【正文】 單片機課程設計論文 指導教師：基于 DS18B20 數(shù)字溫度計的設計 1 摘 要 本論文主要講述了數(shù)字溫度計的設計過程，主要包括硬件設計和程序設計。硬件主要包括以 AT89C51 單片機為主要控制電路、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 半導體公司（現(xiàn)已并入 MAXIM 公司）于 20世紀 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（將計算機的地址線、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，顯示電路采用８位共陰極ＬＥＤ數(shù)碼 管。由單片機控制傳感器的讀寫來測量環(huán)境的溫度，再通過與單片機連接的數(shù)碼管將溫度顯示出。 由于采用了 DS18B20 作為側(cè)位元器件，這使得本溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，硬件電路相對有減少。因此本溫度計成本降低，使用起來更加的方便。 關(guān)鍵詞：單片機、顯示電路、溫度傳感器 DS18B20 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計的設計 2 目錄 1. 設計任務及方案分析 2. 芯片功能簡介 3. 硬件系統(tǒng)電路設計 （一定要有硬件連接圖） 4. 軟件編程調(diào)試及性能分析 （應該包含程序框圖和程序） 總結(jié) 參考文獻 謝辭 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計的設計 3 1. 設計任務 及方案分析 一、任務要求 設計內(nèi)容 ： 用單片機、溫度傳感器等器件實現(xiàn)溫度采集， 要求采集的溫度精確到 設計要求： 。掌握單片機、溫度傳感器、 顯示電路等相關(guān)原理與知識；畫出原理圖 軟件設計 用 PROTEUS 軟件對硬件系統(tǒng)進行仿真 兩人一組做實物 按照畢業(yè)論文要求交一份設計報告 二、設計總體方案及方案論證 按照系統(tǒng)的設計要求，本系統(tǒng)主要分為三個 部分： 主 控制 器 AT89C51，溫度傳感器 DS18B20 及驅(qū)動 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溫度的變化，再根據(jù)其隨溫度變化的感應電阻阻值的變化來測得電流的變化進而計算出此時的溫度值，不過這種方案需要設計模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，這會使得電路設計起來比較麻煩。 方案二、采用溫度傳感器作為溫度采集原件，再通過單片機來控制其工作從而實現(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，電路也較前一個方案更加的簡單，操作和設計起來都更加的容易。 故比較兩種方案第二種 方案更合適。 控制器件 這個種類較多，可以根據(jù)實際情況選擇，這里選擇ＡＴ 89C52 單片機。 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)字溫度計的設計 4 件，并且該器件使用起來也十分的方便。 三、實現(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?？傮w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)字溫度計的設計 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，片內(nèi)含 8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 256 bytes的隨機存取數(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)，與標準 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 個可編程 I/O 口線 , 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 , 低功耗空閑和掉電模式。功能強大的 AT89C52 單片機適 合于許多較為復雜控制應用場合。 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)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口P0 寫“ 1”時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，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 （ 4） P1 口 :P1 是一個帶內(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 (吸收或輸出電流 )4 個 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，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (ILL)。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 (P )和輸入 (P ),參見 下 表 。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 引 腳 號 功能特性 T2（定時 /計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出 T2EX（定時 /計數(shù) 2 捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制） （ 5） P2 口 :P2 是一個帶有內(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 (吸收或輸出電流 )4 個 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，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (ILL)。 基于 DS18B20 數(shù)字溫度計的設計 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， 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， 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 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，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:復位輸入。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 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 /計數(shù) 0） T1（定時 /計數(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，復位時內(nèi)部會鎖存 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，該引腳加上 +12V的編程允許電源 VPP，當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 個字節(jié)的內(nèi)部 RAM,80HFFH 高 128 個字節(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)字溫度計的設計 7 當一條指令訪問 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時，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 個中斷 向量 :兩個外中斷（ INT0 和 INT1）， 3 個定時器中斷 (定時器 0, 1, 2)和串行口中斷。 （ 13）時鐘振蕩器 : AT89C52 中有一個用于構(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 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會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鐘。采用外部時鐘的電路如圖 4