【正文】 B20, AT89S51 山東英才學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 6 第 1 章 .數(shù)字溫度計總體設(shè)計方案 ：熱敏電阻 由于本設(shè)計是測溫電路， 可以使用 熱敏電阻 之類的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設(shè)計需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。如下圖： 熱敏電阻 方案二 ：溫度傳感器 DS18B20 (1).進(jìn)而考慮到用 溫度傳感器 ，在設(shè)計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器 DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計要求。 從以上兩種方案，很容易看 出，采用方案二，電路比較簡單，軟件設(shè)計也比較簡單，故采用了方案二。 (2).方案二的總體設(shè)計框圖 溫度計電路設(shè)計總體設(shè)計方框圖如圖 1所示，控制器采用單片機(jī) AT89S51，溫度傳感器采用 DS18B20，用 4 位 LED 數(shù)碼管以串口傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)溫度顯示。 圖 1 總體設(shè)計方框圖 方案三：控制內(nèi)核不用單片機(jī)，用 DSP 選定了溫度傳感器之后，再來考慮它的控制內(nèi)核， 因為數(shù)字溫度計的設(shè)計并不復(fù)雜，單片機(jī)完全可以處理的了， DSP 是比較高端的控制內(nèi)核應(yīng)用成本相對較高，所以選用單片機(jī)是即 經(jīng)濟(jì)又 實惠的選擇。 主 控 制 器 LED顯 示 溫 度 傳 感 器 單片機(jī)復(fù)位 時鐘振蕩 報警點按鍵調(diào)整 山東英才學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 7 第 2 章 數(shù)字溫度計詳細(xì)設(shè) 主控制器 AT89S51 AT89s51 的特點及特性： 40個引腳， 4k bytes flash 片內(nèi)程序 存儲器 ， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù) 存儲器 （ ram），32個外部雙向輸入 /輸出（ i/o）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時 計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ wdt）電路，片內(nèi)時鐘 振蕩器 。 此外， at89s51 設(shè)計和配置了 振蕩頻率 可為 0hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下， cpu 暫停工作，而 ram 定時 計數(shù)器 ，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié) 振蕩器 而保存 ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 pdip、 tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性： 兼容 mcs51 指令系統(tǒng) 4k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） isp flash rom 32 個雙向 i/o 口 工作 電壓 2 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 時鐘頻率 033mhz 全雙工 uart 串行中斷口線 128x8bit 內(nèi)部 ram 2 個外部中斷源 低功耗空閑和省電模式 中斷喚醒省電模式 3 級加密位 看門狗（ wdt）電路 軟件設(shè)置空閑和省電功能 靈活的 isp字節(jié)和分頁編程 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 DS18B20 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)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)９～１２位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見下圖，其引腳功能描述見表 1。 （底 視圖） DS18B20 山東英才學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 8 表 1 DS18B20 詳 細(xì)引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DS18B20 的性能特點如下： ●獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信； ●多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能； ●無須外部器件； ●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或１２位數(shù)字； ●用戶可定義報警設(shè)置； ●報警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件； ●負(fù)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； DS18B20 采用３腳 PR－ 35 封裝或８腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示。 圖 2 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 64位 ROM 的結(jié)構(gòu)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(jìn)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。 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 EERAM。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3所示。頭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(fù)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(zhuǎn)換分辨率。DS18B20 工作時寄存器中的分辨 率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3所示。低５位一直為１，ＴＭ是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式， DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為０，用戶要去改動， R1 和Ｒ 0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。 I/O C 64 位 ROM 和 單 線 接 口 高速緩存 存儲器與控制邏輯 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 配置寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 Vdd 山東英才學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 9 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 圖 3 DS18B20 字節(jié)定義 由表 1可見， DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn) 換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。 高速暫存ＲＡＭ的第６、７、８字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯１。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當(dāng) DS18B20 接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第１、２字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃／ LSB 形式表示。 當(dāng)符號位Ｓ＝０時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)