課程設計---溫度控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　溫度測量系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。單片機的功能齊全且智能,成本低廉, 系統(tǒng)結構簡單，使用方便，因而通過單片機控制與調整溫度有很大實用價值。本設計是基于80C51單片機和DS18B20溫度傳感

2、器實現(xiàn)溫度的測量系統(tǒng), 單片機在本系統(tǒng)中作為溫度輸入控制器件，DS18B20被用作溫度數(shù)據(jù)的采集，LED實現(xiàn)溫度顯示功能。本系統(tǒng)線路簡單，控制功能強，測量值精確。</p><p>　　關鍵詞80C51單片機；DS18B20溫度傳感器；LED顯示</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1課

3、題背景1</b></p><p>　　1.2 開發(fā)意義1</p><p>　　1.3 課題完成的功能1</p><p>　　第2章 方案論證及選擇2</p><p><b>　　2.1功能設計2</b></p><p>　　2.2系統(tǒng)設計原則、方案論證2</p>

4、<p>　　2.2.1 設計原則2</p><p>　　2.2.2 方案論證2</p><p>　　2.3 單片機介紹3</p><p>　　2.3.1 80C51單片機6</p><p>　　2.3.2 復位電路8</p><p>　　2.3.3 晶振電路...................

5、.........................9</p><p>　　2.4 溫度傳感器9</p><p>　　2.4.1溫度傳感器特性...................................... 9</p><p>　　2.4.2 DS18B20的連接.......................................10</

6、p><p>　　2.4.3 DS18B20的注意事項...................................13</p><p>　　2.5 數(shù)碼顯示管..............................................13</p><p>　　第3章 軟件設計14</p><p>　　3.1軟件介紹...

7、.............................................14</p><p>　　3.2流程設計................................................14</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟硬件調試16</p><p><b>　　第5章 結論16</b></

8、p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　致 謝17</b></p><p><b>　　附錄18</b></p><p>　　1.溫度采集系統(tǒng)匯編語言程序18</p><p>　　2.溫度采集系統(tǒng)硬件電路及仿真結果.

9、..............................22</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　隨著微型計算機技術的飛速發(fā)展和普及,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應用。在生產過程中,應用這一系統(tǒng)可對生產現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄,

10、以便提高產品質量、降低成本提供信息和手段。在科學研究中,應用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息,是研究瞬態(tài)物理過程的有力工具,也是獲取科學奧秘的重要手段之一,它將提高人們對各種瞬態(tài)現(xiàn)象進行研究的能力。隨著電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，特別是單片微機的發(fā)展，使傳統(tǒng)的測量儀器在原理，功能，精度及自動化水平等方面發(fā)生了巨大的變化，使很多的傳統(tǒng)電子儀器被相應的全新的儀器類型和測試系統(tǒng)體系所代替。在科學技術高速發(fā)展的今天，如何用簡單便宜，性能良好

11、的元器件制造出對人類生活有用的產品，已經(jīng)成為人們研究的主要趨勢。因此，溫度測試儀作為測量儀器中不能缺少的一種儀器，如何用簡單便宜，性能良好，外圍電路簡單的元器件制造出性能良好的溫度采集器便成為了溫度采集器的發(fā)展方向。本設計是基于AT89C51單片機和DS18B20溫度傳感器實現(xiàn)溫度的測量系統(tǒng),可以說與人們的日常生活是息息相關的，具有很大的現(xiàn)實意義。</p><p><b>　　1.2 開發(fā)意義</

12、b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集是獲取信息的基本手段,信息采集技術作為信息技術的一個重要分支,與傳感器,信號測量與處理,微型計算機等技術為基礎而形成的一門綜合應用技術,它研究數(shù)據(jù)的采集,存儲,處理及控制等作業(yè),具有很強的是用性。今天，數(shù)據(jù)采集技術已經(jīng)在雷達，通訊，水聲，遙感，地質勘探，震動工程，無損監(jiān)測，語音處理，智能儀器，工業(yè)自動控制以及生物醫(yī)學工程等眾多領域的到廣泛的應用并且收到了良好的效果。 <

13、;/p><p>　　1.3 課題完成的功能</p><p>　　本設計是一種基于80C51單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最小系統(tǒng)軟件設計，溫度傳感器DS18B20完成將溫度信號轉換成數(shù)字信號的功能，由80C51單片機控制從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。最終通過LED數(shù)碼顯示實時溫度。</p><p>　　第2章 方案論證及選擇</p><p><b>　

14、　2.1功能設計</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要由80C51單片機，DS18B20溫度傳感器，LED顯示器等部分組成，從而實現(xiàn)對信號的采集、處理、顯示，工作的功能。原理框圖如下圖（圖2-1）所示。</p><p>　　圖2.1數(shù)據(jù)采集電路原理框圖</p><p>　　2.2系統(tǒng)設計原則、方案論證</p><p>　　2.2

15、.1 系統(tǒng)設計原則</p><p>　　順應數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展，本著拓寬系統(tǒng)功能，使用更少的元器件，降低系統(tǒng)功耗及使系統(tǒng)更加可靠為目標設計一款使用器件最少的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。依照上述原則，接下來討論方案論證。</p><p>　　2.2.2 方案論證</p><p>　　方案一、采用模擬分立元件，如電容、電感或晶體管等非線形元件，實現(xiàn)多點溫度的測量及顯示，該方案設計電路

16、簡單易懂，操作簡單，且價格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測量誤差大。采用模擬的溫度傳感器實現(xiàn)溫度的測量。</p><p>　　方案二、本方案采用80C51單片機為核心，通過溫度傳感器AD590采集溫度信號，經(jīng)信號放大器放大后，送到A/D轉換芯片，最終經(jīng)單片機檢測處理溫度信號。 </p><p><b>　　圖1方案二的框圖</b></p&

17、gt;<p>　　方案三、本方案由80C51單片機為核心，溫度傳感器采用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)溫度的測量并且由LED顯示溫度值。</p><p><b>　　圖2方案三的框圖</b></p><p>　　方案的比較：DS18B20將溫度信號直接轉換為數(shù)字信號，實現(xiàn)了與單片機的直接接口，從而省去了信號調理電路。該儀器電路簡單、功能可靠、測量效

18、率高，很好地彌補了傳統(tǒng)溫度測量方法的不足。相對與方案1，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。相對與方案2，硬件電路簡單，易于操作，具有更高的性價比，更大的市場。所以采用方案3完成本設計。</p><p><b>　　2.3單片機介紹</b></p><p>　　單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個

19、完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p><p>　　單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備

20、和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。</p><p>　　早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。

21、隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而

22、普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。</p><p>　　單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件

23、電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。</p><p>　　單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系

24、統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。</p><p>　　單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來做一些控制電器一類

25、不是很復雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！它主要是作為控制部分的核心部件。</p><p>　　它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 </p><p>　　單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能，尤其是特殊

26、的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ </p><p>　　由于單片機對成本是敏感的，所以目前

27、占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還

28、是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的。</p><p>　　可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。</p>&

29、lt;p>　　2.3.1 80C51單片機</p><p>　　80C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和

30、輸出管腳相兼容。</p><p>　?。?）主要性能參數(shù)：</p><p>　　·與MCS-51產品指令系統(tǒng)完全兼容 ·4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器</p><p>　　圖 80C51管腳圖</p><p>　　·全靜態(tài)操作：0Hz－24MHz ·三級加密程序存儲器 </

31、p><p>　　·128×8字節(jié)內部RAM ·32個可編程I／O口線</p><p>　　·2個16位定時／計數(shù)器 ·6個中斷源</p><p>　　·可編程串行UART通道 ·低功耗空閑和掉電模式</p><p><b

32、>　?。?）管腳說明：</b></p><p>　　Vcc：供電電壓。  Vss：接地。</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P1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)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進

33、行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的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，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”

34、時，其管腳被內部上拉電阻拉高，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。這是由于內部上拉的緣故。P2口當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，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(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容</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門

35、電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：端口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）

36、P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對

37、外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　?。?）振蕩器特性：</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至

38、內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　?。?）芯片擦除：</b></p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作

39、必須被執(zhí)行。</p><p><b>　　2.3.2復位電路</b></p><p>　　復位電路的用途：單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦內部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執(zhí)行。</p><p>　　復位電路的

40、工作原理：51單片機要復位只需要在第9引腳接個高電平持續(xù)2us就可以實現(xiàn)在單片機系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復位一次，當按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復位。</p><p><b>　　2.3.3晶振電路</b></p><p>　　晶體振蕩器，簡稱晶振。在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻

41、并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡，電工學上這個網(wǎng)絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。晶

42、振有一個重要的參數(shù)，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振的負載電容為15p或12.5p。</p><p>　　晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說

43、法并不準確；有源晶振是一個完整的諧振振蕩器。諧振振蕩器包括石英（或其晶體材料）晶體諧振器，陶瓷諧振器，LC諧振器等。</p><p><b>　　2.4溫度傳感器</b></p><p>　　在本次的設計中使用的是的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。DS18B20型單線智能溫度傳感器，屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器。全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集

44、成電路內。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。其可以分別93．75ms和750ms內完成9位和12位的數(shù)字量，最大分辨率為0．0625℃ ， 而且從DS18B20讀出或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫。</p><p>　　2.4.1溫度傳感器特性</p><p>　　單線數(shù)字化智能集成溫度的傳

45、感器，其特點是：</p><p>　　DSI8B20可將被測溫度直接轉換成計算機能識別的數(shù)字信號輸出，溫度值不需要經(jīng)電橋電路先獲取電壓模擬量，再經(jīng)信號放大和A／D轉換成數(shù)字信號，解決了傳統(tǒng)溫度傳感器存在的因參數(shù)不一致性，在更換傳感器時會因放大器零漂而必須對電路進行重新調試的問題，使用方便．</p><p>　　DS18B20能提供9到12位溫度讀數(shù)，精度高，且其信息傳輸只需1根信號線，與計

46、算機接口十分簡便，讀寫及溫度變換的功率來自于數(shù)據(jù)線而不需額外的電源．</p><p>　　每一個DS18B20都有一個惟一的序列號，這就允許多個DS18B20連接到同一總線上．尤其適合于多點溫度檢測系統(tǒng)．</p><p>　?、?負壓特性：當電源極性接反時，DS18B20雖然不能正常工作，但不會因發(fā)熱而燒毀 正是由于具有以上特點，DS18B20在解決各種誤差、可靠性和實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化等方面與傳

47、統(tǒng)各種溫度傳感器相比，有無可比擬的優(yōu)越性，因而廣泛應用于過程控制、環(huán)境控制、建筑物、機器設備中的溫度檢測。</p><p>　　2.4.2 DS18B20的連接方法</p><p>　　DS18B20測溫系統(tǒng)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。DSl8B20與單片機的硬件連接有兩種方法：一是Vcc接外部電源，GND接地，I/0與單片機的I/0線相連；二是用寄生電源供電

48、，此時,~UDD和GND接地，I/0接單片機I/0。無論是哪種供電方式，I/0口線都要接4.7K上拉電阻。</p><p>　　獨特的寄生電源方式有三個好處：</p><p>　　（1）進行遠距離測溫時，無需本地電源</p><p>　?。?）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM</p><p>　　（3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現(xiàn)測

49、溫</p><p>　　要想使DS18B20進行精確的溫度轉換，I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的 能量，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。</p><p>　　因此，圖1電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)

50、中。并且工作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　DS18B20寄生電源強上拉供電方式電路圖 改進的寄生電源供電方式如下面圖2所示，為了使DS18B20在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到 E2存儲器操作時，用MOSFET把I/O

51、線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最 多10μS內把I/O線轉換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　注意：在圖1和圖2寄生電源供電方式中，DS18B2

52、0的VDD引腳必須接地</p><p>　　DS18B20的外部電源供電方式 在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證 轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引腳不能懸空 ，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85℃。</p>&l

53、t;p>　　外部供電方式單點測溫電路</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　外部供電方式的多點測溫電路圖</p><p><b>　　圖4</b></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，而且電路也比 較簡單，可以

54、開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度 監(jiān)控系統(tǒng)。站長推薦大家在開發(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，即使電源電壓VCC降到3V時，依然能夠保證溫度量精度。</p><p>　　2.4.3 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

55、等優(yōu)點，但在實際應用中 也應注意以下幾方面的問題：</p><p>　　1、較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此 ，在對DS18B20進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設計時，對 DS18B20操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。</p><p>　　2、連接DS18B

56、20的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當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。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS18B20進行長距離測溫系統(tǒng)設計時要充分考 慮總線分布電容和阻抗匹配問題。</p><p>　　3、在DS18B

57、20測溫程序設計中，向DS18B20發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20接觸不好或斷線，當程序讀該DS18B20時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設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，屏蔽層在源端單點接地。</p><p><b>　　2.5數(shù)碼顯示

58、管</b></p><p>　　數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成,行成一個日字形,它門可以共陰極,也可以共陽極.通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應的發(fā)光二極而形成相應的字。</p><p>　　說到七段數(shù)碼管，它在家電及工業(yè)控制中有著很廣泛的應用,例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時間等等，具有顯示醒目、直觀的優(yōu)點，七段數(shù)碼管是由7個獨立的二極管采用共陰或共陽的方法連接而成。通常將這7

59、個獨立的二極管做成a、b、c、d、e、f、g這7個筆劃，如1圖所示：</p><p><b>　　圖1 數(shù)碼管</b></p><p>　　該設計的顯示電路是采用7段LED數(shù)碼管顯示溫度。主要的工作原理：7段數(shù)碼管又分共陰和共陽兩種顯示方式。如果把7段數(shù)碼管的每一段都等效成發(fā)光二極管的正負兩個極，那共陰就是把abcdefg這7個發(fā)光二極管的負極連接在一起并接地；共陽是

60、把所有的二極管的正極連接在一起。如果7段數(shù)碼管是共陽顯示電路，那就需要選用驅動電路。共陽就是把abcdefg的7個發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個負極接到單片機相應的IO口。無論共陰共陽7段顯示電路，都需要加限流電阻，否則通電后就把7段譯碼管燒壞了！限流電阻的選取是：5V電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除上10ma到15ma得數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管的工作電壓一般在1.8V--2.2V，為計算方便，通常選2V

61、即可！發(fā)光二極管的工作電流選取在10-20ma，電流選小了，7段數(shù)碼管不太亮，選大了工作時間長了發(fā)光管易燒壞！對于大功率7段數(shù)碼管可</p><p>　　根據(jù)實際情況來選取限流電阻及電阻的瓦數(shù)！如圖2所示：</p><p>　　圖2 LED顯示電路</p><p><b>　　第3章 軟件設計</b></p><p>&

62、lt;b>　　3.1 軟件</b></p><p>　　主要編寫單片機初始化程序，DS18B20初始化程序，DS18B20ROM操作命令、存儲器操作命令，DS18B20序列號的獲取，單片機的溫度讀取和轉換。</p><p>　　該設計中主要利用了DS18B20芯片進行測溫，該芯片是單總線器件，顧名思義單總線只有一根數(shù)據(jù)線，因此在通信時時序就顯得十分重要，我們在編程時也要十

63、分注意這一點。在程序中測溫時首先要對DS18B20進行初始化，初始化過程由單片機發(fā)出的復位脈沖和芯片響應的應答脈沖組成，應答脈沖使主機知道，總線上有從機設備，且準備就緒。由于總線上只掛接了一片測溫芯片，因此可直接跳過ROM匹配發(fā)出測溫命令。該設計可實時顯示溫度值，便于連續(xù)觀測。系統(tǒng)源程序見附錄。</p><p><b>　　3.2 流程設計</b></p><p>&

64、lt;b>　?。?）主流程圖設計</b></p><p>　　(2)顯示子程序流程圖</p><p><b>　　第4章 軟硬件調試</b></p><p>　　整個系統(tǒng)完成后最主要的部分就是對其做全面的測試，查看硬件電路是否連接無誤有無虛接短路，用萬能表對各路器件進行仔細的測試以確保線路連接完好。軟件部分則通過將程序燒寫到單

65、片機上然后進行調試</p><p><b>　　第5章 結論</b></p><p>　　本設計所介紹的數(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，測溫準確，其輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用。它具有結構簡單,不需外接元件,采用一根I/ O 數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù),可廣泛用于食品庫、冷庫、糧庫等需要控制溫度的地方。目

66、前,該產品已在溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應用。</p><p>　　在本次設計中使用的是數(shù)字溫度傳感器DS18B20。通過調試成型系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了DS18B20除了上述優(yōu)點外，還有一些缺點，如：簡單的硬件連接的代價是復雜的軟件時序，DS18B20在測量溫度的時候，靈敏度不夠高，溫度快速變化時無法迅速顯示出其變化。通過一系列的實驗發(fā)現(xiàn)：由DS18B20構建的測溫小系統(tǒng)適用于環(huán)境溫度監(jiān)控，對溫度小變化較敏感；不適合應用于要求實時

67、性強、溫度跨度大的測溫方式。</p><p>　　在顯示電路中采用的數(shù)碼管的顯示方式，雖然操作簡單但是在代碼書寫時要注意在字型碼這塊要區(qū)分好是共陽極還是共陰極的數(shù)碼管。在按鍵的處理時使用的是軟件消抖，要注意延長時間的把握。這次畢業(yè)設計中我們學到了很多東西，由一開始的茫然到不停的查資料，再到程序的編寫，這其中用到了許多所學的東西，設計中我們學到了許多也明白了許多，也體會到了自己的許多不足之處，在一開始設計電路圖的時

68、候我們試了好多種方法，經(jīng)過多次的查閱資料我才選擇了現(xiàn)在用的版本，程序編寫時我們也是改了許多遍才運行成功，不過經(jīng)過我們的努力我們的設計終于完成了。從這次設計中，我真正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。</p><p><b>　　參考文獻</b></

69、p><p>　　[1] 錢曉接.16/32位微機原理、匯編語言及接口技術教程.機械工程出版社，2011</p><p>　　[2] 李建中.單片機原理及應用（第二版）.西安電子科技大學出版社，2008.4</p><p>　　[3]康華光.數(shù)字電子技術.第五版.北京：高等教育出版社，2002</p><p>　　致謝 <

70、;/p><p>　　這次設計使我掌握了很多實踐知識，在老師和同學的幫助下對單片機有了進一步的了解。無論是在課題的選題還是定稿、研究的方法、技術路線以及本文的撰寫都得到了葛老師的嚴格要求和精心指導，在這次設計賴老師嚴謹?shù)膶W術作風、治學態(tài)度、求實的工作作風和孜孜不倦的探索創(chuàng)新精神，以及平易近人的師長風范給我創(chuàng)造了良好的學習設計環(huán)境，及給了我這個學習提高的機會和在生活上給我的無微不至的關懷。這些都是我不斷前進的動力，必將對

71、我今后的學習和生活受益匪淺，我將終生學習和銘記。在此，謹向趙老師的培育之恩表示最深的謝意!</p><p>　　感謝其他多位老師對我學習和設計所給予的支持和幫助。感謝在我論文完成過程中同學們給我提供的支持、幫助和建議。在這里也衷心地感謝他們！</p><p>　　只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，進而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。整

72、個設計過程可以說不是很順利，因為有很多知識已經(jīng)淡忘，還有很多新的東西沒有掌握，所以這次設計在不斷的復習、學習中度過，使我受益匪淺，也使我對單片機的運用有了進一步的了解和掌握，也為今后的學習生活和工作打下良好的基礎。在此，我衷心的感謝幫助我的老師和同學！</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄一 溫度采集系統(tǒng)匯編語言程序</p>

73、<p><b>　　ORG 1030H</b></p><p>　　DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H</p><p>　　DB 40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10H</p><p>　　DB 0BFH,0FFH</p>

74、;<p>　　;|----------------------------------------------------------------------------------------------| </p><p>　　;| 獲取單個ds1820 轉化的溫度值的應用程序,P1.6 接ds1820 | </p><p>　　;|-------

75、---------------------------------------------------------------------------------------| </p><p>　　ORG 0000H </p><p>　　MOV A,#0FFH</p><p>　　MOV P3,A ;數(shù)碼管位選無效</p><p

76、>　　AJMP MAIN </p><p>　　ORG 0020H </p><p><b>　　MAIN: </b></p><p>　　MOV SP,#60H</p><p>　　CHAXUN:LCALL XLHDQ ;序列號讀號</p><p>　　LCALL GET_TEM

77、P ;完成一次溫度讀取，存單片機中</p><p>　　MOV A,#0FFH</p><p><b>　　MOV P3,A</b></p><p>　　MOV A,#80H ;判斷高位的符號</p><p><b>　　ANL A,R6</b></p><p>　

78、　JZ POS ;正負號分開跳轉</p><p><b>　　MOV A,R7</b></p><p><b>　　CPL A </b></p><p>　　INC A ;補碼轉換為原碼</p><p>　　CLR C ;最低位移至C中，

79、并完成除2操作</p><p><b>　　RRC A </b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p>　　DIV AB ; 將整數(shù)位個位和十位分開，分別存在B和A中</p><p>　　MOV 50H,A ;保護A中內容</p><p>

80、;　　MOV A,#0FFH</p><p><b>　　MOV P3,A</b></p><p>　　MOV DPTR,#1044H </p><p><b>　　SJMP LL1</b></p><p>　　POS:CLR C </p><p><b>　

81、　RRC A </b></p><p>　　MOV B,#0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV 50H,A ;保護A中內容</p><p>　　MOV A,#0FFH</p><p><b>　　MOV P3,

82、A</b></p><p>　　MOV DPTR,#1045H </p><p><b>　　LL1:CLR A</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR ;讀取程序存儲器常數(shù)表，完成七段數(shù)碼管的譯碼操作</p><p><b>　　MOV P2,A</b><

83、/p><p>　　MOV A,#0FEH ;位選有效，對應位被點亮</p><p><b>　　MOV P3,A</b></p><p>　　LCALL DELAY ;延時</p><p>　　MOV A,#0FFH</p><p><b>　　MOV P3,A</

84、b></p><p>　　MOV A,50H </p><p>　　MOV DPTR,#1030H</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　MOV A,#0FDH</p><p>

85、;<b>　　MOV P3,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　MOV A,#0FFH</p><p><b>　　MOV P3,A</b></p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p>　　

86、MOV DPTR,#103AH</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV A,#0FBH</p><p><b>　　MOV P3,A</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p>　　MOV A,#0FFH</p><

87、p><b>　　MOV P3,A</b></p><p><b>　　JC LL2</b></p><p>　　MOV DPTR,#1030H</p><p><b>　　LL3:CLR A</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR </p>

88、;<p><b>　　MOV P2,A</b></p><p>　　MOV A,#0F7H</p><p><b>　　MOV P3,A</b></p><p>　　LJMP CHAXUN ;再循環(huán)讀取溫度并顯示</p><p>　　LL2:MOV DPTR,#1035H</p

89、><p><b>　　SJMP LL3</b></p><p><b>　　SJMP $</b></p><p>　　XLHDQ: </p><p>　　CLR EA ;使用ds1820 一定要禁止任何中斷產生 </p><p>　　L

90、CALL INT ; 初始化ds1820 </p><p>　　MOV A, #33H</p><p>　　LCALL WRITE ;送入讀ds1820 的ROM命令 </p><p>　　LCALL READ ; 開始讀出當前ds1820 序列號 </p><p>　　MOV 40H,A </p&

91、gt;<p>　　LCALL READ </p><p>　　MOV 41H,A </p><p>　　LCALL READ </p><p>　　MOV 42H,A </p><p>　　LCALL READ </p><p>　　MOV 43H,A </p><p>　　LCA

92、LL READ </p><p>　　MOV 44H,A </p><p>　　LCALL READ </p><p>　　MOV 45H,A </p><p>　　LCALL READ </p><p>　　MOV 46H,A </p><p>　　LCALL READ </p>

93、<p>　　MOV 47H,A </p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　GET_TEMP: </p><p>　　CLR PSW.4 </p><p>　　SETB PSW.3

94、 ; 設置工作寄存器當前所在的區(qū)域 </p><p>　　CLR EA ; 使用ds1820 一定要禁止任何中斷產生 </p><p>　　LCALL INT ; 調用初使化子程序 </p><p>　　MOV A,#0CCH </p><p>　　LCALL WRITE ;送入跳過ROM命令

95、 </p><p>　　MOV A, #44H </p><p>　　LCALL WRITE ;送入溫度轉換命令 </p><p>　　LCALL INT ; 溫度轉換完全, 再次初使化ds1820 </p><p>　　MOV A,#0CCH </p><p>　　LCALL WRITE

96、 ;送入跳過ROM命令 </p><p>　　MOV A,#0BEH </p><p>　　LCALL WRITE ;送入讀溫度暫存器命令 </p><p>　　LCALL READ </p><p>　　MOV R7,A ;讀出溫度值低字節(jié)存入R7 </p><p>　　LC

97、ALL READ </p><p>　　MOV R6,A ;讀出謾度值高字節(jié)存入R6 </p><p><b>　　SETB EA </b></p><p><b>　　RET </b></p><p>　　INT: ;初始化ds1820 子程序

98、</p><p><b>　　CLR EA </b></p><p>　　L0:CLR P1.6 ;ds1820總線為低復位電平 </p><p>　　MOV R2,#200 </p><p>　　L1:CLR P1.6 </p><p>　　DJNZ R2,L1

99、 ; 總線復位電平保持400us </p><p>　　SETB P1.6 ;釋放ds1820 總線 </p><p>　　MOV R2,#30 </p><p>　　L4:DJNZ R2,L4 ;釋放ds1820 總線保持60us </p><p>　　CLR C ; 清存在信號 </p>

100、;<p>　　ORL C,P1.6 </p><p>　　JC L0 ;存在嗎? 不存在則重新來 </p><p>　　MOV R6,#80 </p><p>　　L5:ORL C,P1.6 </p><p><b>　　JC L3 </b></p><p>　　

101、DJNZ R6,L5 </p><p><b>　　SJMP L0 </b></p><p>　　L3:MOV R2,#240 </p><p>　　L2:DJNZ R2,L2 </p><p><b>　　RET </b></p><p>　　WRITE:

102、 ;向ds1820 寫操作命令子程序 </p><p><b>　　CLR EA </b></p><p>　　MOV R3,#8 ; 寫入ds1820 的bit數(shù), 一個字節(jié)8 個bit </p><p>　　WR1:SETB P1.6 </p><p>　　MOV R4,#8 &

103、lt;/p><p>　　RRC A ; 把一個字節(jié)data(A)分成8 個bit環(huán)移給 C </p><p>　　CLR P1.6 ;開始寫入ds1820 總線要處于復位(低)狀態(tài) </p><p>　　WR2:DJNZ R4,WR2 ;ds1820 總線復位保持16us </p><p>　　MOV P

104、1.6,C ; 寫入一個bit </p><p>　　MOV R4,#20 </p><p>　　WR3:DJNZ R4,WR3 ;等待40us </p><p>　　DJNZ R3,WR1 ;寫入下一個bit </p><p>　　SETB P1.6 ;重新釋放ds1820 總線 </p>

105、<p><b>　　RET </b></p><p><b>　　READ: </b></p><p><b>　　CLR EA </b></p><p>　　MOV R6,#8 ; 連續(xù)讀8 個bit </p><p>　　RE1:CLR P1.6

106、 ;讀前總線保持為低 </p><p>　　MOV R4,#4 </p><p><b>　　NOP </b></p><p>　　SETB P1.6 ;開始讀總線釋放 </p><p>　　RE2:DJNZ R4,RE2 ; 持續(xù)8us </p><p>　　MOV

107、 C,P1.6 ; 從ds1820 總線讀得一個bit </p><p>　　RRC A ; 把讀得的位值環(huán)移給 A </p><p>　　MOV R5,#30 </p><p>　　RE3:DJNZ R5,RE3 ; 持續(xù)60us </p><p>　　DJNZ R6,RE1 ; 讀下一個bit

108、 </p><p>　　SETB P1.6 ;重新釋放ds1820 總線 </p><p><b>　　RET </b></p><p>　　DELAY: ;延時約1ms</p><p>　　MOV R2,#0AH</p><p>　　DL2:MOV

109、 R3,#18H</p><p><b>　　DL1:NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R3,DL1</p><p>　　DJNZ R2,DL2</p><p><b>　　RET</b></

110、p><p><b>　　END</b></p><p>　　附錄二 溫度采集系統(tǒng)硬件電路及仿真結果</p><p><b>　　硬件電路連接</b></p><p><b>　　PCB板截圖</b></p><p><b>　　仿真截圖</b