電子信息工程課程設(shè)計--溫度測量系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　多路溫度測量系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　學(xué)生姓名</b></p><p>　　2014 年 6 月</p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p><b>　　一、課程設(shè)計課題：</b></p><p>　　多路溫度測量系

2、統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　二、課程設(shè)計工作日自 2014 年 6月 17 日至 2014年 7 月 1 日</p><p>　　三、課程設(shè)計進(jìn)行地點(diǎn)： </p><p>　　程設(shè)計任務(wù)要求： (詳細(xì)內(nèi)容見課程設(shè)計文檔)</p><p><b>　　1.課題來源

3、:</b></p><p><b>　　教師下發(fā)</b></p><p><b>　　2.目的意義:</b></p><p>　　1、培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確思想，訓(xùn)練綜合應(yīng)用已經(jīng)學(xué)過的理論知識和生產(chǎn)實(shí)際知識去綜合解決工程實(shí)際問題的能力。</p><p>　　2、學(xué)習(xí)較復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計的一

4、般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識解決電子信息方面常見實(shí)際問題的能力，由有學(xué)生自行設(shè)計和調(diào)試。</p><p>　　3、進(jìn)行基本技能和技術(shù)訓(xùn)練，如掌握設(shè)計資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用繪圖軟件和仿真軟件等。</p><p><b>　　3.基本要求:</b></p><p>　　1、采用單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)八路溫度檢測；2、要求溫度范圍0℃

5、～100℃之間； 3、精度達(dá)到±1％，分辨率≤0.1℃；4、在LED中顯示溫度；5、用繪圖軟件畫出總體電路圖；6、提交格式符合要求，內(nèi)容完整的設(shè)計報告。</p><p><b>　　課程設(shè)計評審表</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.設(shè)計任務(wù)要求2</p>

6、<p><b>　　2.方案比較2</b></p><p>　　2.1 課題分析2</p><p>　　2.1.1 溫度傳感器的選擇2</p><p>　　2.1.2 顯示部分3</p><p>　　2.1.3 主控芯片的選擇3</p><p>　　3.單元電路設(shè)計

7、3</p><p>　　3.1.最小系統(tǒng)電路3</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)及其管腳說明4</p><p>　　3.2.復(fù)位電路6</p><p>　　3.3.晶振電路6</p><p>　　3.4.溫度采集電路7</p><p>　　3.4.1 DS18B20

8、的讀寫程序和單總線協(xié)議的實(shí)現(xiàn)8</p><p>　　3.5.電源電路12</p><p>　　3.6.按鍵輸入電路12</p><p>　　3.7.數(shù)目管顯示電路13</p><p>　　3.8.聲光報警模塊電路15</p><p>　　4.整體電路16</p><p>　

9、　5.軟件設(shè)計18</p><p>　　5.1 工作方案簡介18</p><p>　　5.2 主程序流程圖18</p><p>　　5.3 功能模塊19</p><p>　　5.4 由DS18B20完成溫度檢測模塊19</p><p>　　5.5 按鍵輸入模塊23</p

10、><p>　　5.6 聲光報警模塊23</p><p><b>　　總結(jié)與體會24</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p>　　附錄一軟件清單28</p&g

11、t;<p><b>　　設(shè)計任務(wù)要求</b></p><p>　　采用單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)八路溫度檢測，要求測量溫度范圍0℃～100℃之間；并在LED中顯示溫度；溫度傳感器選用模擬和數(shù)字的都可以，要求精度達(dá)到±1％ ；分辨率≤0.1℃ ；直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計；輔助電路及元器件自選。</p><p><b>　　方案比較</b&g

12、t;</p><p><b>　　2.1 課題分析</b></p><p>　　對于多路溫度測量，溫度探頭的低功耗是十分重要的，同時還要滿足易于控制的條件，測溫范圍也必須達(dá)到或超過題目要求。因此選擇合適的溫度傳感器成為本次設(shè)計的重中之重</p><p>　　2.1.1 溫度傳感器的選擇</p><p>　　根據(jù)題目要求

13、，設(shè)計一溫度測量電路，能夠通過溫度傳感器測量并顯示被測量點(diǎn)的溫度，常用的溫度傳感器可分為3大類：</p><p><b>　　方案一：熱電偶式</b></p><p>　　熱電偶具有構(gòu)造簡單,適用溫度范圍廣,使用方便,承受熱機(jī)械沖擊能力強(qiáng)以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn),常用于高溫區(qū)域, 振動沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測溫場合;但其信號輸出靈敏度比較低,容易受到環(huán)境干擾和

14、前置放大器溫度漂移的影響,因此不適合測量微小的溫度變化。</p><p><b>　　方案二：電阻式</b></p><p>　　電阻式可用來測量-220~850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至-272℃，高溫可測量至1000℃，互換性差，非線性嚴(yán)重，在腐蝕介質(zhì)中使用時，易氧化，因此，只能用于低溫及無腐蝕性的介質(zhì)中。雖然測量溫度范圍廣，但熱穩(wěn)定性差。</

15、p><p><b>　　方案三：數(shù)字式</b></p><p>　　DS18B20溫度傳感器。DS18B20溫度傳感器為“一線式器件”，體積更小、適用電壓更寬、更方便。其測量溫度范圍為 -55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范圍內(nèi),精度為±0.5℃，有十二位分辨率。其內(nèi)部有A/D、D/A轉(zhuǎn)換裝置，用戶可以設(shè)置溫度的上下限，并具可以直接與單片機(jī)進(jìn)行通訊?，F(xiàn)場溫

16、度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。采用1-Wire公眾域（PD）軟件應(yīng)用程序接口，采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)查看任何一個檢測點(diǎn)的編號、溫度值等數(shù)據(jù)指示，實(shí)現(xiàn)了多個檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動化監(jiān)管。</p><p>　　考慮題目測溫范圍要求以及測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求選擇方案三。</p><p>　　2.1.2 顯示部分</p><p>　　方案一：使用液晶

17、顯示屏顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小，平面顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，能顯示漢字及各種符號，可以繪制曲線和簡單的圖像，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)和顯示形式靈活等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　方案二：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼顯示管。數(shù)碼管（LED）受外界環(huán)境影響小，顯示明亮，編程簡單，占用資源較少。</p><p>　　由于課程設(shè)計要求采用LED顯示，所以只能采用方案二。</p>

18、;<p>　　2.1.3 主控芯片的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)主要有采集溫度模塊，顯示模塊，報警模塊。在綜合考慮對芯片的熟悉程度及功能的實(shí)現(xiàn)程度上。決定在主板上采用AT89S52芯片，AT89S52片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦鞋的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）, 32個I／O 口線完全能夠滿足對數(shù)據(jù)的處理要求。</p><

19、;p>　　雖然市面上有著功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)芯片，但都價格不菲。而本設(shè)計本著簡單實(shí)用，精簡節(jié)約的原則，我們選擇了AT89S52芯片。</p><p><b>　　單元電路設(shè)計</b></p><p><b>　　最小系統(tǒng)電路</b></p><p>　　在課程設(shè)計所研究的多路溫度采集系統(tǒng)中的的MCU控制模塊是由AT8

20、9S52單片機(jī)構(gòu)成的最小系統(tǒng)，如圖3-1。該模塊是硬件系統(tǒng)的核心部分，它負(fù)責(zé)對DS18B20所采集的溫度信息進(jìn)行處理并向LED發(fā)送實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)顯示采集到的溫度信息，完成多路溫度采集系統(tǒng)的要求。</p><p>　　圖3-1：AT89S52最小系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)及其管腳說明</p><p>　　AT89S52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀

21、存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。下面指出了各個管腳的用途。</p><p><b>　　VCC：供

22、電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></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8個TTL門電流。當(dāng)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(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，

23、此時P0外部必須被拉高。</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，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(yàn)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口緩沖器

24、可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)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。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p&

25、gt;　　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(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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， P3口管腳 備選功如下：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（

26、串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p>

27、<p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址地位字節(jié)。</p><

28、p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN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：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&

29、gt;　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出</p><p><b>　　復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。圖3-2所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。</p>

30、<p>　　圖3-2：RC復(fù)位電路</p><p><b>　　晶振電路</b></p><p>　　晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，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(dāng)?shù)慕咏谶@個極窄的頻率范圍內(nèi)

31、，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，如圖3-3晶體震蕩電路所示。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)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。</p><p>　　晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。</p>

32、<p>　　一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。</p><p><b>　　圖3-3：晶體電路</b></p><p><b>　　溫度采集電路&l

33、t;/b></p><p>　　本系統(tǒng)利用DS18B20完成溫度采集及轉(zhuǎn)換工作,而單片機(jī)89S52起實(shí)時控制及發(fā)送數(shù)據(jù)給LED顯示作用.可以將多個DS18B20與單片機(jī)一位總線相連,形成多點(diǎn)測溫, 本設(shè)計研究八片DS18B20與單片機(jī)構(gòu)成的測溫系統(tǒng)。DS18B20與單片機(jī)接口電路如圖3-4八路溫度采集電路所示.</p><p>　　圖3-4八路溫度采集電路</p>&l

34、t;p>　　3.4.1 DS18B20的讀寫程序和單總線協(xié)議的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　DS18B20的讀寫程序和測溫程序相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1

35、和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，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(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(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)值即為所測溫度。圖3-5中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。</p>&

36、lt;p>　　圖3-5 DS18B20測溫原理框圖</p><p>　　DS18B20有4個主要的數(shù)據(jù)部件： </p><p>　?。?）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5

37、+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。 </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(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。</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

38、的RAM中，二進(jìn)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(shí)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(shí)際溫度。 </p><p>　　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>&l

39、t;p>　?。?）DS18B20溫度傳感器的存儲器 </p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 </p><p><b>　?。?）配置寄存器 </b></p><p>　　該字節(jié)各位的意義如下：</p&

40、gt;<p>　　表3-1 配置寄存器結(jié)構(gòu)</p><p>　　低五位一直都是"1"，TM是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表3-1所示：（DS18B20出廠時被設(shè)置為12位）</p><p>　　表3-2 溫度分辨率設(shè)置表</p>

41、<p>　　本設(shè)計采用多個溫度傳感器DS18B20對溫度進(jìn)行采樣，從而進(jìn)行溫度的檢測與控制。因?yàn)镈S18B20是使用單總線協(xié)議的，所以具有單總線的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計通過對DS18B20的使用，使讀者對單總線協(xié)議有了更深的認(rèn)識。下面就DS18B20芯片的特性進(jìn)行一下介紹。</p><p>　　與 DALLAS 公司早期生產(chǎn)的 DS1820 相比，DS18B20具有如下特點(diǎn)：</p><p&

42、gt;　?。?） 精度：DS18B20 在-10℃～+85℃范圍內(nèi)精度為+-0.5℃。</p><p>　?。?） 分辨率：DS18B20 的分辨率由9～12位（包括1位符號位）數(shù)據(jù)在線編程決定。</p><p>　?。?） 溫度轉(zhuǎn)換時間：DS18B20 的轉(zhuǎn)換時間與設(shè)定的分辨率有關(guān)，當(dāng)設(shè)定為9位時，最大轉(zhuǎn)換時間為93.75ms；10位時，為187.5ms；11位時，為375ms；12位時

43、，為750ms。</p><p>　?。?） 電源電壓范圍：在保證溫度轉(zhuǎn)換精度為+-0.5℃的情況下，電源電壓可為+3.0V～+5.5。</p><p>　　（5） 程序設(shè)置寄存器：該寄存器主要用來設(shè)置分辨率位數(shù)的。</p><p>　?。?） 64位ROM編碼：從高位算起，該ROM有一個字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼，6個字節(jié)的產(chǎn)品序號和一個字節(jié)的家族代碼。對于家族代碼， D

44、S18B20是28H。</p><p>　　（7） 溫度數(shù)據(jù)寄存器：寄存器由兩個字節(jié)組成，DS18B20 對于12 位的分辨率為2-4℃，如圖3.6所示[4]。</p><p>　　Msb 單位=℃ Lsb</p><p><b>　　符號位</b><

45、;/p><p>　　圖3.6 DS18B20的分辨率</p><p>　?。?） 內(nèi)部存儲器分配：DS18B20H 高速暫存寄存器是DS18B20 高速暫存寄存器的存儲分配</p><p>　　DS18B20 采用TO—92封裝或8腳SOIC封裝。其引腳排列及含義如下圖3-6所示。</p><p>　　DS18B20 的供電方式有兩種： 一種是寄

46、生電源；另一種為外電源供電，因?yàn)槎鄠€器件掛在總線上，為了識別不同的器件，在程序設(shè)計中一般有四個步驟：初始化命令；傳送ROM 命令；傳送RAM命令；數(shù)據(jù)交換命令。本設(shè)計在軟件介紹部分會就DS18B20 溫度傳感器件具體介紹其每一部分的時序。</p><p><b>　　電源電路</b></p><p>　　電源能否提供穩(wěn)定的電壓是一個系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的前提，沒有一個穩(wěn)定

47、的硬件系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，所有的軟件控制都無從談起，所以系統(tǒng)電源必須是穩(wěn)定可靠的。線性電源技術(shù)很成熟，制作成本較低，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒有開關(guān)電源具有的干擾與噪音，在這里選擇用線性穩(wěn)壓芯片LM7805，其電路圖如圖3-8：LM7805電源電路。用lm78系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。</p><p>　　

48、圖3-8：LM7805電源電路</p><p><b>　　按鍵輸入電路</b></p><p>　　按鍵的設(shè)置可以將報警的溫度上限進(jìn)行修改。當(dāng)按鍵按下時，相應(yīng)的I/O為低電平，單片機(jī)會自行判斷程序的設(shè)置值，并且在LED上顯示出來；設(shè)置按鍵與單片機(jī)的pin腳接口圖如圖3-9按鍵輸入電路</p><p>　　圖3-9按鍵輸入電路</p>

49、;<p><b>　　數(shù)目管顯示電路</b></p><p>　　數(shù)碼管在工業(yè)控制中有著很廣泛的應(yīng)用,例如用來顯示溫度、數(shù)量、重量、日期、時間，還可以用來顯示比賽的比分等，具有顯示醒目、直觀的優(yōu)點(diǎn).無論是共陰極還是共陽極的數(shù)碼管，都分段碼和位碼，要想讓它亮必須驅(qū)動它！ 以共陽極4位數(shù)碼管為例，即首先要選中你想要電亮的數(shù)碼管的位，要想讓4個數(shù)碼管全亮須4個位全選中，所謂選中的含義

50、就是給高電平（共陽極）。數(shù)碼管分8個段，即段碼，每個段的亮滅都對應(yīng)著一個數(shù)字或字母，想讓哪一段亮就給哪段送低電平。其中掃描分靜態(tài)掃描和動態(tài)掃描！ 靜態(tài)掃描比動態(tài)掃描簡單些。動態(tài)掃描他在沒個時間只能點(diǎn)亮一位數(shù)碼管，但是由于掃描頻率的設(shè)置，單片機(jī)的速度是很快的，但幾十MS內(nèi)就能讓4位數(shù)碼管循環(huán)亮滅很多次，這些人的肉眼是分辨不出來的，數(shù)碼管的亮度可以通過軟件設(shè)置（掃描頻率的設(shè)置）調(diào)整。</p><p>　　每個數(shù)碼管都

51、有a、b、c、d、e、f、g七個筆劃和一個小數(shù)點(diǎn)DP，這八個聯(lián)對應(yīng)二極管陽極，陰極都聯(lián)在一起（稱共陰極）。以四位數(shù)碼管矩陣為例，四個數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g七個筆劃和一個小數(shù)點(diǎn)DP電極分別并聯(lián)在一起。當(dāng)c行高電平，3列低電平，其他行列都為高阻態(tài)時，第三個數(shù)碼管的c筆劃亮，通過掃描方式在1/20秒內(nèi)四個數(shù)碼管的筆劃該亮的都亮一次，由于視覺暫留，就會看到結(jié)果。</p><p>　　本設(shè)計是通過三極管來驅(qū)動數(shù)

52、碼管顯示，當(dāng)基極電流很小時，無論基極電流如何變化，集電極電流都接近為0，集電極電流不隨基極電流而變化，也就是管子不導(dǎo)通；當(dāng)基極電流增大到一定值以后，集電極電流此后大于0，且集電極電流隨著基極電流而變化，這是放大狀態(tài)；當(dāng)基極電流繼續(xù)增大，達(dá)到一定值以后，集電極電流此后再也大不上去了，此后即便是基極電流再增加，集電極電流也不能增大，即飽和了。對于單片機(jī)端口通過晶體管驅(qū)動負(fù)載的情況，無論負(fù)載是數(shù)碼管還是繼電器，晶體管都只能工作在截止?fàn)顟B(tài)或飽和

53、狀態(tài)，是不能工作在放大狀態(tài)的。</p><p>　　本設(shè)計每個三極管負(fù)責(zé)一個位選，。當(dāng)置于低電平時才有效，每個數(shù)碼管都會顯示一個相同的數(shù)字，所以然后需把其他三個數(shù)碼管置高電平。通過這種方法就能把溫度測出來。數(shù)碼管連接如下圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10:數(shù)碼管與單片機(jī)接口電路</p><p><b>　　聲光報警模塊電路</b>

54、</p><p>　　當(dāng)發(fā)生報警事件時，除了顯示溫度數(shù)值外，還要有聲光報警功能。用聲音或是燈光報警時，連續(xù)的聲響或常亮的燈光往往不易被人們的警覺，只有斷續(xù)的聲音或山所的燈光才能取得最佳的報警效果。就利用時鐘翻轉(zhuǎn) P15和P14來轉(zhuǎn)換電平，產(chǎn)生短促的報警聲音或閃爍燈光。當(dāng)濃度正常時，管腳P14為高電平和P15為低電平，此時D1燈滅，蜂鳴器不工作；當(dāng)濃度達(dá)到報警溫度上限或者下限時，管腳P16呈現(xiàn)低電平，從而

55、使D1燈亮，同時管腳P14為高電平，使三極管的集電極與發(fā)射極導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報警聲音。電路的連接圖3-11如下</p><p>　　圖3-11聲光報警模塊</p><p><b>　　整體電路</b></p><p><b>　　整體電路如圖4-1</b></p><p><b>　　圖4

56、-1整體電路</b></p><p><b>　　軟件設(shè)計</b></p><p>　　5.1 工作方案簡介</p><p>　　程序處理是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵,即簡潔的硬件結(jié)構(gòu)是靠復(fù)雜的軟件來支持的。本設(shè)計采用的是基于單總線協(xié)議的溫度測控系統(tǒng)。</p><p>　　系統(tǒng)上電復(fù)位后先處于停止?fàn)顟B(tài)，等待輸入初始

57、報警溫度。顯示器顯示輸入的溫度；報警溫度設(shè)定好后就可以按確定鍵啟動系統(tǒng)工作了。溫度檢測系統(tǒng)不斷定時檢測當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達(dá)到報警值時啟動報警電路報警。</p><p>　　5.2 主程序流程圖</p><p>　　圖5-1主程序流程圖</p><p>　　5.3 功能模塊</p><p>　　根據(jù)上面對工作流程的分析，系

58、統(tǒng)軟件可以分為以下幾個功能模塊：</p><p>　　（1）溫度檢測及溫度值變換：由單總線溫度傳感器DS18B20完成</p><p>　?。?）鍵盤管理：監(jiān)測鍵盤輸入，接收初始時間設(shè)置，接收報警溫度設(shè)置，啟動系統(tǒng)工作。</p><p>　　（3）報警：當(dāng)檢測到的溫度超越報警溫度時，蜂鳴器發(fā)出報警信號，發(fā)光二極管閃爍。 </p><p>　　

59、5.4 由DS18B20完成溫度檢測模塊</p><p>　　運(yùn)用單總線協(xié)議(一線協(xié)議)構(gòu)建的單總線指令系統(tǒng)是單總線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的軟件基礎(chǔ)，典型的單總線指令序列如下:</p><p><b>　　第一步 ：初始化</b></p><p>　　第二步 ：ROM命令(跟隨需要交換的數(shù)據(jù))</p><p>　　第三步 ：功能

60、命令(跟隨需要交換的數(shù)據(jù))</p><p>　　每次訪問單總線器件，必須嚴(yán)格遵守這個命令序列，如果出現(xiàn)序列混亂，則單總線器件不會響應(yīng)主機(jī)。但是，這個準(zhǔn)則對于搜索ROM命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中的任何一條命令之后，主機(jī)不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。</p><p><b>　　(1) 初始化</b></p><p>　　基于

61、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(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。</p><p><b>　　(2) ROM命令</b></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(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖和從機(jī)響應(yīng)的應(yīng)答脈沖組成。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就

62、緒。</p><p>　　在主機(jī)檢測到應(yīng)答脈沖后，就可以發(fā)送ROM命令。這些命令與各個從機(jī)設(shè)備的唯一的64位ROM有關(guān)。這些命令還允許主機(jī)能檢測到總線上有多少個從機(jī)設(shè)備以及其設(shè)備類型，或者有沒有設(shè)備處于報警狀態(tài)。從機(jī)設(shè)備可能支持5種ROM命令(實(shí)際情況與具體型號有關(guān))，每種命令長度為8位。主機(jī)在發(fā)出功能命令之前，必須送出合適的ROM命令。具體的傳送ROM命令格式如表5-1所示。</p><p&

63、gt;　　表5-1 DS18B20的ROM命令表</p><p><b>　　(3) 功能命令</b></p><p>　　表5-2 DS18B20功能命令表</p><p>　　注 釋 :①在溫度轉(zhuǎn)換和復(fù)制暫存器數(shù)據(jù)至EEPROM期間，主機(jī)必須在單總線上允許強(qiáng)上拉，并且在此期間，總線上不能進(jìn)行其它數(shù)據(jù)傳輸。②通過發(fā)送復(fù)位脈沖，主機(jī)能夠在任

64、何時候中斷數(shù)據(jù)傳輸。③在復(fù)位脈沖發(fā)送以前，必須寫入全部的三個字節(jié)。</p><p>　　主機(jī)發(fā)送ROM指令，以訪問某個指定的DS18B20，接著就可以發(fā)送DS18B20支持的某個功能命令。這些命令允許主機(jī)寫入或讀出DS18B20暫存器、啟動溫度轉(zhuǎn)換以及判斷從機(jī)的供電方式。DS18B20的功能命令如表5-2所示。不同類型的單總線芯片有不同的功能命令，也有的芯片無功能命令(如可尋址開關(guān)芯片DS2405)，在實(shí)際應(yīng)用中

65、可根據(jù)設(shè)計的需要加以選擇。</p><p>　　5.5 按鍵輸入模塊</p><p>　　上電或復(fù)位后系統(tǒng)處于鍵盤管理狀態(tài)，其功能是監(jiān)測鍵盤輸入，接收初始時間設(shè)置、報警溫度設(shè)置和顯示時間等命令。鍵盤掃描流程圖如下圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 鍵盤掃描流程圖</p><p>　　5.6 聲光報警模塊</p>

66、;<p>　　報警溫度的設(shè)置是在單片機(jī)中設(shè)置一個單元存放預(yù)先設(shè)置好的報警溫度。將單片機(jī)從DS18B20中讀取的溫度與報警溫度進(jìn)行比較。當(dāng)發(fā)現(xiàn)DS18B20溫度大于預(yù)設(shè)的報警溫度，則讓單片機(jī)發(fā)出報警信號，發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。</p><p><b>　　總結(jié)與體會</b></p><p>　　本設(shè)計以單總線技術(shù)為主線，詳盡的討論了單總線技術(shù)的

67、軟、硬件基礎(chǔ)及單總線協(xié)議、單總線芯片的相關(guān)指令系統(tǒng)，并將其運(yùn)用到多路溫度測控系統(tǒng)。在系統(tǒng)的研制和設(shè)計編寫過程中，得出了如下體會。多路溫度測量在工業(yè)生產(chǎn)和交通設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控中起著相當(dāng)重要的作用，由于誤操作或是器件的性能問題導(dǎo)致的設(shè)備引起的意外事故，通過對多個器件的溫度檢測和實(shí)時溫度的數(shù)據(jù)采集，獲得溫度值，可以有效的避免事故的發(fā)生，同時也為技術(shù)分析提供重要的實(shí)時的數(shù)據(jù)記錄資料。</p><p>　　整個系統(tǒng)的設(shè)計說明以

68、單總線技術(shù)控制、控制為核心，充分發(fā)揮了單片機(jī)串行總線的優(yōu)點(diǎn)。但是由于時間的關(guān)系，設(shè)計的軟、硬件的許多功能還有待完善和改進(jìn)。</p><p>　　隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品、等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，往往需要隨時檢測各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。同時，還要對某一檢測點(diǎn)任意參數(shù)能夠進(jìn)行隨機(jī)查尋，將其在某一時

69、間段內(nèi)檢測得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換提取出來，以便進(jìn)行比較，做出決策，調(diào)整控制方案，提高產(chǎn)品的合格率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p>　　隨著工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多路數(shù)據(jù)采集勢必將得到越來越多的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢，作這方面的研究就顯得十分重要。在科學(xué)研究中，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)和生成知識的重要手段之一?？傊?，不論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟(jì)效益。

70、</p><p>　　此外，計算機(jī)的發(fā)展對通信起了巨大的推動作用.計算機(jī)和通信緊密結(jié)合構(gòu)成了靈活多樣的通信控制系統(tǒng)，也可以構(gòu)成強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng),這樣對社會的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。數(shù)據(jù)通信是計算機(jī)廣泛應(yīng)用的必然產(chǎn)物。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計的制作讓我對單片機(jī)的理論有了更加深入的了解，同時通過這次實(shí)踐使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，我們在今后的學(xué)習(xí)工作中會更加的注

71、重實(shí)際 理論與實(shí)際的結(jié)合！</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計中，不僅自己付出了很多心血，也得到了很多老師和同學(xué)的支持，為我創(chuàng)造了很多有利條件，在這里，我要特別感謝我的導(dǎo)師席老師，在課程設(shè)計的開始，單老師給了我很多幫助，指導(dǎo)我了解了很多單片機(jī)的相關(guān)知識，并在當(dāng)我設(shè)計遇到困難時，及時的給予幫助和鼓勵，同時，對我其他學(xué)科的鼓勵也滲

72、透在課程設(shè)計的同時，給了我莫大的信心，為我順利完成課程設(shè)計起到了非常重要的作用。同時。我還要感謝實(shí)習(xí)組及實(shí)驗(yàn)室的所有老師，為我的課程設(shè)計提供了非常便利的條件。最后還要感謝幫助我的同學(xué)，在我遇到困難時給予我耐心的幫助。</p><p>　　再次對在本次課程設(shè)計中給予過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)至上我最真摯的謝意。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

73、<p>　　[1]李全利.遲榮強(qiáng).單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社.</p><p>　　[2]左冬紅.現(xiàn)場單總線接入技術(shù)研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué).</p><p>　　[3]陳志英.李光輝.單總線(1 - Wire Bus) 技術(shù)及其應(yīng)用. 中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫[DB/OL].2003 – 8/2006 – 06.</p><

74、p>　　[4]劉鳴.車立新.陳興梧.趙煜.溫度傳感器DS18B20的特性及程序設(shè)計方法. 中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫[DB/OL].2001 – 10/2006 – 06.</p><p>　　[5]DALLAS DS1338 2-Wire RTC with 56-Byte NV RAM</p><p>　　http://www.maxim-ic.com.cn/qa/info/erra

75、ta/.</p><p>　　[6]龔福民.I2C 串行總線及其軟件接口.中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫[DB/OL]. 1998 - 04/2006 – 06.</p><p><b>　　附錄二軟件清單</b></p><p>　　#include <reg52.h> </p><p>　　#include &q

76、uot;18b20.h"</p><p>　　#include "delay.h"</p><p>　　sbit KEY1=P1^0;</p><p>　　sbit KEY2=P1^1;</p><p>　　sbit KEY3=P1^3;</p><p>　　sbit LED=P1^5;&

77、lt;/p><p>　　sbit BEEP=P1^6;</p><p>　　sbit DATE=P1^7;</p><p>　　bit ReadTempFlag;</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num1[8]={0x28,0x30,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x8e};</

78、p><p>　　unsigned char code ds18b20_num2[8]={0x28,0x31,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xB9};</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num3[8]={0x28,0x32,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xE0};</p><p>　　un

79、signed char code ds18b20_num4[8]={0x28,0x33,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0xD7};</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num5[8]={0x28,0x34,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x52};</p><p>　　unsigned char code ds1

80、8b20_num6[8]={0x28,0x35,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x65};</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num7[8]={0x28,0x36,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x3c};</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num8[8]={0x28,0

81、x37,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x0B};</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num9[8]={0x28,0x38,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x2F};</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num10[8]={0x28,0x39,0xc5,0xb8,0x00,

82、0x00,0x00,0x18};</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num11[8]={0x28,0x3a,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x41};</p><p>　　unsigned char code ds18b20_num12[8]={0x28,0x3b,0xc5,0xb8,0x00,0x00,0x00,0x76};&l

83、t;/p><p>　　unsigned char ROM_NUM[8];</p><p>　　unsigned char num;</p><p>　　unsigned char num1;</p><p>　　unsigned char sn[8];</p><p>　　unsigned char code DuanMa

84、[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　unsigned char code WeiMa[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};</p><p>　　unsigned char TempData[8];</p><p>　

85、　unsigned char TempData1[8];</p><p>　　unsigned int MyData=24;</p><p>　　unsigned char i,j;</p><p>　　unsigned char k;</p><p>　　void Display(unsigned char FirstBit,unsigne

86、d char Num);</p><p>　　void Display1(unsigned char FirstBit,unsigned char Num);</p><p>　　void Init_Timer0(void);</p><p>　　void KeyScan();</p><p>　　void main (void)</p

87、><p>　　{ </p><p>　　unsigned int TempH,TempL,temp;</p><p>　　unsigned int TempH1,TempL1,temp1;</p><p>　　Init_Timer0();</p><p><b>　　MOTOR=

88、0;</b></p><p>　　temp=ReadTemperature();</p><p>　　delay(200);</p><p>　　TempData[0]=0x39;</p><p>　　TempData[1]=0x39;</p><p>　　TempData[2]=0;</p>

89、<p>　　TempData[3]=DuanMa[8]; //十位溫度</p><p>　　TempData[4]=DuanMa[5]|0x80; //個位溫度,帶小數(shù)點(diǎn)</p><p>　　TempData[5]=DuanMa[0];</p><p>　　TempData[6]=0x39; //顯示C符號</p>&

90、lt;p>　　while (1) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(KEY1==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(ReadTempFlag==1)</p><p><b>　

91、　{</b></p><p><b>　　k++;</b></p><p>　　TempData[3]=DuanMa[(TempH%100)/10]; //十位溫度</p><p>　　TempData[4]=DuanMa[(TempH%100)%10]|0x80; //個位溫度,帶小數(shù)點(diǎn)</p><p>

92、　　TempData[5]=DuanMa[TempL];</p><p>　　TempData[6]=0x39; //顯示C符號 </p><p>　　if(temp>MyData)//如果超溫則提示</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TempData[7]=0x7

93、6;//顯示"H"</p><p><b>　　MOTOR=1;</b></p><p>　　// for(j=25;j>0;j--)</p><p><b>　　// {</b></p><p>　　// for(i=35;i>

94、0;i--)</p><p>　　// {</p><p>　　//delay(60);</p><p>　　// </p><p><b>　　}</b></p><p>　　if((k==12)&&(num1==12))</p

95、><p><b>　　{</b></p><p><b>　　MOTOR=0;</b></p><p><b>　　num1=0;</b></p><p><b>　　SPEAK=0;</b></p><p><b>　　}

96、</b></p><p>　　if(MOTOR==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=25;j>0;j--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=35;i>0;i--)<

97、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(60);</p><p>　　SPEAK=!SPEAK;</p><p>　　DataPort=TempData[i]; </p><p>　　LATCH1=1; </p><p><b&

98、gt;　　LATCH1=0;</b></p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　if(i==Num)</p><p><b>　　i=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void

99、Display1(unsigned char FirstBit,unsigned char Num)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　static unsigned char i=0;</p><p>　　DataPort=0; </p><p>　　LATCH1=1; </

100、p><p><b>　　LATCH1=0;</b></p><p>　　DataPort=WeiMa[i+FirstBit]; </p><p>　　LATCH2=1; </p><p><b>　　LATCH2=0;</b></p><p>　　DataPort=Tem

101、pData1[i]; </p><p>　　LATCH1=1; </p><p><b>　　LATCH1=0;</b></p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　if(i==Num)</p><p><b>　　i=0;</b

102、></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Init_Timer0(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD |= 0x01; </p><p>　　TH0=0x00;

103、</p><p><b>　　TL0=0x00;</b></p><p>　　EA=1; </p><p>　　ET0=1; </p><p>　　TR0=1; </p><p><b>　　}</b></p

104、><p>　　void Timer0_isr(void) interrupt 1 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　num=0;</b></p><p>　　ReadTempFlag=1; </p><p><b>　　}}}<

105、/b></p><p>　　else if(m==10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(n=0;n<8;n++)</p><p>　　{ROM_NUM[n]=ds18b20_num10[n];</p><p><b>　　}</b&

106、gt;</p><p>　　else if(m==11)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(n=0;n<8;n++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ROM_NUM[n]=ds18b20_num11[n];&

107、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　TempData[0]=DuanMa[1]; </p><p>　　TempData[1]=DuanMa[1]; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b&

108、gt;</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(n=0;n<8;n++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ROM_NUM[n]=ds18b20_num12[n];</p><p><b>　　}</