字節(jié)則是用戶第3個(gè)EEPROM的鏡像。第6、7、8個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計(jì)的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計(jì)算的暫存單元。第9個(gè)字節(jié)為前8個(gè)字節(jié)的CRC碼。 EEPROM非易失

18、性記憶體，用于存放長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。 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2.5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。 溫度 LSB 溫度 MSB TH用戶字節(jié)1 TL用戶字節(jié)2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC TM

19、 R1 R0 1 1 1 1 1 圖2.5　DS18B20字節(jié)定義 2.5 顯示模塊選擇 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。 2.5.1數(shù)碼管的分類 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的

20、陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。如圖2.6 圖2.6 八段數(shù)碼管事物圖 2.5.2數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)原理 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，在有些時(shí)候需要做一個(gè)簡(jiǎn)單的顯示系統(tǒng)。那么在單片機(jī)I/O資源夠用的情況下可以直接用單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，也可以根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以

21、分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 （1）靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58＝40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 （2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起

22、，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果

23、和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 　　靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單不容易出錯(cuò)，如果電路設(shè)計(jì)合適，也能夠用較少的線完成多個(gè)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)。但是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式省單片機(jī)的資源，如今已經(jīng)有很多這樣成熟的基于動(dòng)態(tài)掃描的芯片。 所以能滿足本文顯示設(shè)計(jì)要求，采用LG3641BH LED數(shù)碼管做為顯示電路,數(shù)碼管顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管從P14,P15,P16,P17串口輸出段碼。 3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)整體電路圖 該系統(tǒng)電路主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、DS18B20溫度傳感器系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、LED顯示模塊電路及電源接口和數(shù)據(jù)下載接口等電路，如圖3.1所示。 圖中有三個(gè)

24、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。 圖中的按健復(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。 圖 3.1系統(tǒng)整體電路圖 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)包括晶振電路、復(fù)位電路、按鍵設(shè)置部分，AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路如圖：3.2 單片機(jī)AT89S52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

25、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。 圖 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 3.3 溫度傳感器系統(tǒng) DS18B20溫度傳感器電路，如圖3.3。 圖 3.3 DS18B20溫度傳感器系統(tǒng) DS18B20采用單線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，外接一個(gè)4.7k上拉電阻與單片機(jī)的P10口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。 3.3.1 DS18B20的測(cè)溫原理 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

26、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。 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

27、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。 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。 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。 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0.062

28、5℃／LSB形式表示。 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)。 表1 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表 R1 R0 分辨率/位 溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms 0 0 9 93.75 0 1 10 187.5 1 0 11 375 1 1 12 750 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

29、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。 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。 表2　一部分溫度對(duì)應(yīng)值表 溫度/℃ 二進(jìn)制表示 十六進(jìn)制表示 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.0625 0000 0001 1001 0000 0191H +10.125 0000 0000

30、 1010 0001 00A2H +0.5 0000 0000 0000 0010 0008H 0 0000 0000 0000 1000 0000H -0.5 1111 1111 1111 0000 FFF8H -10.125 1111 1111 0101 1110 FF5EH -25.0625 1111 1110 0110 1111 FE6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H 3.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 報(bào)警電路中加一PNP三極管驅(qū)動(dòng)，基極接單片機(jī)P11口，當(dāng)端口變成低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)三極管會(huì)

31、導(dǎo)通，VCC電壓加載到蜂鳴器使其發(fā)聲、報(bào)警發(fā)光二極管亮，如圖3.4。 圖 3.4報(bào)警電路 3.5 顯示電路設(shè)計(jì) 如圖3.5，采用LG3641BH LED數(shù)碼管顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管從P14,P15,P16,P17串口輸出段碼。用PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)相應(yīng)的端口變成低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的三極管會(huì)導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時(shí)只要P0口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。 圖 3.5 數(shù)碼管顯示電路 3.6電源電路設(shè)計(jì) 我們選用的是串聯(lián)起來的4節(jié)1.5v的5號(hào)電池，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮的，干電池比較便宜，但其還有不足之處，干電池存儲(chǔ)的是電量。隨

32、著電量的消耗，它的供電電壓就會(huì)不斷的下降，所有我們需要使用一個(gè)穩(wěn)壓器，來保證電源供給的是標(biāo)準(zhǔn)的5v電壓。4節(jié)1.5v串聯(lián)起來產(chǎn)生的和電壓最大是6v，而本文的AT89S52單片機(jī)工作電壓的范圍是4v—5.5v，在該系統(tǒng)中我們使用的電壓是5v。這時(shí)我們可以用LM7805穩(wěn)壓器來產(chǎn)生穩(wěn)定的5v電壓。穩(wěn)壓電路如下圖3.6所示: 圖3.6 LM7805穩(wěn)壓電路 在該電路中，C12是極性電容，起到穩(wěn)壓的作用，而C2是非極性電容，它起的作用是濾除輸出電壓中不是直流的成分，即濾波。 LM7805穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓壓差為2V左右，在實(shí)際使用中容易出現(xiàn)電壓過低的狀態(tài)，此時(shí)提供的電源達(dá)不到系統(tǒng)的電源要求，會(huì)

33、出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，而另一款LM2904的穩(wěn)壓壓差可以達(dá)到40mV，效果比LM7805好很多，但考慮到經(jīng)濟(jì)原因我們采用LM7805，只要在穩(wěn)壓前端提供較大的電源供應(yīng)即可。 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 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，按鍵掃描。 4.1主程序 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)讀出并處理DS18B20的測(cè)量的當(dāng)前溫度值，溫度的實(shí)時(shí)顯示，并根據(jù)設(shè)置的上下限判斷是否報(bào)警。系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，溫度傳感器測(cè)量并計(jì)算溫度值通過P1.0口傳輸進(jìn)單片機(jī)里進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)再通過P0口傳輸?shù)綌?shù)碼管進(jìn)行顯示。通過按鍵設(shè)置溫度報(bào)警界限，當(dāng)超過報(bào)警界限時(shí)單片機(jī)將相應(yīng)

34、的數(shù)據(jù)通過P1.1口傳輸進(jìn)行聲光報(bào)警。溫度測(cè)量每1s進(jìn)行一次。這樣可以在一秒之內(nèi)測(cè)量一次被測(cè)溫度，其程序流程見圖4.1所示。 初始化 調(diào)用溫度模塊程序 DS18B20存在？ 是 處理溫度值轉(zhuǎn)換BCD碼 送AT89S52處理 按鍵掃描模塊 顯示模塊，LED顯示溫度 是否越限？ 開始 是 報(bào)警 否 否 錯(cuò)誤處理， 顯8.8.8.8. 圖4.1 主程序流程圖 4.2讀出溫度子程序 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)需進(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。其程序流程圖如圖4.2示 開始 發(fā)DS18B20復(fù)位命令 發(fā)

35、跳過ROM命令 發(fā)讀取溫度命令 讀取操作，CRC校驗(yàn) 結(jié)束 N Y Y N 移入溫度緩存器 9字節(jié)完？ CRC校驗(yàn)？ 圖4.2讀溫度流程圖 4.3溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 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顯示程序延時(shí)法等待轉(zhuǎn)換的完成。溫度轉(zhuǎn)換命令子程序流程圖如上圖，圖4.3所示 4.4 計(jì)算溫度子程序 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，其程序流程圖如4.4所示。 發(fā)DS18B20復(fù)位命令 開始 發(fā)跳過ROM命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令

36、結(jié)束 圖 4.3 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 開始 溫度零下? 溫度值取補(bǔ)碼置“—”標(biāo)志 計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值 計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值 結(jié)束 置“+”標(biāo)志 N Y 圖 4.4　計(jì)算溫度流程圖 4.5 鍵盤掃描流程圖 開始 ENTER_FLAG為1 是否有UP按下 DISPLAY顯示 退出子程序(RET)返回主程序 ENTER子程序 Flag=1 DOWN子程序 否 是 是 否 否 是 否 否 是 是 ENTER按鍵 是否按下 是否有ENTER按下 是否有DOWN按下 UP子程序 圖 4.5 按鍵

37、掃描流程圖 5. 測(cè)試與結(jié)果分析 5.1仿真軟件介紹 本次仿真用了Proteus軟件，該軟件可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。 5.2 仿真結(jié)果 5.2.1 用Keil進(jìn)行程序編譯 運(yùn)用keil軟件編譯C語言程序在結(jié)果欄顯示“ cx”-0 Error(s),0 warning(s).說明此程序在軟件編譯上無語法等錯(cuò)誤。將此程序生成*.hex文件調(diào)入硬件中用Proteus進(jìn)行調(diào)試仿真。 5.2.2 在Proteus中仿真 將生成的*.hex文件調(diào)入Proteus電路圖的單片機(jī)中，點(diǎn)擊圖左下角的開始鍵運(yùn)行，程序的開始界面

38、如圖5.3，數(shù)碼管顯示“— — — —”。 圖5.3 仿真程序初始化 程序初始化后通過調(diào)節(jié)DS18B20溫度傳感器的數(shù)值，數(shù)碼管會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)值，例如10℃，其結(jié)果如圖5.4所示。 圖5.4 仿真程序正常運(yùn)行結(jié)果 在設(shè)置系統(tǒng)報(bào)警溫度上下限時(shí)，按下按鍵S1，數(shù)碼管會(huì)顯示“H38C”（系統(tǒng)默認(rèn)上限為38℃）,此時(shí)進(jìn)入溫度上限設(shè)置模式，可通過調(diào)節(jié)S2和S3分別增加和減小數(shù)碼管上顯示的數(shù)字，例如設(shè)置上限為39℃，如圖5.5所示。 接著再次按下鍵S1，數(shù)碼管會(huì)顯示“L05C”（系統(tǒng)默認(rèn)下限為5℃），此時(shí)進(jìn)入溫度下限設(shè)置模式，可通過調(diào)節(jié)S2和S3分別增加和減小數(shù)碼管上顯示的數(shù)字，例如設(shè)置

39、下限為5℃，如圖5.6所示； 圖5.5 仿真設(shè)置最高溫度報(bào)警線 圖5.6仿真設(shè)置溫度報(bào)警最低線 當(dāng)溫度超過設(shè)置的上下限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，蜂鳴器會(huì)發(fā)出“滴……滴……滴”蜂鳴聲，同時(shí)LED燈會(huì)閃爍。 當(dāng)系統(tǒng)未檢測(cè)的到DS18B20溫度傳感器或運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)，數(shù)碼管會(huì)顯示錯(cuò)誤的數(shù)字“8.8.8.8”,如圖5.7所示。 圖5.7仿真程序出錯(cuò) 總結(jié) 做為對(duì)大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，通過本次的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，同時(shí)在做的過程中也發(fā)現(xiàn)很多的問題，從最初的課題選擇到對(duì)相關(guān)課題資料的搜集與摘選，再到自己論文內(nèi)容的思路的設(shè)計(jì)、編寫以致最后階段的修

40、改與完善。在這一過程中，我對(duì)我們大學(xué)三年所學(xué)習(xí)的相關(guān)電子知識(shí)又有了更深一層的學(xué)習(xí)和理解，讓我對(duì)自己所學(xué)的又有了更深的掌握。雖然以前曾經(jīng)做過這樣的設(shè)計(jì)但這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多，本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于單片機(jī)的應(yīng)用和軟件的編程，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才能真正的掌握，只學(xué)習(xí)理論有些東西而不結(jié)合實(shí)踐是很難理解的，更談不上掌握。 從這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，我認(rèn)為做一個(gè)設(shè)計(jì)

41、首先應(yīng)該有明確的整體設(shè)計(jì)思想，然后再通過分析選擇合適的單元電路。計(jì)算，設(shè)定電路的相關(guān)參數(shù)值，從小模塊設(shè)計(jì)起，再到整個(gè)模塊.鍛煉自己動(dòng)手能力和綜合分析能力。這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。 大學(xué)三年的所學(xué)，通過此次設(shè)計(jì)得以運(yùn)用，也算是對(duì)我三年學(xué)習(xí)的總結(jié)和檢驗(yàn)，在以后的學(xué)習(xí)和生活中我需要更多的機(jī)會(huì)去運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，自身的能力只有在不斷實(shí)踐中才能得以提高！ 、 致謝 三年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在這三年中，我收獲了知識(shí)，收獲了友誼，更收獲了為人處事的道理。感謝學(xué)院為我提供了自我發(fā)揮的舞臺(tái)，我在這里盡情展現(xiàn)自己的才能。在這個(gè)大家庭里，我

42、和其他的同學(xué)共同生活，共同學(xué)習(xí)。 其實(shí)生活的道路不是一直這么平坦的，在前進(jìn)的道路上，我遇到了很多的困難和挫折，但是憑借著自己的毅力和周圍老師、同學(xué)的幫助，我最終都努力地克服了。 感謝學(xué)院為我們創(chuàng)造的良好的學(xué)習(xí)氛圍，感謝各位老師和我的朋友，以及各位同學(xué)們，你們的關(guān)心與幫助使我能夠更好地成長(zhǎng)。 感謝我的老師們，是你們的辛勤工作，使我對(duì)本專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣，而且學(xué)到了很多的知識(shí)，掌握了很多的方法。你們的諄諄教誨我一直牢記于心。 感謝我的指導(dǎo)老師方華麗老師，是她為我指點(diǎn)迷津，幫我開拓思路，在方老師的細(xì)心指導(dǎo)下我才順利的完成這個(gè)論文。還教我學(xué)會(huì)了如何去培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超

43、越自己。 感謝我的同學(xué)們?nèi)暌詠韺?duì)我的幫助，正是有了你們我的大學(xué)生活才變得豐富多彩，謝謝你們！ 我從你們那里學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的東西，相信這些東西會(huì)讓我終身受益！ 參考文獻(xiàn) [1]　 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）.杭州：北京航空航天大學(xué)出版社，1998 [2]　 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)［Ｍ］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994 [3]　 江力.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).清華大學(xué)出版社 .2006 [4]　 蔡美琴等．MCS一51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M]．北京：高等教育出版社，1999． [5] 王樹勛．MCS一51單片

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