【正文】 ........................................................5 溫度信號采集設(shè)計 ....................................................6 DS18B20 的特性 ...................................................7 DS18B20 的測溫原理 ...............................................8 DS18B20 與單片機(jī)接口電路 .........................................9 按鍵電路設(shè)計 .......................................................11 報警電路設(shè)計 ........................................................124 溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .................................................12 主程序設(shè)計 ..........................................................13 溫度采集設(shè)計 .......................................................14 溫度顯示設(shè)計 .......................................................16 按鍵開關(guān)設(shè)計 .......................................................17 溫度處理及蜂鳴器報警設(shè)計 ............................................195 溫度檢測系統(tǒng)調(diào)試仿真 ...................................................19致 謝 ...................................................................23附 錄 ...................................................................25 11 緒 論 課題背景隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用,近年來單片機(jī)發(fā)展十分迅速,一個以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起,單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、食品、石油等各個行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費時費力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好的解決。溫度是工業(yè)對象中的一個重要的被控參數(shù)。然而所采用的測溫元件和測量方法也不相同：產(chǎn)品的工藝不用，控制溫度的精度也不相同。因此對數(shù)據(jù)采集的精度忽然采用的控制方法也不相同。傳統(tǒng)的控制方式以不能滿足高精度、高速度的控制要求，如溫度控制表溫度接觸器，其主要缺點是溫度波動范圍大，由于他主要通過控制接觸器的通斷時間比例來達(dá)到改變加熱功率的目的，受儀表本身誤差和交流接觸器的壽命限制，通斷頻率很低。近幾年來快速發(fā)展了多種先進(jìn)的溫度控制方式。這些控制技術(shù)大大的提高了控制精度，不但使控制變得簡便，而且使產(chǎn)品的質(zhì)量更好，降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效率。溫度是一個永恒的話題和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量， 、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量，是國際單位制七個基本量之一。溫度的變化會給我們的生活、工作、生產(chǎn)等帶來重大影響，因此對溫度的測量及控制至關(guān)重要。其測量控制一般使用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。隨著現(xiàn)代計算機(jī)和自動化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日顯突出，已成為自動檢測、自動控制系統(tǒng)和計量測試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其用途已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。盡管現(xiàn)在以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展，而且組成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡，把它插在微機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)并輔以應(yīng)用軟件，就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會對基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，這 2就使得以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 2 系統(tǒng)的具體設(shè)計本系統(tǒng)的溫度檢測有兩套方案,兩種都能夠?qū)囟冗M(jìn)行測量,第一中是采用AD590,使用 AD590 作為溫度傳感器,需要進(jìn)行電流電壓變換,電壓放大以及 A/D轉(zhuǎn)換。第二種是采用 DS18B20 作為溫度傳感器進(jìn)行溫度測量。DS18B20 可以滿足從55 攝氏度到+125 攝氏度測量范圍,在一秒內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字,測得的溫度值的存儲在兩個八位的 RAM 中,單片機(jī)直接從中讀出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是溫度,使用方便。另外采用外加電源供電對 DS18B20 的 VDD 引腳供電。它的好處是無須 MOSFET,而且在溫度轉(zhuǎn)換期間總線可自由搭載其它器件。它試用于對性能要求不高成本嚴(yán)格控制的應(yīng)用,是經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品。它具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小和使用方便等優(yōu)點,得到廣泛應(yīng)用。因為 AD590 需要模擬轉(zhuǎn)數(shù)字電路,精確度低,測溫點數(shù)少對線阻有要求,電路繁多,成本也較高,故本系統(tǒng)采用方案二。在系統(tǒng)的總體設(shè)計方案中,我們采用 AT89C51 單片機(jī)作為控制核心對溫度傳感器 DS18B20 控制，讀取溫度信號并進(jìn)行計算處理，并送到液晶顯示器LCD1602 顯示。 按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，溫度檢測計總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示,確定系統(tǒng)由 4 個模塊組成：單片機(jī)主控制模塊、蜂鳴器報警模塊、溫度測量模塊和液晶顯示模塊。 3AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)按鍵設(shè)置溫度LCD 顯示報警電路DS18B20 傳感器圖 溫度檢測與報警總體設(shè)計框圖3 硬件電路設(shè)計本課程設(shè)計的多點測溫系統(tǒng)是以單片機(jī)和單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20為核心，充分利用單片機(jī)優(yōu)越的內(nèi)部和外部資源及智能溫度傳感器 DS18B20 的優(yōu)越性能構(gòu)成一個完備的測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度的多點測量。整個系統(tǒng)由單片機(jī)控制，能夠接收傳感器的溫度數(shù)據(jù)并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇對應(yīng)的溫度傳感器，并由驅(qū)動電路驅(qū)動溫度顯示。本課程設(shè)計了一種合理、可行的單片機(jī)監(jiān)控軟件，完成測量和顯示的任務(wù)。由于單片機(jī)具有強(qiáng)大的運算和控制功能，使得整個系統(tǒng)具有模塊化、硬件電路簡單以及操作方便等優(yōu)點。 本課題的整個系統(tǒng)是由單片機(jī)、顯示電路、鍵盤電路、聲光報警電路等構(gòu)成。 單片機(jī)主控設(shè)計主控制單元是單片機(jī)選用市場上常見的美國 ATMEL 公司的 AT89C51 作為控 4制元件，以下是一些 AT89C51 的介紹，AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000次。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 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C51 是它的一種精簡版本。AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 提 供 以 下 標(biāo) 準(zhǔn) 功 能 ： 4k 字 節(jié) Flash 閃 速 存 儲 器 ， 128 字 節(jié) 內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口 線 ， 兩 個 16 位 定 時 /計 數(shù) 器 ， 一 個 5 向 量 兩 級 中 斷結(jié) 構(gòu) ， 一 個 全 雙 工 串 行 通 信 口 ， 片 內(nèi) 振 蕩 器 及 時 鐘 電 路 。 同 時 ， AT89C51可 降 至 0Hz 的 靜 態(tài) 邏 輯 操 作 ， 并 支 持 兩 種 軟 件 可 選 的 節(jié) 電 工 作 模 式 。 空 閑方 式 停 止 CPU 的 工 作 ， 但 允 許 RAM， 定 時 /計 數(shù) 器 ， 串 行 通 信 口 及 中 斷 系 統(tǒng)中 斷 系 統(tǒng) 繼 續(xù) 工 作 。 掉 電 方 式 保 存 RAM 中 的 內(nèi) 容 ， 但 振 蕩 器 停 止 工 作 并 禁止 其 它 所 有 部 件 工 作 直 到 下 一 個 硬 件 復(fù) 位 。 主要特性與 MCS51 兼 容 4K 字 節(jié) 可 編 程 閃 爍 存 儲 器 壽 命 ： 1000 寫 /擦 循 環(huán) 數(shù) 據(jù) 保 留 時 間 ： 10 年 全 靜 態(tài) 工 作 ： 0Hz24MHz 三 級 程 序 存 儲 器 鎖 定 1288 位 內(nèi) 部 RAM 32 可 編 程 I/O 線 兩 個 16 位 定 時 器 /計 數(shù) 器 5 個 中 斷 源 可 編 程 串 行 通 道 低 功 耗 的 閑 置 和 掉 電 模 式 5片 內(nèi) 振 蕩 器 和 時 鐘 電 路 系統(tǒng)時鐘電路 單片機(jī)內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳XTALl 和 XTAL2 跨接石英晶體和兩個補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，系統(tǒng)時鐘電路結(jié)構(gòu)如圖 所示，可以根據(jù)情況選擇 6MHz、8MHz 或 12MHz 等頻率的石英晶體，補(bǔ)償電容通常選擇 2030pF 左右的瓷片電容。 復(fù)位電路 單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。手動復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。上電自動復(fù)位通過電容 C3 充電來實現(xiàn)。手動按鍵復(fù)位是通過按鍵將電阻 R2 與 VCC 接通來實現(xiàn)。 圖 復(fù)位電路圖 時鐘電路 6 溫度信號采集設(shè)計