【正文】 二、 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 ............................................................................. 15 三、顯示電路的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 17 第四章 系統(tǒng) 軟件電路 的設(shè)計(jì) ......................................................................................... 20 第一節(jié) 主程序 的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 20 第二節(jié) 讀出溫度子程序 的設(shè)計(jì) ............................................................................ 20 第三節(jié) 溫度轉(zhuǎn)換命令子程序 的設(shè)計(jì) .................................................................... 21 第四節(jié) 計(jì)算溫度子程序 的設(shè)計(jì) ............................................................................ 21 第五節(jié) 顯示數(shù)據(jù)刷新子程序 設(shè)計(jì) ........................................................................ 22 第六節(jié) DS18B20 的各條 ROM 命令 .................................................................... 22 第七節(jié) 溫度數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法 ........................................................................ 24 第五章 調(diào)試及性能分析 ................................................................................................. 25 總結(jié)與展望 ......................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 27 附 錄 Ⅰ 數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)原理圖 ................................................................................. 28 附 錄 Ⅱ 單片機(jī)匯編源程序清單 ................................................................................. 29 外文資料 ............................................................................................................................. 41 中文譯文 ............................................................................................................................. 49 致 謝 ................................................................................................................................. 56 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 第一章 緒 論 第一節(jié) 選題的目的和意義 隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級(jí)的增長，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需 要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息的信息采集 （ 即傳感器技術(shù) ） 、信息傳輸 （ 通信技術(shù) ） 和信息處理 （ 計(jì)算機(jī)技術(shù) ） 中，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(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測(cè)量，因此研究數(shù)字溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。 第二節(jié) 國內(nèi)外發(fā)展情況 隨著人們生活水平的不斷提高 ， 單片機(jī) 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 。 其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子，但人們對(duì)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(shè)施就需要從數(shù)單片機(jī)技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。 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，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)（ ATE）的結(jié)晶。特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（ MCU）。社會(huì)的發(fā)展 使人們對(duì)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(jī) 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、研制單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹智能集成溫度傳感器 DS18B20的結(jié)構(gòu)特征及 測(cè)溫原理 ，并對(duì)以此 為 傳感器 、 AT89C2051單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測(cè)量裝置的工作原理及程序設(shè)計(jì) 做 了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫要求比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用 ATMEL公司的 AT89C2051單片機(jī)，測(cè)溫傳感器使用 DALLAS太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2公司 DS18B20，用 LED顯示器來實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 數(shù)字溫度計(jì) 的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段： 1． 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器 2． 模擬集成溫度傳感器 3． 智能集成溫度傳感器 第三節(jié) 本設(shè)計(jì)所研究的內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要研究一個(gè)基于 AT89C2051的數(shù)字溫度計(jì)的 測(cè)溫系統(tǒng) 。 其中提出并確定了 設(shè)計(jì)的 總體方案， 另外對(duì) 系統(tǒng)硬件電路 中 主控制器、測(cè)溫電路和顯示電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行 詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)， 重點(diǎn)對(duì)溫度傳感器的工作原理，溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程 進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 第二 章 設(shè)計(jì)方案論證 在日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持。其缺點(diǎn)如下： 硬件電路復(fù)雜； 硬件調(diào)試復(fù)雜； 制作成本高 。 本數(shù)字溫度計(jì) 的 設(shè)計(jì)采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS18B20 之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測(cè)元件，測(cè)溫 范圍為 55℃ ～＋ 125℃ ，最高分辨率可達(dá) 。 DS18B20 可以直接讀出被測(cè)溫度值，而采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由 3 個(gè)模塊組成：主控制器、測(cè)溫電路和顯示器。 數(shù)字溫度計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 D S 1 8 B 2 0主控制器顯 示 電 路掃 描 驅(qū) 動(dòng) 圖 21 數(shù)字溫度計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 第三 章 系統(tǒng) 硬件 電路 的 設(shè)計(jì) 第 一 節(jié) 測(cè)溫 模塊的設(shè)計(jì) 一、溫度傳感器的選擇 在日常生活及工農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度的檢測(cè)及控制，傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和熱電阻。而熱電偶和熱電阻測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比較多的外部硬件支持。其缺點(diǎn)如下： 硬件電路復(fù)雜； 硬件調(diào)試復(fù)雜； 制作成本高 。 本數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS18B20 之后推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器 DS18B20 作為檢測(cè)元件，測(cè)溫范圍為 55℃ ～＋ 125℃ ，最高分辨率可達(dá) 。 DS18B20 可以直接讀出被測(cè)溫度值，而采用三線制與單片機(jī)相連，減少了外部的硬件 電路，具有低成本和易使用的特點(diǎn)。 二、 DS18B20 的工作原理 1． DS18B20 的性能特點(diǎn) DS18B20 溫度傳感器是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，他能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； 不需要外部器件； 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍 為 ～ ； 零待機(jī)功耗； 溫度以 9～ 12 位數(shù)字量讀出； 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置； 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。 2． DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 采用 3 腳 PR35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。 6 4 位 R O M和單 線 接 口存 儲(chǔ) 器 與 控 制 邏 輯高速緩沖溫 度 傳 感 器高 溫 觸 發(fā) 器 T H高 溫 觸 發(fā) 器 T L配 置 寄 存 器8 位 C R C 發(fā) 生 器V D DI / O 圖 31 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 64 位 ROM 的 位結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)；接著是每個(gè)器件的唯一的序號(hào)，共有 48 位；最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20 可以采用單線進(jìn)行通信的原因。非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL，可通過軟件寫入用戶報(bào)警上下限數(shù)據(jù)。 8 位 檢 驗(yàn) C R C 4 8 位 序 列 號(hào) 8 位 工 廠 代 碼 （ 1 0 H ）M S B L S B M S B M S BL S B L S B 圖 32 64 位 ROM 結(jié)構(gòu)框圖 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 E2PROM。 高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 9 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 33 所示。前 2 字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息。第 3 和第 4 字節(jié)是 TH 和 TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第 5 字節(jié)為配置寄存器，其內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率 ， DS18B20工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖34 所示，其中，低 5 位一直為 1， TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是測(cè)試模式，在 DS18B20 出廠時(shí)，該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動(dòng)； R1 和 R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，即用來設(shè)置分辨率，其定義方法見表 31。 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 溫 度 L S B溫 度 M S BT H 用 戶 字 節(jié) 1T L 用 戶 字 節(jié) 2配 置 寄 存 器保