多路溫度采集課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p><b>　　2總體方案設(shè)計3</b></p><p><b>　　2．1設(shè)計內(nèi)容3</b></p><p><b>　　2．2方案比較

2、3</b></p><p>　　2．2．1方案一3</p><p>　　2．2．2方案二3</p><p>　　2.2.3方案三4</p><p><b>　　2．3方案論證5</b></p><p><b>　　2．4方案選擇5</b></p&

3、gt;<p><b>　　3單元模塊設(shè)計6</b></p><p>　　3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計6</p><p>　　3.1.1電源電路6</p><p>　　3.1.2中央處理電路6</p><p>　　3.1.3測溫電路7</p><p>　　3.1.4顯示

4、電路7</p><p>　　3.1.5超溫報警電路9</p><p>　　3.1.6 串口下載電路10</p><p>　　3.2電路參數(shù)的計算及元器件的選擇11</p><p>　　3.2.1 中央處理電路11</p><p>　　3.2.2測溫電路11</p><p>　　3.2

5、.4顯示電路11</p><p>　　3.3 特殊器件的介紹11</p><p>　　3.3.1 STC89C52單片機特點及特性11</p><p>　　3.3.2 DS18B20介紹13</p><p>　　3.3.3 矩陣鍵盤15</p><p>　　3.4各單元模塊的聯(lián)接16</p>

6、<p><b>　　4軟件設(shè)計17</b></p><p>　　4.1軟件設(shè)計原理及使用工具17</p><p>　　4.1.1設(shè)計原理17</p><p>　　4.1.2使用工具17</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖及其功能17</p><p>　　4.3主要軟件

7、設(shè)計流程框圖及說明18</p><p>　　4.3.1主程序流程及說明18</p><p><b>　　5系統(tǒng)調(diào)試20</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)調(diào)試21</p><p>　　6 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)22</p><p>　　6、1說明系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能22</p>

8、<p>　　6、1、1設(shè)置溫度上限22</p><p>　　6、1、2溫度測量22</p><p>　　6、1、3報警22</p><p>　　6.2系統(tǒng)性能分析23</p><p><b>　　7結(jié)論24</b></p><p><b>　　8總結(jié)與體會25&

9、lt;/b></p><p><b>　　9 參考文獻26</b></p><p>　　10附錄1：相關(guān)設(shè)計圖</p><p>　　11附錄2：相關(guān)設(shè)計軟件</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　隨著“信息時代”的到來，作為獲取信息的手段——

10、傳感器技術(shù)得到了顯著的進步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。而溫度傳感器在生產(chǎn)和生活中有廣泛應(yīng)用，對其的了解及應(yīng)用就顯得更為重要了。單片機在測控領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，它既可以測量電信號，又可以測量溫度、濕度等非電信號。由單片機構(gòu)成的溫度檢測、溫度控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)

11、過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。</p><p>　　測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器、智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制

12、器(MCU)。社會的發(fā)展使人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。</p><p>　　溫度計是常用的熱工儀表，常用于工業(yè)現(xiàn)場作為過程的溫度測量。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，不僅需要了解當(dāng)前溫度讀數(shù)，而且還希望能了解過程

13、中的溫度變化情況。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對溫度測量儀表的要求越來越高，而數(shù)字溫度表具有結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，功耗小，可靠性高，速度快等特點，更加適合于工業(yè)過程中以及科學(xué)試驗中對溫度進行在線測量的要求。數(shù)字溫度計的高速發(fā)展，使它已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表。數(shù)字化是當(dāng)前計量儀器儀表發(fā)展的主要方向之一。而高準(zhǔn)確度數(shù)字溫度計的出現(xiàn)，又使溫度計進入了精密標(biāo)準(zhǔn)測量領(lǐng)域。與此相適應(yīng)，測量的可靠性、準(zhǔn)確性顯得越來越重要。<

14、/p><p>　　本設(shè)計采用單片機作為數(shù)據(jù)處理與控制單元, 為了進行數(shù)據(jù)處理,單片機控制數(shù)字溫度傳感器,把溫度信號通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機上。單片機數(shù)據(jù)處理之后,發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài),同時將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到 液晶顯示屏進行顯示。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)多路溫度信號采集與顯示,可以使用按鍵來設(shè)置溫度限定值,通過進行溫度數(shù)據(jù)的運算處理,發(fā)出控制信號達到控制蜂鳴器和發(fā)光二極管的目的。我所采用的控制

15、芯片為STC89c52,此芯片功能較為強大,能夠滿足設(shè)計要求。通過對電路的設(shè)計,對芯片的外圍擴展,來達到對多路溫度的采集和顯示功能。</p><p>　　本課程設(shè)計是配合課堂教學(xué)的一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它能起到鞏固課堂和書本上的知識，加強綜合能力，提高系統(tǒng)設(shè)計水平，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果，培養(yǎng)資料搜集和匯總的能力，培養(yǎng)總體設(shè)計和方案論證的意識，提高硬件，軟件設(shè)計與開發(fā)的綜合能力， 提高軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試的能力，掌握

16、相關(guān)開發(fā)軟件，仿真軟件的使用方法。現(xiàn)在計算機科學(xué)在應(yīng)用上得到飛速發(fā)展，因此，學(xué)習(xí)這方面的知識必須緊跟實際連接。掌握這方面的知識更重要強調(diào)解決實際問題的能力。該課程設(shè)計給我們提供了一個很好的機會，它要求我們結(jié)合課堂上和書本中學(xué)到的知識去獨立設(shè)計一個硬件系統(tǒng)，它是我們邁向?qū)嵺`和應(yīng)用的橋梁，我們學(xué)習(xí)書本上的知識是一個不斷積累的過程，而該課程設(shè)計卻使得我們能夠盡情發(fā)揮他們，讓我們更了解計算機及軟硬件的結(jié)合使用，雖然課程設(shè)計的時間比較短，但它卻在

17、整個教學(xué)計劃中占據(jù)了及其重要的位置。</p><p><b>　　2總體方案設(shè)計</b></p><p><b>　　2．1設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　利用溫度傳感器DSB18B20實現(xiàn)溫度的測量，由單片機STC89C52控制信號并在LED或LCD上顯示測量結(jié)果。利用鍵盤上的數(shù)字鍵設(shè)置每一路的報警溫度，LCD將顯

18、示4路溫度值，在超溫后蜂鳴器將鳴叫報警且LCD將顯示超溫的通道。</p><p><b>　　2．2方案比較</b></p><p>　　對同一種目的的實現(xiàn)，可以用不同的方案，下面就著重介紹以下三種方案對同一目的的實現(xiàn)方法。并比較三種方案的優(yōu)劣。</p><p><b>　　2．2．1方案一</b></p>

19、<p>　　原理框圖如圖2.1：</p><p>　　圖2.1 方案一的原理框圖</p><p>　　方案一的原理簡述：該方案的各部分電源均由總電源供電，溫度傳感器為熱電偶，熱電偶的熱端感受被測物體溫度t，產(chǎn)生相應(yīng)的熱電勢。熱電勢與熱端溫度成單值函數(shù)關(guān)系，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將熱電勢轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，按照熱電勢與溫度的函數(shù)關(guān)系將該數(shù)字量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)溫度值，經(jīng)譯碼顯示電路顯示在數(shù)碼管上，從

20、而實現(xiàn)數(shù)字溫度計的功能。</p><p><b>　　2．2．2方案二</b></p><p>　　原理框圖如圖2.2：</p><p>　　圖2.2 方案二的原理框圖</p><p>　　方案二的原理簡述：該方案的各部分電源均由總電源供電，選擇 DS18B20 作為本系統(tǒng)的溫度傳感器， 選擇單片機 STC89C52 為

21、測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、 處理、 顯示、 報警等功能。 選用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，數(shù)字溫度傳感器在采集到輸出溫度后直接輸出數(shù)字量信號。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路，省略了采樣、保持電路、運放、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以及進行長距離傳輸時的串并轉(zhuǎn)換電路，簡化了電路，縮短了系統(tǒng)的工作時間，降低了系統(tǒng)的硬件成本。當(dāng) LCD1602 液晶顯示屏接收到來自STC89C52單片機傳送來的溫度信息后，分別顯示當(dāng)前的溫度；

22、若采集的溫度超過了程序設(shè)定的報警溫度，則發(fā)光二極管閃爍發(fā)光，蜂鳴器同時發(fā)出報警。 </p><p><b>　　2.2.3方案三</b></p><p>　　原理框圖如圖2.3：</p><p>　　圖2.3方案三的原理框圖</p><p>　　方案三的原理簡述：該方案的各部分電源均由總電源供電，由模擬及數(shù)字元器件組成的

23、控制電路作為核心，控制數(shù)字溫度計采集溫度，數(shù)字溫度傳感器在采集到溫度后直接輸出數(shù)字量，傳給控制電路進行處理，控制電路將傳回的二進制數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)溫度，由譯碼顯示電路以十進制形式顯示在數(shù)碼管上。</p><p><b>　　2．3方案論證</b></p><p>　　以上三種方案都是可行的，第一種方案的優(yōu)點是由純硬件電路構(gòu)成，不涉及軟件編程，但是由于熱電勢與溫度之

24、間的函數(shù)關(guān)系較復(fù)雜，利用硬件電路完成其轉(zhuǎn)化較復(fù)雜，設(shè)計該電路難度較大且電路將比較龐大。第二種方案的難點主要是單片機程序編制，但其硬件電路相對簡單，借助于微控制器的強大功能可使設(shè)計周期縮短，測量精度高，且易于擴展功能，增強了電路對各種工作要求的適應(yīng)性。第三種方案的優(yōu)點是由純硬件電路構(gòu)成，不涉及軟件編程，但是數(shù)字式溫度傳感器的工作涉及復(fù)雜的時序，用硬件電路實現(xiàn)將十分復(fù)雜，電路設(shè)計難度大且電路龐大。</p><p>&

25、lt;b>　　2．4方案選擇</b></p><p>　　考慮到電路的靈活性和適用性及本次課程設(shè)計的要求，經(jīng)過上面三個方案的分析，第二個方案的可行性高，所以我們選擇第二個方案做為本次的設(shè)計方案。在第二個方案中，數(shù)字式溫度傳感器和單片機起著主導(dǎo)作用，單片機控制傳感器測溫并將其傳回的數(shù)據(jù)進行處理、分析，通過改變程序，還可改變測量精度及電路的功能，因而可實現(xiàn)本次設(shè)計的要求。</p>&l

26、t;p><b>　　3單元模塊設(shè)計</b></p><p>　　本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進行必要說明。</p><p>　　3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計</p><p><b>　　3.1.1電源電

27、路</b></p><p>　　圖3.1電源電路原理圖</p><p>　　電源采用USB供給，通過USB接口輸入至電路，S1為電源開關(guān)，發(fā)光二極管顯示電路板的上電狀態(tài)。</p><p>　　3.1.2中央處理電路</p><p>　　中央處理電路主要由時鐘振蕩電路，復(fù)位電路及STC89C52單片機構(gòu)成，其中RP1為10kΩ的排阻

28、，作為單片機P0口的上拉電阻。中央處理電路控制數(shù)字溫度傳感器進行測溫并對傳回的數(shù)據(jù)進行處理，再控制顯示電路將測得溫度顯示在數(shù)碼管上。</p><p><b>　　3.1.3測溫電路</b></p><p><b>　　圖3.2測溫電路</b></p><p>　　測溫電路主要由數(shù)字溫度傳感器DS18B20構(gòu)成。DS18B2

29、0使用外部電源Vcc故其3腳接Vcc，I/O口2腳通過信號線與單片機相連，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電阻。測溫電路完成溫度的測量，將測得溫度以二進制數(shù)據(jù)形式反饋給單片機進行處理。</p><p><b>　　3.1.4顯示電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)使用的是1602液晶顯示模塊。1602液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、位數(shù)多、程序

30、簡單的諸多優(yōu)點，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩行20字等等。</p><p>　　在本系統(tǒng)中使用的是字符型兩行16字液晶顯示器。在與單片機連接時使用接口電路（排針）相連，為并行通信。以下是1602液晶顯示器外型圖和液晶顯示的典型應(yīng)用。</p><p>　　1602液晶顯示采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口

31、，其中：（模塊背面有標(biāo)注）</p><p>　　第1腳：VSS為地電源</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源 </p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，使用時通過一個5K的電位器調(diào)整對比度</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇

32、指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平、RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p&g

33、t;<p>　　第15～16腳：空腳</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了不同的點陣字符圖形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。</p><p>　　圖3.4 LCD1602顯示電路</p><p>　　在實際電

34、路板的設(shè)計中，會考慮增加上拉電阻，以保護系統(tǒng)和提高系統(tǒng)的驅(qū)動能力。另外有些設(shè)計中也會考慮使用排線作為單片機與液晶顯示的接口，具體使用哪一種連接方式，可以根據(jù)情況而定，在本系統(tǒng)中使用排針連接。</p><p>　　3.1.5超溫報警電路</p><p>　　本系統(tǒng)使用的報警模塊是蜂鳴器。當(dāng)現(xiàn)場測得的溫度值高于預(yù)先設(shè)定的最高溫度值時就會發(fā)出報警信號,蜂鳴器鳴叫報警且LCD1602顯示超溫的通道

35、。</p><p>　　以下是報警模塊與單片機連接圖：</p><p>　　圖中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號P13是指單片機的P1.3引腳。</p><p>　　圖3.5 報警模塊與單片機連接圖</p><p>　　該電路實現(xiàn)超溫報警功能，在溫度超過設(shè)定值時蜂鳴器發(fā)聲提示溫度過高，在程序中，我們將報警溫度設(shè)置為33.5℃。蜂鳴器由NPN三極管9013驅(qū)動，三極

36、管基極作為控制極，經(jīng)10k電阻與單片機P1.0口相連。</p><p>　　3.1.6 串口下載電路</p><p>　　串口電路主要用于單片機程序的下載，對電平和邏輯進行變換。EIA-RS-232是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232與TTL電路之間進行電平和邏輯關(guān)系的變換。本設(shè)計

37、選用的轉(zhuǎn)換芯片是MAX232，連接器選用的是DB-9的9芯插頭座。電路連線圖如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.6 串口下載電路</p><p>　　3.2電路參數(shù)的計算及元器件的選擇</p><p>　　3.2.1 中央處理電路</p><p>　　考慮到功能、成本，我們選擇了價格低廉、功能相對強大的51系列單片機STC89C52作

38、為中央處理電路的處理器。中央處理電路主要由STC89C52單片機、時鐘振蕩電路及復(fù)位電路構(gòu)成。時鐘振蕩電路及復(fù)位電路的元件選擇均根據(jù)資料選取。</p><p><b>　　3.2.2測溫電路</b></p><p>　　測溫電路主要由數(shù)字溫度計DS18B20構(gòu)成，據(jù)其元件資料其數(shù)據(jù)端的上拉電阻應(yīng)取5kΩ左右，取標(biāo)稱值4.7kΩ。</p><p>

39、;<b>　　3.2.4顯示電路</b></p><p>　　考慮到成本、實用性及可操作性顯示電路部分的驅(qū)動元件采用三極管9012，數(shù)碼管選擇七段共陰數(shù)碼管。</p><p>　　3.3 特殊器件的介紹</p><p>　　3.3.1 STC89C52單片機特點及特性</p><p>　　STC89C52單片機具有PDI

40、P，TQFP和PLCC三種封裝形式。設(shè)計中采用的是PDIP封裝，其引腳排列如圖3.5所示。STC89C52單片機有40個引腳，具有如下特性：</p><p>　　片內(nèi)程序存儲器含有4KB的Flash存儲器，允許在線編程，擦寫周期可達1000次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含128字節(jié)的RAM；I/O口具有32根可編程I/O線；具有兩個16位I/O線；中斷系統(tǒng)具有6個中斷源、5個終端矢量、2個中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是一個

41、全雙工的串行通信口；具有兩個數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1；低功耗節(jié)電模式有節(jié)電模式和掉電模式；包含3級程序鎖定位；STC89C52的電源電壓為4.0-5.5V，STC89C52的電源電壓為2.7-4.0V；振蕩器頻率0-33MHz（STC89C52）；具有片內(nèi)看門狗定時器；靈活的在線片內(nèi)編程模式（字節(jié)和頁編程模式）；具有斷電標(biāo)志模式POF。</p><p>　　STC89C52引腳功能如下：</p>

42、<p>　　--P0口——8位、開漏極、雙向I/O口。</p><p>　　--P1口——8位、雙向I/O口、內(nèi)部含有上拉電阻。</p><p>　　--P2口——8位、雙向I/O口、內(nèi)部含有上拉電阻。</p><p>　　--P3口——8位、雙向I/O口、內(nèi)部含有上拉電阻。P3口除了通用I/O功能外，還有替代功能。</p><p&

43、gt;　　圖3.7 STC89C52單片機引腳圖</p><p>　　3.3.2 DS18B20介紹</p><p>　　DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。</p><p>　　1、DS18B20產(chǎn)品的特

44、點</p><p>　?。?）、只要求一個端口即可實現(xiàn)通信。</p><p>　?。?）、在DS18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。</p><p>　?。?）、實際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實現(xiàn)測溫。</p><p>　　（4）、測量溫度范圍在－55℃到＋125℃之間。</p><p>　?。?）、數(shù)字

45、溫度計的分辨率用戶可以從9位到12位選擇。</p><p>　?。?）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。</p><p>　　2、DS18B20的引腳介紹 </p><p>　　TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見圖3.6，其引腳功能描述見表3.1。</p><p>　　圖3.8 DS18B20底視圖</p><p>

46、;　　表3.1　DS18B20詳細引腳功能描述</p><p>　　3、DS18B20的使用方法 </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)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對STC89C52單片機來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。</p><p>　

47、　由于DS18B20 是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(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 了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時 序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。</p&

48、gt;<p>　　DS18B20的復(fù)位時序</p><p>　　（1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。 </p><p>　?。?） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） </p><p>　?。?） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。 </p><p>　?。?） 延時750us（該時間的時間范圍可以從480到960us）。

49、</p><p>　?。?） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。 </p><p>　?。?） 延時等待（如果初始化成功則在15到60us時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。 </p><p>　?。?） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時

50、，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480us。 </p><p>　?。?） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。 </p><p>　　DS18B20的讀時序</p><p>　　（1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 </p><p>　?。?）延時2us。 </p><p>　?。?）將數(shù)據(jù)線拉

51、低“0”。 </p><p>　?。?）延時15us。 </p><p>　?。?）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 </p><p>　?。?）延時15us。 </p><p>　　（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 </p><p>　　（8）延時30us。 </p><p>　　DS

52、18B20的寫時序</p><p>　　（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。 </p><p>　?。?） 延時確定的時間為15us。 </p><p>　?。?） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 </p><p>　?。?） 延時時間為45us。 </p><p>　　（5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 &l

53、t;/p><p>　　（6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 </p><p>　?。?） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 </p><p>　　DS18B20數(shù)據(jù)輸出與對應(yīng)溫度關(guān)系</p><p>　　DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴</p><p>　　展的

54、二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。 </p><p>　　表3.2 DS18B20溫度值格式表</p><p><b>　　MSbLSb</b></p><p>　　這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為

55、0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際 溫度。 例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。</p><p>　　3.3.3 矩陣鍵盤</p><p>　　本設(shè)計中采用矩陣鍵盤對報警溫度

56、進行設(shè)置，矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個交叉點上，設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個數(shù)是4×4個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O口的利用率。圖1為矩陣鍵盤電路圖，行線接P2.4－P2.7，列線接P2.0－P2.3。</p><p>　　圖3.9矩陣鍵盤電路圖</p><p>　　在使用時

57、，單片機先從P2口的高四位輸出高電平，低四位輸出低電平，從P2口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。再從P2口的低四位輸出高電平，高四位輸出低電平，從P2口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來就可以得到當(dāng)前按鍵的編碼。程序根據(jù)該編碼完成對應(yīng)報警溫度的設(shè)置。</p><p>　　3.4各單元模塊的聯(lián)接</p><p><b>　　詳見附錄1</b></p>&l

58、t;p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1軟件設(shè)計原理及使用工具</p><p><b>　　4.1.1設(shè)計原理</b></p><p>　　在軟件設(shè)計中一共用到了三種設(shè)計軟件，一種是Protel 99SE，主要用于設(shè)計原理圖的繪制及PCB印制電路板繪制，一種是Keil C51編譯系統(tǒng)，主要用

59、于調(diào)試、編譯STC89C52單片機程序,一種是STC-ISP V31，主要用于向單片機下載程序。</p><p><b>　　4.1.2使用工具</b></p><p>　　1.PROTEL：PROTEL 99SE是PORTEL公司推出的EDA軟件，能進行原理圖的設(shè)計和PCB設(shè)計以及仿真等。由于其學(xué)習(xí)和使用方便，受到了廣大電子工作者和高校師生的青睞，在市場中占有率極高

60、。本次設(shè)計使用了PROTEL的原理圖和PCB圖繪制功能。</p><p>　　2.Keil C51：Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)。該軟件對編寫的C語言源程序進行編譯、匯編、連接等，還能進行相應(yīng)的仿真。本設(shè)計利用其生成HEX文件下載到單片機進行調(diào)試。</p><p>　　3、STC-ISP 是一款單片機下載編程燒錄軟件，是針對STC系列

61、單片機而設(shè)計的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機，使用簡便，現(xiàn)已被廣泛使用。</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖及其功能</p><p>　　系統(tǒng)使用了模塊化的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計思想對軟件進行設(shè)計，這樣使系統(tǒng)控制軟件便于理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計。本系統(tǒng)的軟件分四大模塊：1602顯示子程序、鍵盤掃描子程序、測溫子程序、報警子程序。利用鍵盤掃描子

62、程序?qū)缶瘻囟冗M行設(shè)置，測溫子程序?qū)崿F(xiàn)4路DS18B20的測溫及測得數(shù)據(jù)的處理，顯示子程序?qū)崿F(xiàn)溫度的顯示等功能，報警子程序在超溫后利用蜂鳴器進行報警并調(diào)用顯示子程序顯示超溫的通道。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　4.3主要軟件設(shè)計流程框圖及說明</p><p>　　4.3.1主程序流程及說明<

63、/p><p>　　圖4.2 主程序基本流程圖</p><p>　　主程序負責(zé)系統(tǒng)的初始化及任務(wù)的創(chuàng)建。主程序從開機就在不間斷的循環(huán)，永不停止，直到掉電。首先對整個系統(tǒng)進行初始化，包括單片機模塊初始化、1602顯示模塊初始化等。接下來主程序會調(diào)用鍵盤掃描子程序，設(shè)置好報警溫度后后又調(diào)用1602顯示子程序，將設(shè)置結(jié)果顯示在液晶屏上。然后進入測溫子程序，反復(fù)采集4路DS18B20測得的溫度值并顯示在

64、液晶屏上，如果超溫則調(diào)用報警子程序如此反復(fù)執(zhí)行。主程序基本流程如圖4.2所示。</p><p><b>　　5系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　單片機程序主要由主函數(shù)、DS18B20子函數(shù)和顯示函數(shù)構(gòu)成，主函數(shù)通過調(diào)用DS18B20子函數(shù)和顯示函數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。程序代碼如附錄所示，主要用keil C51進行單片機程序的調(diào)試，根據(jù)調(diào)試框提示改進程序，直至無錯誤。&

65、lt;/p><p>　　圖5.1 單片機程序經(jīng)調(diào)試后無錯誤</p><p>　　圖5.2 Proteus仿真</p><p>　　首先利用Proteus對系統(tǒng)進行仿真，當(dāng)仿真成功后將程序下載到單片機開發(fā)板進行實物調(diào)試。</p><p><b>　　5.1系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試分

66、為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩步。</p><p><b>　?。?）硬件調(diào)試</b></p><p>　　硬件調(diào)試比較簡單，首先檢查電路的焊接是否正確及電路中有沒有虛焊等問題，然后可用萬用表測試或通電檢測電路。</p><p><b>　　（2）軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件調(diào)試以程序為主。先

67、編寫一段顯示程序?qū)τ布恼９ぷ鬟M行檢驗，然后進行主程序、匹配ROM子程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換命令子程序、計算溫度子程序、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序等的編程及調(diào)試。</p><p>　　軟件調(diào)試到能顯示溫度值，而且在有溫度變化時（例如用手去接觸）顯示溫度能夠改變就基本完成軟件調(diào)試。</p><p>　　由于DS18B20與單片機采用單線串行數(shù)據(jù)傳送，因此，對DS18B20進行讀寫編程時必須嚴

68、格地保證讀寫時序，否則將無法讀取測量結(jié)果。</p><p><b>　　圖5.3</b></p><p>　　圖5.3為實物采集的室內(nèi)溫度與室內(nèi)實際溫度的對比，經(jīng)比較所測溫度在溫差范圍內(nèi)。</p><p>　　6 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)</p><p>　　6、1說明系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能</p><p>

69、　　6、1、1設(shè)置溫度上限</p><p>　　通過按鍵設(shè)置溫度上限，溫度數(shù)值為三位數(shù)。</p><p>　　圖6.1設(shè)置溫度上限功能仿真圖</p><p><b>　　6、1、2溫度測量</b></p><p>　　單片機將溫度數(shù)據(jù)傳送給LCD1602，并將四路溫度依次循環(huán)顯示出來。</p><p&

70、gt;　　圖6.2溫度測量顯示功能仿真圖</p><p><b>　　6、1、3報警</b></p><p>　　若溫度超過設(shè)定的上限溫度則報警，LCD1602顯示溫度超過設(shè)定上限溫度的路數(shù)，蜂鳴器響，仿真時二極管亮。</p><p>　　圖6.3超溫報警功能仿真圖</p><p><b>　　6.2系統(tǒng)性能分

71、析</b></p><p>　　用制作的測溫系統(tǒng)和已有的成品溫度計（如水銀溫度計）來同時測量環(huán)境溫度，并對測量的結(jié)果進行比較分析。</p><p>　　由比較分析及DS18B20的特點可得，用本系統(tǒng)進行測溫時，精度很高，誤差指標(biāo)可以限制在1℃以內(nèi)；另外在-55～+125℃的測溫范圍內(nèi)使得該系統(tǒng)完全適合一般的應(yīng)用場合。 </p><p><b>

72、　　7結(jié)論</b></p><p>　　多路溫度采集是一個用途非常廣泛的電路，在很多地方都可以見到它們的身影，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領(lǐng)域。溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

73、傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器、智能集成溫度傳感器。本設(shè)計中最重要的器件之一便是溫度傳感器，所用到的是DS18B20，它的溫度操作是使用 16 位，也就是說分辨率是0.0625。它屬于單總線數(shù)字數(shù)字傳感器，優(yōu)點是：（ 1 ）采用單總線的接口方式 ；（ 2 ）測量溫度范圍寬，測量精度高 ；（ 3 ）在使用中不需要任何外圍元件；（ 4 ）持多點組網(wǎng)功能；（ 5 ）供電方式靈活；（ 6 ）測量參數(shù)可配置；（ 7 ） 負壓特性 ；（

74、 8 ）掉電保護功能 。</p><p>　　設(shè)計中用到的核心器件單片機對整個設(shè)計起到控制作用，單片機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。單片機在測控領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，它既可以測量電信號，又可以測量溫度濕度等非電信號。由單片機構(gòu)成的溫度檢測、溫度控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。單片機在工業(yè)控制、尖端武器、通信 設(shè)備、信息處理、家用電器等各測控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨占鰲頭。而設(shè)計中用到的S

75、TC89C52單片機與多種溫度傳感器配合使用的信號調(diào)理接口電路。</p><p>　　本設(shè)計在軟、硬件調(diào)試完畢后將程序下載到STC89C52單片機。系統(tǒng)能夠通過DS18B20測量溫度，并將實時溫度顯示到LCD1602液晶顯示屏，精確到十分位。且能動態(tài)響應(yīng)，當(dāng)溫度改變時液晶顯示屏溫度示值能立即改變，顯示相應(yīng)的溫度值。我們設(shè)計的這個多路溫度采集能動態(tài)顯示實時溫度，示數(shù)直觀而且通過改進程序最大精度可以達到0.0625℃

76、，具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　8總結(jié)與體會</b></p><p>　　通過這學(xué)期對智能化儀表這門課程的學(xué)習(xí)，讓我對智能儀表的概念以及發(fā)展 現(xiàn)狀有了一個較為全面的掌握，隨著微型計算機技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展，引起了儀器儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革，即以微型計算機為主體，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表的常規(guī)線路，成為新一代具有某種智能的靈巧儀表。這類儀表的設(shè)計重點，已經(jīng)從

77、模擬和邏輯電路的設(shè)計轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ玫奈C模板，或微機功能部件、接口電路和輸入/ 輸出通道的設(shè)計,以及應(yīng)用軟件的開發(fā)。傳統(tǒng)模擬式儀表的各種功能是由單元電 路實現(xiàn)的, 而在以單片機或嵌入式系統(tǒng)為主體的儀表中,則由編程軟件、各種特殊而復(fù)雜的功能模塊、簡化的用戶組態(tài)編程功能以及各種典型應(yīng)用的控制策略包等 模塊組成的軟件, 來完成眾多的數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù)。 而在本次課程設(shè)計中，我們就采用了這種已經(jīng)相當(dāng)普及的方法設(shè)計了一個基于單片機和溫度傳感器的多路溫度

78、采集系統(tǒng)，并通過了軟件仿真，最后得出了設(shè)計結(jié)果的可行性。</p><p>　　設(shè)計過程中，首先，要對DS18B20做一個詳細的了解，作為設(shè)計中一個重要的元件，要知道它的一般流程：初始化—ROM 操作指令—存儲器操作指令—數(shù)據(jù)傳輸。然后必須掌握它的每個端口的作用，并用單片機通過高低電平來控制它的工作過程，不一樣的模塊它的工作時序是不同，這里要通過軟件正確的編寫出讀寫時序，才能確保在測量溫度的環(huán)節(jié)中不出問題。一個完整

79、的系統(tǒng)同樣也需要一個人機界面才能便于使用者讀出數(shù)據(jù)，所以這里用到了 LCD1602 液晶屏，這個液晶屏的優(yōu)點在于自帶字庫，且易于控制顯示位置，基本上達到了設(shè)計的要求。</p><p>　　同時，在做整個課程論文的過程中，也遇到了諸多問題：</p><p>　　第一，不能靈活自如的運用單片機C 語言。</p><p>　　第二，對某些硬件的功能不太熟悉。</p&

80、gt;<p>　　第三，缺乏一定的理論基礎(chǔ)。 </p><p>　　但是，通過陳高燕老師和同學(xué)們的幫助下，最終還是取得了一個令人滿意的結(jié)果，再次對幫助過我們的老師和同學(xué)們表示感謝，我們也會在以后的學(xué)習(xí)工作中，逐步彌補自己的不足。</p><p><b>　　9 參考文獻</b></p><p>　　[1]陳日耀．金屬切削原理[M]

81、．北京：機械工業(yè)出版社，1985 </p><p>　　[2]劉君華．現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[3]徐愛均．8051單片機實戰(zhàn)教程．電子工業(yè)出版社,2005</p><p>　　[4]譚浩強．MCS-51單片機應(yīng)用教程．清華大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[5]馮旭.

82、單片機控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].甘肅科技縱橫,2006</p><p>　　[6]朱群鋒，王曉芳，黃磊.基于DS18B20的多路溫度采集系統(tǒng).船電技術(shù).2009</p><p>　　[7]付慧敏，禹鐵軍，殷淑萍. 數(shù)字式多路溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計. 煤炭技術(shù).2008</p><p>　　[8]張毅剛，彭喜元，董繼成.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，201