【正文】 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)論文 指導(dǎo)教師：基于 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 1 摘 要 本論文主要講述了數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)過程，主要包括硬件設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。硬件主要包括以 AT89C51 單片機(jī)為主要控制電路、溫度采集電路、顯示電路等。溫度采集傳感器采用的是美國 Datlas 半導(dǎo)體公司（現(xiàn)已并入 MAXIM 公司）于 20世紀(jì) 90 年代新推出的一種串行總線技術(shù)。該技術(shù)只需要一根信號線（將計(jì)算機(jī)的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線合為一根信號線）便可完成串行 通信?？刂齐娐返暮诵钠骷褪?AT89C51 單片機(jī)，顯示電路采用８位共陰極ＬＥＤ數(shù)碼 管。由單片機(jī)控制傳感器的讀寫來測量環(huán)境的溫度，再通過與單片機(jī)連接的數(shù)碼管將溫度顯示出。 由于采用了 DS18B20 作為側(cè)位元器件，這使得本溫度計(jì)與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，硬件電路相對有減少。因此本溫度計(jì)成本降低，使用起來更加的方便。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)、顯示電路、溫度傳感器 DS18B20 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 2 目錄 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及方案分析 2. 芯片功能簡介 3. 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) （一定要有硬件連接圖） 4. 軟件編程調(diào)試及性能分析 （應(yīng)該包含程序框圖和程序） 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 謝辭 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 3 1. 設(shè)計(jì)任務(wù) 及方案分析 一、任務(wù)要求 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ： 用單片機(jī)、溫度傳感器等器件實(shí)現(xiàn)溫度采集， 要求采集的溫度精確到 設(shè)計(jì)要求： 。掌握單片機(jī)、溫度傳感器、 顯示電路等相關(guān)原理與知識；畫出原理圖 軟件設(shè)計(jì) 用 PROTEUS 軟件對硬件系統(tǒng)進(jìn)行仿真 兩人一組做實(shí)物 按照畢業(yè)論文要求交一份設(shè)計(jì)報(bào)告 二、設(shè)計(jì)總體方案及方案論證 按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)主要分為三個(gè) 部分： 主 控制 器 AT89C51，溫度傳感器 DS18B20 及驅(qū)動(dòng) 顯示電路。 方案比較 測溫元器件 方案一：由于本電路是測溫電路，因此可以采用熱敏電阻來感應(yīng)溫度的變化，再根據(jù)其隨溫度變化的感應(yīng)電阻阻值的變化來測得電流的變化進(jìn)而計(jì)算出此時(shí)的溫度值，不過這種方案需要設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，這會(huì)使得電路設(shè)計(jì)起來比較麻煩。 方案二、采用溫度傳感器作為溫度采集原件，再通過單片機(jī)來控制其工作從而實(shí)現(xiàn)對傳感器的控制和溫度的讀取，這使得讀取溫度非常的方便，電路也較前一個(gè)方案更加的簡單，操作和設(shè)計(jì)起來都更加的容易。 故比較兩種方案第二種 方案更合適。 控制器件 這個(gè)種類較多，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇，這里選擇ＡＴ 89C52 單片機(jī)。 顯示器件 由于液晶顯示器較貴，所以這里選用 8 位共陰極數(shù)碼管作為顯示器 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 4 件，并且該器件使用起來也十分的方便。 三、實(shí)現(xiàn)方案簡介 DS18B20 采用外接電源方式工作，一線測溫的一線與 AT89C52 的 連接并加上上拉電阻使其工作，測出的數(shù)據(jù)存直接顯示在 LED 顯示器上。總體方案框圖如下圖所示。 2. 芯片功能簡介 主控制器 AT89C51 DS18B20 顯示電路 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 5 一 AT89C51 的功能簡介 AT89C51 芯片簡介 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電平，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM ),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和Flash 存儲單元， 32 個(gè)可編程 I/O 口線 , 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 , 低功耗空閑和掉電模式。功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)適 合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 引腳功能說明 （ 1） VCC:電源電壓 （ 2） GND:地 （ 3） P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對端口P0 寫“ 1”時(shí)可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 （ 4） P1 口 :P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTE 邏輯門電 路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (ILL)。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入 (P )和輸入 (P ),參見 下 表 。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 引 腳 號 功能特性 T2（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制） （ 5） P2 口 :P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (ILL)。 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 6 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 (例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令 )時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行 MOVX @RI 指令 )時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 （ 6） P3 口 :P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 (ILL)。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 42所示。 （ 7） RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 P3口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸 入口） TXD（串行輸出口） INT0 （外中斷 0） INT1 （外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù) 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù) 1） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） （ 8） EA /VPP:外部訪問允許。欲使 CPU 僅 訪問外部程序存儲器 (地址為0000HFFFFH ) 。 EA 端必須保持低電平 (接地 )。需注意的是 :如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平 (接 VCC 端 )， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時(shí)，該引腳加上 +12V的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 VCC 。 （ 9） XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生 器的輸入端。 （ 10） XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 11）數(shù)據(jù)存儲器： AT89C52 有 256 個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 RAM,80HFFH 高 128 個(gè)字節(jié)與特殊功能寄存器 (SFR)地址是重疊的，也就是高 128。 字節(jié)的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但在物理上它們是分開的。 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 7 當(dāng)一條指令訪問 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時(shí)，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高 128 字節(jié)。 RAM 還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。 （ 12）中斷： AT89C52 共有 6 個(gè)中斷 向量 :兩個(gè)外中斷（ INT0 和 INT1）， 3 個(gè)定時(shí)器中斷 (定時(shí)器 0, 1, 2)和串行口中斷。 （ 13）時(shí)鐘振蕩器 : AT89C52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 41（ a）圖所示。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路，對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低 、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF 士 10pF，而如果使用陶瓷諧振器，建議選擇 40pF 士 l0pF。 用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖 4