【正文】 系列采集、控制系統(tǒng)也逐漸受到廣泛關(guān)注。軟件算法上采用了直接擬合的方法（通過(guò)電壓 溫度關(guān)系來(lái)計(jì)算溫度值），符合課題要求。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)物并調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)，并提出了改進(jìn)措施。 論 文 作者簽名 : 年 月 日榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 單片機(jī)是一種集 CPU、 RAM、 ROM、 I/O 接口和中斷系統(tǒng)等部分于一體的器件，只需要外加電源和晶振就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理和控制。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果 。單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本， 而 廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。 實(shí)驗(yàn)證明：該信號(hào)采集系統(tǒng)性能穩(wěn)定，采集精度高，具有極高的性?xún)r(jià)比。本課題構(gòu)成的多路溫度系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、測(cè)量精度高、量程寬的特點(diǎn)，在很 多場(chǎng)合具有一定的適用性。采取單片機(jī)作為核心，可完成對(duì)溫度的采集要求。在不斷的完善通用操作系統(tǒng)的過(guò)程中，單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理，模擬仿真，人工智能等得到了廣泛的應(yīng)用。溫度采集是過(guò)程控制中的重要課題，各行業(yè)對(duì)高性能的溫度采集系統(tǒng)的需求也在日益增加。與此同時(shí)，還需探究新 的采集方法，改進(jìn)以前的技術(shù)，以滿(mǎn)足不同條件下的溫度采集需要。 用四只 DS18B20 同時(shí)采集 4 路溫度。 系統(tǒng)工作原理分析 在測(cè)溫系統(tǒng)中我們常常用到集成型溫度傳感器，集成型溫度傳感器可以達(dá)到較高的精度，在集成型溫度傳感器的使用過(guò)程中，由于采用的單總線(xiàn)傳輸方式進(jìn)行對(duì)遠(yuǎn)距離的多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測(cè)，所以在程序的控制上比較復(fù)雜。用 4只 DS18B20 同時(shí)測(cè)控 4路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。 DS18B20 提供 9 位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件。 在上述著名的半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)品中，尤其在工業(yè)測(cè)控場(chǎng)合，運(yùn)用較多的為 Intel公司的 MCS51 系列， Microchip 公司的 PIC 系列，如果作單路溫度測(cè)量，恐怕要選擇該系列的 CPU，但由于本系統(tǒng)涉及的是多路，各路報(bào)警的輸出信號(hào) 需要單獨(dú)輸出，而且考慮信號(hào)調(diào)理電路的切換等還需要不少的控制線(xiàn)，因此該系列的少引腳特點(diǎn)就不適合本設(shè)計(jì)的需要，因此，本設(shè)計(jì)還是選用了 ATMEL 最新的 8 位單片機(jī)榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 AT89S52 作為本系統(tǒng)的 CPU。片上 Flash 允許程序存 儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 Pin18:時(shí)鐘 XTAL2 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 輸入輸出腳， Pin1Pin8 為 輸入輸出腳 ,Pin21Pin28 為 輸 硬 件復(fù)位為止入輸 出腳，Pin10Pin17 為 輸入輸出腳。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即 從 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。因此，準(zhǔn)雙向口作為輸入口時(shí)，應(yīng)先使鎖存器置 1（稱(chēng)之為置輸入方式）。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，壽命長(zhǎng)、速度快、低功耗、低噪聲、可靠性高的特點(diǎn)及 16 位、 32 位單片機(jī)的出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域仍具有很大的發(fā)展?jié)摿?。一般時(shí)鐘設(shè)計(jì)有兩種形式： 內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。晶振的起振頻率有兩個(gè)，一個(gè)是 ，另一個(gè)是 12MHZ，本設(shè)計(jì)的 AT89S52單片機(jī)采用的是 12MHz。本設(shè)計(jì)使用 NPO 電容，原因是它的溫度穩(wěn)定性比較好。 對(duì)于上電復(fù)位，上電以后，復(fù)位電路通過(guò)電容使 RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平，如果 RST 能夠持續(xù)充足時(shí)間的高電平，系統(tǒng)就有足夠的時(shí)間復(fù)位，那么就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)復(fù)位的可靠性。對(duì)于手動(dòng)按鈕復(fù)位，它是通過(guò)手動(dòng)操作按鍵來(lái)給 RST 一個(gè)高電平，這種復(fù)位方式可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，原因是，手動(dòng)按鍵的時(shí)候總是有一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)能夠有足夠的時(shí)間復(fù)位。從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息，僅需要一根口線(xiàn)（單線(xiàn)接口）。由于 DS18B20 只有三個(gè)引腳，其中兩根是電源線(xiàn) VDD 和 GND，另外一根用作總線(xiàn) DQ(Data In/Out)，由于其輸出和輸 入均是數(shù)字信號(hào)且與 TTL 電平兼容，因此其可以與微處理器直接進(jìn)行接口，從而省去了一般傳感器所必需的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。 （ 1） DS18B20 的引腳介紹 TO－ 92封裝的 DS18B20 的引腳排列見(jiàn)圖 ，其引腳功能描述見(jiàn)表 31。 4） 測(cè)量溫度范圍在－ 55℃到＋ 125℃之間。 序號(hào) 名稱(chēng) 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。其工作時(shí)序 包括復(fù)位時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，如圖 34， 35， 36所示。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。 DS18B20 的復(fù)位時(shí)序 電源檢測(cè) 存儲(chǔ)器控制邏輯 溫度傳感器 高溫度觸發(fā) 低溫度觸發(fā) 64 位ROM和單線(xiàn)借口 存儲(chǔ)器 8 位 CRC 觸發(fā)器 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 V DD GND 主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖 最小值： 480 μ s 最大值： 960 μ s D S 18B 20 發(fā)出應(yīng)答脈沖 主機(jī)接受所需要最短時(shí)間 480 μ s 60 ～ 240 μ s 圖 35 DS18B20的復(fù)位時(shí)序 DS18B20 的讀時(shí)序 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序分為讀 0時(shí)序和讀 1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。 U U 1 μ s 60 ～ 120 μ s 主 C P U 寫(xiě) 0 時(shí) D S 18 B 20 采樣區(qū) 1 μ s 15 μ s 30 μ s D S 18 B 20 采樣區(qū) GND 1 15 μ s 1 μ s 30 μ s GND 1 15 μ s 15 μ s 60 ～ 120 μ s 主 C P U 寫(xiě) 1 時(shí) 圖 37 DS18B20的寫(xiě)時(shí)序 基于單片機(jī)的多路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 對(duì)于 DS18B20 寫(xiě) 0時(shí)序和寫(xiě) 1時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫(xiě) 0時(shí)序時(shí)，單總線(xiàn)要被拉低至少 60μ s，保證 DS18B20 能夠在 15μ s 到 45μ s 之間能夠正確地采樣 I/O總線(xiàn)上的 “ 0”電平，當(dāng)要寫(xiě) 1時(shí)序時(shí)，單總線(xiàn)被拉低之后，在 15μ s 之內(nèi)就得釋放單總線(xiàn)。同時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對(duì)振蕩器的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)直到回零。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。用 4 只 DS18B20 同時(shí)測(cè)控 4 路溫度（視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù)）。 （ 3）命令按鍵 5個(gè)：通道 0～通道 3 按鍵，巡檢鍵。 LED 顯示器采用 8 段發(fā)光二極管。 MAX7221 的特點(diǎn)是顯示多樣、需要單片機(jī)輸入輸出口少（只需要 3根）、編程靈敏、簡(jiǎn)單且實(shí)用等，但是它是共陰極的驅(qū)動(dòng)器。比起動(dòng)態(tài)顯示器，靜態(tài)顯示器的亮度較高，編程也很容易，管理也較簡(jiǎn)單，但就是占用輸入輸出線(xiàn)資源較多，而且沒(méi)有位選信號(hào)，線(xiàn)路復(fù)雜，成本也高。如圖 39為顯示電路。本次設(shè)計(jì)采用蜂鳴器。 (2) 采用自頂向下的程序設(shè)計(jì)。 程序設(shè)計(jì)及巡檢子程序設(shè)計(jì) 程序處理是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，即簡(jiǎn)潔的硬件結(jié)構(gòu)是靠復(fù)雜的軟件來(lái)支持的。 (2) 發(fā)啟動(dòng)所有在線(xiàn)的 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換命令 44H。 (6) 發(fā)讀溫度值命令 BEH，讀取溫度值。其工作過(guò)程為：主機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖，待 0電平大于 104μ s后，復(fù)位 DS18B20，在 DS18B20 所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機(jī)接收后，主機(jī)再發(fā)讀 ROM 命令代碼 33H，然后發(fā)一個(gè)脈沖（ 104μ s），并接著讀取 DS18B20序列號(hào)的一位。采用下述方法可獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用 DS18B20 提供的讀暫存器指令（ BEH）讀出以 ℃為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位（ LSB），得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)部分，然后再用 BEH指令取計(jì)數(shù)器 1的計(jì)數(shù)剩余值和每度計(jì)數(shù)值。其段選段接 P0， 位選信號(hào)由 、 、 和 設(shè)置 。所采集的溫度與設(shè)定的溫度相比較 ，越限可以報(bào)警。 圖 44 報(bào)警程序流程圖 DS18B20初始化 DS18B20 轉(zhuǎn)換值 溫度是否過(guò)高？ 自動(dòng)報(bào)警 溫度降低，是否有按鍵接觸？ 報(bào)警結(jié)束 是 否 是 否 報(bào)警程序入口 報(bào)警程序入口 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 5 系統(tǒng)仿真 本部分采用將 DS18B20 的 I/ 0 數(shù)據(jù)線(xiàn)與 AT89S52 單片機(jī) P3. P3. P3. 6 、 P3. 7 口線(xiàn)相連 ， 用 4 只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量 4 路溫度 (視實(shí)際需要還可擴(kuò)展通道數(shù) ) 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè) 。 (1)鍵盤(pán)與顯示部分 本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤(pán)和 四位 顯示 。 (2)軟件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)編程在開(kāi)機(jī)之初 ， 主程序先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化 ， 然后采集 4 路溫度信號(hào) ， 并在液晶屏上循環(huán)顯示 。 點(diǎn)擊模擬調(diào)試按鈕的運(yùn)行按鈕 ， 進(jìn)入調(diào)試狀態(tài) ，此時(shí)可以看到液晶屏循環(huán)顯示所采集到的溫度值、通道號(hào)和上下限報(bào)警 ， 同時(shí)在虛擬終端上也可以看到上位機(jī)接收到的數(shù)據(jù) 。如果長(zhǎng)距離測(cè)溫，還可以使用它的寄生電源功能，省去一根電源線(xiàn)。 在 畢業(yè) 設(shè)計(jì)中，為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間，應(yīng)充分考慮并滿(mǎn)足抗干擾的要求，避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 參考文獻(xiàn) [1] 蔡可健 .多路無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].傳感器技術(shù)， 2021，（ 12）： 52. [2] 賈振國(guó) .DS18B20及高精度溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)［ J］ .電子技術(shù)應(yīng)用， 2021，（ 1）： 5859 [3] 周月霞，孫傳友 . DS18B20 硬件連接及軟件編程 [J].傳感器世界， 2021，（ 12） :3542. [4] 周建春，錢(qián)敏等 .基于單片機(jī)和 PC串口通信的測(cè)溫系統(tǒng) [J].通信技術(shù)， 2021， 4（ 5） :7882. 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