【正文】 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 21 世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科技的進(jìn)步帶動了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術(shù)也成為當(dāng)今科技的一個主流，廣泛地深入到研究和應(yīng)用工程的各個領(lǐng)域。 溫度是一個和人們生活環(huán)境有著密切關(guān)系的物理量，也是一種在生產(chǎn)、科研、生活中需要測量和控制的重要物理量，是國際單位制七個基本量之一。 溫度的變化會給我們的生活、工作、生產(chǎn)等帶來重大影響，因此對溫度的測量 至關(guān) 重要。 其測量控制一般 使 用各式各樣形態(tài)的溫度傳感器。 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和自動化技術(shù)的 發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸相處理的功能器件，溫度傳感器的作用日顯突出，已成為自動檢測、自動控制系統(tǒng)和計(jì)量測試中不可缺少的重要技術(shù)工具，其應(yīng)用已遍及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。 分布式溫度傳感器在電力工業(yè)、煤礦、森林、火災(zāi)、高層建筑、航空、航天飛行器等有著重要的應(yīng)用前景，引起研究人員的廣泛關(guān)注。近年來，已經(jīng)有不少分布式溫度傳感器的報(bào)道，包括基于光纖非線性效應(yīng)的拉曼溫度傳感器等，但由于其昂貴的 成本而無法得到廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)使用了 美國 Dallas 半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20,它具有獨(dú)特的單總線接口方式 ,即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個數(shù)字式傳感器 ,從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單 ,克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時需要的 A/D轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn) 。 本設(shè)計(jì) 是心 AT89S52為單片機(jī)作為控制核心 ， 提出了一種基于 DS18B20的分布式溫度傳感 系統(tǒng)，多個溫度傳感節(jié)點(diǎn)通過單總線通過單總線與單片機(jī)相聯(lián)形成分布式系統(tǒng)。單片機(jī)通過實(shí)時監(jiān)控溫度的變化， 通過 128*64圖形液晶顯示各節(jié)點(diǎn)溫度的數(shù)值，當(dāng)溫度值超出允許范圍時，報(bào)警器開始報(bào)警， 從而 遠(yuǎn)程 實(shí)現(xiàn)對整個溫度 系統(tǒng)的管理和控制。這種分布式溫度 測量 系統(tǒng)具有成本低廉 、 傳感精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、易于管理等優(yōu)點(diǎn)。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 方案一：該方案以模擬溫度傳感器 AD590 為 測溫元件 , 圖 方案一溫度測量系統(tǒng)方案框圖 方案二：該方案以智能溫度傳感器 DS18B20 為測溫元件， 圖 方案一溫度測量系統(tǒng)方案框圖 單片機(jī)LCD顯示模塊集成功放 報(bào)警器鍵盤模塊AD 轉(zhuǎn)換運(yùn)算放大器 模擬溫度傳感器邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 方案論證 系統(tǒng)工作原理 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 電路設(shè)計(jì) DS18B20 與單片機(jī)的接口技術(shù) AT89S52 簡介 AT89S52 是由美國 Atmel 公司生產(chǎn)的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機(jī)。 ① AT89S52 的特點(diǎn) AT89S52 具有以下幾個特點(diǎn)： AT89S52 與 MCS51 系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； 片內(nèi)有 4k 字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器； 全靜態(tài)工作 ,工作范圍 :0Hz～ 24MHz； 三級程序存儲器加密； 128 8 位內(nèi)部 RAM； 32 位雙向輸入輸出線； 兩個十六位定時器 /計(jì)數(shù)器 五個中斷源 ,兩級中斷優(yōu)先級； 一個全雙工的異步串行口； 間歇和掉電兩種工作方式。 ② AT89S52 的功能描述 AT89S52 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位微處理器，片內(nèi)有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與 MCS51 系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89S52 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 4K，四個 I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V 電壓編程 ,而且擦寫時間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一 ,與 8751/87C51 的 12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（ ~6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在 0Hz～ 24MHz 之間，比邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～ 12MHz更具有靈活性 ,系統(tǒng)能快能慢。 AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 P0 口是三態(tài)雙向口 ,通稱數(shù)據(jù)總線口 ,因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯ζ鞯淖x /寫操作。 ③ AT89S52 引腳功能 AT89S52 單片機(jī) 40 引腳分布如右圖 。 AT89S52 是一種低損耗、高性能、 CMOS 八位 微處理器，片內(nèi)有 4k 字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速 擦除快速寫入程序的存儲器，能重復(fù)寫入 /擦除 1000 次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCA51 系列單片 機(jī)在指令系 統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代 替 MCS51 系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多 MCS51 系列產(chǎn)品沒有的功能。 AT89S52 可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于 4K，四個 I/O 口全部提供給用戶?？捎?5V電壓編程 ,而且擦寫時間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一 ,與 8751/87C51的 12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（ ~6V），全靜態(tài)工作 ，工作頻率寬在 0Hz～24MHz 之間，比 8751/87C51 等 51 系列的 6MHz～ 12MHz 更具有靈活性 ,系統(tǒng)能快能慢。AT89C51 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。 P0 口是三態(tài)雙向口 ,通稱數(shù)據(jù)總線口 ,因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯ν獠看鎯ζ鞯淖x /寫操作。 表 2 P3口的第二功能 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ 2） DS18B20 數(shù)字溫度傳感器概述 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 DALLAS 公司生產(chǎn)的 1－ Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單， 在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 DS18B20 產(chǎn)品的特點(diǎn) ? 只要求一個端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 ? 在 DS18B20 中的每個器件上都有獨(dú)一無二的序列號。 ? 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測溫。 ? 測量溫度范圍在－ 55。 C 到＋ 125。 C 之間。 ? 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 ? 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 TO－ 92 封裝的 DS18B20 的引腳排列見圖 42，其引腳功能描述見表 41。 圖 42 DS18B20 引腳結(jié)構(gòu)圖（底視圖） 表 41 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。 （ 3） DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 的內(nèi)部框圖如圖 43所示。 64 位 ROM 存儲器件獨(dú)一無二的序列號。暫存器包含兩字節(jié)（ 0 和 1 字節(jié)）的溫度寄存器，用于存儲溫度傳感器的數(shù)字輸出。暫存器還提供一字節(jié)的上線警報(bào)觸發(fā)（ TH）和下線警報(bào)觸發(fā)（ TL）寄存器（ 2 和 3字節(jié)），和一字節(jié)的配置寄存器（ 4 字節(jié)） ，使用者可以通過配置寄存器來設(shè)置溫度轉(zhuǎn)換的精度。暫存器的 6 和 7 字節(jié)器件內(nèi)部保留使用。第八字節(jié)含有循環(huán)冗余碼（ CRC ）。使用寄生電源時， DS18B20 不需額外的供電電源；當(dāng)總線為邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 高電平時，功率由單總線上的上拉電阻通過 DQ 引腳提供；高電平總線信號同時也向內(nèi)部電容CPP充電， CPP 在總線低電平時為器件供電。 圖 43 DS18B2