【正文】 吉林建筑工程學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 多功能數(shù)字溫度計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 信科072 學(xué)生姓名： 劉海龍 學(xué) 號(hào)： 10307212 指導(dǎo)教師： 楊佳 王超 設(shè)計(jì)時(shí)間： － 教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī) 評(píng)閱教師 日期 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字溫度計(jì)多功能數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)一、內(nèi)容摘要本設(shè)計(jì)是一款簡(jiǎn)單實(shí)用的小型數(shù)字溫度計(jì)，所采用的主要元件有傳感器DS18B20，單片機(jī)AT89S52，四位共陰極數(shù)碼管一個(gè)，電容電阻若干。DS18B20支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍55℃～+125℃。在10℃～+85℃范圍內(nèi),精度為177?！妗，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。本次數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)共分為五部分，主控制器，LCD顯示部分，傳感器部分，復(fù)位部分，時(shí)鐘電路。主控制器即單片機(jī)部分，用于存儲(chǔ)程序和控制電路；LCD顯示部分是指四位共陰極數(shù)碼管，用來顯示溫度；傳感器部分，即溫度傳感器，用來采集溫度，進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；復(fù)位部分，即復(fù)位電路。測(cè)量的總過程是，傳感器采集到外部環(huán)境的溫度，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后傳到單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理判斷后將溫度傳遞到數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)能完成的溫度測(cè)量范圍是55℃～+128℃，由于能力有限，不能實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。二、課程設(shè)計(jì)的目的通過《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)，使我們掌握單片機(jī)及其擴(kuò)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)原則及相應(yīng)的硬件調(diào)試的方法。進(jìn)一步加深單片機(jī)及其擴(kuò)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的理解。三、課程設(shè)計(jì)的題目多功能數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 多功能數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)具有如下功能:① 能夠顯示當(dāng)前的環(huán)境溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)后1位；② 顯示部分可以采用現(xiàn)有的數(shù)碼管；③ 擴(kuò)展功能：可實(shí)用LCD顯示，增加濕度檢測(cè)。五、電路工作原理系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇單片機(jī)AT89S52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，四個(gè)端口只需要兩個(gè)口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。AT89S52主要特性: 與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 4K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)工作：0Hz—33MHz 32個(gè)可編程I/O口線 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 靈活的ISP編程 單片機(jī)AT89S52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總框圖。它可以劃分為CPU、存儲(chǔ)器、并行口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷邏輯幾個(gè)部分。AT89S52外部引腳功能如圖1所示。圖1 AT89S52外部引腳本次設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)端口：P0口（32—39）：是一組8位漏極開路行雙向I/O口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口?？勺鳛檩敵隹谑褂脮r(shí)，每位可吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，PO口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求接上拉電阻。P3口（10—17）：是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除可作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表1所示。表1 P3口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)器0)T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) EA/Vpp(31):內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器選擇線EA=0時(shí)訪問外部ROM 0000H—FFFFH；EA=1時(shí)，地址0000H—0FFFH空間訪問內(nèi)部ROM，地址1000H—FFFFH空間訪問外部ROM。本次設(shè)計(jì)EA接高電平。XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，用來接石英晶體和電容；使用外部時(shí)鐘時(shí)，用來輸入時(shí)鐘脈沖。RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端。AT89S52接通電源后，在時(shí)鐘電路作用下，該腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，使內(nèi)部復(fù)位。第二功能是VPD，即備用電源輸入端。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，VPD將為RAM提供備用電源，發(fā)保證存儲(chǔ)在RAM中的信號(hào)不丟失。時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)AT89S52時(shí)鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。AT89S52有一個(gè)構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。外接石英晶體（或陶瓷震蕩器）及電容CC2接在放大器的震蕩回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容CC2雖然沒有非常嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩工作的穩(wěn)定性、起震的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用30pF177。10pF，而如果使用陶瓷諧振器建議選擇40pF177。10pF。用戶還可以采用外部時(shí)鐘，采用外部時(shí)鐘。在這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，既內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè)2分頻的觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的所以外部時(shí)鐘的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時(shí)間和最大低電平持續(xù)的時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部震蕩電路,瓷片電容采用30P,晶振采用12MHz。復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位電路在這里采用的是上電+按鈕復(fù)位電路形式，其中電阻R采用10KΩ的阻值，電容采用電容值為10μ的電解電容。具體連接電路如圖2所示。圖2 復(fù)位電路溫度顯示電路圖3 溫度顯示電路四位共陰極數(shù)碼管，能夠顯示小數(shù)和負(fù)溫度。零下時(shí)，1和2分別顯示負(fù)號(hào)。，四個(gè)數(shù)碼管全部亮。溫度傳感器考慮到用溫度傳感器，在單片機(jī)電路設(shè)計(jì)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(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以滿足設(shè)計(jì)要求。DS18B20溫度傳感器是美國(guó)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，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：l 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；l 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；l 無須外部器件；l 可通過數(shù)據(jù)線供電，~；l 零待機(jī)功耗；l 溫度以9或12位數(shù)字；l 用戶可定義報(bào)警設(shè)置；l 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；l 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，但不能常工作； 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4所示。圖4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖64位ROM的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(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可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。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EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)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(shí)被刷新。第5個(gè)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(shí)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(cè)試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。溫度傳感器18B20匯編程序,采用器件默認(rèn)的12位轉(zhuǎn)化,最大轉(zhuǎn)化時(shí)間750微秒 ，可以將檢測(cè)到的溫度直接顯示到AT89S52的兩個(gè)數(shù)碼管上。表2 DS18B20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表R1R0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/MS009011010113751112750高速暫存RAM的第7