基于單片機的數(shù)字溫度計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設計內(nèi)容及性能指標…………………………………………………………3</p><p>　　2系統(tǒng)框架…………………………………………………………4</p><p>　　3系統(tǒng)器件選擇……………………………………………………………………5</p><p>

2、　　3.1 單片機的選擇……………………………………………………………………5</p><p>　　3.2 89S51引腳介紹…………………………………………………5</p><p>　　3.3溫度傳感器的選擇…………………………………………………6</p><p>　　4 硬件設計電路…………………………………………………………………………13</p>

3、<p>　　4.1顯示電路…………………………………………………………………………14</p><p>　　4.2 溫度檢測電路…………………………………………………………………………14</p><p>　　4.3 溫度報警電路…………………………………………………………………………16</p><p>　　5軟件設計…………………………………………

4、……………………………………17</p><p>　　5.1 概述… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… 17</p><p>　　5.2主程序模塊… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 17</p><p>　　5.3各模塊流程設計… … … … …

5、 … … … … … … … … … … … … … … … 18</p><p>　　6.源程序…………………………………………………………………………22</p><p>　　附錄1：參考文獻………………………………………………………………34</p><p>　　附錄2：元件清單 ………………………………………………………35</p>&l

6、t;p>　　附錄3： 電氣原理圖………………………………………………………………36</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施就需要從

7、數(shù)單片機技術入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術,單片機已經(jīng)在測控領域中獲得了廣泛的應用</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，該設計控制器使用單片機AT89S51，測溫傳感器使用DS18B20，用LCD數(shù)碼管以串口傳送

8、數(shù)據(jù),實現(xiàn)溫度顯示,能準確達到以上要求。</p><p>　　關鍵詞 AT89S51 單片機 傳感器 DS18B20</p><p>　　1 設計內(nèi)容及性能指標</p><p>　　本設計主要是介紹了單片機控制下的溫度檢測系統(tǒng)，詳細介紹了其硬件和軟件設計，并對其各功能模塊做了詳細介紹，其主要功能和指標如下：</p><p>　　

9、●利用溫度傳感器（DS18B20）測量某一點環(huán)境溫度</p><p>　　●測量范圍為-50℃～＋150℃，精度為±0.5℃</p><p>　　●用液晶進行實際溫度值顯示</p><p>　　●能夠根據(jù)需要方便設定上下限報警溫度</p><p><b>　　2系統(tǒng)框架</b></p><p

10、>　　采用數(shù)字溫度芯片DS18B20 測量溫度，輸出信號全數(shù)字化。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。且該芯片的物理化學性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線形較好。在0—100 攝氏度時，最大線形偏差小于1 攝氏度。DS18B20 的最大特點之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計DS18B20和微控制器AT89S51構成的溫度測量裝置,它直接輸出溫度的數(shù)字信號,可直接與計算機連接。這樣,測溫系統(tǒng)的結構就比

11、較簡單,體積也不大。采用51 單片機控制，軟件編程的自由度大，可通過編程實現(xiàn)各種各樣的算術算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨對多DS18B20</p><p>　　控制工作，還可以與PC 機通信上傳數(shù)據(jù)，另外AT89S51 在工業(yè)控制上也有著廣泛的應用，編程技術及外圍功能電路的配合使用都很成熟。</p><p>　　該系統(tǒng)利用AT89S51芯片控制溫度傳感器DS

12、18B20進行實時溫度檢測并顯示，能夠實現(xiàn)快速測量環(huán)境溫度，并可以根據(jù)需要設定上下限報警溫度。該系統(tǒng)擴展性非常強，它可以在設計中加入時鐘芯片DS1302以獲取時間數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理同時顯示時間，并可以利用AT24C16芯片作為存儲器件，以此來對某些時間點的溫度數(shù)據(jù)進行存儲，利用鍵盤來進行調時和溫度查詢，獲得的數(shù)據(jù)可以通過MAX232芯片與計算機的RS232接口進行串口通信，方便的采集和整理時間溫度數(shù)據(jù)。</p><p&

13、gt;　　圖 3.3 系統(tǒng)框圖 </p><p><b>　　3系統(tǒng)器件選擇</b></p><p>　　3.1 單片機的選擇</p><p>　　AT89S51 是CMOS8 位單片機，它集 Flash 程序存儲器既可在線編程（ISP），也可用傳統(tǒng)方法進行編程，所以低價位 AT89S51單片機可為提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控

14、制領域，對于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機AT89S51 具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。主要特性如下</p><p>　　●與MCS-51 兼容</p><p>　　●4K字節(jié)可編程閃爍存儲器</p><p>　　●壽命：1000寫/擦循環(huán)</p>&l

15、t;p>　　●數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　●全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　●三級程序存儲器鎖定</p><p>　　●128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　●32可編程I/O線</p><p>　　●兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p>　　●5

16、個中斷源 圖 4.1 AT89S51單片機引腳圖</p><p><b>　　●可編程串行通道</b></p><p>　　●低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　●片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p>　　3.2 89S51 引腳功能介紹

17、 </p><p>　　AT89S51 單片機為40 引腳雙列直插式封裝。 </p><p>　　其引腳排列和邏輯符號如圖4.1 所示。</p><p>　　各引腳功能簡單介紹如下：</p><p>　　●VCC：供電電壓 </p&

18、gt;<p>　　●GND：接地 </p><p>　　●P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳寫“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FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部

19、電位必須被拉高。</p><p>　　●P1口：P1口是一個內(nèi)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，電位被內(nèi)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(nèi)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。</p><p>　　●P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖

20、器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)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(nèi)部上拉的優(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(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。<

21、;/p><p>　　●P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。</p><p>　　●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。</p><p>　　●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

22、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。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。</p><p>　　●PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期PSEN兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　●EA/VPP：當E

23、A保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。</p><p>　　●XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　●XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.3溫度傳感器的選擇&l

24、t;/p><p>　　由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉換成對應的溫度，需要比較多的外部元件支持，且硬件電路復雜，制作成本相對較高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件。</p><p>　　3.3.1 DS18B20的介紹</p><p>　　DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其

25、體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。DALLAS 半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-50～+150 攝氏度，可編程為9位～12 位轉換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設定參數(shù)以及用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；

26、多個DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。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>　　DS18B20 的性能特點如下：</p><p>　　● 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線

27、即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊</p><p>　　● DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫</p><p>　　● DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)</p><p>　　● 適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下

28、可由數(shù)據(jù)線供電</p><p>　　● 溫范圍-50℃～＋150℃</p><p><b>　　● 零待機功耗</b></p><p>　　● 可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現(xiàn)高精度測溫</p><p>　　● 在9位分辨率時最多在93.75ms

29、內(nèi)把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快</p><p>　　● 用戶可定義報警設置</p><p>　　● 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件</p><p>　　● 測量結果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力&

30、lt;/p><p>　　● 負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作</p><p>　　3.3.2 DS18B20 使用中的注意事項</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>　　●DS18B20 從測溫結

31、束到將溫度值轉換成數(shù)字量需要一定的轉換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。</p><p>　　●在實際使用中發(fā)現(xiàn)，應使電源電壓保持在5V 左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低。</p><p>　　●在對DS1820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DS1820操

32、作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。</p><p>　　●在DS18B20的有關資料中均未提及單總線上所掛DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應用中并非如此，當單總線上所掛DS18B20 超過8 個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設計時要加以注意。</p><p>　　●在DS18B20測溫程序設計中，向DS18B20 發(fā)出溫

33、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。</p><p>　　3.3.3 DS18B20 內(nèi)部結構</p><p>　　圖為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中

34、間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲用戶設定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器等七部分。</p><p>　　DS18B20采用３腳PR－35 封裝或８腳SOIC封裝，其內(nèi)部結構框圖如圖 4.4所示</p><p>　　圖 4.4 DS18B20內(nèi)部結構框圖</p><p>　　64 b閃速ROM的結構如下

35、：</p><p>　　開始８位是產(chǎn)品類型的編號，接著是每個器件的惟一的序號，共有48 位，最后８位是前面56 位的CRC 檢驗碼，這也是多個DS18B20 可以采用一線進行通信的原因。溫度報警觸發(fā)器ＴＨ和ＴＬ，可通過軟件寫入戶報警上下限。主機操作ROM的命令有五種，如表所列</p><p>　　DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ＲＡＭ和一個非易失性的可電擦除的EE

36、RAM。高速暫存RAM 的結構為８字節(jié)的存儲器，結構如圖 4.5所示。 </p><p>　　圖 4.5 高速暫存RAM結構圖</p><p>　　前２個字節(jié)包含測得的溫度信息，第３和第４字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復位時被刷新。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。DS18B20工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的

37、溫度數(shù)值。</p><p>　　LSB MSB</p><p>　　當DS18B20接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。轉換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格

38、式以0.062 5 ℃/LSB形式表示。溫度值格式如下：</p><p>　　這是12位轉化后得到的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。圖中，S表示位。對應的溫度計算：當符號位S=0時，表示測得的溫度

39、植為正值，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，表示測得的溫度植為負值，先將補碼變換為原碼，再計算十進制值。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>　　DS18B20完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與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)

40、的告警標志置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令作出響應。因此，可用多只DS18B20同時測量溫度并進行告警搜索。</p><p>　　在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余校驗碼（CRC）。主機根據(jù)ROM的前 56位來計算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比較，以判斷主機收到的ROM數(shù) 據(jù)是否正確。</p><p>　　3.3.4 DS18B20測溫原理</p>

41、<p>　　DS18B20的測溫原理如圖2所示，圖中低溫度系數(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送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將50 ℃所對應的基數(shù)分別置入減法

42、計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在50 ℃所對應的一個基數(shù)值。</p><p>　　減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當減法計數(shù)器1的預置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器 1的預置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖2中的斜率累加

43、器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預置值，只要計數(shù)門仍未關閉就重復上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時 序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20 （發(fā)復位脈沖）→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p>&l

44、t;p>　　圖（2） DS18B20測溫原理圖</p><p>　　3.3.5 提高DS1820測溫精度的途徑 </p><p>　　1 .DS1820高精度測溫的理論依據(jù)</p><p>　　DS1820正常使用時的測溫分辨率為0.5℃，這對于水輪發(fā)電機組軸瓦溫度監(jiān)測來講略顯不足，在對DS1820測溫原理詳細分析的基礎上，我們采取直接讀取DS1820內(nèi)部暫存

45、寄存器的方法，將DS1820的測溫分辨率提高到0.1℃～0.01℃．</p><p>　　DS1820內(nèi)部暫存寄存器的分布如表1所示，其中第7字節(jié)存放的是當溫度寄存器停止增值時計數(shù)器1的計數(shù)剩余值，第8字節(jié)存放的是每度所對應的計數(shù)值，這樣，我們就可以通過下面的方法獲得高分辨率的溫度測量結果。首先用DS1820提供的讀暫存寄存器指令(BEH)讀出以0.5℃為分辨率的溫度測量結果，然后切去測量結果中的最低有效位(LS

46、B)，得到所測實際溫度整數(shù)部分T整數(shù)，然后再用BEH指令讀取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值M剩余和每度計數(shù)值M每度，考慮到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25℃、0.75℃為進位界限的關系，實際溫度T實際可用下式計算得到：T實際=(T整數(shù)－0.25℃)+(M每度－M剩余)/M每度。</p><p>　　表1 DS18B20暫存寄存器分布</p><p>　　該字節(jié)各位的定義如下：</p&g

47、t;<p>　　低5位一直都是1，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動，R1和R0決定溫度轉換的精度位數(shù)，即是來設置分辨率，如表1所示（DS18B20出廠時被設置為12位）。 表2 R1和R2模式表</p><p>　　由表1可見，設定的分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉換時間就越長

48、。因此，在實際應用中要在分辨率和轉換時間權衡考慮。高速暫存存儲器除了配置寄存器外，還有其他8個字節(jié)組成，其分配如下所示。其中溫度信息（第1，2字節(jié)）、TH和TL值第3，4字節(jié)、第6～8字節(jié)未用，表現(xiàn)為全邏輯1；第9字節(jié)讀出的是前面所有8個字節(jié)的CRC碼，可用來保證通信正確。</p><p>　　根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前 都要對DS

49、18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。</p><p>　　2 .測量數(shù)據(jù)比較</p><p>　　表2為采用直接讀取測溫結果方法和采用計算方法得到的測

50、溫數(shù)據(jù)比較，通過比較可以看出，計算方法在DS1820測溫中不僅是可行的，也可以大大的提高DS1820的測溫分率。表3 DS18B20 直度測溫結果與計算測溫結果數(shù)據(jù)比較</p><p><b>　　4 硬件設計電路</b></p><p>　　溫度計電路設計原理圖如圖5.1所示,控制器使用單片機AT89C2051,溫度計傳感器使用DS18B20,用液晶實現(xiàn)溫度顯示。

51、本溫度計大體分三個工作過程。首先，由DS18820溫度傳感器芯片測量當前的溫度，并將結果送入單片機。然后，通過AT89S51單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉換，井將此結果送入液晶顯示模塊。最后，SMC1602A芯片將送來的值顯示于顯示屏上。 由圖1可看到，本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片、SMCl602A液晶顯示模塊芯片和AT89S51單片機芯片組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機相

52、連，它獨立地完成溫度測量以及將溫度測量結果送到單片機的工作。</p><p><b>　　4.1 顯示電路</b></p><p>　　顯示電路采用SMCI602A液晶顯示模塊芯片該芯片可顯示16×2個字符，比以前的七段數(shù)碼管LED顯示器在顯示字符的數(shù)量上要多得多。另外，由于SMCl602芯片編程比較簡單，界面直觀，因此更加易于使用者操作和觀測。SMCl60

53、2A芯片的接口信號說明如表1所列。表1 SMCl602A芯片的接口信號說明</p><p>　　4.2 溫度檢測電路</p><p>　　DS18B20 最大的特點是單總線數(shù)據(jù)傳輸方式，DS18B20 的數(shù)據(jù)I/O 均由同一條線來完成。DS18B20 的電源供電方式有2 種: 外部供電方式和寄生電源方式。工作于寄生電源方式時, VDD 和GND 均接地, 他在需要遠程溫度探測和空間受限的

54、場合特別有用, 原理是當1 W ire 總線的信號線DQ 為高電平時, 竊取信號能量給DS18B20 供電, 同時一部分能量給內(nèi)部電容充電, 當DQ為低電平時釋放能量為DS18B20 供電。但寄生電源方式需要強上拉電路, 軟件控制變得復雜(特別是在完成溫度轉換和拷貝數(shù)據(jù)到E2PROM 時) , 同時芯片的性能也有所降低。因此, 在條件允許的場合, 盡量采用外供電方式。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5KΩ左右的上拉電。在這

55、里采用前者方式供電。DS18B20與芯片連接電路如圖 5.2所示：</p><p>　　圖 5.2 DS18B20與單片機的連接</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，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。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

56、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>　　由于DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線，因此它和主機（單片機）通信是需要串行通信，而AT89S51 有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DC18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM 操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均嚴格按照時序。</p><p

57、>　　主機發(fā)送（Tx）--復位脈沖（最短為480μs 的低電平信號）。接著主機便釋放此線并進入接收方式（Rx）?？偩€經(jīng)過4.7K的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到I/O 引腳上的上升沿之后，DS18B20 等待15～60μs,并且接著發(fā)送脈沖（60～240μs 的低電平信號）。然后以存在復位脈沖表示DS18B20 已經(jīng)準備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM 命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20 通過使用時間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)

58、，時間片用于處理數(shù)據(jù)位和進行何種指定操作的命令。它有寫時間片和讀時間片兩種：</p><p>　　寫時間片：當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，產(chǎn)生寫時間片。有兩種類型的寫時間片：寫1 時間片和寫0 時間片。所有時間片必須有60 微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復時間.</p><p>　　讀時間片：從DS18B20 讀數(shù)據(jù)時，使用讀時間片。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高

59、電平拉至邏輯低電平時產(chǎn)生讀時間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少1 微秒；來自DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在時間下降沿之后的15 微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時間片開始算起15微秒的狀態(tài)，主機必須停止把引腳驅動拉至低電平。在時間片結束時，I/O 引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時間片的最短持續(xù)期為60 微秒，包括兩個讀周期間至少1μs 的恢復時間。</p><p>　　一旦主機檢測到DS18B20 的存在，它便

60、可以發(fā)送一個器件ROM 操作命令。所有ROM 操作命令均為8位長。</p><p>　　所有的串行通訊，讀寫每一個bit 位數(shù)據(jù)都必須嚴格遵守器件的時序邏輯來編程，同時還必須遵守總線命令序列，對單總線的DS18B20 芯片來說，訪問每個器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次執(zhí)行ROM 命令；最后就是執(zhí)行功能命令(ROM 命令和功能命令后面以表格形式給出)。如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應主機。當然，搜

61、索ROM命令和報警搜索命令，在執(zhí)行兩者中任何一條命令之后，要返回初始化。</p><p>　　基于單總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的，初始化過程由主機發(fā)出的復位脈沖和從機響應的應答脈沖組成。應答脈沖使主機知道，總線上有從機，且準備就緒。</p><p>　　在主機檢測到應答脈沖后，就可以發(fā)出ROM 命令。這些命令與各個從機設備的唯一64 位ROM 代碼相關。在主機發(fā)出ROM命令，以訪

62、問某個指定的DS18B20，接著就可以發(fā)出DS18B20支持的某個功能命令。這些命令允許主機寫入或讀出DS18B20便箋式RAM、啟動溫度轉換。軟件實現(xiàn)DS18B20的工作嚴格遵守單總線協(xié)議：</p><p>　　(1)主機首先發(fā)出一個復位脈沖，信號線上的DS18B20 器件被復位。</p><p>　　(2)接著主機發(fā)送ROM命令，程序開始讀取單個在線的芯片ROM編碼并保存在單片機數(shù)據(jù)存

63、儲器中，把用到的DS18B20 的ROM 編碼離線讀出，最后用一個二維數(shù)組保存ROM 編碼，數(shù)據(jù)保存在X25043中。</p><p>　　(3)系統(tǒng)工作時，把讀取了編碼的DS18B20 掛在總線上。發(fā)溫度轉換命令，再總線復位。</p><p>　　(4)然后就可以從剛才的二維數(shù)組匹配在線的溫度傳感器，隨后發(fā)溫度讀取命令就可以獲得對應的度值了。</p><p>　　

64、在主機初始化過程，主機通過拉低單總線至少480us，來產(chǎn)生復位脈沖。接著，主機釋放總線，并進入接收模式。當總線被釋放后，上拉電阻將單總線拉高。在單總線器件檢測到上升沿后，延時15～60us，接著通過拉低總線60～240us，以產(chǎn)生應答脈沖。</p><p>　　寫時序均起始于主機拉低總線，產(chǎn)生寫1 時序的方式：主機在拉低總線后，接著必須在15us之內(nèi)釋放總線。產(chǎn)生寫0 時序的方式：在主機拉低總線后，只需在整個時序

65、期間保持低電平即可(至少60us)。在寫字節(jié)程序中的寫一個bit 位的時候，沒有按照通常的分別寫0時序和寫1 時序，而是把兩者結合起來，當主機拉低總線后在15us 之內(nèi)將要寫的位c 給DO：如果c 是高電平滿足15us 內(nèi)釋放總線的要求，如果c是低電平，則DO＝c這條語句仍然是把總線拉在低電平，最后都通過延時58us 完成一個寫時序(寫時序0或寫時序1)過程。</p><p>　　寫時間時序：當主機把數(shù)據(jù)從邏輯高

66、電平拉到邏輯低電平的時候，寫時間隙開始。有兩種寫時間隙，寫1 時間隙和寫0 時間隙。所有寫時間隙必須最少持續(xù)60μs，包括兩個寫周期至少1μs 的恢復時間。I/O線電平變低后，DS18B20 在一個15μs 到60μs 的窗口內(nèi)對I/O 線采樣。如果線上事高電平，就是寫1，如果是低電平，就是寫0。主機要生成一個寫時間隙，必須把數(shù)據(jù)線拉到低電平然后釋放，在寫時間隙開始后的15μs 內(nèi)允許數(shù)據(jù)線拉到高電平。主機要生成一個寫0 時間隙，必須把

67、數(shù)據(jù)線拉到低電平并保存60μs。</p><p>　　每個讀時隙都由主機發(fā)起，至少拉低總線1us，在主機發(fā)起讀時序之后，單總線器件才開始在總線上發(fā)送0 或1。所有讀時序至少需要60us。</p><p><b>　　4.3溫度報警電路</b></p><p>　　本此設計可以采用發(fā)光二級管報警電路，如過需要報警，則只需將相應位置1，當參數(shù)判斷完

68、畢后，再看報警模型單元ALARM 的內(nèi)容是否與預設一樣，如不一樣，則發(fā)光報警。但本次設計采軟件處理報警，利用有源蜂鳴器進行報警輸出，采用直流供電。當所測溫度超過獲低于所預設的溫度時，數(shù)據(jù)口相應拉高電平，報警輸出。報警電路硬件連接見圖 5.10。</p><p>　　圖 5.10蜂鳴器電路連接圖</p><p><b>　　5 軟件設計</b></p>&

69、lt;p><b>　　5.1 概述</b></p><p>　　整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質性的功能如測量、計算、顯示、通訊等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模

70、塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結構，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調度關系。</p><p><b>　　5.2主程序模塊</b></p><p>　　主程序需要調用4 個子程序，分別為數(shù)碼管顯示程序，溫度測試

71、及處理子程序，報警子程序，中斷設定子程序。各模塊程序功能如下：</p><p>　　●數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。</p><p>　　●溫度測試及處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進行處理，進行判斷和顯示。</p><p>　　●報警子程序：進行溫度上下限判斷及報警輸出。</p><p>　　●中斷設定程序：實現(xiàn)設定

72、上下限報警功能。</p><p>　　圖 6.1主程序 圖 6.2 DS18B20初始化流程圖 </p><p>　　5.3各模塊流程設計</p><p>　　下面對主要子程序的流程圖做介紹</p><p>　　5.3.1 溫度檢測流程</p><p>　　DS18B20在

73、單片機控制下分三個階段:</p><p>　　●18B20 初始化：初始化流程圖見</p><p>　　●讀18B20時序：讀DS18B20流程見圖 6.3：</p><p>　　●寫18B20時序：寫18B20 流程見圖6.4</p><p>　　圖 6.3讀DS18B20流程圖 圖 6.4寫DS18B20流程圖</p

74、><p>　　5.3.2 中斷設定流程</p><p>　　中斷模塊采用了外中斷和內(nèi)中斷套用方法。當設計需要實現(xiàn)上下限報警時，利用INT0口進行中斷，set 鍵進行上下限報警溫度設定，進入溫度設定狀態(tài)后（按一下溫度設定鍵），首先會提示顯示“UP”字母，表示要用戶設定高溫報警溫度，按S3 鍵 ，表示本位數(shù)字+1，按S4 表示移向下一位，如果4 位高溫設定完畢，則顯示“DO”，表示要用戶設定低溫報

75、警溫度。4位低溫設定完畢，如果用戶設置的高溫比設定的低溫高的話則顯示“ERRO”表示錯誤提示，同時會有蜂鳴器及時報警提示，然后自動顯示“UP”，讓用戶重新進行溫度設定。中斷設定子程序流程圖見下圖</p><p>　　圖6.6 中斷設定子程序流程圖</p><p><b>　　源程序</b></p><p>　　TIMEL

76、EQU 0E0H</p><p>　　TIMEH EQU 0B1H</p><p>　　TEMPHEAD EQU 36H;</p><p>　　BITST DATA 20H</p><p>　　TIME1SOK

77、 BIT BITST.1</p><p>　　TEMPONEOK BIT BITST.2</p><p>　　TEMPL DATA 26H</p><p>　　TEMPH DATA 27H</p><p>　　TEMPHC

78、 DATA 28H</p><p>　　TEMPLC DATA 29H;</p><p>　　TEMPDIN BIT P3.7;</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　LJMP START&

79、lt;/p><p>　　ORG 00BH</p><p>　　LJMP T0IT;</p><p>　　ORG 100H</p><p>　　START: MOV SP,#60H</p><p>　　CLSMEM: MOV

80、 R0,#20H</p><p>　　MOV R1,#60H</p><p>　　CLSMEM1: MOV @R0,#00H</p><p>　　INC R0</p><p>　　DJNZ R1,CLSMEM1</p><p>

81、　　MOV TMOD,#00100001B</p><p>　　MOV TH0,#TIMEL</p><p>　　MOV TL0,#TIMEH</p><p>　　SJMP INIT</p><p>　　ERROR: NOP</p><p&g

82、t;　　LJMP START</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　INIT: NOP</p><p>　　SETB ET0</p><p>　　SETB TR0</p><p>　　SETB

83、EA</p><p>　　MOV PSW,#00H</p><p>　　CLR TEMPONEOK</p><p>　　LJMP MAIN;</p><p>　　TOIT: PUSH PSW</p><p>　　MOV P

84、SW,#10H</p><p>　　MOV TH0,#TIMEH</p><p>　　MOV TL0,#TIMEL</p><p>　　INC R7</p><p>　　CJNE R7,#32H,T0IT1</p><p>　　MOV R7,

85、#00H</p><p>　　SETB TIME1SOK</p><p>　　T0IT1: POP PSW</p><p><b>　　RETI;</b></p><p>　　MAIN: LCALL DISP1</p>&l

86、t;p>　　JNB TIME1SOK,MIAN</p><p>　　CLR TIME1SOK</p><p>　　JNB TEMPONEOK,MAIN2</p><p>　　LCALL READTEMP1</p><p>　　LCALL CONVTEMP</p

87、><p>　　LCALL DISPBCD</p><p>　　LCALL DISP1</p><p>　　MIAN: LCALL READTEMP</p><p>　　SETB TEMPONEOK;</p><p>　　INITDS1820:

88、 SETB TEMPDIN</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　CLR TEMPDIN</p><p>　　MOV R6,#0A0H</p><p>　　DJ

89、NZ R6,$</p><p>　　MOV R6,#0A0H</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　SETB TEMPDIN</p><p>　　MOV R6,#32H</p><p>　　DJNZ R6,$&

90、lt;/p><p>　　MOV R6,#3CH</p><p>　　LOOP1820: MOV C,TEMPDIN</p><p>　　JC INITDS1820OUT</p><p>　　DJNZ R6,LOOP1820</p><p>　　M

91、OV R6,#064H</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　SJMP INITDS1820</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INITDS1820OUT: SETB TEMPDIN</p>&

92、lt;p><b>　　RET;</b></p><p>　　READDS1820: MOV R7,#08H</p><p>　　SETB TEMPDIN</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b

93、></p><p>　　READDS1820LOOP: CLR TEMPDIN</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　

94、　SETB TEMPDIN</p><p>　　MOV R6,#07H</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　MOV C,TEMPDIN</p><p>　　MOV R6,#3CH</p><p>　　DJNZ

95、 R6,$</p><p>　　RRC A</p><p>　　SETB TEMPDIN</p><p>　　DJNZ R7,READDS1820LOOP</p><p>　　MOV R6,#3CH</p><p>　　DJNZ R6,$<

96、;/p><p><b>　　RET;</b></p><p>　　WRITEDS1820: MOV R7,#08H</p><p>　　SETB TEMPDIN</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　

97、　NOP</b></p><p>　　WRITEDS1820LOP: CLR TEMPDIN</p><p>　　MOV R6,#07H</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　RRC A</p><p>　　MOV

98、 TEMPDIN,C</p><p>　　MOV R6,#34H</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　SETB TEMPDIN</p><p>　　DJNZ R7,WRITEDS1820LOP</p><p><b>　

99、　RET;</b></p><p>　　READTEMP: LCALL INITDS1820</p><p>　　MOV A,#FoH</p><p>　　LCALL WRITEDS1820</p><p>　　MOV R6,#34H</p>&l

100、t;p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　MOV A,#44H</p><p>　　LCALL WRITEDS1820</p><p>　　MOV R6,#34H</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p><b&

101、gt;　　RET</b></p><p>　　READTEMP1: LCALL INITDS1820</p><p>　　MOV A,#0CCH</p><p>　　LCALL WRITEDS1820</p><p>　　MOV R6,#34H</p>

102、<p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　MOV A,#0BEH</p><p>　　LCALL WRITEDS1820</p><p>　　MOV R6,#34H</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　

103、　MOV R5,#09H</p><p>　　MOV R0,#TEMPHEAD</p><p>　　MOV B,#00H</p><p>　　READTEMP2: LCALL READDS1820</p><p>　　MOV @R0,A</p>

104、<p>　　INC R0</p><p>　　READTEMP21: LCALL CRC8CAL</p><p>　　DJNZ R5,READTEMP2</p><p>　　MOV A,B</p><p>　　JNZ READTEMPOUT<

105、;/p><p>　　MOV A,TEMPHEAD+0</p><p>　　MOV TEMPL,A</p><p>　　MOV A,TEMPHEAD+1</p><p>　　MOV TEMPH,A</p><p>　　READTEMPOUT: RET;&

106、lt;/p><p>　　CONVTEMP: MOV A,TEMPH</p><p>　　ANL A,#80H</p><p>　　JZ TEMPC1</p><p>　　CLR C</p><p>　　MOV A,TEMPL&l

107、t;/p><p>　　CPL A</p><p>　　ADD A,#01H</p><p>　　MOV TEMPL,A</p><p>　　MOV A,TEMPH</p><p>　　CPL A</p><p>　　AD

108、DC A,#00H</p><p>　　MOV TEMPH,A</p><p>　　MOV TEMPHC,#0BH</p><p>　　SJMP TEMPC11</p><p>　　TEMPC1: MOV TEMPHC,#0AH</p>

109、<p>　　TEMPC11: MOV A,TEMPHC</p><p>　　SWAP A</p><p>　　MOV TEMPHC,A</p><p>　　MOV A,TEMPL</p><p>　　ANL A,#0FH</p>

110、;<p>　　MOV DPTR,#TEMPDOTTAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV TEMPLC,A</p><p>　　MOV A,TEMPL</p><p>　　ANL A,#0F0H</p&

111、gt;<p>　　SWAP A</p><p>　　MOV TEMPL,A</p><p>　　MOV A,TEMPH</p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　SWAP A</p><p>　　ORL

112、 A,TEMPL</p><p>　　LCALL HEX2BCD1</p><p>　　MOV TEMPL,A</p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p>　　SWAP A</p><p>　　ORL A,TEMPHC&l

113、t;/p><p>　　MOV TEMPHC,A</p><p>　　MOV A,TEMPL</p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　SWAP A</p><p>　　ORL A,TEMPLC</p><p

114、>　　MOV TEMPLC,A</p><p>　　MOV A,R7</p><p>　　JZ TEMPC12</p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　SWAP A</p><p>　　MOV R