【正文】 和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹智能集成溫度傳感器 DS18B20 的結(jié)構(gòu)特征及控制方法，并對(duì)以此傳感器， 89S51 單片機(jī)為控制器構(gòu)成的數(shù)字溫度測(cè)量裝置的工作原理及程序設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 課題背景及研究意 義 隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級(jí)的增長(zhǎng)，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及加入 WTO，我國(guó)政府及企業(yè)對(duì)此都非常重視，對(duì)相關(guān)企業(yè)資源進(jìn)行了重組，相繼建立了一些國(guó)家、企業(yè)的研發(fā)中心，開(kāi)展創(chuàng)新性研究，使我國(guó)儀表工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。 AT89C51 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) II Design of Digital Thermomer Based on SCM ABSTRACT Controlled by singlechip microputer to control not only to them, advantages of simplicity and flexibility, and can significantly increase the temperature specifications, which can significantly increase the quality and quantity of the products. In the process of production, in order to efficiently produce, it must be the main parameters, such as temperature, pressure, flow, and other effective control. Traditional temperature measuring ponent thermocouple and resistance. Are generally voltage of thermocouple and thermal resistance measured, then converted to the corresponding temperature, these methods are relatively plex and requires more external hardware support. We are in a relatively simple way to ~125 186。 本文介紹一種基于 AT89C51 單片機(jī)的一種溫度測(cè)量及報(bào)警電路 ,該電路采用 DS18B20作為溫度監(jiān)測(cè)元件，測(cè)量范圍 0℃ ～ +100℃ ，使 用七級(jí)數(shù)碼管 LED 模塊顯示，能設(shè)置溫度報(bào)警上下限。溫度范圍為 55~125 186。在生產(chǎn)過(guò)程中，為了高效地進(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)它的主要參數(shù)，如溫度、壓力、流量等進(jìn)行有效的控制。傳統(tǒng)的測(cè)溫元件有熱電偶和二電阻。C,最高分辨率可達(dá) 186。正文著重給出了軟硬件系統(tǒng)的各部分電路，介紹了集成溫度傳感器DS18B20 的原理， AT89C51 單片機(jī)功能和應(yīng)用 ， 該電路設(shè)計(jì)新穎、功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 c temperature range, maximum resolution up to 186。 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。 早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了 16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。目前，高端的 32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò) 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10 美元。在三大信息信息采集 (即傳感器技術(shù) )、信息傳輸 (通信技術(shù) )和信息處理 (計(jì)算機(jī)技術(shù) )中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國(guó)各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說(shuō)是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，其具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫準(zhǔn)確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫要求比較準(zhǔn)確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計(jì)，利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，此傳感器課讀取被測(cè)量溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn) 換。 七級(jí)數(shù)碼管 進(jìn)行實(shí)際溫度值顯示。通過(guò)將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測(cè)量該電壓，便可推斷出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。此外還有復(fù)位電路，晶振電路，啟動(dòng)電路等。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線形較好。采用 51 單片機(jī)控制，軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制，而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。 數(shù)碼管 測(cè)溫電路 報(bào)警電路 復(fù)位電路 單 片 機(jī) ADC0809 按鍵防抖動(dòng) 晶振電路 5 系統(tǒng)框圖如圖 13 所示 圖 13 DS18B20溫度測(cè)溫系統(tǒng)框圖 從以上兩種方案，容易看出方案一的測(cè)溫裝置可測(cè)溫度范圍寬、體積小，但是線性誤差較大。 系統(tǒng)框圖主要由主控制器、單片機(jī)復(fù)位、報(bào)警按鍵設(shè)置、時(shí)鐘振蕩、 LED 顯示、溫度傳感器組成。 3. 溫度傳感器 溫度傳感器采用美國(guó) DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 DS18B20溫度傳感器。 按鍵輸入電路 單 片 機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 顯示電路 測(cè)溫電路 擴(kuò)展接口：對(duì)時(shí)間和溫度信息定點(diǎn)存儲(chǔ)，并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 報(bào)警電路 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 第 二 章 開(kāi) 發(fā)工具 Proteus 與 Keil Proteus 軟件 Proteus 簡(jiǎn)介 Proteus 軟件是英國(guó) Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、 代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。 2. 提供了多種虛擬儀器。 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī) CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。 4 大功能模塊 1. 智能原理圖設(shè)計(jì)（ ISIS） 豐富的器件庫(kù)：超過(guò) 27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件。 可輸出高質(zhì)量圖紙：通過(guò)個(gè)性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的 BMP 圖紙，可以方便地供 WORD、 POWERPOINT 等多種文檔使用。 豐富的虛擬儀器： 13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、直流電壓 /電流表、交流電壓 /電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計(jì) /計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、 SPI 調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器等。 實(shí)時(shí)仿真 ： 支持 UART/USART/EUSARTs 仿真、中斷仿真、 SPI/I2C 仿真、 MSSP仿真、 PSP 仿真、 RTC 仿真、 ADC 仿真、 CCP/ECCP 仿真。 完整的 PCB 設(shè)計(jì)功能 ： 最多可設(shè)計(jì) 16個(gè)銅箔層， 2個(gè)絲印層， 4個(gè)機(jī)械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)置，自動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查， 3D 可視化預(yù)覽。 2. 定制自己的元件：有三個(gè)個(gè)實(shí)現(xiàn)途徑，一是用 PROTEUS VSM SDK 開(kāi)發(fā)仿真模型，并制作元件；另一個(gè)是在已有的元件基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，比如把元件改為 bus 接口的；還有一個(gè)是利用已制作好 (別人的 )的元件，我們可以到網(wǎng)上下載一些新元件并把它們添加到自己的元件庫(kù)里面。 Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 Keil 提供包括C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，由以下幾部分組成： μVision IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 C51編譯器、 A51匯編器、 LIB51庫(kù)管理器、BL51連接 /定位器、 OH51目標(biāo)文件生成器以及 Monitor5 RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。首先選擇菜單 FileNew… ，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語(yǔ)言或 C 語(yǔ)言源程序 (或選擇 FileOpen… ，直接打開(kāi)已用其它編輯器編輯好的源程序文檔 )并保存，注意保存時(shí)必須在文件名后加上擴(kuò)展名 .asm(.a51)或 .c；然后選擇菜單 ProjectNew Project… ，建 立新工程并保存 (保存時(shí)無(wú)需加擴(kuò)展名，也可加上擴(kuò)展名 .uv2)；工程保存后會(huì)立即彈出一個(gè)設(shè)備選擇對(duì)話框，選擇 CPU 后點(diǎn)確定返回主界面。工程設(shè)置后按 F7 鍵 (或點(diǎn)擊編譯工具欄上 相應(yīng)圖標(biāo) )進(jìn)行編譯 /匯編、連接以及產(chǎn)生目標(biāo)文件。對(duì)于一些必須滿足一定條件 (如按鍵被按下等 )才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理 (DebugInsert/Remove Breakpoint 或 DebugBreakpoints… 等 )。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容 51 指令、并在 51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是與 51 一致的。 圖 31 AT89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 由圖 31 可見(jiàn)， 8051 單片機(jī)主要由以下幾部分組成： 1. CPU 系統(tǒng) 8 位 cpu，含布爾處理器； 時(shí)鐘電路； 總線控制邏輯。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等， SST89 系列單片機(jī)最多提供 1K 的 RAM。 SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了 16K、 32K、 64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。 6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 要檢查 8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈 沖信號(hào)輸出。當(dāng)此輸入端保持備用電源的輸入端。當(dāng) 8051 上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率 fOSC 的 1/6。如有脈沖信號(hào)輸出，則 8051/8031 基本上是好的。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。要檢查 一個(gè) 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到EPROM／ ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無(wú)脈沖輸出。 當(dāng) 輸入信號(hào) EA 引腳接低電平 (接地 )時(shí)， CPU 只訪問(wèn)外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。作為漏極開(kāi)路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。在此期間， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P3口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL負(fù)載。 ： (INT1)外部中斷 1 輸入。 ： (RD)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 3. 低壓供電，電源范圍從 3~5V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生電源方式）。 6. 用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度。 DS18B20 有 3 個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： 1. 光刻 ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 3. 配置寄存器。 圖 34 DS18B20 引腳圖 DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 是一種新型的 “一線器件 ”，其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng) ，具有線路簡(jiǎn)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。 2. 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很?chē)?yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)）。 6. 延時(shí)等待（如果初始化成功則在 15 到 60 毫秒時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由 DS18B20 所返回的低電平 “0”。 2. 延時(shí)確定的時(shí)間為 15 微秒。 6. 重復(fù)上（ 1）到（ 6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 3. 將數(shù)據(jù)線拉低 “0”。 7. 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到 1 個(gè)狀態(tài)